Laboration: Joner kan vandra

Repetition
Vi började med att repetera vilka ämnen/saker som leder ström. Leder en metallsked ström? Ja, det gör den så klart. Leder en plastsked ström? Neeeej! och så vidare. Det var inte svårt. När vi började fundera på hur det är med vatten blev det lite knepigare, men vi redde ut det. Helt rent vatten, som bara består av vattenmolekyler, H2O, leder inte ström. Vattenmolekylen är oladdad och kan inte leda ström. Om det finns joner i vattnet, Na+, Cl-, H+ eller någon annan jon kan man skicka ström genom lösningen. Joner är laddade, + eller -, och kan leda ström.

Förberedelser
Till den här laborationen behöver man använda spänningskub, så vi började med att smyga in i fysiksalen för att hämta några kuber. Jag berättade lite om hur man använder spänningskuben. Man kan ställa in den på växel- eller likström. Vi pratade om att likström går åt samma håll hela tilden, från + till -. Växelström ändrar däremot rikting hela tiden. I vanliga kontakter hemma finns växelström. Hur ofta ändrar den riktning? 50 gånger per sekund ändrar den riktning, 50 Hz. Vi skulle använda likström, så vi ställde in kuben på det.

Eftersom vi skulle använda kaliumpermanganat satte vi på oss skyddsrockar och skyddsglasögon. Sedan kunde vi börja med laborationen.

Kaliumpermanganat, KMnO4, ser ut så här. Det är gnistrande svartlila saltkristaller, väldigt snygga. Tyvärr kommer de inte alls till sin rätt på den här bilden. De var väldigt svårfotograferade. Kaliumpermanganat är en jonförening, K+ och MnO4 -. Kaliumjonen K+ har laddningen +1 och Permanganatjonen, MnO4- har laddningen -1 tillsammans bildar de kaliumpermanganat, som är neutralt, oladdat.

Laboration
Vi klippte en cirka 1,5 cm bred remsa av filtrerpapper, dränkte in den i saltvatten och lade den på ett urglas. Sedan anslöt vi remsan till en spänningskub med hjälp av två krokodilklämmor och två sladdar . Vi kopplade i hop remsan med spänningskuben, slog på den och vred upp spänningen till 20 V. Sedan gick jag runt till alla grupperna och lade en liten hög med kaliumpermanganat mitt på filtrerpappret. Vi väntade i fem minuter och när tiden var ute såg det ut så här:


Det lila hade flyttat på sig.

Nu kan man fundera på:

Vad är lila i kaliumpermanganat? Hur motiverar du det?

Om man tittar noga på bilden ser man att det lila har flyttat sig mot pluspolen. Vilken del av kaliumpermanganatet kan tänkas göra det?

Permanganatjonen, Mno4-!

Varför det? Jo, för den är negativt laddad och dras då mot plus.

+ -> <- -

+ <- -> +

- <- -> -

Dras inget mot minuspolen? Jovisst, kaliumjonerna, K+, dras dit men det syns inte.

Efter undanplockning och disk skrev vi en liten labrapport.

.

Ädelgasstruktur, valenselektroner och jonföreningars formler

Först repeterade vi vad vi lärt oss på sistone, till exempel att

• Atomnumret anger antalet protoner för ett grundämne.
  
• Att alla ämnen i samma grupp i periodiska systemet har lika många valenselektroner. Valenselektron = elektron i yttersta skalet
  
• Ämnena i grupp 1, alkalimetallerna har 1 valenselektron. Den lämnar de gärna ifrån sig och bildar då positiva joner. (H+, Li+, Na+, K+ osv) När de lämnat i från sig sin valenselektron får de 8 elektroner i yttersta skalet = stabil ädelgasstruktur
  
• Ämnena i grupp 2, alkaliska jordartsmetallerna har två valenselektroner. Dessa lämnar de gärna ifrån sig och bildar då positiva joner. (Be2+, Mg2+, Ca2+ osv) När de lämnat i från sig sina valenselektroner får de 8 elektroner i yttersta skalet = stabil ädelgasstruktur.
  


• Ämnena i i grupp 6, har 6 valenselektroner. De tar gärna upp två elektroner för att få åtta elektroner i yttersta skalet = stabil ädelgasstruktur.
  
  
• Ämnena i grupp 7, halogenerna, har 7 valenselektroner. De tar gärna upp en elektron för att få åtta elektroner i yttersta skalet = stabil ädelgasstruktur.
  
  
• Ämnena i grupp 8, ädelgaserna, har 8 valenselektroner. De har en stabil ädelgasstruktur.
  
  

Sammanfattningsvis kan man säga att när atomer deltar i kemiska reaktioner, strävar de efter att bli så stabila som möjligt. Det gör de genom att antingen avge eller ta upp så många elektroner som krävs för att de ska få ädelgasstruktur.

Metaller och väte bildar positiva joner. Det beror på att de har få valenselektroner och då är det lättaste sättet att uppnå ädelgasstruktur att avge dem. Då bilas positiva joner.

Icke-metallerna har däremot många valenselektroner, för dem är det lättast att ta upp elektroner och på så sätt uppnå ädelgasstruktur. Då bildas negativa joner.

Vi funderade på detta en liten stund:

Hmm, lite klurigt. Få se nu, O2-, oxidjon . Syre, O, har atomnummer 8. Det betyder att syreatomer har 8 protoner och därmed även 8 elektroner (atomer är alltid oladdade). Okej, men nu har vi en jon, O2-. Det är en syreatom som har tagit upp två elektroner, så totalt har vi 10 elektroner.

Nästa jon är Na+, natriumjon. Om vi tittar i periodiska systemet ser vi att en natriumatom har 11 protoner och därmed även 11 elektroner. Här har vi dock en natriumjon med laddningen +1. Det betyder att en natriumatom har avgett en elektron och bildat en jon, Na+. Det finns alltså bara 10 elektroner kvar.

Nu har vi kloridjon, Cl-. Kloratomer har 17 elektroner, men detta är en klorjon med laddningen 1- så den har en extra elektron. Totalt 18 elektroner.

Aluminiumjon, Al 3+. Aluminiumatomer har 13 elektroner. här har vi en aluminiumjon med laddningen 3+. Det betyder att det saknas tre elektroner. Totalt 10 elektroner.

Vi gick igenom allt detta mycket noggrant på lektionen.

Det var betydligt lättare att avgöra hur många valenselektroner olika atomer hade.

Kalium, K, har en valenselektron eftersom kalium hör till grupp 1 i periodiska systemet. Litium, Li, har också 1 valenselektron eftersom även litium tillhör grupp 1. Brom, Br, har 7 valenselektroner eftersom den hör till grupp 7. Kväve, N hör till grupp 5 och har således 5 valenselektroner.

Nu fick ni träna på egen hand, vänsterspalten på detta papper pysslade ni med en stund.

För dem som blev snabbt klara fanns mer att arbeta med:

och

Det roligaste hade jag sparat till sist:

Jonföreningars formler

En jonförenings formel ska vara elektriskt neutral. Den ska innehålla det minsta antalet positiva och negativa joner som gör den neutral. Den positiva jonen skrivs alltid först och den negativa sist.

Titta på tabellen här ovanför. Först har vi en kaliumjon och en kloridjon. Om de får reagera med varandra bildas jonföreningen KCl, kaliumklorid. Det orsakade inget större huvudbry eftersom en jon var negativ -1 och en jon var positiv, +1 och tillsammans blir det ju noll, neutralt.

Vi tittar på nästa ruta. här har vi en zinkjon Zn2+ och en kloridjon, Cl-. +2 och -1 blir inte noll. Hmm, vi behöver en extra negativ laddning för att det ska bli noll. Jamen då gör vi så, vi tar två negativa kloridjoner och en zinkjon med laddningen +2. då blir det noll. Så här skriver man det: ZnCl2.

Lite längre ned i tabellen hittar vi aluminiumjonen Al3+ när den bildar en jonförening med klor blir det så här: Al3+ och Cl-, Cl-, Cl-. Det krävs 3 kloridjoner för att det ska bli neutralt. Det skrivs så här: AlCl3

Vi tar en titt på hydroxidjonen OH-. Det är en sammansatt jon. Den får man se om ett paket. Formeln för K+ och OH- blir KOH. Inga problem. Zn2+ och OH- då? Ja här har vi en negativ laddning för lite. Vi behöver ytterligare en OH-. Då skriver man det hela så här: Zn(OH)2 Varifrån kom parentesen? Jo det betyder att man tar två hydroxidjoner OH-. Om man skriver ZnOH2 betyder det att man tar H+ H, två väte. Tvåan hör då bara till vätet, H. När man skriver (OH)2 betyder det (OH) + (OH) att man tar två av hela paketet.

Vi lär väl ta något exempel från kolumnen med sulfatjonen SO42- också. Även SO42- är en sammansatt jon. Se den som ett paket med laddningen -2. K+ + SO42- blir då K2SO4. Eftersom sulfatjonen har laddningen -2 behövde vi ta två K+.

Men hur blir det här då?

Al3+ och SO42-

Vi har Al3+ och SO42-

Vi behöver fler negativa laddningar.

Al3+ och SO42-

SO42-

Nu har vi 3+ och 4-.

Vi behöver fler positiva laddningar.

Al3+ och SO42-

Al3+ SO42-

Nu har vi 6 positiva laddningar och 4 negativa laddningar. Vi behöver fler negativa laddningar.

Al3+ och SO42-

Al3+ SO42-

SO42-

Nu räknar vi ihop igen. 6 positiva laddningar och 6 negativa laddningar. Bra, det blir noll.

Al2(SO4)3

Om man vill lösa det hela lite snyggare kan man fundera ut minsta gemensamma nämnare, precis som när man räknar med bråk.

Höstlov!

Jag önskar er alla ett härligt höstlov! Glöm inte bort fortsätta att läsa nobloggen. Jag uppdaterar under lovet.

Halogenerna

Dags att slå upp periodiska systemet i kemiboken igen, på sidan 40 hittar du det.

Grupp 7 - Halogenerna
I den här gruppen har alla ämnen 7 elektroner i yttersta skalet. De tar gärna upp en elektron för att uppnå ädelgasstruktur, det vill säga 8 elektroner i yttersta skalet. Halogenerna är väldigt reaktiva. De reagerar gärna med metaller och då bildas salt. Ordet halogen betyder just saltbildare.

Flour F, klor Cl, brom Br och jod I är de mest kända ämnena i halogengruppen.

Filmen här nedanför visar när metallen natrium reagerar med klorgas och vanligt koksalt bildas.

Natrium reagerar med klor 2Na + Cl2 + -> 2NaCl Vid reaktionen flyttas en elektron från natriumatomen till kloratomen. Natriumatomen blir då en natriumjon Na+ och kloratomen blir en kloridjon Cl-. Två joner med stabil ädelgasstruktur har bildats. De har olika laddning och binds hårt till varandra. Vi har fått NaCl, vanligt koksalt. Koksalt, NaCl är en jonförening. Den innehåller mindre energi än natrium och klor.

Det finns en bättre film på no9crunby.blogspot.com. Jag försökte att lägga upp den filmen här också, men You tube ville inte samarbeta.

Obs ! Sodium = natrium

Sodium in chlorine gas

Alkalimetallers reaktion med vatten

Alkalimetaller

Slå gärna upp periodiska systemet på sidan 40 i din kemibok när du läser detta. Då blir det lättare att följa med.

Grupp 1 - Alkalimetallerna
I den här gruppen har alla ämnen en elektron i yttersta skalet. Den kastar de gärna bort så fort de få en chans.

Överst i gruppen hittar vi väte, H. Väte är, som bekant ingen metall, men den har en elektron i yttersta skalet så väte platsar här ändå.

Om du inte redan tittat på filmen här ovanför - gör det nu.
Alkalimetallerna hittar vi under väte i periodiska systemet. De är mjuka metaller som man kan skära med kniv. De reagerar gärna med luftens syre och måste därför förvaras i fotogen. Litium, natrium och kalium har lägre densitet än vatten, så de flyter.

Lägger man en bit litium i vatten reagerar den med vattnet under gasutveckling. Om man tänder på gasen hör man ett "poff" och då förstår man direkt att det är vätgas. Med några droppar BTB kan man visa att lösningen blivit basisk efter reaktionen. Det betyder att det finns hydroxidjoner, OH-.

Gör man samma experiment med natrium får man samma resultat, fast reaktionen blir häftigare.

Reaktionen med kalium blir ännu häftigare.

Varför blir reaktionern med natrium häfigare än reaktionen med litium? Varför blir reaktionen ännu häftigare med kalium? Fundera lite på det. Jag återkommer.

Vi kan ju ta och skriva en reaktionsformel för litiums reaktion med vatten:

Li + H2O -> Li+ + H2 + OH-
litium + vatten ->litiumjon + vätgas + hydroxidjon

(Det är väldigt irriterande att reaktionsformlerna blir så fula eftersom jag inte kan sänka ned och höja upp siffror och tecken här på bloggen. Men ni vet hur det ska se ut, eller hur?)

De andra alkalimetallerna reagerar på motsvarande sätt;

Na + H2O -> Na+ + H2 + OH-

K + H2O -> K+ + H2 + OH-