Grundämnen och kemiska föreningar. Rena ämnen och blandningar

[0:01]Kemi, det vet du redan, det är studiet av materia och hur materien förändras. En typ av förändring det är när materian ändrar aggregationform och till exempel gå från fast till flytande. Nu ska vi titta närmare på hur materian kan förändras i kemiska reaktioner. I den här bilden kan du se lite järnfilspån, det vill säga järnpulver. Det har vissa egenskaper, till exempel att det är en metall i fast form, det är gråsvart och det är magnetiskt. I den här bilden har vi ett annat ämne, nämligen svavel. Du kan se att det också är fast form fast gult. Det är också så att svavel inte är en metall och det är inte heller magnetiskt. Järn och svavel är alltså mycket olika ämnen med olika egenskaper. Men vad händer om vi blandar samman dem? Ja det händer faktiskt inget märkligare än att vi får en blandning av järn och svavel. Du kan se i den här bilden att man fortfarande har järnpulver och svavelpulver i blandningen. Det är också så att i den här blandningen så har järnet och svavlet kvar sina ursprungliga egenskaper. Till exempel är järnet fortfarande magnetiskt som du kan se i den här bilden. Men om man värmer på blandningen av järn och svavel så händer det grejer. Svavlet reagerar med järnet, man kan se det på labbet genom att det lyser och sprakar och det blir också varmt. Och det bildas något som har andra egenskaper än de ämnen som vi startade med. Det bildas järnsulfid och det är det du ser här till höger. Järnsulfiden är inte magnetisk och den har också annan färg än både järn och svavel. Det betyder att det har skett en kemisk reaktion och det har bildats en kemisk förening mellan järn och svavel. Nu ska du inte bara sitta och njuta av bilderna här utan det har också blivit dags för dig att anteckna lite. Vi börjar med att skriva Bildning av järnsulfid här och så ritar vi ett urglas med en hög med järnpulver på det. Vi skriver också att det är järn och att det har den kemiska symbolen Fe. Här till höger ritar vi på samma sätt upp en hög med svavelpulver. Och svavel, det skriver vi också, det har den kemiska symbolen S. När vi nu mixar samman järnet och svavlet så får vi en blandning av järn och svavel, lite grågult på det här sättet. Men fortfarande är det här bara en blandning av järn och svavel och de har kvar sina ursprungliga egenskaper. Järnet är till exempel fortfarande magnetiskt, så om vi för in en magnet på det här sättet så kommer den att dra till sig järnpartiklarna. Men som jag sa, om vi värmer på den här blandningen så sker det grejer. Det sker en kemisk reaktion mellan järnet och svavlet och blandningen omvandlas till en ny kemisk förening. Den kemiska föreningen har egenskaper som skiljer sig från de ursprungliga ämnena. I det här fallet får den kemiska föreningen en annan färg och den är inte heller magnetisk. Föreningen som bildas kallas för järnsulfid och har den kemiska formeln FeS. Den här kemiska reaktionen ska vi nu utgå ifrån för att prata om vad det är för skillnad på grundämnen och kemiska föreningar. Ta du och skriv Grundämnen och kemiska föreningar också och rita upp högarna med järn, svavel och järnsulfid igen. Järnsulfiden som har bildats här, det är en kemisk förening av två olika atomslag, nämligen järn och svavel. Järnet och svavlet, de är grundämnen. Det betyder att de bara består av ett enda atomslag, järnatomer här och svavelatomer här. Den kemiska föreningen, den är nu inte längre en blandning av två ämnen utan en kemisk förening. Det har bildats ren järnsulfid här och eftersom det bara är järnsulfid och ingenting annat kan vi konstatera att järnsulfid är ett exempel på ett rent ämne. Och i ärlighetens namn kan vi också säga att både järnet och svavlet här är rena ämnen eftersom de bara består av rent järn och rent svavel. Det där var ett rent ämne, det måste vi gå lite djupare in på. I ett rent ämne så ingår det bara en typ av ämne och det tar du och skriver ner också. Till exempel kan det då vara järnsulfid, FeS. Men vi kan också tala om rent vatten, H2O. Om ett glas vatten bara innehåller rent vatten och ingenting annat så är det ett rent ämne. Rent guld, Au, består bara av guldatomer. Det är ett grundämne. Rent strösocker som du ser i bilden här till höger, består bara av sockermolekyler, C12 H22 O11. Allt detta är exempel på olika rena ämnen. En del i kemiska föreningar och andra som guldet som grundämne. Blandningar är alltså inte samma sak som kemiska föreningar. Det som kännetecknar en blandning det är dels att två eller flera ämnen ingår, men också att ämnena går relativt lätt att separera från varann. Det är också så att i en blandning så bibehåller de ingående ämnena sina ursprungliga egenskaper. I blandningen med järn och svavel som jag pratar om tidigare så är järnet fortfarande magnetiskt. Och om vi löser upp lite socker i ett glas vatten så kommer sockret till exempel fortfarande att smaka sött. Blandningar, de kan vara både homogena och heterogena. När sockret har lösts i vattnet här till vänster så bildas det en homogen blandning, en sockerlösning. Homo, det betyder samma, och att lösningen är homogen, det betyder att den ser likadan ut genom hela lösningen. Det skiljer man från en heterogen blandning. Fisksoppan här till höger, den är ett exempel på en heterogen blandning. Hetero betyder olika, och du kan ju lätt se att på olika ställen ser den olika ut. Det är lite havskräftor här, lite musslor där och lite krutonger där. Vi tar och skriver lite om det också. Homogena blandningar, de är alltså likadana rakt igenom hela blandningen. Homogena blandningar, de kan vara både i gasform, i flytande form och i fast form. Luft är ett exempel på en homogen gasblandning. Salt löst i vatten är en flytande blandning och brons, som är en legering mellan koppar och tenn, är ett exempel på en fast homogen blandning. Eller en fast lösning, det kan det faktiskt också kallas. Flytande homogena blandningar, det kallar vi vanligen för lösningar. Den där salt och vattenblandningen kallar vi alltså vanligen för en saltlösning. Fasta homogena blandningar kallas för legeringar och det var ju vad jag sa om bronset nyss. I heterogena blandningar är de ingående delarna synliga med blotta ögat. Mitt favoritexempel är förstås fisksoppan, men granit är ett bra exempel också. Graniten är visserligen fast, men du kan se med blotta ögat att den består av olika delar. Den är alltså en heterogen fast blandning. Det här är en mikroskopbild av en så kallad emulsion av vatten och olja. Emulsioner är som ett slags mellanting mellan homogena och heterogena blandningar där man har finfördelat partiklarna så mycket att man inte kan se dem med blotta ögat längre. Däremot kan man se delarna i mikroskop. Det skriver vi också. I emulsioner är de ingående delarna synliga i mikroskop. I exempelvis mjölk har man slagit sönder fettpartiklarna till så små delar att de är jämnt spridda i hela mjölken. Även majonnäs är ett bra exempel på en emulsion. I den har matolja vispats hårt med äggula och ibland lite vinäger och dijonsenap så att det har bildats en emulsion. Nu har det blivit en massa begrepp, men vi ska bena upp dem genom att rita en översikt över hur man kan dela in materien. Så vi tar och skriver Materia högst här uppe på en ny sida. Materien, den kan då antingen vara i form utav blandningar eller som rena ämnen. Blandningar kan ju som jag sa antingen vara homogena eller heterogena och fisksoppa är ju mitt favoritexempel på en heterogen blandning. De homogena blandningarna är lösningar av olika ämnen och som exempel på det kan vi skriva saft här nere. Ett glas jordgubbssaft, det ser ju lika rött ut rakt igenom hela glaset. Sen har vi då också emulsioner som kan ses som ett slags mellanting mellan homo och heterogena blandningar. Mjölk är som sagt ett utmärkt exempel på en emulsion. När vi då tittar på de rena ämnena så kan de antingen vara kemiska föreningar eller grundämnen. De kemiska föreningarna kan vara jonföreningar eller molekylföreningar och vad det är tittar vi närmare på lite senare i kursen. Jag ska ändå nämna ett par exempel och det är att vanligt koksalt med den kemiska formeln NaCl är ett exempel på en jonförening. Och vatten, H2O är ett exempel på en molekylförening. Grundämnena finns också i lite olika varianter. Det finns både metaller, halvmetaller och ickemetaller. Vi kommer att kolla närmare på det där också längre fram i kursen, men för säkerhets skull kan jag redan nu säga att halvmetaller, det är grundämnen som har några metalleegenskaper men inte alla. Några exempel på det också. Järn med den kemiska symbolen Fe är ju en typisk metall som vi redan har pratat lite om. Svavel S är en typisk ickemetall. Och ett ämne som är en halvmetall, det är till exempel kisel med den kemiska symbolen Si. Allra sist ska jag ta upp några separationsmetoder här. Det är ju så att det som kännetecknar blandningar är att det är relativt lätt att separera de ingående ämnena från varann. Och är det något man gör ofta som kemist så är det att separera ämnen i en blandning från varann. Det kan man då göra med hjälp av olika separationsmetoder. De jag tänker ta upp här, det är filtrering, destillering, separation av faser och indunstning. Vid filtrering vill man separera fasta partiklar från en i övrigt flytande fas. Så här kan det se ut när man vill filtrera något på labbet, men mycket vanligare är det här när man brygger kaffe. Då vill man ju filtrera bort det fasta kaffepulvret från kaffelösningen. När man destillerar något så utnyttjar man att två blandade vätskor har olika kokpunkter. I en sån här destillationsuppsats kan man till exempel destillera av alkohol från en alkohollösning, eftersom alkoholen kokar redan vid 78 grader Celsius, medan vattnet inte kokar förrän vid 100 grader Celsius. Vid separation av faser använder man en så här separertratt. I den här separertratten är det lite matolja överst och grönfärgat vatten underst. Genom att öppna på kranen här under kan man tappa ut vattnet och låta matoljan vara kvar i tratten. På så sätt kan man separera vattnet och matoljan från varann. När man indunstar en lösning så betyder det att man låter den stå, ofta som här i en kristallisationsskål och låter vattnet avdunsta. Kvar blir bara det fasta ämnet som var löst i vattnet. På labbet indunstar vi ibland lösningar av kopparsulfat som här för att få fina kopparsulfatkristaller. Men man kan också göra så här med havsvatten som får indunsta i grunda så kallade saliner. Kvar blir då bara havssalt som man sen kan sälja och använda till att krydda maten med, till exempel fisksoppa.