Kemins grunder: Atomer och molekyler

Kemins grunder

• Kemi är läran om ämnens egenskaper, uppbyggnad och reaktioner.
• Alkemister försökte skapa guld från andra metaller och utvecklade nya grundämnen samt arbetsmetoder som används i laboratorier idag.

Atomer, molekyler, grundämnen och kemiska föreningar

• All materia är uppbyggd av atomer.
• En molekyl bildas när atomer binds till varandra och kan bestå av två till miljontals atomer.
• Ett grundämne består av ett enda slags atomer, exempelvis syre, kol och väte.
• En kemisk förening består av molekyler med två eller flera olika slags atomer, som t.ex. vatten (H₂O).
• Kemiska föreningars egenskaper skiljer sig från de grundämnen som bygger upp dem.
• Det finns oändligt många kemiska föreningar.

Kemiska tecken och formler

• Alla grundämnen har ett kemiskt tecken bestående av en eller två bokstäver.
• Det periodiska systemet organiseras efter grundämnenas vikt.
• Koloxid skrivs CO.
• Kolsyra skrivs H₂CO₃.

Ämnens egenskaper

• Ämnen kan vara fasta, flytande eller gasformiga, och dessa tillstånd kallas faser.
• Temperaturen styr vilket aggregationstillstånd (fas) ett ämne befinner sig i.
• Smältpunkt är temperaturen där ett fast ämne smälter, och kokpunkt är temperaturen där en vätska börjar koka.
• Vattnets smältpunkt/fryspunkt är 0°C och kokpunkt/kondensationspunkt är 100°C.
• Värme är rörelseenergi hos partiklarna i ett ämne.
• I en isbit ligger molekylerna tätt och stilla, medan de rör sig mer och är mer åtskilda i flytande form.
• Vid kokpunkten rör sig molekylerna mycket snabbt och far iväg åt olika håll.
• Den absoluta nollpunkten är -273,15°C, där partiklarna i princip är helt stilla.
• Densitet är ett mått på hur mycket ett ämne väger i förhållande till dess volym.
• Järn har högre densitet än aluminium, vilket beror på att järnatomer är tyngre och ligger tätare packade.
• Ämnen med låg densitet flyter på ämnen med hög densitet.
• Endast järn, nickel och kobolt är magnetiska metaller.

Rena ämnen och blandningar

• Luft är en blandning av kväve, syre, koldioxid och andra ämnen.
• Rena ämnen är inte blandade med andra ämnen; grundämnen och destillerat vatten är exempel på rena ämnen.
• Lösning, legering, emulsion och uppslamning är olika slags blandningar.
• En lösning består av ett lösningsmedel, oftast vatten, där ämnen är uppdelade i små partiklar.
• En mättad lösning kan inte lösa mer av ett ämne.
• Varm vätska löser oftast mer än kall vätska.
• Omrörning och finfördelning ökar hastigheten på upplösningen.
• Vissa ämnen är svårlösliga i vatten, som potatismjöl eller fett och olja.
• Vätskor kan lösa gaser, som koldioxid i läsk, där högt tryck och låg temperatur ökar lösligheten.
• Legeringar är blandningar av två eller flera metaller som ofta har bättre egenskaper än de rena metallerna.
• Emulsioner är blandningar av finfördelade vätskor som egentligen inte löser sig, stabiliserade med emulgeringsmedel.
• Uppslamningar är kortvariga blandningar av fasta och flytande ämnen, där partiklarna sedimenterar med tiden.

Att separera ämnen

• Destillering, sedimentering och kromatografi är metoder för att separera ämnen.
• Sedimentering innebär att tyngre partiklar sjunker till botten i en vätska.
• Filtrering separerar ämnen efter partikelstorlek, medan extrahering löser ut vissa ämnen i ett lösningsmedel.
• Indunstning används för att avlägsna ett lösningsmedel och få fram det lösta ämnet.
• Destillering separerar ämnen genom att utnyttja skillnader i kokpunkter.
• Kromatografi separerar ämnen baserat på hur snabbt de sugs upp över ett poröst material.

Ämnen kan förändras

• En fysikalisk förändring ändrar ett ämnes form eller aggregationstillstånd utan att skapa nya ämnen.
• En kemisk reaktion skapar nya ämnen med andra egenskaper.
• En reaktionsformel beskriver en kemisk reaktion och visar vilka ämnen som reagerar och bildas.
• Atomerna som finns i början av en reaktion finns också kvar i de nya ämnena som bildas.
• Vid felaktig förbränning av PVC-plast och matavfall kan dioxiner bildas, vilka är mycket farliga ämnen.

Det brinner

• För att en eld ska uppstå krävs bränsle, syre och värme.
• Vatten släcker eld genom att kyla ner bränslet och producera vattenånga som tränger undan syret.
• Matfett- eller oljebränder ska kvävas med lock eller filt istället för att släckas med vatten.
• Brandsläckare använder olika metoder, som skum, för att kväva elden.
• En brand kan också släckas genom att ta bort bränslet.

Luft, vatten, mark, syror och baser

• Luft består av molekyler och har en massa.
• Luften blir tunnare högre upp i atmosfären.
• Luften består av cirka 78% kväve och 21% syre.
• Syre reagerar med andra ämnen och bildar oxider. Samma sak sker i kroppen där syre används för att förbränna socker i cellerna.
• Kväve är en trög gas som inte gärna reagerar med syre och används i konstgödsel.
• Koldioxid bildas vid cellandning och förbränning, och är viktig för växternas fotosyntes.
• Kolmonoxid är en farlig gas som bildas vid dålig tillgång på syre vid förbränning.
• Ozon bildas av tre syreatomer och skyddar jorden mot skadlig UV-strålning.
• Marknära ozon bildas av utsläpp från trafik och industrier och skadar växter och djur.
• Växthusgaser som koldioxid och vattenånga håller kvar värme på jorden.
• Fossila bränslen bidrar till ökad växthuseffekt.
• Moln bildas av vattenånga som kondenserar till vattendroppar i luften.
• Ädelgaser som argon och helium reagerar inte med andra ämnen.
• Luftföroreningar och hög luftfuktighet kan bilda smog, vilket är skadligt för hälsan.

Vatten

• Vatten är en kemisk förening av syre och väte (H₂O).
• I fast fas (is) bildar vatten ett tätt nätverk.
• I flytande fas rör sig vattenmolekylerna lite mer och kan faktiskt komma närmare varandra.
• I gasform är vattenmolekylerna inte bundna till varandra utan rör sig fritt.
• Den fasta fasen (is) har lägre densitet än den flytande fasen (vatten).
• Vatten har en större ytspänning än andra vätskor.
• Vattnets temperatur ändras mycket långsammare än andra vätskors.
• Is lägger sig på ytan av vatten eftersom den har lägre densitet, vilket gör att fiskar och andra vattenorganismer kan överleva vintern under isen.
• Ytspänning får vattendroppar att bli rundade.
• Det tar mycket längre tid att värma eller kyla vatten än andra ämnen, vilket innebär att vatten har hög värmekapacitet.
• Allt liv innehåller vatten, och människokroppen består av ungefär 70% vatten.
• Ungefär 97% av allt vatten är saltvatten och går inte att dricka.
• I vattnets kretslopp avdunstar vatten och kondenserar till moln, som sedan faller ner som nederbörd.
• Bara 3% av allt vatten är sötvatten, och mindre än 1% är tillgängligt för växter och djur.
• Grundvatten är rent vatten som kan nås genom brunnar.

Vattenrening

• Grovfiltrering tar bort plast och annat skräp.
• Kemisk rening tillsätter ämnen som får bort partiklar att sjunka till botten.
• Filtrering renar vattnet i sandfilter.
• Desinfektion tillsätter klor eller ozon för att döda bakterier.
• Tillsats av kalk gör vattnet svagt basiskt för att skydda vattenledningarna.
• Rötslam används som gödsel, men kan innehålla tungmetaller och mediciner.
• Mekanisk rening tar bort fasta material som papper.
• Biologisk rening bryter ner näringsämnen med hjälp av bakterier.
• Kemisk rening tar bort fosfater.
• Kväverening tar bort kväveföreningar.

Mark

• Berggrunden innehåller bergarter som består av en eller flera kemiska föreningar.
• Ett mineral är en kemisk förening eller ett grundämne som ingår i en bergart.
• Malmer är mineraler som innehåller metallföreningar och används för att framställa metaller.
• Exempel på bergarter är granit, gnejs och sandsten.
• Jord består av rester från döda växter och djur, grus, sand och nedbrytare.
• Vatten i jorden transporterar mineraler som tas upp av växterna via rötterna.

Kretslopp:

• Växter äts av djur, som sedan återför mineraler till jorden via urin och avföring.
• Döda växter och djur bryts ner och mineralerna tas upp igen.
• Åkermark kan behöva gödslas med naturlig eller konstgjord gödsel för att bibehålla mineraler.
• Det finns två kretslopp för jord: ett snabbt där döda växter och djur blir till jord, och ett långsamt där berg nöts ner av is och vatten.

Syror och baser 1

• pH-skalan mäter surhetsgraden (0-14).
• En indikator ändrar färg beroende på om ett ämne är surt eller basiskt.
• BTB blir gul i sura lösningar, grön i neutrala och blå i basiska.
• Destillerat vatten är neutralt (grönt med BTB), medan kranvatten ofta är basiskt (svagt blått).
• Regnvatten är ofta surt (lågt pH) på grund av koldioxid och luftföroreningar.
• pH-papper ger ett ungefärligt pH-värde, medan en pH-mätare ger ett exakt värde.

Syror:

• En syra kan avge vätejoner när den löses i vatten.
• Syror smakar surt, har lågt pH-värde, gulfärgar BTB och kan vara frätande.
• Vanliga syror är saltsyra (HCl), svavelsyra (H₂SO₄) och salpetersyra (HNO₃).

Starka syror:

• Saltsyra används för att tillverka färgämnen, konstgödsel och läkemedel. Finns även i magsäcken.
• Svavelsyra är starkt frätande, drar åt sig vatten och leder elektrisk ström. Används i pappersmassa och bilbatterier.
• Salpetersyra sönderdelas i ljus och används för att tillverka plast och sprängämnen.
• Spädning av syror ska ske genom att hälla syran i vattnet (SIV-regeln).

Svaga syror:

• Citronsyra finns i citrusfrukter.
• Kolsyra används i läsk och mineralvatten.
• Mjölksyra bildas i kroppen vid hård träning.
• Ättika används i inläggningar.
• Myrsyra används av myror som försvar.

Basers:

• Baser är syrornas motsats och känns hala.
• De finns mest i tvål och rengöringsmedel.

Starka baser:

• Natriumhydroxid (NaOH) används för att tillverka tvål och tvättmedel.
• Kaliumhydroxid (KOH) används i alkaliska batterier.

Svaga baser:

• Ammoniak används i rengöringsmedel.
• Soda (natriumkarbonat) har använts som tvättmedel.

Försurning:

• Normalt pH i naturen är strax under 7.
• Svaveldioxid och kväveoxid bildar surt regn.
• Surt regn påverkar pH-värdet i jord och vatten negativt.

Åtgärder:

• Kalkning motverkar försurning.
• Minskade utsläpp förbättrar pH-värdet.
• Alla länder måste samarbeta kring miljöfrågor.

Kol

• Kol finns i många material från växter och djur.
• Den del av kemin som behandlar kolföreningar kallas organisk kemi.
• Kol är ett grundämne och finns lagrat som stenkol, olja och naturgas.

Rena kol:

• Grafit är mjukt och leder ström.
• Diamant är hårt och genomskinligt.
• Fulleren bildar fotbollsliknande klot.
• Grafen är ett tunt skikt med många användningsområden.

Amorft kol:

• Stenkol, träkol och aktivt kol är exempel på amorft kol.
• Träkol tillverkas genom torrdestillation.
• Aktivt kol binder andra ämnen och används för att rena.
• Kolatomer kan bilda fyra starka bindningar.
• Kolkedjor kan vara raka, grenade eller ringformade.

Kolväten

Kolväten:

• Kolväten innehåller enbart kol- och väteatomer.
• De är olösliga i vatten och brinner lätt.
• Olika kolväten har olika egenskaper baserat på antalet kolatomer.
• Enkelbindningar slutar på -an, dubbelbindningar på -en och trippelbindningar på -yn.
• Omättade kolväten har dubbel- eller trippelbindningar.
• Mättade kolväten har enbart enkelbindningar.

Naturgas:

• Naturgas innehåller främst metan.
• Sumpgas bildas vid nedbrytning i syrefattig miljö.
• Biogas tillverkas av bakterier i slam.

Polymerer:

• Polymerer är långa kedjor av molekyler.
• Plaster är polymerer.
• Papper består av cellulosa, en sockerart av glukosringar.

Fossila bränslen

• Kol och olja är rester av växter och djur som omvandlats under högt tryck och temperatur.
• Olja, naturgas, stenkol och brunkol är fossila bränslen.
• Förbränning av fossila bränslen ökar koldioxidhalten i atmosfären.

Råolja:

• Råolja är en blandning av hundratals kolväten.
• Genom fraktionerad destillation kan man separera kolvätena baserat på kokpunkt.
• Bensin är en blandning av flytande kolväten med 5-10 kolatomer.
• Krackning används för att slå sönder längre kolkedjor.
• Diesel består av kolväten med 10-22 kolatomer. Biodiesel framställs av vegetabiliska oljor. Fotogen består av kolväten med 10-16 kolatomer.

Biogas:

• Biogas har samma sammansättning som naturgas men är inte fossil.
• Biobränslen bildas av organiskt avfall som bryts ned av bakterier.

Torv, brunkol, stenkol:

• Stenkol består av döda växter och bildas i tre steg: torv, brunkol och stenkol.
• Torv innehåller ca 60% kol, brunkol ca 70% och stenkol ca 90%.
• Vid förbränning av fossila bränslen bildas koldioxid, vattenånga och värme.
• Fossila bränslen leder till förstärkt växthuseffekt, försurningsskador och oljeutsläpp.
• Fossila bränslen skadar miljön
• Förnybara energikällor som vattenkraft, solenergi och vindkraft är bättre för miljön.
• Biobränsle är ett annat alternativ

Alkoholer:

• Alkoholen i öl, sprit och vin heter etanol.
• Alkoholer är brännbara, giftiga och ofärgade vätskor.
• Alkoholer används som bakteriedödande medel, bränsle och råvara för plast och läkemedel och hudkrämer.

Metanol:

• Metanol (träsprit) är mycket giftigt.

Etanol:

• Etanol (alkohol) bildas genom jäsning.

Används:

• Bränsle
• Handsprit
• Lösningsmedel.
• Etanol bidrar inte till växthuseffekten. Nackdelar:
• Kräver stora markområden för produktion.
• Tillverkning av etanol kräver oxå energi.

Glykol:

• Glykol används som tillsats i kylarvätskan i bilen
• Propylenglykol används på grund av att de är mindre giftiga.

Glycerol:

• Glycerol används i hudkrämer.
• Glycerol används även I våran mat

Organiska syror:

• Bildas av alkoholer med en COOH-grupp (karboxylgrupp).
• Skyddar växter och frukter mot bakterier, svampar och växtätande djur.
• Används konserveringsmedel

Myrsyra:

• Finns i brännässlor och gör att det svider
• Används vid tillverkning av läder och för att konservera foder till djur.

Ättiksyra:

• Används som smaksättare och konserveringsmedel.
• Används i industrin.

Propionsyra:

• Används i konserveringsmedel och surdeg.

Smörsyra:

• Finns i smör i form av estrar och har obehaglig lukt

Estrar:

• Tillverkas av en alkohol och en organisk syra.
• Hämmar smak i mat

Polymerer

• Kan binda och fästa med dubbelbindningar
• Betyder många delar
• Finns oxå tillsatser och stabilisatorer

Naturliga polymerer

Cellulosa och proteiner

• Silke kommer ifrån kokonger och de innehåller proteiner och aminosyror. Gummi kommer ifrån växtsaft

Fotosyntes och cellandning

• Vi behöver syre, vatten och näringsämnen.

Fotosyntesen:

• Bildas kolhydrater
• Koldioxid + vatten + energi = glukos + syre
• 6CO2 + 6H2O+ energi = C6H12O6 + 6O2

Cellandningen:

• Vi får energin genom maten
• Syre + glukos= koldioxid + vatten + energi
• 6O2 + C6H12O6 = 6CO2 + 6H2O + energi

Kolhydrater

• Alla kolhydrater består av kol, väte och syreatomer.

Enkla sockerarter (monosackarider):

• Vattenlöslig / Söt smak
• Glukosmolekyl (druvsocker) innehåller 6 kolatomer
• Fruktosmolekylen (fruktsocker) har också 6 kolatomer, men en annan strukturformel
• Ger även frukter o bär söt smak

Sammansatta sockerarter består av 2 eller flera sockermolekyler:

• Diösackarider : Består av 2 monosackarider
• POlysackarider : Består av flera monosackarider
• Sackaros är en disackarid, glukos och fruktosmoelkyl
• Laktos (mjölksocker) finns i mjölkprodukter och är en disackarid

Stärkelse och Cellulosa

• Är sammansatta sockerarter
• Stärkelse - finns i bröd och pasta
• Cellulosa - finns i kostfibrer och papper

Långsamma och Snabba kolhydrater:

• Kolhydrater är olika nyttiga
• Snabba Kolhydrater: - Läsk - Godis - Kakor
• Långsamma Kolhydrater som finns i : - Potatis - Grönsker - Frukter

Diabetes Mellitus

• Är en kronisk sjukdom där blodsockernivåerna är förhöjda.

Sötningsmedel

• Är ett säkert alternativ till socker

Aspartam:

• Världens vanligaste sötningämedel i godis läsk mm

Sackarin:

• 700 gånger sötare and socker

Fetter

• Består utav energi
• Finns både fett och olja
• Energireserv

Vegetabiliska och Animaliska fetter

• Olivolja och rapsolja växer i vegatation
• Djur fett - Kötto, fisk, ost ochsmör

Fetter är estrar:

• En alkohol och tre syror

Mättat, omättat och fleromättat fett:

• Mättat - Hög halt fetsyror
• Omättade fettsyror - Enkelomättade fetsyror

Proteiner

• Bygger och får vårt kropp att fungera

Hormoner och enzymer

• Består av proteiner
• ENzymer : speciell form av proteine.

Aminosyror byger ut proteiner

• 20 aminosyror i ett protein
• 10 av de 20 så måste vi få proteinrik mat som innehåller massa aminsoyror : Det kallas essentiella aminosyror
• Gulten är ett protein

Vitaminer och mineralämnen

• Kan inte våra kroppar själv producera, så vi behöver vitamnerna genom maten.
• D -Vitaminer = Viktgit för sklettete, A-Vitaminer : Syn, K-Vitaamer blod koagulering

I atomens inre

• Materia är uppbygg av atomer som bildar tillsammans store

Atommodellern:

• Vid kemksia reakation och moleyker kombneraris, bildas det nya ämnen

Atomen delar:

• Vi vet at atomen är uppbyggd av olika partirkar somgemensamt kallas elementar partirkar. I mitten finns atomkärnan sonm består av protoner och neutroner. Runder kärnan rörsig elektroner som är negativt laddade. I atomen finns detika många elktroner som det finns protoner. Efersom elektornern och protonern har motsatta laddnngar, blir den totala ladningen hos atomen.

Antalet provotoner ger grundamen,

• Ett gyrundämem är ett ämne som är uppbyggd

Elektronskal

• Enligt fysikern rohrs model rörsig electronerna runt atomkärnan på bestämda avstånd från kärnan. DEt finns olika elektron skal. Elektronkalan har fått bokstavsnaamn och skall K,L,M,N skalet osv. Ju bngre från kärmann desto fler delakoner får plats

Valenselektroner:

• Elektronen läggs ig skalane så nära atomkärnan som majoligt.

Atomnummer och atommassa:

• Grundämente aromnummeer talar man antsprotoner som det finns i atomkärnan.

Isotoper

• I ett grundömnen har attomene alltid som antal pratner , mer antelet neltroner kan varirea

Periodiska systemet

• I de periodiska systemet med grunämneran ordan de efer atomnummere och giver en överblyck och grundänmnera egenskaper

Alles gyrunder finns it periodisk systemel

• Periodisa systemet är en kanta

Perioder och grupper

• Der peiodiskasystemnet sorteerar grundämnene

Metallerna ock icke metallerna

• Gyranämeen kandealså

Alkalimetaller

• Grupp 1 Alkalimetaller innerhöräme med 1valens eletktorn

Halogerna

• grupp 19 Halagerna har elektorner

Ädelagser

• Grupp 19 Andel gaser
• Är inte de kemisk reaakktive

Överstångsmetaller

• Grupp 9 tillg 12 översitång smeötte

Metaller

• De flesya grundänmen är metelr ochvårdagsär fylld med metelle föremål Metalles egenskaper

Järn

• Järn finbs i jordskooopan

Ställ

Koppar

• En av de mesta anvöndas

Aluminium

Titan och Maggesium

Zink Reagerar lättt med luftss syree.

Gold

• Au

Platina

Silver

• Avall metalller så är det silver so har bästa elektroska

Joner

• Joner är partiklare med en elkestisk addining.
• En jo är inte odladdad om är inte ååddad

Postitiva joner:

• Amnen ,ed 8 elekrotner i sitt yytert skal som ar

Nagataiva Joner

• Atonenera son har manga valene

Syror och baser

syror störst inverkan och svavelsrya

Svag och stark syra

• saltsyra i stark syta

Koncentraerat ohv utspädd

Baser -alla brsea har minst 1 oh group, och har PH nivå over 7

Svaga ohv starkaa baser