Aggregationsformer och deras egenskaper

Materia

• Allt i naturen och runt omkring oss är uppbyggt av atomer.

Det finns ungefär 100 olika sorters atomer.

• Genom kombinationer av dessa atomer bildas alla ämnen vi känner till i universum.
• Forskare känner idag till cirka 20 miljoner olika ämnen.

Atomer är universums byggstenar

• Luften vi andas, djuren, växterna och alla föremål är byggda av atomer.
• Atomer klumpar ihop sig till ämnen som kallas kemiska föreningar, exempelvis vatten.
• Samma ämne kan se olika ut beroende på temperaturen (t.ex. is, vatten, ånga).

Materia betyder ämne eller stoff

• Det finns nästan ofattbart många ämnen på vår planet (sten, jord, vatten, luft, glas, plast).
• I fysiken kallas alla olika ämnen för materia.
• Materia betyder ämne eller stoff.

Materiens byggstenar kallas atomer

• Trädets beståndsdelar (stam, grenar, löv, rötter) är uppbyggda av atomer.
• Atomer är små partiklar som bygger upp all materia.
• Ordet "atom" kommer från grekiskans "a tomos" som betyder "odelbar".
• Atomer är ofattbart små och kan inte ses genom ett mikroskop.
• En atom består av en atomkärna omgiven av elektroner.

Grundämnen och kemiska föreningar

• Det finns över hundra olika sorters atomer.
• Alla ämnen delas in i grundämnen och kemiska föreningar.
• Grundämnen är uppbyggda av en enda sorts atomer, exempelvis järn och syre.
• Kemiska föreningar är uppbyggda av två eller flera olika slags atomer, exempelvis koldioxid.

Atomer bildar molekyler

• Vatten består av syreatomer och väteatomer som sitter ihop i molekyler.
• En vattenmolekyl består av en syreatom och två väteatomer.
• Syre är ett grundämne, där en syremolekyl består av två syreatomer.

Samma ämne men i olika form

• Vatten kan rinna ur en kran och frysa till is, trots att det är samma ämne.
• Ämnen i naturen kan finnas i fast form, flytande form och gasform.
• Temperaturen avgör vilken form ett ämne befinner sig i.
• När en isbit värms smälter den vid 0 °C och blir flytande (en vätska).
• Om vattnet fortsätter värmas börjar det avdunsta.
• Vid 100 °C börjar vattnet koka och övergår från flytande form till gasform.

Från gas till fast form

• Imma på spegeln bildas då vattenånga i utandningsluften kyls ner och kondenserar till små vattendroppar.
• Moln bildas då varm luft med vattenånga stiger, kyls av och kondenserar.
• När en vätska övergår från flytande form till fast form kallas det att den stelnar eller fryser (vatten till is).

Massa och volym ger densitet

• En cykel kan väga tolv "kilo" och en telefon två "hekto".
• Massa beskriver hur mycket materia ett föremål består av.
• Massan avgörs av antalet atomer och deras vikt.
• Grundenheten för massa är kilogram (kg).
• 1 kg skulle motsvara massan hos 1 liter vatten bestämdes i slutet av 1800-talet.
• Volymen är den mängd plats ett föremål tar upp.
• Juiceförpackningar kan ha olika form men samma volym (exempelvis 1 liter).
• Volymen av en tegelsten kan beräknas genom att multiplicera längd, bredd och höjd.
• Volymen av en oregelbunden sten kan mätas genom att sänka ner den i ett mätglas med vatten och mäta volymökningen.

Densitet beskriver hur tätt atomerna är packade

• För att jämföra vikten av aluminium och järn krävs samma volym. Alumnium har massan 2,7 g i per kubikcentimer medan järn har massan 7,9 g där
• Järn väger alltså mer än aluminium vid samma volym.
• Aluminium har densiteten 2,7 g/cm³ och järn har densiteten 7,9 g/cm³.
• Densitet beskriver hur sammanpackat ett ämne är; ju tätare atomerna är packade, desto högre är densiteten.
• 1 liter vatten har massan 1 kg, vilket ger densiteten 1 g/cm³.

Så räknar man ut densiteten

• För att räkna ut densiteten hos en sten, bestäm först massan och volymen.
• Densiteten räknas ut genom att dividera massan med volymen.
• Densitet förkortas med grekiska bokstaven ρ (rho).
• Exempel: En sten väger 35 g och har volymen 10 cm³. Densiteten är då 3,5 g/cm³.

Densiteten avgör vad som flyter

• En träbit flyter medan en sten sjunker pga densiteten.
• Trä har lägre densitet än vatten, medan sten har högre densitet än vatten.
• Ett föremål flyter om det har lägre densitet än vätskan.
• Olja flyter på vatten eftersom olja har lägre densitet än vatten.
• Trä har lägre densitet än vatten och därför flyter trä, ämnen som har högre densitet än vatten sjunker

Värme påverkar densiteten

• Broar påverkas av värme och blir lite längre när det är varmt, och kortare när det är kallt.
• Därför finns en springa i broarnas ändar som kan öka och minska i storlek.

Vad är värme?

• Materiens små byggstenar (atomer och molekyler) rör sig hela tiden.
• I fasta ämnen vibrerar atomerna på bestämda platser.
• I vätskor rör sig molekylerna mer fritt.
• I gaser rör sig molekylerna fritt med hög fart och det är glest mellan dem.
• Värme är ett mått på hur mycket atomerna och molekylerna rör sig; ju högre temperatur, desto mer rör de sig.
• Alla ämnen utvidgas när temperaturen ökar, eftersom molekylerna behöver mer plats.

Alla ämnen utvidgas när temperaturen ökar

• Aluminium utvidgar sig dubbelt så mycket som järn.
• Glas utvidgar sig ungefär hälften så mycket som järn.
• Metallocket på en glasburk kan bli lättare att öppna om den spolas med varmvatten eftersom metallen utvidgar sig mer än glaset.
• Ämnen i fast form utvidgar sig lite vid uppvärmning, utvidgningen är ändå så pass stor att vi måste ta hänsyn till ibland

Värme får broar att röra sig

• Broar av betong måste kunna röra sig lite fram och tillbaka, därför läggs bron på stålrullar.
• Rullarna gör att betongen kan röra sig utan att bron spricker i fästena.

Så fungerar en termometer

• Värmeutvidgningen i en vätska används i enkla termometrar.
• En termometer består av ett smalt, genomskinligt rör med vätska (oftast sprit färgad blå eller röd).
• När det blir varmare utvidgas vätskan och stiger.
• I en bimetalltermometer finns ett band av två metaller som utvidgar sig olika mycket.
• När temperaturen stiger böjer sig bandet och påverkar en visare som pekar mot en skala.

Celsiusskalan

• Temperaturen i Sverige mäts i grader Celsius (°C).
• Anders Celsius föreslog en temperaturskala med två fasta punkter (fixpunkter): vattnets fryspunkt (0 °C) och vattnets kokpunkt (100 °C).
• Avståndet mellan dessa fixpunkter är indelat i hundra delar (grader Celsius).
• Celsius satte ursprungligen 0 °C vid vattnets kokpunkt och 100 °C vid fryspunkten, men skalan vändes senare.

Temperatur mäts i olika enheter

• I engelskspråkiga länder mäts temperatur i grader Fahrenheit.
• Fahrenheit använde en blandning av is och salt för att bestämma den ena fixpunkten (0 °F = -18 °C).
• Den andra fixpunkten är den normala kroppstemperaturen (96 °F = 37 °C).
• Vattnets kokpunkt i Fahrenheitskalan är 212 °F och fryspunkten är 32 °F.

Den absoluta nollpunkten

• Vid den absoluta nollpunkten (-273 °C) blir atomernas rörelse helt stilla.
• Fysiker har skapat Kelvinskalan med utgångspunkt från den absoluta nollpunkten.
• I Kelvinskalan är -273 °C = 0 K.

Vattnets ovanliga egenskap

• När ett ämne värms ökar volymen och minskar densiteten, men vatten är ett undantag.
• När nollgradigt vatten värms minskar volymen till en början, och vid 4 °C är volymen som minst.
• Detta innebär att vattnets densitet är högst vid 4 °C.
• Tack vare denna egenskap bottenfryser inte sjöar under vintern, då vatten med högst densitet lägger sig närmast botten och håller temperaturen på 4 °C.
• Denna egenskap är avgörande för växt- och djurlivet i sjöar och hav under vintrarna.
• I har lägre densitet än vatten, därför flyter isen på vattnet

Gas påverkas mest av värme

• Gaser utvidgar sig mer än fasta ämnen och vätskor vid uppvärmning.
• Detta beror på att molekylerna i en gas rör sig fritt.
• En ballong med luft som läggs i frysen visar hur mycket gasens volym minskar när den blir kall.

Testa dina kunskaper om de olika aggregationsformerna, inklusive övergångar mellan dem som smältning, avdunstning och kondensation. Utforska skillnaderna mellan grundämnen och kemiska föreningar, samt atomernas roll i dessa processer. Förstå de grundläggande koncepten inom kemi.