Kurs Periodiska systemet

Skriv ut Träna på begrepp Deltest 1 Deltest 2 Stortest

ATOMKUNSKAP

Atomen består av en kärna med protoner (positiva) och neutroner (neutrala). Runt atomkärnan finns elektroner (negativa) i olika elektronskal. Det är antalet protoner som bestämmer vilket grundämne det är. Elektronerna i det yttersta elektronskalet (valenselektroner) bestämmer ämnets egenskaper.

I det periodiska systemet finns de grundämnen som är kända idag. Som grundämne, uppställt i periodiska systemet, har de alltid lika många elektroner som protoner. Ett grundämne är oladdat. Ett grundämne eftersträvar fullt yttre elektronskal. Därför ge/tar eller lånar den elektroner med andra atomer. Om en atom inte har lika många protoner (positiva laddningar) som elektroner (negativa laddningar) så kallas den jon. En atom blir en positiv jon om den har förlorat elektroner och negativ jon om den tagit upp elektroner.

Elektronskal är energinivåer som elektroner färdas i. Skalen börjar namnges från atomkärnan med bokstaven K. K-skalet kan max innehålla 2 elektroner, L-skalet 8 och det yttersta skalet max 8 elektroner oavsett vilken bokstav det har (undantag om det är L-skalet).

Sammanfattning:

Antalet protoner avgör vilket grundämne det är. Antalet elektroner avgör om grundämnet är en jon (laddat) eller oladdat. Antalet neutroner avgör vilken isotop av ämnet det är. En isotop är en variant av ett grundämne. Alla grundämnen, utom väte, har isotoper. Isotoperna av ett grundämne får lite olika egenskaper. Framförallt avgör det om ämnet är radioaktivt eller inte.

Fördjupning:

PERIODISKA SYSTEMET

Redan under forntiden var vissa grundämnen kända. Det var de som kunde hittas i naturen eller enkelt kunde framställas t.ex. guld, silver, koppar, järn och tenn.

Under historiens gång har hela tiden upptäckter av nya ämnen gjorts, framförallt under 1700-talet och 1800-talet. På mitten av 1800-talet upptäckte ryssen Dmitrij Mendelejev ett system för hur grundämnena var besläktade med varandra. Detta gjorde han innan atommodellen och protonen var upptäckta.

Han kallade sin modell för det periodiska systemet. I hans periodiska system fanns det många tomma rutor på ämnen som ännu inte upptäckts. Mendelejev kunde, förutom att förutsäga att det fanns oupptäckta grundämnen, även förutsäga dessa ämnens egenskaper. Idag är de upptäckta och hans förutsägelser stämde.

Det periodiska systemet är indelat i perioder och grupper. En vågrät rad kallas period. Dessa grundämnen har samma antal elektronskal.

En lodrät rad kallas grupp. Dessa grundämnen har samma antal valenselektroner d.v.s. lika många elektroner i sitt yttersta skal. Det är endast valenselektronerna som påverkas vid en kemisk reaktion. I en grupp så har grundämnena liknande egenskaper (undantag väte). Därför brukar grundämnen i en grupp kallas grundämnesfamiljer.

De flesta grundämnen som finns är metaller (56 st). De finns till vänster och i mitten av det periodiska systemet. Ickemetallerna (18 st) finns till höger (undantag väte), några få halvmetaller (7 st) finns emellan dessa.

Fördjupning: 

GRUNDÄMNESFAMILJER

Grundämnen i samma grupp i det periodiska systemet har liknande egenskaper. De har samma antal valenselektroner.

Alkalimetaller

Alkalimetaller har en kraftig reaktion med vatten. Vätgas bildas och lösningen blir basisk (pH över 7). Alkalimetaller reagerar också snabbt med luftens syre och måste förvaras i fotogen. I periodiska systemet finns alkalimetaller (grupp 1) längst till vänster.

Anledningen till alkalimetallernas reaktionsförmåga är att de alla har 1 valenselektron. Den vill de gärna bli av med och därför uppstår de kraftiga kemiska reaktionerna. Alkalimetaller med högre atomnummer reagerar kraftigare eftersom då är valenselektronen längre från kärnan och kan enklare lossna.

Halogener 

Kallas saltbildare eftersom de är väldigt bra på att bilda salter. De är också väldigt reaktiva. Allra bäst på att reagera med andra ämnen är fluor. De är alla ickemetaller. Alla halogener har 7 valenselektroner. I periodiska systemet finns halogenerna (grupp 17) näst längst till höger

Ädelgaser

Dessa grundämnen har maxantalet elektroner i sitt yttersta elektronskal (2 eller 8). Det kallas ädelgasstruktur. Det innebär att de oftast inte vill reagera med andra ämnen . Det är därför det alltid finns ädelgas inuti glödlampor. Glödtråden får ingen chans att reagera med luftens syre och brinna upp. I periodiska system hittar vi ädelgaserna (grupp 18) längst till höger.

Fördjupning: 

METALLBINDNINGAR

Alla atomer eftersträvar ett fullt yttersta elektronskal. Om ett ämne har fullt i yttersta elektronskal kallas det att ämnet har ädelgasstruktur. Ädelgas har redan från början ädelgasstruktur och är därför ovilliga att reagera med andra ämnen.

Det finns 3 olika strategier för att uppnå ädelgasstruktur. Att atomerna delar på elektroner gemensamt (på två olika sätt) eller de tar och ger elektroner mellan varandra.

Beroende på atomernas bindning döps den kemiska föreningen olika.

  • Metallbindning—> metaller
  • Molekylbindning —> molekyl
  • Jonbindning —–> salt

T.ex. i vatten hålls atomerna ihop med hjälp av en molekylbindning. Alltså är det korrekt att säga vattenmolekyl. Vanligt bordssalt, natriumklorid, är inte en molekyl utan ett salt.

En kemisk förening är ett övergripande ord som innebär att två eller fler grundämnen sitter ihop. Det går inte att kalla rena metaller för kemisk förening men många molekyler och alla salter är kemiska föreningar.

Metallbindningar.

Metaller leder elektricitet och värme och därför måste det finns rörliga laddningar inuti metaller. Dessa rörliga laddningar beror på att varje metallatom släpper ifrån sig sina valenselektroner och har dem gemensamt i ett elektronmoln. Alla metallatomer får ädelgasstruktur.

Alla rena metaller har metallbindning och denna bindningstyp är stark. Det krävs generellt höga temperaturer för att kunna få metaller att övergå till flytande eller gasform.

Fördjupning: 

MOLEKYLBINDNINGAR

Molekylbindningar kallas också kovalent bindning eller elektronparbindning. Atomer delar på en eller flera elektroner för att uppnå ädelgasstruktur. Hos grundämnen som är gas vid rumstemperatur är detta vanligt t. ex. syre, kväve, väte, fluor och klor. De sitter då ihopptvå och två.

I exemplet med väte nedan så har atomkärnorna en valenselektron var. 1+1 = 2. Dessa två elektronerna går runt båda atomkärnorna. Det innebär att båda atomerna får fullt yttersta skal. De har elektronerna gemensamt. Detta kallas molekylbindning.

Om atomer har molekylbindning så är det alltid bara valenselektronerna som berörs. I den organiska kemin så binds alltid atomerna ihop med molekylbindning. Vanligtvis visas bindningarna med streck. Varje streck motsvaras av 2 valenselektroner d.v.s. en molekylbindning. Vätet har en valenselektron och kolet har 4.

Anledningen till att kolet just har 4 streck eller 4 molekylbindningar är att den får då fullt yttre skal. Kolet lånar 1 elektron från 4 väteatomer och har 4 själv 1+1+1+1+4 = 8. Vätet lånar en. 1+1=2. Alla atomer får ädelgasstruktur. Tänk på att alla elektroner är utmålade men det är bara valensmelektronerna som är en del av molekylbindningen.

Nedan är en bild på koldioxid vars atomer också har molekylbindning. Syre har 6 valenselektroner och kol har 4. Därför har kol och syre bytlånat två elektroner var med varandra. Kolet gör detta på båda syreatomerna. Alla får då fulla elektronskal. På bilden nedan ser du hur konstruktionen ser ut.

Fördjupning: 

JONBINDNING

En jon är en atom som gett bort eller tagit upp en eller flera elektroner för att uppnå fullt yttersta elektronskal.

Jonbindning är bindningen mellan två joner. För att en kemisk förening med jonbindning ska kunna bildas krävs det att en atom vill ge bort elektroner och en annan atom vill ta upp dem. Den kemiska föreningen kallas för salt.

Den atom som ger bort elektroner blir positiv jon och den atom som tar upp elektroner blir negativ jon. Jonföreningar bildas oftast av grundämnen som står långt ifrån varandra i periodiska systemet.

Jonföreningar är vanligtvis sammansatt av en positiv jon och en negativ jon. De kan också bestå av en positiv jon och en negativ jon som består av flera sammansatta grundämnen.

Ta upp eller ge bort elektroner?

Om vi börjar att titta på alkalimetallerna (gr.1) så har de en valenselektron. Om den kan bli av med den så får den fullt yttersta skal (eftersom k-skalet, som blir kvar, innehåller två elektroner och då är det fullt.)

Om alkalimetallen blir av med en elektron så försvinner en minusladdning. Den får fler positiva protoner än negativa elektroner. Alltså blir alkalimetaller positiva som joner. Samtliga alkalimetaller får laddningen 1+ som joner.

Lägg de positiva och negativa laddningarna i en gammeldags våg så ser du att de positiva väger mest. Det blir överskott med en plusladdning.

Grundämnena i grupp 2 (Beryllium, magnesium, kalcium m.fl) har två valenselektroner och kommer alla få jonladdningen 2+.

Halogenerna (gr. 17) saknar en valenselektron för att uppnå fullt yttersta skal. De har sju men vill ha åtta valenselektroner. Den snor alltså en elektron någonstans ifrån för att uppnå fullt yttersta skal. När den gör detta får den fler negativa elektroner än positiva protoner. Halogener blir negativa som joner. Samtliga halogener får laddningen 1- som joner.

  • Grundämnena i grupp 16: t.ex. syre, svavel. Saknar två valenselektroner och får oftast jonladdningen 2.
  • Grundämnena i grupp 13 har jonladdningen 3+och de i grupp 15 har jonladdningen 3med samma motivering som ovan.

De grundämnena som är mellan dessa grupper är omöjliga att lista ut jonladdningen på. Du får slå upp dem i en tabell.

Fördjupning: 

BILDA SALTER

Positiva och negativa joner dras till varandra och ordnar in sig i en speciell ordning som kallas kristall eller kristallstruktur. Det kallar vi salt. I ett salt så finns det lika många negativa laddningar som positiva laddningar. Den positiva jonen är oftast en metall och den negativa jonen är oftast en ickemetall. Metallatomen lämnar elektroner (kan vara flera som lämnas) till ickemetallen. Nedan är en bild på hur jonerna ordnar in sig i detta mönster i vanligt bordsalt.

Formelskrivning med salter

Innan du börjar skriva en kemisk formel behöver du veta vilken jonladdning ämnena har. Det ser du i det periodiska systemet eller i en tabell.

Att tänka på:

  • I en kemisk förening så skrivs alltid den positiva jonen först.
  • Den kemiska föreningen som bildas ska vara elektriskt neutral.

Exempel 1: Natrium reagerar med klor och bildar natriumklorid. Så här skriver du reaktionsformeln:

Så här kan det se ut med en bild.

Exempel 2 : Litiumdisulfid. Mellan varje kolumn i tabellen ska det vara en reaktionspil.

Denna kemiska förening kallas dilitiumsulfid eller bara Litiumsulfid. Observera den lilla tvåan efter Li betyder att det är 2 stycken litiumatomer. Tvåan har olika position före och efter reaktionen.

Exempel 3. Kalcium reagerar med fluor. Mellan varje kolumn finns en reaktionspil.

De flesta salter kan lösas i vatten. Vattnets kemiska egenskaper delar upp saltet så de positiva och negativa joner flyter fritt omkring i vattnet. Det kallas för en jonlösning och på grund av jonerna så leder jonlösningen elektricitet.

Om vattnet inte kan lösa upp saltet kallas det för ett svårlösligt salt.

Den negativa jonen kan bestå av flera sammansatta grundämnen. Sammansatta negativa joner sitter hårt ihop med molekylbindningar och går inte isär även om de blandas med vatten. I en sådan jonlösning finns det positiva joner och sammansatta negativa joner.

Exempel på negativa sammansatta joner:

När du skriver kemiska formler med sammansatta joner så är det enklast att bara se laddningen och tänka sig att den negativa jonen sitter ihop och inte delar sig. Om det, i en kemisk förening, krävs fler negativa joner för att det ska bli neutral laddning sätter du den sammansatta jonen i en parentes och markerar antal till höger om parentesen längst ner till höger.

2 SO4 = (SO4)2

Exempel 4. Magnesium reagerar med nitrat .Mellan varje kolumn finns en reaktionspil.

Saltet i tabellen heter magnesiumdinitrat.

Fördjupning: 

VÄRLDSBERÖMDA SALTER

En kristall är en slags struktur då atomerna i ett ämne är regelbundet ordnade, helt eller delvis. Salter, som inte är i vattenlösningar, är i kristallstruktur.. Här några vanliga salter:

Natriumklorid, NaCl

Kallas också koksalt och är helt nödvändig för kroppen. För lite eller för mycket salt i maten kan vara ohälsosamt. Detta salt användes förr ofta till att förlänga matens hållbarhet.

Natriumvätekarbonat NaHCO3

Mer känd som bikarbonat och finns i bakpulver. Det ger brödet lite fluff. Det finns också i pulverbrandssläckare då mycket koldioxid utvecklas och släcker branden.

Kalciumkarbonat, CaCO3

Kalksten är ett vanligt samlingsnamn för flera karbonater. Kalciumkarbonat används i byggnadsmaterial som betong och cement. Skelett, tänder och skal på olika blötdjur är också uppbyggda av detta salt.

Kalciumsulfat, CaSO4

Mer känt som gips. Vanligt som byggnadsmaterial .och för att stabilsera brutna armar och ben

Ammoniumklorid, NH4NO3

Ett annat namn är salmiak och det finns i godis. Det är också i en beståndsdel i batterier som inte går att ladda upp.

Kaliumnitrat. KNO3

Detta salt innehåller en stor del syre och är därför en beståndsdel i svartkrut. Nu används det för att få iväg fyrverkerier.

Kopparsulfat CuSO4

Väldigt giftig och miljöfarlig. Används för att få bort mördarsniglar i trädgården. Den får vara med här eftersom den är så vacker i kristallform.

Fördjupning: 

Hemsida – wikipedia: salter

ANALYSERA JONER

Kemi kan vara ett detektivarbete. Att avslöja salters joner är inga problem. Men för att ta reda på positiva och negativa joner används två helt olika strategier.

Positiva joner

När vissa positiva joner utsätts för hög temperatur så avger de synligt ljus i olika färger (våglängd). Därför används salter i fyrverkerier och bengaliska eldar. Det är de positiva jonerna som ger färgen. De negativa jonerna ger inga  synliga färger så de påverkar inte resultatet. För att undersöka de positiva jonerna i ett salt tar du lite salt och strör över en låga. Lågan från metan brinner med en blå låga utan några gula eller orangea flammor. Därför är den perfekt till denna undersökning.

Negativa joner

För att undersöka negativa joner behövs olika typer av reagens. En reagens är ett ämne som på något sätt reagerar med det som ska testas så att du kan avgöra vilket ämne det är.

Om du har en jonlösning med ett okänt salt kan du pröva att hälla i ett annat salt. När två olika salter (lösta i vatten) blandas i samma bägare kan det ibland bildas en fällning. En fällning är ett svårlösligt salt som vattnet inte kan dela på. En fällning kan se olika ut och ha olika färg. Ofta är fällningen vit och gör vattnet grumligt.

Salter med positiva och negativa joner som är lika stora och/eller har samma värde på sin jonladdning kan vara svårlösliga. Exempel på svårlösliga salter är silverklorid och bariumsulfat.

 

Fördjupning: 

JONER: SYROR OCH BASER

Syror och baser är jonlösningar. Flera baser är fasta ämnen som behöver spädas för att bli en jonlösning.

Kort repetition om syror och baser:

pH-skalan mäter hur surt eller basiskt något är. En neutral lösning har pH7. Lösningar under pH7 är sura och över pH7 är basiska. För varje steg på skalan så ökar/minskar surheten med gånger 10.

Baser och syror delas upp i starka och svaga baser respektive syror. I starka syror delas alla molekyler upp i joner när de löses med vatten och frigör många H+. Svaga syror delas bara delvis upp till joner vid kontakt med vattnet. Samma sak gäller även baser med skillnaden att de frigör hydroxidjoner OH. Det är stor skillnad i pH mellan svaga och starka syror/baser.

Neutralisation- Om du blandar en syra med en bas så kommer du få en neutralisation, d.v.s. pH-värdet närmar sig 7.

De starka syrornas joner är:

Det är vätejonen, H+,som gör något surt (lågt pH). Ju fler vätejoner desto lägre pH. På bilden syns hur saltsyra delat upp sig. Det kallas protolys när vätejonen lämnar syran. I bägaren finns också många vattenmolekyler.

De starka basernas joner är:

Det är hydroxidjonen, OH, som gör något basiskt, (högt pH). Ju fler hydroxidjoner desto högre pH.

Syror kan användas för att skapa salter. Här är två exempel

1.. Om en syra och bas blandas kommer vätejonen och hydroxidjonen reagera och bilda vatten. pH-värdet kommer att närma sig 7. Detta kallas neutralisation. Det kommer också att bildas ett salt:

Syra + Bas —> Vatten + Salt.

HCl + NaOH —-> H20 +NaCl (koksalt)

2.. Syror löser upp oädla metaller. Häll syra över en metall så bildas vätgas och ett salt.

Syra + Metall —> Väte + Salt

2 HCl + Mg —> H2 + MgCl2

 

Fördjupning: 

Info om sidan Träna på begrepp Skriv ut
Deltest 1 Deltest 2 Stortest