Stoffer og bindinger

3.1Atomer og atommodeller

• Atomer er byggesteinene i alle stoffer. De har en kjerne med protoner og nøytroner, og elektroner som beveger seg rundt kjernen.
• Atomet er nøytralt fordi det har like mange protoner (+) som elektroner (−).

• Nukleon er fellesnavn på protoner og nøytroner. De har omtrent lik masse, nesten 2000 ganger mer enn et elektron.
• Elementærpartikkel er den minste udelelige partikkelen. Elektronet er en elementærpartikkel. Protoner og nøytroner er det ikke, fordi de består av kvarker.
• Skallmodellen: elektronene ligger i skall (K, L, M …). Skall nr. n rommer 2n², altså 2, 8 og 18 elektroner. Det ytterste skallet har aldri mer enn 8.
• Eksempel: Aluminium (13 p⁺) har 2 – 8 – 3 elektroner.

3.2Grunnstoffer og periodesystemet

• Grunnstoff: består av bare én type atomer, altså atomer med samme antall protoner. Det har et kjemisk symbol (Au, Ag, Hg …).
• Atomnummer = antall protoner. Nukleontall = protoner + nøytroner. Skrives ¹²₆C.
• Isotoper: samme antall protoner, men ulikt antall nøytroner. Karbon har 3 isotoper (¹²C, ¹³C, ¹⁴C).
• Kjemisk forbindelse: to eller flere grunnstoffer bundet sammen, for eksempel H₂O. Stor eller liten bokstav betyr noe: CO er karbonmonoksid (en forbindelse), mens Co er kobolt (et grunnstoff).
• Mendelejev lagde periodesystemet i 1869. Grunnstoffene står etter stigende atomnummer. Det finnes 118 grunnstoffer, og de første 92 forekommer i naturen.
• Gruppe (loddrett, 1–18): like mange elektroner i ytterste skall, og derfor like egenskaper.
• Periode (vannrett, 1–7): bortover øker antall protoner og elektroner med én for hvert grunnstoff. Periodenummeret er antall skall.
• Metaller står til venstre (de fleste grunnstoffene), ikke-metaller til høyre og halvmetaller i mellom.
• Edelgasser (gruppe 18) har fullt ytterskall og reagerer nesten ikke. Helium har bare 2 elektroner.
• Åtteregelen (oktettregelen): atomer prøver å få 8 elektroner i ytterste skall, det vi kaller edelgasstruktur.

3.3Stoffer reagerer

• Kjemisk reaksjon: det dannes nye stoffer med andre egenskaper. Tegn på en reaksjon er at fargen endres, at det dannes gass, at det dannes et fast stoff (bunnfall), eller at det blir varmere eller kaldere.
• Stoffene før pila kalles reaktanter, og stoffene etter pila kalles produkter.
• Balansert likning: like mange atomer av hvert slag på begge sider. Koeffisienten (tallet foran) sier hvor mange molekyler det er. Indeksen (det senkede tallet) sier hvor mange atomer det er i molekylet.
• 2H₂ + O₂ → 2H₂O + energi
• Tilstandssymboler: (s) fast stoff, (l) væske, (g) gass, (aq) løst i vann. Eksempel: 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l)
• Stoffer reagerer fordi produktet er mer stabilt. Atomene oppnår edelgasstruktur ved å gi fra seg, ta opp eller dele elektroner.

3.4Ionebinding og salter

• Ion: et ladet atom. Metaller gir fra seg elektroner og blir positive ioner. Ikke-metaller tar opp elektroner og blir negative ioner.
• Na (2-8-1) gir fra seg 1 e⁻ og blir Na⁺. Cl (2-8-7) tar opp 1 e⁻ og blir Cl⁻. 2Na(s) + Cl₂(g) → 2NaCl(s)
• Ionebinding: tiltrekningskrefter mellom ioner med motsatt ladning. Forbindelser av ioner kalles salter.
• Navnsetting: det positive ionet kommer først, og det negative ionet får endelsen -id.

Sammensatte ioner

• Egenskaper til salter: harde og sprø, med høye smelte- og kokepunkt. De har krystallstruktur, der ionene ligger i et fast mønster.
• Salter i hverdagen: bordsalt (NaCl), natron/bakepulver (NaHCO₃) og fluorid i tannkrem (NaF).
• Redoks (Mer om): oksidasjon betyr å gi fra seg elektroner, og reduksjon betyr å ta opp elektroner. Rene metaller lages fra salter ved elektrolyse, for eksempel aluminium.

3.5Elektronparbinding

• Når ikke-metaller reagerer med hverandre, deler de elektroner. Dette kalles elektronparbinding eller kovalent binding, og det dannes molekyler.
• En enkel binding deler 2 elektroner (H₂, H–O–H). En dobbel binding deler 4 (O=O, O=C=O). En trippel binding deler 6 (N≡N).
• Påvisning: O₂ får en glødende fyrstikk til å flamme opp. CO₂ og N₂ slukker en brennende fyrstikk. CO₂ blakker kalkvann fordi det dannes CaCO₃, og får BTB til å skifte fra grønn til gul.
• BTB: blå er basisk, grønn er nøytral (pH 7) og gul er sur (pH under 7).
• Nettverksstoffer: store strukturer av atomer bundet med elektronparbindinger. Eksempler er diamant, grafitt og SiO₂ (kvarts).

Elektronegativitet (Mer om)

• Elektronegativitet er hvor sterkt et atom trekker på elektroner. Fluor har høyest verdi (4,0).
• Forskjellen i elektronegativitet avgjør bindingstypen: 0 gir ren elektronparbinding (H₂, Cl₂). En middels forskjell gir polar binding (HCl, H₂O). Over ca. 1,7 er det ionebinding (NaCl).

3.6Metallbinding

• I metaller deler metallatomene elektronene i ytterste skall. Positive metallioner ligger i en «sjø» av frie elektroner.
• Egenskaper: blanke, høye smelte- og kokepunkt og faste ved romtemperatur (unntaket er kvikksølv, Hg). De er formbare fordi lagene kan forskyves, og de leder strøm og varme godt fordi elektronene er frie.
• Legering: et metall tilsatt andre stoffer. Stål er jern og karbon. Messing er kobber og sink. Rødt gull er gull og kobber. Hvitt gull er gull, sølv og palladium.
• Smeltepunkter: aluminium 660 °C, kobber 1085 °C, jern 1538 °C og wolfram 3422 °C.
• Edle metaller som gull, sølv og platina reagerer lite og ruster ikke.

3.7Vannets egenskaper

• Vann har høye smelte- og kokepunkt, er tyngst ved 4 °C, har sterk overflatehinne og er et godt løsemiddel.
• Dipol: oksygen trekker sterkere på elektronene enn hydrogen. O-siden blir derfor svakt negativ og H-siden svakt positiv.
• Hydrogenbinding: en svak binding mellom H-siden i ett vannmolekyl og O-siden i et annet. Hvert vannmolekyl kan ha opptil 4 slike bindinger. Hydrogenbindingene er grunnen til at vann har så høyt kokepunkt.

• Tetthet er masse per volumenhet (g/cm³ eller kg/dm³). Is har lavere tetthet enn vann og flyter derfor. Isen isolerer, så vannet under holder seg på rundt 4 °C og livet i innsjøen overlever vinteren.
• Overflatehinne: molekylene i overflaten trekkes bare inn mot vannet og til sidene. Derfor kan vannløpere gå på vannet.
• Løsemiddel: Na⁺ trekkes mot O-siden av vannmolekylene, og Cl⁻ trekkes mot H-siden. Fett og olje løser seg ikke fordi de er upolare. CaCO₃ løses bare i liten grad.

3.8Stoffer og faresymboler

• Hydrogenperoksid spaltes slik: 2H₂O₂(aq) → 2H₂O(l) + O₂(g). H₂O₂ er etsende og brukes som blekemiddel og i rengjøringsmidler.
• Faresymboler: irriterende (!), etsende, miljøfarlig, giftig og brannfarlig.
• Datablad forteller hvilke farer et stoff har, hvilke hensyn du må ta og hvordan avfallet skal håndteres. Les databladet før forsøk.

3.9Avfallshåndtering

• Laboratorieavfall skal kildesorteres. Skadelige kjemikalier skal samles inn og ikke helles i vasken.
• Tungmetaller som bly, sølv og kobber danner salter som er giftige for liv i vann. De leveres som spesialavfall.
• Upolare løsemidler som white-spirit, aceton og etylacetat (neglelakkfjerner) løser fett. De kan skade cellemembraner og er ofte brannfarlige, så de skal ikke i vasken.
• Fett og olje er upolare stoffer.
• Knust glass, batterier, gassbeholdere, skalpeller og blod skal samles inn. Laboratorieglass resirkuleres ikke som vanlig glass, fordi det har høyere smeltepunkt.