Rena ämnen
Inom kemin kan vi prata om rena ämnen, det är materia som endast består av ett grundämne eller en kemisk förening.
Guld är ett rent ämne beståendes av endast ett grundämne, i guld är det endast guldatomer.
*Vatten är en kemisk förening som består av både väte- och syreatomer. Eftersom en vattenmolekyl består av två väteatomer och en syre atom betecknas den:
Rena ämnen
Både kemiska föreningar (molekyler) eller materia som endast består av en sorts atomer är rena ämnen.
Blandningar
Utöver rena ämnen omges vi också av massvis av blandningar. Luften i klassrummet, vad består den av? Är det en enda typ av molekyl?
| Namn | Formel | Andel |
|---|---|---|
| Kväve | 78% | |
| Syre | 21% | |
| Argon | 0,9% | |
| Koldioxid | 0,04% |
Tabell över luftens innehåll. Luften är en blandning av olika ämnen. Är tabellen komplett?
Olika typer av blandningar
Homogena blandningar
Luften är en blandning, men det är inte möjligt för oss att se luftens olika beståndsdelar. Samma sak gäller om vi löser upp salt eller socker i ett glas vatten. Denna typ av blandning kallas för en homogen blandning.
Heterogena blandningar
Om vi istället kan se de olika beståndsdelarna är det en heterogen blandning. Om vi exempelvis blandar socker och salt kan vi fortfarande se vad som är socker och vad som är salt.
Legeringar
Om vi smälter metaller kan vi även blanda dem. När vi blandar metaller kallas det för legeringar.
Brons är en legering av koppar och tenn.
Kemiska föreningar
Oktettregeln
Atomer kan också reagera med varandra och bilda kemiska föreningar. Generellt kan vi prata om oktettregeln, det vill säga att alla atomer strävar efter 8 elektroner i sitt valensskal. Detta kallas ibland även för ädelglasstruktur. Ädelgaser är grundämnen som redan uppfyller oktettregeln.
Grundämnet neon har redan 8 valenselektroner i sitt valensskal och uppfyller således oktettregeln. Neon är ett exempel på ett grund ämne i gruppen ädelgaser.
Oktettregeln är generell och gäller inte alla atomer, exempelvis de med låga atomnummer (väte och helium) och inte heller metaller.
Atomer uppnår ädelgasstruktur
Atomer som inte har ädelgasstruktur vill istället uppnå det. Vi tittar på grundämnet med atomnummer 1: väte. Väte har endast en elektron i sitt K-skal, för att få ett fullt skal vill den ha två elektroner i sitt K-skal
Väte har endast en elektron i sitt valensskal.
Väte hittas inte överhuvudtaget naturligt som ensamma atomer, eftersom de inte har en ädelgasstruktur. Väte kommer att reagera med andra atomer för att uppnå det.
Att atomer reagerar med varandra kallas för en kemisk reaktion.
Resultatet av en kemisk reaktion resulterar i en kemisk förening. En kemisk förening kan ha helt andra egenskaper än atomerna som ingår.
Kemiska föreningar uppnår på olika sätt ädelgasstruktur för de ingående atomerna, och här utgår vi från två olika sätt:
- Elektronpar (molekyler)
- Salter (jonföreningar)
Molekyler
Molekyler uppnår ädelgasstruktur hos sina ingående atomer genom att de “delar” elektroner och bildar elektronpar. När elektronerna delas mellan atomer uppstår starka kemiska bindningar mellan atomerna. Dessa bindningar kallas för elektronparsbindning eller kovalenta bindningar.
Kovalenta bindningar
Atomer som delar elektroner, bildar elektronpar. Detta skapar starka bindningar mellan atomerna och kallas för kovalenta bindningar. Atomerna bildas tillsammans en molekyl.
Väte har sagts inte finnas naturligt som ensamma atomer, och de är ett exempel på hur två atomer kan bilda en kovalent bindning mellan varandra och bilda en molekyl för att båda uppnå ädelsgasstruktur.
Två väteatomer bildas vätgas (
Väte kan också reagera med andra atomer för att uppnå ädelgasstruktur. Exempelvis syre som inte heller har ädelgasstruktur.
Syre är ett annat grundämne som vi inte hittar som fria atomer. Syre har sex valenselektroner och saknar två för att få ett fullt valensskal enligt oktettregeln.
Syre och väte kan således också dela elektroner och bilda elektronpar.
Genom att en syreatom delar elektroner med två väteatomer uppnår alla atomerna ädelgasstruktur.
Två väteatomer och en syreatom tillsammans i en molekyl beskrivs ofta med den kemiska formeln:
Kemiska formler
När vi beskriver atomer och molekyler är det praktiskt att använda sig av kemiska formler. Bilderna som är ritade tidigare är för detaljerade och tar för lång tid, så behöver ett enklare sätt att kommunicera molekylers sammansättning och struktur.
Summaformel
Det vanligaste sättet att notera kemiska formler är med hjälp av summaformler. Det är sättet vi noterat hittills och du troligen känner igen.
Strukturformel
Ytterligare ett mer informativt sätt att skriva en kemisk formel är genom strukturformel, då noteras också varje elektronpar genom ett bindestreck.
Exempel på molekyler
| Namn | Summaformel | Strukturformel |
|---|---|---|
| Vätgas |  |  |
| Vatten |  |  |
| Kvävgas |  |  |
| Etanol |  |  |
Ett par exempel på olika molekyler och deras summa, och strukturformel. Se instuderingsfrågor för att jobba med dem.
Molekyler i alla storlekar
Molekyler kan vara allt från vätgas eller kvävgas med enbart två atomer, till plast, olja eller DNA som kan innehålla tusentals eller miljardtals atomer.
Jonföreningar (salt)
Istället för att dela elektroner kan en del grundämnen istället ge bort sina valenselektroner. Det gäller framförallt de ämnen som endast har en valenselektron. Dessa ämnen kallas alkalimetaller och tillhör grupp 1 i periodiska systemet. Undantaget är väte, som endast har en elektron.
Tvärtom saknar halogener (grupp 17 i periodiska systemet) endast en valenselektron för att få ett fullt valensskal.
En alkalimetall kan därför “ge bort” en elektron till halogene, och båda atomerna har uppnått ädelgasstruktur.
När en atom ge bort eller tar mot en elektron blir det däremot “obalans” mellan elektroner och protoner!
Protoner är positivt laddade, och elektroner är negativt laddade. Om en atom har fler protoner än elektroner blir den positivt laddad och tvärtom negativt laddad! En laddad atom kallas för en jon.
Jon
Jon är en elektriskt laddad atom på grund av obalans mellan protoner och elektroner. Har den fler elektroner än protoner blir den negativt laddad. Har den fler protoner än elektroner blir den positivt laddad.
En sådan kemisk förening mellan en akalimetall och en halogen kallas för en jonförening eller i mer vardagligt tal för salt.
Exempel på jonförening
För att en jonförening ska bildas behöver vi först en alkalimetall och en halogen. Exempelvis natrium (Na) och klor (Cl).
Natrium har 11 protoner och 11 elektroner, och endast en valenselektron. Klor har 17 protoner och 17 elektroner och saknar endast en valenselektron.
Genom att natrium “ge bort” en elektron till klor uppnår båda ädelgasstruktur.
Eftersom de nu har “obalans” mellan protoner och elektroner är nu både klor och natrium joner. Närmare bestämt en natriumjon och en klorjon.
Kemisk beteckning och joner
För att markera att klor och natrium inte längre är atomer, utan joner, markeras det i deras kemiska beteckning.
Natriumjonen har en elektron för lite och är positivt laddad. Klorjonen har en elektron för mycket och är negativt laddad.
I beteckningen framgår också deras laddning, kalcium (Ca), har exempelvis möjlighet att “ge bort” två stycken elektroner och betecknas som följande.
Mer om jonföreningar
Jonföreningar bildar salt genom jonbindningar mellan de två laddade jonerna. Dessa bindningar är mycket starka kemiska bindningar och ger saltet sin kristallstruktur. Kristallerna byggs upp genom att de joner som har samma laddning stöter ifrån varandra, medan de som har motsatt laddning attraherar varandra.
Jonbindning
Joner med motsatta laddningar bildar jonbidningar mellan varandra.
Förutom atomer, kan även molekyler bilda joner. De kallas då för sammansatta joner. Dessa kan bilda jonföreningar och salt på samma sätt som enskilda joner.
Sammansatta joner
Molekyler med negativ eller positiv laddning (för att de gett ifrån sig eller tagit mot en elektron) är också joner. De kallas för sammansatta joner och kan också bilda jonföreningar.
Namn Kemisk beteckning Nitrajtjon Karbonatjon