Atomen, periodiska systemet och kemiska bindningar

Atom betyder odelbar och länge trodde man att atomerna var odelbara. Idag vet vi att det inte är så. Kunskapen om atomer hjälper oss att förstå vad som händer vid kemiska reaktioner. Kunskap om atomen är också viktig för att förstå materiens kretslopp och hur ämnena bildar kemiska föreningar.

Träna på till provet

Anteckningar och begrepp

SYFTE

Undervisningen ska bidra till att eleverna utvecklar förtrogenhet med kemins begrepp, modeller och teorier samt förståelse för hur dessa formas i samspel med erfarenheter från undersökningar av omvärlden.

För att uppnå betyget E ska du kunna detta:

¤ namnet på partiklarna i atomen och vilken laddning de har

¤ förklara varför atomer är oladdade

¤ veta vad elektronskalen kallas och hur många elektroner de har plats för

Förstå hur det periodiska systemet är uppbyggt.

¤ veta vad valenselektroner är och deras betydelse för att kemiska reaktioner ska ske.

¤ veta vilken skillnad det är mellan period och grupp

¤ veta var metaller och icke-metaller finns i det periodiska systemet

¤ ange kemiska egenskaper för alkalimetaller, halogener och ädelgaser

¤ berätta hur joner bildas

¤ förklara molekylbindningar och jonbindningar,

¤ att den universella massenheten betecknas 1 u

Begrepp: atom, atomnummer, masstal, atommassa, proton, neutron, elektron, periodiska systemet, molekylbindning, jonbindning, metallbindning

ARBETSPROCESS

Genomgångar, Arbetsblad, Faktabok, Frågor i faktaboken, Film, Diskussion, Laboration, Demonstration

BEDÖMNING

Prov och laborationer

ANTECKNINGAR

Anteckningar

Atomen

 

Atomen är uppbyggd av en atomkärna som består av protoner och neutroner. Runt kärnan kretsar elektroner.

Protoner är positivt laddade

Neutroner saknar laddning

Elektroner är negativt laddade

 

Det finns ca 120 stycken olika atomslag. Det som skiljer dem åt är antalet protoner i kärnan. Det lättaste grundämnet (atomslaget)är väte (H), det har en proton. Sedan kommer Helium (He) med två protoner o.s.v.

I en atom finns det lika många elektroner som protoner, det gör att atomen är oladdad.

Om det är färre eller fler elektroner bildas det joner. Fler elektroner ger fler negativa laddningar och det bildas då en negativ jon. Om atomen förlorat elektroner bildas en positiv jon.

Antalet neutroner kan också variera för ett grundämne. Det kallas för grundämnets olika isotoper. 

Atomernas förekomst

Var finns atomerna?

All materia är uppbyggd av atomer. Där med är du uppbyggd av atomer, alla växter, djur, jorden, luften vattnet, himlakropparna i rymden, metaller, stenar…ja, all materia.

Jorden skapades ur ett moln av materia för nästan 5 miljarder år sedan. En temperatur på flera tusen grader uppstod då gravitationskraften pressade samman materian. Metaller smälte och tyngre metaller som järn och nickel drogs till jordens mitt och bildade den inre kärnan. Tyngre grundämnen än järn bildas bara i stora supernovor (exploderande tunga stjärnor) och dessa grundämnen är därför ovanliga. Troligen har de kommit till jorden med meteoriter. Den yttre delen av jorden svalnade så småningom och bildade jordskorpan. I jordskorpan är det vanligare med lättare grundämnen. Den består till 75 % av syre (O) och kisel (Si) i olika föreningar. Övriga vanliga ämnen är: Aluminium (Al), Järn (Fe), Kalcium (Ca), Natrium (Na), Kalium (K) och magnesium (Mg).

Vad består marken av?

Under den senaste istiden krossade de tunga ismassorna berget under sig och det bildades morän, en blandning av större stenar, grus och sand. På en del platser har vattnet sorterat moränen så att sandjordar och lerjordar bildats.

Berg i sin tur består av olika bergarter. I sverige är de vanligaste granit och Gnejs.

Bergarter består i sin tur av mineraler. Granit och gnejs består av mineralerna kvarts, fältspat och glimmer.

Mineraler är kemiska föreningar av olika grundämnen. Kvarts består av kisel och syre. Fältspat består av kisel, syre, aluminium och varieande metaller. Glimmer består av kisel, syre och någon metall.

Skilnaden mellan granit och gnejs är at gnejsen är randig till sitt utseende då den bildats under högt tryck och mineralkornen har skiktat sig. Kristallkornen i granit är helt oordnade och den ser mer prickig ut.

Jorden består även av organiskt material som bildas då växter och djur dör och bryts ner. Organiskt material består till största delen av kol, väte, syre och kväve.

Luften består av olika gaser. Till största deleen kväve (78%), syre (21%), vattenånga, koldioxid och ädelgaser, sammanlagt ca 2%.

.

 

 

Periodiska systemet

Periodiska systemet är en tabell över alla grundämnen.

Grundämnena är ordnade efter atomnumret, alltså antalet protoner.

Det grundämne som bara har en proton kommer först, det är väte. För varje nytt grundämne tillkommer en proton.

Man fyller på det periodiska systemet radvis, precis som när du skriver.

Mendelejev (1834-1907) kom på det periodiska systemet då han sorterade grundämnena i grupper efter deras egenskaper, ämnen i samma grupp har liknande egenskaper. Grupperna går lodrätt.

Grupper

Grupp 1. Alkalimetaller: mjuka metaller som lätt reagerar med syre. Bildar gärna positiva joner.

Grupp 17. Halogenerna: Giftiga i grundämnesform. Reagerar lätt med andra ämnen och förekommer därför inte i ren form i naturen. Bilda gärna negativa joner. De har 7 valenselektroner och vill därför ta upp en elektron för att få ett fullt skal (8 valenselektroner). Där av bildar de negativa joner. Halogen betyder saltbildare. Med salter menar man i kemins värld jonföreningar. De bildar salter så lätt på grund av att de har så hög elektronegativitet, de är bra på att dra till sig elektroner (gäller särskilt de lättare ämnena i guppen), och därmed bilda joner.

Grupp 18. Ädelgaserna: Reagerar inte med andra ämnen. Bildar inga molekyler.

I varje grupp har alla ämnen lika många valenselektroner. Det är det som bestämmer deras egenskaper. Valenselektroner är de elektroner som finns i det yttersta skalet. Alla atomer strävar efter att bli som ädelgaserna som har fulla yttersta skal. Genom att reagera med andra ämnen kan de andra också få det.

 

Perioder kallas de vågräta raderna för. Gemensamt för perioderna är att atomerna har lika många elektronskal.

 

Alla atomslag är inte lika vanliga

Mer än 99 % av alla atomslag i universum är väte och helium.

I kroppen är de vanligaste väte, syre och kol.

I jordklotet är det syre, järn kisel och magnesium.

Fram till järn i det periodiska systemet bildas grundämnena spontant i stjärnorna, sedan krävs det att mer energi tillsätts, t.ex. vid supernovor.

 

 

 

Molekylbindning

I molekylbindnigar delar två atomer på elektronerna för att få fulla skal.

T.ex. väte som bara har en elektron men som vill ha två stycken för att få fullt skal. En väteatom delar då elektron med en annan väteatom, de får då båda tillgång till två elektroner.

Bindningar mellan atomer i molekyler består av ett elektronpar.

Molekylbindning kallas också elektronparbindning och kovalent bindning.

Jonbindning

En del atomer har lätt för att ge ifrån sig en eller flera elektroner för att få ett fullt yttre skal. Då bildas positiva joner, det gäller metaller och väte.

Ickemetallerna tar i stället upp elektroner för att få fulla skal och bildar då negativa joner.

I en jonbindning sitter atomerna ihop tack vare att den positiva jonen dras till den negativa.

När blir det molekylbindning och när blir det jonbindning?

Om båda atomerna är ungefär lika bra på att dra till sig elektroner delar de valenselektroner och bildar molekylbindning.

Om det ena atomslaget är mycket bättre på att dra till sig elektroner bildar de jonbindning.

Jonföreningar bildar kristaller genom att de första jonerna som drogs ihop fortsätter att dra till sig nya joner. Alla kristaller innehåller olika många joner, därför skriver man bara t.ex. NaCl.

När det gäller molekyler är det istället ett bestämt antal atomer i varje molekyl, i t.ex vattenmolekylen är det alltid en syreatom och två väteatomer.

I vatten kommer jonföreningen att bilda enskilda joner, medan molekylen fortfarande håller ihop som molekyl, även om molekylerna separeras från varandra.

 

Metallbindning

I metaller delar alla atomerna på allas valenselektroner. Det är som ett stort hav av elektroner runt atomerna.

 

Masstal = antal protoner + antal neutroner

Atommassenheten u

Förr i tiden visste man inte hur mycket en atom vägde men man visste att en kolatom vägde 12 gånger så mycket som en väteatom. Väte har därför atommassan 1 och kol 12.

Nu vet man att en kolatom väger 0,00000000000000000000001993 gram. Men då det är svårt att handskas med så små tal använder man fortfarande massenheten u.

 

Formelmassa

En molekyl eller jonförening består av flera atomer och då man lägger ihop atommassan för dem får man formelmassan.

Mol är en substansmängd, ett antal atomer eller molekyler. En mol är alltid samma antal, ungefär 6,0221415 · 10²³  st. (denna konstant kallas Avogadros tal).  Eftersom grundämnenas atomer väger olika mycket kommer en mol av ett visst ämne kunna väga mer eller mindre än en mol av ett annat ämne, dock är det lika många atomer eller molekyler. Olika ämnen har olika molmassa. Molmassan talar alltså om hur mycket en mol av ett visst ämne väger.

Massenheten u hänger ihop med substansmängden mol.

Vi sa tidigare att massenheten för kol var 12 u. För att kunna använda sig av gram istället för u tog man reda på ett förhållande mellan gram och u. Det visade sig vara  6,0221415 · 10²³  st. kolatomer. Så om man tar så många atomer kol får man 12 gram.

Avogadros tal är det antal molekyler som behövs för att få lika många gram som molekylmassan av ett ämne. En mer direkt definition av Avogadros tal är antal atomer per 12 gram kol-12.

 

 

 

Kemiska begrepp

Atom: en atom består av en kärna med protoner och neutroner, runt kärnan finns elektronerna. När en atom är i sitt grundtillstånd finns det lika många protoner som elektroner, atomen är då oladdad.

Elektron: En negativt laddad partikel som finns i atomen runt atomkärnan.

Neutron: En oladdad partikel som finns i atomkärnan

Proton: En positivt laddad partikel som finns i atomkärnan

Atomnummer: Antalet protoner

Masstal: Antalet protoner + antalet neutroner

Atommassa: massan av antalet protoner och neutroner hos ett grundämne. Anledningen till att det ofta är ett decimaltal är att man beräknar medelvärdet på de olika isotopernas massa där hänsyn tas till procentandelen av varje isotop.

Isotop: Varianter av ett grundämne där antalet neutroner varierar

Jon: En laddad atom

Valenselektron: Elektron i det yttersta skalet på en atom

Läroplanskopplingar

Centralt innehåll

• Partikelmodell för att beskriva och förklara materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet. Atomer, elektroner och kärnpartiklar.
• Kemiska föreningar och hur atomer sätts samman till molekyl och jonföreningar genom kemiska reaktioner.
• Gruppering av atomslag ur ett historiskt perspektiv.
• Sambandet mellan kemiska undersökningar och utvecklingen av begrepp, modeller och teorier.
• Dokumentation av undersökningar med tabeller, diagram, bilder och skriftliga rapporter, såväl med som utan digitala verktyg.