Transcript periodiska systemet 2010-2011

Periodiska systemet
Betygskriterier - Periodiska systemet
För att få godkänt ska du ...
– Veta vad atomer är för något, rita upp en modell av en atom.
– Veta skillnaden mellan en atom och en jon.
– Känna till att joner är mycket vanligare än atomer i vår tillvaro och kunna ge en rad
exempel på var i din omgivning du träffar på joner.
- Känna till lite om några vetenskapsmäns arbeten (Einstein, E=mc2 )
– Veta hur radioaktivitet uppstår. (Radioaktiva substanser avger joniserande strålning)
- Känna till i stora drag hur periodiska systemet är uppbyggt
– Veta vilka typer av joniserande strålning (alfa, beta, gamma) som finns och lite om deras
olika egenskaper.
– Känna till hälsorisker med radioaktivitet.
– Veta lite om hur vi kan använda oss av radioaktivitet.
– Veta vad som menas med bakgrundsstrålning och vad den kommer ifrån.
– Veta vad som menas med ett radioaktivt ämnes halveringstid.
– Veta vad som menas med isotoper av ett atomslag och hur man kan använda sig av dem.
– Veta vad kol-14-metoden är för något.
– Veta i stora drag hur kraftverk baserade på fossila bränslen och på kärnbränsle fungerar
samt hur de påverkar miljön.
– Veta skillnaden mellan fission och fusion och kunna ge exempel på där detta förekommer.
För att få väl godkänt ska du också kunna ...
– Veta vad det periodiska systemet är och lite om hur atomerna där är ordnade.
Känna till vilka slags joner atomerna i olika delar av periodiska systemet ”vill” bilda och
varför.
– Känna till några praktiska exempel på när joner övergår till atomer och tvärtom.
– Veta på vilka sätt olika atomer kan reagera med varandra för att bli ”nöjda”, jon- och
molekylföreningar.
– Veta hur man med hjälp av joner kan hitta andra joner i ett prov som ska undersökas.
– Veta att det inte bara är atomsorten i sig som bestämmer materians egenskaper utan också
hur atomerna sitter ihop med varandra och ge exempel på detta.
– Känna till det elektromagnetiska spektrumet, hur våglängden varierar i det och varför just
den kortvågiga strålningen är så farlig.
– Känna till fler exempel på energiteknik och kunna jämföra olika energiteknik ur miljö- och
hälsosynpunkt.
– Veta lite om skillnaden mellan en atombomb och ett kärnkraftverk samt hur en atombomb
verkar.
– Kunna göra beräkningar med halveringstider, t.ex. C-14-metoden.
Kunna på ett noggrannare sätt redogöra för det kosmiska kretsloppet, dvs. stjärnors och
solsystems ”födelse” och ”död”.
– Känna till mer om var och hur jordens grundämnen har bildats.
För att få mycket väl godkänt ska du dessutom ...
Genom att titta i periodiska systemet kunna förutsäga vilka atomer som kan tänkas reagera
med varandra, kunna ge förslag på molekyler som då bildas och kontrollera om de finns.
– Mer om materians innersta delar.
– Veta vad som menas med en sönderfallskedja och hur grundämnen då bildas ur varandra.
– Känna till vad vi gör med kärnkraftsavfallet i Sverige.
–Veta lite om hur nya grundämnen bildas i solen och i andra större stjärnor.
- Kunna diskutera och argumentera för atomfysikens roll i samhället och vetenskapen
1
- Känna till hur materia uppstod i universums begynnelse.
Länkar: http://lankskafferiet.skolverket.se/sidor/0_7_1_5.html
Lyssna (en del överkurs finns här)
http://www.komvux.osteraker.se/cfl/NK1202W/m01_materia/003_3_060_sammanfattningatom.htm
Periodiska systemet: http://www.webelements.com/index.html
http://www.studera.com/nytto/persys/per_sys.htm
http://www.touchspin.com/chem/DisplayTable.html
http://www.nordlov.dk/atom/index.htm
Ordlista - kortfattad
Atomnummer - Det nummer som är tilldelat varje grundämnet utifrån hur många protoner det
har.
Bakgrundsstrålning - Den naturliga strålningen som omger människan, kommer från naturligt
radioaktiva ämnen i jorden och från rymden
Elektron - negativt (-) laddad elementarpartikel som kretsar runt atomkärnan. Storleken är
1/1837 del av protonens storlek.
Elektromagnetisk strålning - Strålning som består elektriska och magnetiska vågor som rör
sig med ljusets hastighet. Exempel: ljus, radiovågor, gammastrålning, röntgenstrålning.
Elementarpartiklar - Grundpartiklar som utgör atomen.
Neutron - Neutralt laddad elementarpartikel i atomkärnan.
Fission - när man delar på en atomkärna till två mindre ungefärligt lika stora
delar.
Foton - En mätbar enhet av elektromagnetisk energi. Fotoner har rörelse men de har varken
massa eller laddning.
Fusion - när man slår ihop två lättare atomkärnor till en tyngre.
Grupp (lodrätt): Har samma antal elektroner i yttersta skalet (samma antal valenselektroner).
Halveringstid - Den tid det tar för hälften av ett ämnes atomkärnor att sönderfalla.
Isotop - en atomkärna hos ett grundämne med ett bestämt atomnummer kan ha olika antal
neutroner inne i kärnan alltså olika isotoper.
Jon - En elektriskt laddad atompartikel
Joniserande strålning - Strålning som kan producera joner.
2
Kedjereaktion - När en neutron krockar med en atomkärna och frigör fler
neutroner som krockar med andra kärnor o.s.v.
Kol-14 datering - metod för att mäta ålder på en organism.
Masstal Antal protoner + neutroner i atomkärnan
Period (vågrätt): Alla grundämnen i en period använder lika många elektronskal
(energinivåer).
Radioaktivitet- Atomkärnor som sönderfaller, enhet becquerel (Bq) (sönderfall per sekund)
Stråldos - Mängd energi en kropp tagit upp när den utsatts för joniserad strålning, enhet är
millisievert
Ädelgasstruktur: Atomer med helt fulla elektronskal.
3
Atommodellen (repetition från materiakursen)
Atomen består av tre partiklar – Protoner, elektroner och
neutroner. I kärnan finns den positivt (+) laddade protonen (p)
och den neutrala Neutronen (n), de väger ungefär lika mycket.
Dessa kallas tillsammans kärnpartiklar, eller nukleoner. Runt
kärnan i skal finns den negativt (-) laddade elektronen (e), den
väger nästan ingenting om man jämför med neutronen och
protonen. Protonen är nästan 1800 gånger så tung som
elektronen. Om vi tittar på atomen så är kärnans storlek en
tiotusendel av hela atomen men den innehåller 99,9% av
elektronskal
atomens massa.
Nuklider är ett gemensamt namn för alla atomkärnor.
Massan av en atom mäts i enheten 1 u som är 1,66 · 10-27 kg. Enheten 1 u kallas den
universella atommassenheten. Enheten har valts så att protoner och neutroner vardera väger
ca 1 u, elektronen väger ca 1/1800 u. Atommassenheten 1 u är enligt definition 1/12 av
massan av en atom 12C. Det betyder att en atom 12C väger exakt 12 u. (1,993·10-23g)
Väte, 1H består av en proton och en
elektron och saknar alltså neutroner.
Helium, 2He består av två protoner, två
neutroner och två elektroner. K-skalet är
fullt.
Den kraft som håller samman atomkärnan kallas för den starka kärnkraften och är en av de tre
fundamentala krafterna i naturen (de andra är gravitation och elektrosvag kraft).
(Elektromagnetisk och svag kärnkraft kan förenas i en gemensam kraft som kallas elektrosvag
kraft)
Hur många protoner, neutroner och elektroner en atom innehåller, beror på vilket ämne det är.
I varje atom finns det lika många elektroner som protoner. Det betyder att det finns lika
många negativa som positiva laddningar. Det är därför man säger att atomen är
neutral/oladdad. Elektronerna kretsar kring kärnan i olika skal (banor/energinivåer) som
benämns som K- (2st e), L-(8st), M- (18st), N-(32st)-skal osv. O, P och Q (max 7 sju skal).
(2= antalet elektroner som får plats i skalet). När M-skalet ligger ytterst, kan det emellertid
högts innehålla 8 elektroner. Valenselektron är de elektroner som finns i det yttersta
elektronskalet. Det är i huvudsak valenselektronerna som avgör ett grundämnes kemiska
egenskaper. Energiskalen runt atomkärnan är inte “skal“ i egentlig mening, utan en modell för
att lättare kunna förstå elektronernas energinivåer. Bättre är att betrakta dem som
elektronmoln.
4
Partikelaccelerator
Man låter accelerera en elektron till mycket höga hastigheter och låter den krocka med en
proton. När de krockar kan man se en glimt av materiens innersta. Dessa experiment som man
började med på 1950-talet har kunnat visa att protoner och neutroner är uppbyggda av s k
kvarkar, tre i vardera protonen och neutronen. Den största och starkaste partikelaccelerator i
världen ligger i en underjordisk cirkelformad tunnel på gränsen mellan Schweiz och Frankrike
och heter LHC. Sverige (Lund) är på gång att bygga en egen anläggning, ESS.
Jon: Om en eller flera elektroner försvinner kommer atomen att blir positiv laddad. Om det
tillkommer elektroner i en atom kommer den att bli negativt laddad. Olikladdade joner
attraherar varandra och kommer att bindas samman med vad som kallas för jonbindning.
Ex I reaktionen mellan Natrium och klor bildas det NaCl, koksalt (jonförening). Natrium
lämnar sin enda valenselektron till kloratomen. Båda får då ett fullt yttersta elektronskal.
Jonerna heter Na+ samt Cl-. Andra ex på joner är Mg2+(Magnesium), Fe3+(järn), SO42-(sulfat)
Ex på olika joner: http://www.chemistrynarratives.com/files/joner.pdf
Isotop – Ett grundämne kan ha flera isotoper som skiljer sig från varandra genom att de
innehåller olika många neutroner i kärnan. Väte med endast en proton kallas Protium
(vanligt/första vätet) och betecknas som 11 H . Andra varianter är en väteatom med en proton
och en neutron, Deuterium= tungt väte och en väteatom med en proton och två neutroner en
annan sorts isotop av väte (Tritium=tretungt/extratungt väte).
Periodiska systemet – är en tabell som bygger på hur många protoner varje grundämne
innehåller d.v.s. antalet protoner är lika med atomnumret för ämnet. Tabellen börjar med det
minsta grundämnet, väte med bara en proton i kärna och därför atomnummer ett, nästa
grundämne med två protoner (d.v.s. atomnummer två) är Helium. O.s.v. till grundämne 118
som idag är det största. Alla ämnen tyngre än Uran (atomnummer 92) är tillverkade av
människan. I Tabellen finns 270 stabila isotoper och fler än 2000 ostabila isotoper. När
kemister beskriver ett ämne så skriver de med följande modell där X = grundämnets kemiska
tecken (symbol) A = masstalet (d.v.s. hur mycket massa atomen/grundämnet innehåller) och
A
Z = grundämnets atomnummer (antalet protoner) Z X (används inte i modellen att antalet
neutroner betecknas N.) Exempel: (eller Helium-4) är Helium med atomnummer 2 och
masstalet 4u, för att ta reda på hur många neutroner det finns så är subtraherar man masstalet
med atomnumret d.v.s. A – Z = 4 – 2 = 2st neutroner. Helium består av två protoner, två
elektroner och två neutroner. (helium-4 (4He)) Helium kan även innehålla en neutron och
kallas då helium-3 (3He) Mer än 99% av alla atomer i universum är antingen väte- eller
heliumatomer. I människokroppen är över 98% av atomerna väte-, syre- eller kolatomer.
Period (vågrätt): Alla grundämnen i en period använder lika många elektronskal
(energinivåer).
Grupp (lodrätt): Alla grundämnen i grupperna 1,2 och 13-18 har samma antal elektroner i
yttersta skalet (samma antal valenselektroner). Eftersom det i huvudsak är antalet
valenselektroner som avgör ett grundämnes egenskaper så kommer de grundämnen som
tillhör samma grupp att likna varandra rent kemiskt. De kommer t.ex. att reagera med andra
ämnen på ett för gruppen karakteristiskt sätt.
5
Oktettregeln: Alla atomer utom väte och helium försöker få åtta elektroner i sitt yttersta
skal. (Octo= åtta på latin). De ämnen som har många valenselektroner uppnår
ädelgasstruktur genom att ta upp så många elektroner att det yttersta skalet blir fullt.
(De med få avger sina elektroner)
Vid oxidationer avges elektroner - Vid reduktion tas elektroner upp.
En reaktion sker mellan ett s k redoxpar, och den kemiska reaktionen kallas en redoxreaktion.
En redoxreaktion är en reaktion i vilken ett ämne oxideras och ett annat ämne reduceras.
Ett exempel är Zink som oxideras av kopparen som är oxidationsmedel, koppar reduceras av
zink som är reduktionsmedel. Den elektrokemiska spänningsserien ordnar metallerna efter
avtagande reduktionsförmåga, den med störst reduktionsförmåga kommer först
K Na Mg Al Zn Fe Pb H Cu Ag Au Pt
De metaller som står till vänster om väte H är vätgasutdrivande vilket betyder att de löses upp
i syror (syror är ämnen som avger H+)
Metaller och icke-metaller
De flesta metallerna har ett litet antal elektroner i sitt yttersta skal. En del grundämnen brukar
kallas halvmetaller. De har en sådan uppbyggnad att de ibland uppför sig som metaller och
ibland som icke-metaller.
Grundämnesfamiljerna (gemensamma egenskaper i gruppen)
Grupp 1 Väte och alkalimetallerna (Litium, Natrium, Kalium) (en valenselektron). Reagerar
mycket lätt med andra ämnen som t.ex. vatten, syre och klor. Finns ej i ren form i naturen.
(väte finns i små mängder i form av vätgas, H2). De förekommer bara i olika kemiska
föreningar. De ingår i många salter. Är mjuka i ren form så de kan skäras med kniv. Bildar
gärna positiva joner (envärda positiva). Natrium ingår i olika typer av belysning. (vägar)
Grupp 2 De alkaliska jordartsmetallerna (två valenselektroner). Alla är metaller och reagerar
lätt med andra ämnen (speciellt med syror) och finns därför inte som grundämnen i naturen.
Avger två elektroner för ädelgasstruktur. det bildas joner med laddningen 2+, t.ex.
Magnesium som blir Mg2+. (tvåvärda positiva)
Grupp 16: Måste ta upp två elektroner för ädelgasstruktur -> joner med laddningen 2-, t.ex. en
oxidjon, O2Grupp 17 Halogenerna (halogen=saltbildare) ( sju valenselektroner).Vanligaste är Fluor, Klor,
Brom och Jod. Ickemetaller, reagerar lätt med andra ämnen, förekommer oftast i salter. Alla
fria halogener har en stickande lukt och angriper i gasform slemhinnor mycket starkt. Det
bildas joner med laddningen 1- (de tar upp en elektron för att få 8st i sitt yttersta skal)
(envärda negativa joner). Klor är ett starkt blekande och bakteriedödande ämne. ( rena
simbassänger ) Fluorföreningar ingår i många tandkrämer. (stärker emaljen).
Grupp 18 Ädelgaserna (inga valenselektroner = fullt i yttersta skalet vilket kallas för
ädelgasstruktur). Stabil struktur, reagerar ogärna med andra ämne. Alla är gaser som Helium,
Neon, Argon, Krypton, Xenon och Radon. I lampor finns det Argongas. (om det hade varit
luft hade tråden brunnit upp). Ädelgaserna används också i ljusrör för reklamskyltar.
(neon=rött)
6
Ex på grundämnen (med vilket nr i periodiska systemet)
Grundämne:
Kemiskt tecken
Var finns det?
1. Väte
H
I Luften och universum.
2. Helium
He
Ädelgas som finns i ballonger och universum
3. Litium
Li
Läkemedel, batterier
4. Beryllium
Be
Metallegeringar, kärnkraftverk, smycken
5. Bor
B
Legeringar, fyrverkerier, rengöringsändamål
6. Kol
C
I alla levande organismer, pennor, diamanter m.m
7. Kväve
N
Konstgödning, avgaser, utandningsluften
8. Syre
O
Luften
9. Fluor
F
Fluorsköljning och tandkräm
10. Neon
Ne
Ädelgas som finns i ljusskyltar
11. Natrium
Na
Bordssalt, gödningsmedel
12. Magnesium
Mg
Bilar, datorer, fyrverkerier, legeringar
13. Aluminium
Al
Bilar, förpackningar
17. Klor
Cl
Bassänger, pappersblekning
22. Titan
Ti
Klockor, proteser, smycken, krämer, transport
26. Järn
Fe
I människors blod som hemoglobin, legeringar
29. Koppar
Cu
Elledningar i våra hus och kyrktak.
47. Silver
Ag
Elektronik, fotoframkallning & smycken
78. Platina
Pt
Katalysatorer & smycken
79. Guld
Au
Elektronik & smycken
7
Fördelning av elektroner i de olika skalen
Ämne (elektronantal) skal
Väte (1) K:1 Helium (2) K: 2 (fullt) Litium: (3) K:2 L:1
Beryllium (4) K:2 L:2 Bor (5) K:2 L: 3 Kväve (7) K:2 L:5
Syre (8) K:2 L: 6 Neon (10) K: 2 L: 8 Natrium (11) K: 2 L: 8 M: 1
Svavel (16) K :2 L: 8 M: 6
Kemiska bindningar
En molekylbindning ( elektronparbindning /kovalent bindning) är en bindning
mellan två eller flera atomer där attraktionen beror på att atomerna har för få
elektroner i sitt ytterskal. (väte) Atomerna går därför samman med en annan atom så att de
kan dela på elektronerna (elektronpar) och alla atomer får så många elektroner de vill ha. I
dubbel- och trippelbindningar delar atomerna på två eller tre elektronpar. Ex på ämne med
molekylbindning är vatten (två väteatomer och en syreatom, H2O). En vattenmolekyl bildas,
då en syreatom (som har 6 elektroner) binds samman med två väteatomer. Detta sker genom
två elektronparbindningar. Atomerna i vattenmolekylen ligger inte i en rät linje, utan de bildar
en viss vinkel med varandra. Ett annat exempel är Väteklorid, HCl. Väteatomen har en
elektron, medan kloratomen har sju elektroner i sitt yttersta skal, men båda atomerna strävar
efter ädelgasstruktur. Detta uppnås genom att en väteatom och en kloratomatom har ett
elektronpar gemensamt. Väteatomen får då tillgång till 2 elektroner och kloratomen till 8
elektroner i sina yttersta skal. Båda atomerna uppnår därigenom ädelgasstruktur. Väteatomen
och kloratomen binds samman till en vätekloridmolekyl.
Jonbildning bildas mellan två joner som har olika laddning (en jon är antingen plus- eller
minusladdad). Om en jon är plusladdad och en annan minusladdad så dras de till varandra på
grund av elektrostatisk attraktion. Metaller och väte bildar positiva joner (har få
valenselektroner). Icke-metaller har många valenselektroner och är därför bildas det lättare
negativa joner. I koksalt finns det inte några molekyler utan miljontals joner som sitter ihop
som en kristall. (Na+ och Cl-). Kemiska föreningar som är uppbyggda av joner kallas
jonföreningar.
Jonlösningar
Alla salter byggs upp av joner. När ett salt löses i vatten, påverkar vattenmolekylerna saltets
joner så att de dras ut i vatten. Exempelvis består koksaltlösning av natriumjoner, kloridjoner
och vattenmolekyler. Även syror och basiska ämnen delas upp i joner, när de löses i vatten.
Alla sura lösningar innehåller vätejoner, H+. Alla basiska innehåller hydroxidjoner, OH-.
Metallbindning
Atomerna hålls inte ihop av jonbindningar eller av molekylbindningar utan alla metallatomer
delar elektroner med varandra. (elektronhav)
Formelmassa hos molekyler (alla atomer och joner).
Ex för metan, CH4 : 1·12 u (kolatom)+ 4·1 u (fyra väteatomer) = 16 u.
De tre (utav fem) isotoperna av väte väger 1,2 och 3u.
Det finns ett namn för det antalet atomer som väger lika många gram som atommassans u.
Detta kallas för en mol. (6,022·1023 st = Avogadros konstan). Man kan använda mol för hela
molekyler. Ex klor väger 35,5g/mol. Men i en klormolekyl ingår två kloratomer (Cl2) och då
väger en mol 71 g (2·35,5g).
8