Atomstruktur och periodiska systemet

Atomer

• En atom består av en kärna med protoner och neutroner, omgiven av elektroner i elektronskal.
• Antalet protoner i kärnan anges, följt av antalet elektroner i varje elektronskal.
• Antalet elektronskal beror på antalet elektroner, vilket i en neutral atom är lika med antalet protoner.

Elektronskal

• Elektronskalen betecknas K, L, M osv.
• K-skalet rymmer maximalt 2 elektroner.
• L-, M- och övriga skal kan rymma 8 elektroner.

Grundämnen

• Skillnaden mellan grundämnen beror på antalet protoner i atomkärnan.
• Antalet protoner definierar vilket grundämne det är, t.ex. har kol 6 protoner och syre 8.

Begrepp

• Atomnummer: Antalet protoner i atomkärnan. Syre har atomnummer 8.
• Elektronskal: Banor runt atomkärnan där elektronerna kretsar; ju längre bort från kärnan, desto fler elektroner ryms.
• Valenselektron: Elektroner i det yttersta elektronskalet; de avgör hur ämnet reagerar med andra ämnen.

Isotop och masstal

• Isotop: Varianter av ett grundämne med olika antal neutroner i atomkärnan, vilket påverkar massan.
• Masstal: Mått på en atoms massa, mäts i u (unit). Protoner och neutroner väger 1u vardera, elektroner väger nästan ingenting.
• Masstalet är ungefär dubbelt så stort som atomnumret eftersom antalet neutroner och protoner oftast är lika.

Periodiska systemet

• Grundämnen är ordnade efter atomnummer (antal protoner) i vågräta rader, kallade perioder.
• Grupper/kolumner innehåller ämnen med samma antal valenselektroner, vilket ger liknande kemiska egenskaper. Ämnen i samma period/rad har samma antal elektronskal.
• Alkalimetaller (längst till vänster) har en valenselektron och är mycket reaktiva.
• Ädelgaser (längst till höger) har fulla yttersta skal och är inte reaktiva.

Metaller och icke-metaller

• Metaller finns mestadels till vänster och i mitten av det periodiska systemet.
• Icke-metaller finns längst upp till höger (undantaget är väte, som placeras längst upp till vänster).

Ädelgasstruktur

• Innebär att ett ämne har ett fullt yttre elektronskal, vilket gör det stabilt och icke-reaktivt.

Använda periodiska systemet

• Samma grupp (kolumn): Samma antal valenselektroner
• Samma period (rad): Samma antal elektronskal
• Atomnummer: Antalet protoner + elektroner i ämnets grundform

Alkalimetaller, halogener och ädelgaser

• Alkalimetaller: 1 valenselektron, reagerar gärna för att bli av med elektronen för att få ädelgasstruktur
• Halogener: 7 valenselektroner, reagerar gärna för att ta emot en elektron för att få ädelgasstruktur
• Ädelgaser: Fullt yttre skal, reagerar inte gärna

Metaller

• Järnmalm blandas med kol och kalksten i en massugn och hettas upp till 1800 °C.
• Kol reagerar med syre och bildar koloxid (2C + O2 → 2CO).
• Koloxiden drar till sig syre från järnoxiden och bildar järn och koldioxid (Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2).
• Kalkstenen binder stenrester till slagg som avlägsnas.
• Råjärnet färskas genom att blåsa syrgas i det smälta järnet, vilket minskar kolhalten och bildar stål (C + O2 → CO2).

Korrosion

• Nedbrytning av material (t.ex. järn) genom reaktioner med omgivningen, som syre och fukt.
• Vatten underlättar transporten av elektroner från järnet, vilket bildar järnjoner (Fe → Fe2+ + 2 e-).
• Järnjonerna reagerar med syre och bildar järnoxid (2Fe2+ + 3O2 → 2Fe2O3).
• Saltvatten påskyndar rostning p.g.a. fler joner.
• Förebyggs genom målning/lackering, legering, infettning eller förzinkning; zink korroderar först och skyddar järnet.

Metaller - Egenskaper och användningsområde

• Järn: Magnetiskt - Spikar, köksmaterial, motorer, stålproduktion.
• Stål: Starkt, formbart - Byggmaterial, vitvaror.
• Aluminium: Leder ström, lätt - Fordon, högspänningsledningar.
• Titan: Stöts ej bort av kroppen - Sjukvård (t.ex. benfästning).
• Silver: Leder ström mycket bra - Elkontakter, smycken.

Joner

• Jon: Elektrisk laddad partikel (+/-)
• Atom: Neutral
• Joner har antingen fler elektroner än protoner (-) eller fler protoner än elektroner (+).

Jonbildning

• Atomer strävar efter ädelgasstruktur (fullt yttre skal)
• Alkalimetaller avger en valenselektron och blir positivt laddade.
• Halogener tar upp en elektron och blir negativt laddade.
• Natrium reagerar med vatten och bildar natriumjon (Na+).
• Klor reagerar med natrium och blir kloridjon (Cl-), tillsammans bildar de NaCl (salt).

Vanliga joner

• Exempel: Na+ (natriumjon), H+ (vätejon), Mg2+ (magnesiumjon), Cl- (kloridjon) och O2- (oxidjon).

Syror och baser

• Syra avger vätejoner (H+) i vatten.
• Fler vätejoner = starkare syra, färre = svagare syra.
• Syror har pH-värde under 7.
• Baser innehåller hydroxidjoner (OH-).
• Fler hydroxidjoner = starkare bas, färre = svagare bas.
• Baser har pH-värde över 7.

Utspädning

• Tillsättning av vatten ändrar pH-värdet mot 7, vilket gör syran/basen svagare.

Neutralisation

• Vätejoner (H+) från en syra reagerar med hydroxidjoner (OH-) från en bas och bildar vatten (H2O).
• Exempel: Saltsyra + natriumhydroxid → vatten + salt (H+ + Cl- + Na+ + OH- → H2O + Na+ + Cl-).

Salter

• Salter är ämnen uppbyggda av positiva och negativa joner (jonföreningar).
• Den positiva jonen är oftast en metall, den negativa en icke-metall.

Exempel på salter

• Natriumklorid (koksalt): Sänker fryspunkten (vägsalt).
• Kalciumkarbonat (kalk): Byggnadsmaterial, jordförbättrare, cementtillverkning.
• Kalciumsulfat (gips): Används som gips.

Salters upplösning i vatten

• Vatten är polärt (har en positiv och en negativ sida).
• Vattenmolekylerna drar bort joner från jonföreningarna och lägger sig runt dem, vilket håller kvar dem i lösningen.

Kemiska bindningar

• Jonbindning: Positiva och negativa joner attraheras och bildar en kristall (t.ex. NaCl).
• Molekylbindning (kovalent bindning): Två icke-metaller delar på elektroner (elektronpar) för att få fulla yttersta skal (t.ex. kvävgas).
• Metallbindning: Atomer i metaller delar på valenselektroner, vilket skapar ett elektronmoln och ger god ledningsförmåga.

Jonföreningar och molekylföreningar

• Jonföreningar: Joner attraheras och bildar en kristallstruktur (jonbindning).
• Molekylföreningar: Atomer delar på elektroner för att uppnå ädelgasstruktur (kovalent bindning).

Testa dina kunskaper om atomens byggstenar, inklusive atomnummer, masstal och valenselektroner. Utforska Bohrs atommodell och elektronkonfiguration samt hur grundämnena är ordnade i periodiska systemet. Förstå joners bildning och deras betydelse inom kemin.