KEMI 1
MÄNNISKANS KEMI OCH KEMIN I LIVSMILJÖ
Pia Björkenheim
Kontakt:
WILMA
[email protected]
Vad är KEMI?
Ordet kemi kommer från
grekiskans chemeia =blandning
Allt som finns omkring oss och
som påverkar oss handlar om
KEMI.
FYSIK
BIOLOGI
KEMI
TEKNIK
MEDICIN
KEMI – EN STOR VETENSKAP => NYA UPPTÄCKTER OCH RÖN!
Kemins historia!
Uppgift med smarttelefonen
• Vilken känd finländsk kemist har fått
Nobelspriset i kemi?
• Vem?
• När?
• För vad?
• Vem? Vetenskapsmannen, Arttui Ilmari Virtanen, A.I Virtanen
• När? År 1945
• För vad? För en metod att konservera djurfoder, den sk. AIVmetoden (saltsyra och svavelsyra tillsätts i höet).
Vad handlar kursen om?
Organisk kemi
Kolföreningarnas kemi
”Livets kemi”
Hur kommer vi att jobba?
• ”Learning by teaching”
• ”Traditionella lektioner”
• ”Grupparbeten” (inte alla)
=>
din timaktivitet
Bedömning
Timaktivitet
+
Tent (måste bli godkänd)
”Learning by teaching”
• 7 lektioner hålls av er !
• Hur ser en ”dröm-lektion” ut?!
• Pia ger er innehållet, men metoderna
får ni välja själva!!
INTERNET – smarttelefoner
Ipad?
GRUPPARBETEN
BILDER
TIDTABELL
VÄRLDSALLTET=
Energi + materia / ämnen
Materia
Ämne
- luft, kranvatten,
destillerat vatten,
blod, syre
Rent ämne
-syre, dest. vatten
Grundämne
-syre, O
Kemisk förening
-destillerat vatten
H₂O
Blandning
-kranvatten, luft,
blod
Homogen
blandning
Heterogen
blandning
- kranvatten, luft
-blod
•
Ett ämne har alltid en massa och en bestämd volym.
•
I naturen förekommer ämnen sällan som rena ämnen dvs rena grundämnen
eller kemiska föreningar.
Rena ämnen:
– Grundämnen: består av endast en sorts atomer d v s( atomer som har
samma antal protoner i kärnan) t ex syre (O), väte (H), kol (C).
– Kemiska föreningar: består av endast en sorts molekyler (”byggstenar”),
t ex H₂O.
Blandningar:
– Homogen blandning: innehåller två eller flera ämnen vars atomer eller
molekyler blandas med varandra/löser sig i varandra. Ser alltigenom
likadan ut och kallas ofta för lösning.
– Heterogen blandning: innehåller två eller flera ämnen som inte ”löser
sig” i varandra utan fasgränserna kan urskiljas.
1. Läs s 15-16 och 85-88. Gör övningsuppg.
2. Experiment 2.
Rent ämne eller en blandning?
Laboration 1.
• Rubrik: OSYNLIG GAS
• Jobba 2-3 elever tillsammans.
•
•
•
•
Följ stegen i arbetsbeskrivningen.
Ställ upp en HYPOTES.
Iakttag och analysera.
Tolka = förklara varför.
Aggregationstillstånd
is
vatten
ånga
VÄTSKA
GAS
Fas:
FAST
FAST, (s=solid)
• I den fasta fasen hålls atomerna eller
molekylerna tätt packade av en intermoleylär
kraft. Det utmärkande med det fasta ämnet är
att det har både volym och form.
Varje molekyl har sin bestämda plats. Därför
är ämnen i fast form hårda (går inte lätt
att trycka ihop).
• Exempel på materia som normalt sett är i
fast fas är sten och plast.
VÄTSKA,(l=liquid)
• Ett ämne i vätskefas håller däremot
inte ihop lika bra. Partiklarna rör sig
lite huller om buller och ämnets form
bestäms i stort sett bara av vilken
behållare som används. Men det finns
ändå vissa krafter mellan varje enhet i
ämnet, som förhindrar att partiklarna
flyger i väg helt och hållet.
GAS, g
• I ämnen som är i gasfas håller partiklarna
knappt ihop alls. Varje enhet är fri att flyga
omkring. Gaser kan lätt pressas ihop
(komprimera) pga det stora avståndet mellan
partiklarna.
FAST
energi tillförs
VÄTSKA
energi tillförs
GAS
FAST
energi frigörs
VÄTSKA
energi frigörs
GAS
s. 58/19
Fasövergångar
Avdunstning
• Sker under ämnets kokpunkt
• Energin är ojämnt fördelad i ämnet,
en del partiklar har högre rörelseenergi än andra => ”hoppar iväg”,
dvs avdunstar.
• Partiklarna som blir kvar får lägre
”total energi” => avdunstning
fungerar som avkylning
Atomer
•
Materia är uppbyggt av atomer.
•
Atomerna ger ämnet dess egenskaper.
•
Vi använder oss av olika modeller för att
beskriva atomens uppbyggnad.
•
Ex: Litium-atom:
Kärnan:
PROTONER, positivt laddade, p⁺
NEUTRONER, saknar laddning, n
Elektronmoln:
ELEKTRONER, negativt laddade, e⁻
• Ordningstal, Z = protontal = antal protoner
• Antal protoner = antal elektroner
• Ett grundämne består av atomer med samma
ordningstal, Z.
• Masstal, A = nukleoner = antal protoner + neutroner
• Varje grundämne har en egen symbol, se s 163 i MAOL
• Atomens kärna betecknas vanligen på följande sätt:
X = grundämnets symbol, A = masstal, Z = ordningstal
=>
• Ex. Helium:
• Atomer med samma antal protoner, men med olika
antal neutroner i kärnan kallas ISOTOPER.
• Isotoper har:
–
–
–
–
olika masstal, A
samma ordningstal, Z
samma antal elektroner, e⁻
LIKADANA KEMISKA EGENSKAPER
Ex. Kolets isotoper:
Elektronnivåer
• Elektronerna bildar ett elektronmoln, och föredrar ett visst
avstånd från kärnan => elektronskal = elektronnivåer.
• Elektronerna försöker uppnå ett så litet energiinnehåll som
möjligt.
• Elektronens energi blir större då avståndet till kärnan blir
längre.
=> elektronerna söker sig så nära kärnan som möjligt
• Energinivåerna betecknas, n= 1, 2, 3.... eller K, L, M....
OKTETTREGELN
• De elektroner som befinner sig på den
högsta energinivån (”längst ut”) kallas för
ytterelektroner = valenselektroner
• Ett valensskal fylls aldrig med mer än
8 elektroner => OKTETTREGELN
• Atomer strävar efter oktettstruktur för att
den är stabil och energifattig.
=> Valenselektronerna bestämmer atomens
kemiska egenskaper
Periodiska systemet
Ett system där grundämnena har ordnats efter
stigande ordningstal i grupper så att ämnen
med likartade kemiska egenskaper är i samma
grupp .
• Lodräta kolumnerna kallas GRUPPER.
– Indelas i huvudgrupper (1-2, 13-18) och sidogrupper (3-12)
– Gruppens nummer (entalssiffran) ange antalet
valenselektroner => grundämnena i en grupp har likartade
kemiska egenskaper
– Huvudgrupper:
1. Alkalimetaller
2. Jordalkalimetaller
13. Borgruppen
14. Kolgruppen
15. Kvävegruppen
16. Syregruppen
17. Halogener
18. Ädelgaser
• 1. Alkalimetaller, 1 valenselektron
• Lätta, mjuka metaller, som lätt reagerar med omgivningen
och avger gärna sin enda valenselektron.
• Ex Litium, natrium, kalium.
• 17. Halogener, 7 valenselektroner
• Tar mycket gärna upp en elektron för att få ädelgasstruktur.
Bildar lätt salter. Håller ihop två och två med atomer av
samma atomslag.
• Ex Fluor, klor, brom, jod.
• 18. Ädelgaser, 8 valenselektroner (2 i heliums fall)
• Reagerar inte så lätt med andra ämnen.
• Ex Helium, neon, argon.
• Vågräta raderna kallas PERIODER
– Periodens nummer visar på hur många
energinivåer ett grundämne har elektroner.
– (Period 6 och 7 är lite annorlunda. I dessa perioder finns så
många atomslag som ska in under grupp 3 att dessa har fått
placeras på två separata rader nedanför. Den första av dessa
rader kallas lantanoiderna medan den undre raden kallas
aktinoiderna.)
• METALLER
(inkluderar sidogrupperna)
• HALVMETALLER
• ICKE-METALLER
BINDNINGAR
Svaga bindningar
•
Mellan molekyler och joner.
•
Kräver lite energi för att brytas.
Starka Bindningar
Starka bindningar – mellan atomer
(=> grundämnen bildar föreningar).
Kräver mycket energi för att brytas.
• Jonbindningar
• Kovalenta bindningar
• Metallbindningar
Varför vill atomer
binda sig med
varandra?
Vill få oktett-struktur
Vill få oktett-struktur
• Strävan efter att få oktettstruktur sker genom att:
1) avge/ta emot elektroner
2) bilda gemensamma elektronpar
• Grundämnets position i det periodiska systemet
samt elektronegativitetsvärde förklarar
grundämnets sätt att få oktett.
Elektronegativitet:
ett mått på förmågan hos
en atom att dra till sig elektroner
i en bindning.
Jonbindning
• Mellan metaller och icke-metaller
• Metaller och icke-metaller har stor
skillnad i elektronegativitetsvärden.
Varför?
• Huvudgruppernas metaller har 1-3 valenselektroner =>
ger gärna bort dem => positiv jon = katjon
• Ickemetallerna tar gärna emot elektroner =>
negativ jon = anjon
• En stark elektrisk dragningskraft binder
jonerna till varandra
=> JONFÖRENING
Koksalt = Natriumklorid, NaCl
1. Vilket av grundämnena är en metall/icke-metall
2. Ta reda på antalet valenselektroner
Ex: Ange den kemiska formeln för den
jonförening som består av följande
grundämnen.
a) Na, F
b) Ca, Cl
c) Al, O
Kovalent bindning
• Finns i molekylföreningar
• Bildas mellan ickemetall + ickemetall
• Grundämnena delar på sina opariga
ytterelektroner => bindningselektronpar
• Stark bindning, stabil struktur
Grundämnesmolekyler
Klor, 𝐶𝑙2
Rent klor förekommer som klorgas med formeln Cl2.
Klorgas är en gulgrön gas med en mycket stark lukt och
reagerar direkt med de flesta ämnen. Gasen är giftig.
Syre, 𝑂2
På jorden är den vanligaste
formen av syre O2, syrgas
flytande syre ->
Kväve, 𝑁2
Flytande kväve ->
http://www.youtube.com/watch?v=HeeL8BNYTAk
Hur bildas en molekyl(förening) för ?
a) Vatten
b) Koldioxid
c) Ammoniak
ORGANISK KEMI =
KOL-föreningarnas kemi =
”LIVETS” kemi
KOLET
• mycket vanlig i naturen
• har god förmåga att bilda enkel-, dubbel- och
trippelbindningar
• bildar långa kedjor
DIAMANT – GRAFIT - FULLEREN
KOLVÄTEN
De enklaste organiska
föreningarna består av
kol, C och väte, H
GRUNDKOLVÄTEN =
ALKANER
Mättade och Omättad kolväten
Mättade kolväten = Alkaner
Omättade kolväten = Alkener och Alkyner
Alkener har åtminstone en dubbelbindning.
Alkyner har åtminstone en trippelbindning.
OBS! dubbel-/trippelbindningen mellan kol-kol!!
KOLKEDJANS STRUKTUR DELAR
ALLA KOLFÖRENINGAR I
TRE KLASSER:
1.
Kolväten med kedjeformad kolkedja
(oförgrenad eller förgrenad)
2.
Cykliska kolväten
ex:
Cyklopentan
3.
Aromatiska kolväten
ex. Bensen
Isomerer
• molekyler som har samma
molekylformel, men olika
strukturformel och egenskaper
Pentyn
vs. Cyklopenten
SIDOGRUPPER
• då ett väte på stamkolkedjan ersätts med
någonting annat .
• om vi ersätter en väteatom med en kolkedja,
lägger man – yl efter prefixet. Ex; metyl, etyl....
Metylpropan
(= isobutan)
Namngivning av kolföreningar:
Sidogrupper --- grundkolväte --- kolvätets ändelse
2,3-dimetyl-2-penten
2,3… anger positioner
dimetyl = 2 x metyl
Funktionella grupper
En funktionell grupp är den aktiva
grupp i en kolförening som reagerar
mycket lätt och därmed bestämmer
föreningens egenskaper.
Alla föreningar som hör till samma
klass har samma funktionella grupp:
Kolvätekedjan som är bunden till en funktionell
grupp betecknas ofta med R.
R
OH
Funktionella grupper med syre:
Alkohol
R-OH
Eter
R-O-R
Aldehyd
R-CHO
Keton
R1-(C=O)-R2
Karboxylsyra
R-COOH
Estrar
R-CO-O-R
Funktionella grp med kväve:
Amin R-NH2
Amid R-CO-NH-R(H)
s 63
