I atomens inre

146
Atomer, joner och kemiska reaktioner
5~----------------------------
--Ifl nehå 11
1
sid. 148
I atomens inre
sid. 152
Periodiska systemet
Metaller
Joner
--
sid. 156
sid. 162
Syror och baser 2 sid. 166
Salter
sid. 170
FUNDERA
PÅ
• Alla ämnen är uppbyggda av atomer.
Men hur "vet" en atom om den ska vara
en kolatom eller en silveratom?
FOKUS
PÅ
./ Atommodell
./ Elementarpartiklar
./ Atomnummer
- proton, neutron och elektron
och atommassa
./ Elektronskal och valenselektroner
./ Isotop
./ Periodiska systemet - period och grupp
./ Metaller, icke-metaller
./ Alkalimetaller,
och halvmetaller
halogener och ädelgaser
./ Metallers egenskaper - metallbindning
./ Järnframställning
- masugn, färskning och stål
./ Jon och jonbindning
./ Ädelgasstruktur
./ Syra och bas
./ Vätejoner och hydroxidjoner
./ Neutralisation
./ Salt och jonförening
Atomer, joner och kemiska reaktioner
147
I atomens inre
NÄR DU HAR ARBETAT MED AVSNITTET I ATOMENS INRE
KAN DU
•
beskriva hur en atom är uppbyggd
•
redogöra för skillnaden mellan atomerna från olika grundämnen
•
redogöra för begreppen atomnummer och atommassa
John Dalton, 1803
en odelbar partikel
• förklara begreppen elektronskal och valenselektron
•
förklara begreppet isotop
Atomer är inte odelbara som man en gång trodde. När
atomer delasfrigörs enorma mängder energi. Men hur ser
atomerna egentligen ut inuti? Och vad är en atommodell?
•
Ernest Rutherford, 1909
en kärna omgiven av elektroner
Atomrnodeller
Som du säkert kommer ihåg är all materia uppbyggd av atomer
och tillsammans bildar atomerna större molekyler. Vid kemiska
reaktioner bildas nya ämnen genom att atomerna kombineras om
till nya molekyler, till exempel när glukos reagerar med syre och det
bildas koldioxid och vatten.
Vad som exakt händer med atomerna vid en kemisk reaktion går
inte att se, atomerna är helt enkelt för små. Därför har kemister
och fysiker genom åren konstruerat olika modeller över atomers
Niels Bohr, 1913
elektronerna omger kärnan
likt ett planetsystem
byggnad. Med hjälp av modellerna har man sedan försökt förstå
och förutse vad som sker vid olika kemiska reaktioner.
Så arbetar man ofta inom naturvetenskapen. Forskare konstruerar
en modell för att förklara resultaten från sina experiment. Sedan
testas modellen genom nya experiment. Stämmer modellen med
resultaten testar man den med fler experiment för att vara säker.
Om det visar sig att modellen inte stämmer måste man ändra den
och testa igen. På så sätt utvecklas och förfinas modeller samtidigt
som vi får allt bättre förståelse för det vi undersöker.
Erwin Schrödinger, 1926
kärnan omges av ett elektronmoln
148
Atomer, joner och kemiska reaktioner
~II------------------
Atomens delar
Intresset för vad materia är uppbyggt av och hur de bildas har alltid
varit stort. Hypoteserna har varit många, men den första egentliga
atommodellen utvecklas redan på 400-talet f.Kr.
Av olika anledningar glömdes den bort. pet var inte förrän kring år
1800 som atomläran åter började diskuteras.
I den första modellen såg man atomen som en odelbar partikel.
Numera vet vi att atomen är uppbyggd av olika partiklar som
gemensamt kallas elementarpartiklar.
I mitten finns atomkärnan som består av protoner och neutroner.
En atom består av mindre
elementarpartiklar.
Protonerna är positivt laddade. Neutronerna är oladdade, eller
neutrala. Runt kärnan rör sig elektroner som är negativt laddade.
I en atom finns det lika många elektroner som det finns protoner.
Eftersom elektronerna och protonerna har motsatta laddningar, blir
den totala laddningen hos atomen noll.
Proton
Neutron
Elektron
Antalet protoner ger grundämnet
Ett grundämne
är ett ämne som är uppbyggt av ett stort antal
likadana atomer. Kol och syre är två exempel på grundämnen. Kol
är uppbyggt av kolatomer och syre av syreatomer.
Skillnaden mellan kolatomer och syreatomer är att de inte har
lika många protoner i atomkärnan. Kolatomen har 6 protoner i
atomkärnan och syre har 8 protoner i atomkärnan.
Eftersom det kan finnas något mer än hundra protoner i en atomkärna, finns det också något mer än hundra olika grundämnen.
-------------------------.1
5
I atomens inre
149
e
l
Elektronskal
K
Den danske fysikern Niels Bohrs atommodell från år 1913 är fort-
*
farande en bra modell för att beskriva hur en atom är uppbyggd.
+
Enligt Bohrs modell rör sig elektronerna runt atomkärnan på
bestämda avstånd från kärnan. De finns i olika elektronskal. Elektronskalen har fått bokstavsnamn och kallas K-, L-,M-, N-skalet osv.
:,j-
e
e
Ju längre från kärnan desto fler elektroner får plats i skalen. I det
innersta K-skalet får det plats högst 2 elektroner. I nästa skal,
L-skalet, får det plats högst 8 elektroner. M-skalet kan innehålla 18
En vanlig kolatom har 6 protoner,
6 neutroner och 6 elektroner.
Två elektroner i K-skalet ochfyra
elektroner och N-skalet 32 elektroner osv.
i L-skalet.
Valenselektroner
e
Elektronerna lägger sig i skalen så nära atomkärnan som möjligt. När
skalet är fullt hamnar de i skalet utanför. Elektronerna i det yttersta
skalet kallas valenselektroner. Det är valenselektronerna
som ger ett
3+
ämne dess kemiska egenskaper.
Atomer som har alla elektronskal fyllda är stabila. Atomer strävar
El
efter att vara stabila. Därför kan atomer med få valenselektroner
lämna över elektroner till andra atomer, för att bli stabila.
litium. li
Atomer med många valenselektroner tar i stället upp elektroner från
andra atomer, för att få fyllda elektronskal. Till exempellitiumatomen
e
har en ensam valenselektron som den lätt lämnar över, för att få en
'"
e
e
stabil struktur. Kloratomen däremot saknar en elektron för att bli
stabil och tar därför lätt upp en elektron.
Atomnummer
e
9+
och atommassa
6>
Grundämnets atomnummer talar om hur många protoner det finns i
atomkärnan. Kol har alltså atomnummer 6 och syre har atomnummer
8. Väte som också är ett grundämne, har bara en proton i atomkärnan.
Väte har då atomnummer 1, medan grundämnet nobelium med sina
102 protoner har atomnummer
102.
Trots att atomerna är så små har man med olika metoder lyckats
bestämma vad en atom väger. Väteatomen med bara en proton är
den lättaste avalla atomer och väger 1,7 . 10-27 kg
(0,0000000000000000000000000017
150
kg).
Atomer, joner och kemiska reaktioner
fs 1-----------------
fluor. F
Grundämne
Väte, H
Helium, He
Atomnummer
Atommassa
lu
litium,
2
3
4u
7u
li
Det är inte praktiskt att ange atomers massa i kilogram. Därför har
man infört en speciell atommassenhet, u. Enheten u kommer från det
engelska ordet unit, som betyder enhet. Elektronernas massa är så
liten att den är försumbar. 99,9 % av atomens massa ligger i kärnan där
protonerna och neutronerna finns.
+
Protoner och neutroner har samma massa, l u. En väteatom som
består aven proton och en elektron väger l u. En heliumatom med två
protoner och två neutroner väger 4 u och en litiumatom med
3 protoner och 4 neutroner väger 7 u.
Vanligt väte
Isotoper
Det är alltså antalet protoner som bestämmer vilket grundämne atomen
är. I ett grundämne har atomerna alltid samma antal protoner, men
antalet neutroner kan variera. De olika varianterna av ett grundämne
Deuterium
kallas isotoper. Det är samma grundämne, men de har olika massa.
Grundämnet väte finns naturligt i tre olika isotoper. Vanligt väte är
den vanligaste isotopen och saknar neutroner i kärnan. Den kallas
ibland också för protium. Deuterium, som också kallas tungt väte, har
en proton och en neutron i atomkärnan. Deuterium väger dubbelt så
mycket som vanligt väte, 2 u. Tritium, som ofta kallas extra tungt väte,
har en proton och två neutroner i kärnan. Tritium väger tre gånger så
mycket som vanligt väte, alltså 3 u.
+
Tritium
/
Kan du?
Rätt eller fel?
1. Vilka laddningar har protoner, neutroner och elektroner?
a) Valenselektroner är elektronerna
i atomens yttersta skal.
2. Vilka partiklar finns i atomens kärna?
3. Vad anger ett grundämnes atomnummer?
4. Vad är skillnaden mellan två isotoper av samma grundämne?
-------------------------~'i.rr5J
b) Kolatomer har 12 protoner.
c) Isotoper är två olika grundämnen.
I atomens inre
•••••••
tfII-----
151
JJ----