Land­brugs­forlaget 1997

Land­ bru gets­ Råd­giv­nings­center Lands kon to ret for Uddan nel se

Kamilla Hejltegård Nielsen

KEMI – i landbruget

Kemi – i land­bruget

For­fat­t­e­r­: Landbr­ugslær­e­r­KamillaHe­jlt­e­går­dNie­lse­n,Nor­djyllandsLandbr­ugsskole­

Fagligst­øt­t­e­gr­uppe­: Landbr­ugslær­e­r­KimMalt­he­Je­nse­n,Nor­djyllandsLandbr­ugsskole­ Landbr­ugslær­e­r­Je­nsNør­st­ad,Kær­e­have­Landbr­ugsskole­ Landbr­ugslær­e­r­Be­ne­dikt­e­Pe­r­min,Bor­r­isLandbr­ugsskole­Re­dakt­ør­: Konsule­nt­Le­ne­Ove­r­gaar­dBr­uun,Landskont­or­e­t­for­Uddanne­lse­

Dt­p: GRAFICA,Le­ne­Kr­use­Ke­ssle­r­

Illust­r­at­ione­r­: Agne­r­Risage­r­Lar­se­n,Lynde­r­up

For­side­: “Unive­r­se­t­ske­mi”–akvar­e­lafAgne­r­Risage­r­Lar­se­n

Tr­yk: GP-Tr­yk,Gr­e­nå

ISBN: 8774706713

Udgive­r­: Land­brugets­ Råd­giv­nings­center Lands kon to ret for Uddannelse

Landbr­ugsfor­lage­t­ Udkær­sve­j15,8200År­husN

Tlf.87405500,fax87405085

Int­e­r­ne­t­adr­e­sse­:www.lr­.dk

1.udgave­1997

Forord

Denne bog indeholder en grundlæggende viden om kemi. Formålet med bogen er at gøre læseren fortrolig med mange af de grundlæggende begreber og udtryk, som er vigtige for forståelsen af landbrugsrelaterede fag som fod-ringslære, jordbundslære og gødningslære.

Bogens kapitler behandler forskellige emner fra kemiens verden med øvelser og eksempler fra hverdagen. Der er et særskilt kapitel (13) med ekstra opga-ver, der tager udgangspunkt i et landbrugsfagligt tema. Bogen indeholder også en oversigt over kemiske forbindelser og grundstoffer. Bogen afsluttes med et stikordsregister, som gør det muligt at søge og finde forklaringer på bestemte udtryk.

»KEMI« er skrevet til elever på landmandsuddannelsens modul I, men kan også være interessant for personer, som ønsker en viden om kemiske proces-ser, der indgår i landbrugsfaglige sammenhænge.

Landbrugsforlaget, august 1997

1. Atomernes opbygning . . . . . . . 7Atomkernens opbygning . . . . . . . . . . . 7Elektronbaner eller -skaller . . . . . . . . . 9Det periodiske system . . . . . . . . . . . . 11Atommasse (atomvægt) . . . . . . . . . . . 15Isotoper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2. Elektronparbinding . . . . . . . . . 19Valens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Elektron- og strukturformler . . . . . . . 23

3. Molekyler . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Molekylevægt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

4. Ioner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Ion-ladninger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Ion-forbindelser . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Når molekyler bliver til ioner . . . . . . 35Mineraler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

5. Syrer, baser og salte . . . . . . . . . 37pH-værdien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37Syrer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38H+ - ioner og pH . . . . . . . . . . . . . . . . . 39Jordens pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40Analyse af jordprøve . . . . . . . . . . . . . 41Stærke og svage syrer . . . . . . . . . . . . . 43 Baser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44Svage og stærke baser . . . . . . . . . . . . 45Neutralisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

6. Opløsninger og blandinger . . 49 Opslæmning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51Kolloid opløsning . . . . . . . . . . . . . . . . 51Blandinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

7. Stoffernes tilstandsform . . . . . 53Luftaters massefylde . . . . . . . . . . . . . 54

8. Organisk kemi . . . . . . . . . . . . . 57Kulstof . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

9. Kulbrinter . . . . . . . . . . . . . . . . . 59Isomere stoffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61Mættede og umættede kulbrinter . . 62Aromatiske ringe . . . . . . . . . . . . . . . . 62Molekylestørrelse og tilstandsform . 63Råolie og olieprodukter . . . . . . . . . . . 65

10. Alkoholer . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

11. Organiske syrer . . . . . . . . . . . 69

12. Næringsstoffer . . . . . . . . . . . . 71Fedtstoffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72Kulhydrater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76Proteiner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

13. Ekstra kemiopgaver . . . . . . . . 85Når jern omdannes til rust . . . . . . . . 85Kalk og kalkning . . . . . . . . . . . . . . . . . 88Sæbefremstilling . . . . . . . . . . . . . . . . . 91Kulhydrater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

Oversigt over kemiske forbindelser og grundstoffer . . . 94

Ordliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

Facitliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 100

Stikordsregister . . . . . . . . . . . . 109

Indhold �

Indhold

� Kemi

Atomernesopbygning�

Den store naturfilosof Demokrit, der levede cirka 400 år før Kristus, antog at alt måtte være opbygget af nogle små usynlige byggesten, som hver og en var evige og uforan-derlige. Demokrit kaldte disse mindste dele for atomer. Ordet atom betyder u-delelig.

Legoklodser har omtrent alle de egenskaber, som Demokrit tillagde atomerne, og er netop derfor så gode at bygge med. Først og fremmest er de i sig selv udelelige. De er forskellige i form og størrelse, og de har »kroge« og »modhager« som gør, at de kan trykkes sammen til alle mulige figurer. Disse kan igen skilles, og der kan bygges nye figu-rer af de samme klodser.

Principperne bag Demokrits atomlæ-re var rigtige. Naturen er bygget op af forskellige »atomer«, som binder sig til hinanden mere eller mindre permanent. Man er endda ikke blot sikker på, at de eksisterer, man har også dannet sig nogle forestillinger om, hvordan de enkelte atomer må være opbygget.

Atomkernens opbygningFor cirka 100 år siden fandt man ud af, at atomerne kan opdeles i nogle mindre »elementarpartikler«. Disse partikler har fået betegnelserne: pro-toner, neutroner og elektroner.

1. Atomernes opbygning

Det simpleste atom, vi kender, er brintatomet. Kernen i et normalt brintatom består kun af en enkelt proton (p+), og derfor har det atom-nummer 1. Omkring kernen cirkule-rer en elektron (e-).

Figur 1.1 – Brintatomet har en proton i kernen, og omkring denne kredser en elektron. Helium-atomet har to protoner

� Kemi

Protonen (p+) har en positiv elementarladning.

Neutronen (n) har ingen ladning, men har samme masse som proto-nen.

Elektronen (e-) har en negativ elementarladning. Elektronen er lille i forhold til de to andre; dens masse er 1/2000 del af protonens.

(2p+) og har derfor atomnummer 2. Foruden de to protoner (2p+) inde-holder kernen også to neutroner (2n), og omkring kernen kredser to elektroner (2e-).

Figur 1.2 – Heliumatomet har to pro-toner i kernen og omkring denne kredser to elektroner.

Et atom indeholder lige så mange elektroner, som der er protoner i kernen. Det er derfor, det er elek-trisk neutralt!

Elektronbaner eller -skallerElektronen bevæger sig med enorm fart rundt om kernen – ca. 2000 km i sekundet. Det er ikke muligt at fastslå, hvor elektronen befinder sig på et bestemt tidspunkt. Man siger derfor, at atomkernen er omgivet af en elektronsky. Atomer, som indehol-der flere elektroner, er på tilsvarende måde omgivet af flere elektronskyer.

Elektronerne kredser i baner langt væk fra atomkernen, derfor virker atomerne meget større, end de fak-tisk er. Det meste af et atom er tom-rum, fordi der er stor afstand fra ker-nen til den nærmeste elektronskal.

Hvad holder så sammen på atomet?Det er den elektriske tiltrækning mel-lem den positive kerne og de negati-ve elektroner, som fastholder elektro-

nerne i deres bevægelse omkring ker-nen – lidt ligesom jordens tiltrækning kan fastholde satelitter i deres baner.

Elektronerne er ordnet i op til syv »skaller« omkring kernen. Hver skal kan kun indeholde et bestemt antal elektroner. Den inderste skal er fuld, når der er to elektroner, den anden kan tage 8, den tredje 18 osv.

Figur 1.4 – Figuren viser, hvor mange elektroner, der maksimalt kan være i de enkelte skaller.

Ingen grundstoffer kan have mere end 8 elektroner i den yderste skal.

Atomernesopbygning�

Figur 1.3 – Hvis du forestiller dig, at kernen på heliuma-tomet var på størrelse med en kirsebærsten, som blev anbragt ved det ene mål på en fod-boldbane, så ville der være størst sandsyn-lighed for at finde elek-tronerne i en afstand, der svarer til afstanden til det andet mål på fodboldba-nen.

Opgave 1.1a) De positive partikler (p+) i atomkernen kaldes:

b) De neutrale partikler (n) i atomkernen kaldes:

c) De negative partikler (e-), som kredser rundt om kernen kaldes:

Opgave 1.2 Heliumatomet med atomnummer 2 har _______ protoner (p+) og _______ neutroner (n) i kernen, samt _______ elektroner (e-), som kredser omkring kernen i en elektronskal.

Opgave 1.3Hvor mange protoner (p+) er der i kernen på et atom, som har 88 e-?

Opgave 1. 4 Hvor mange elektroner (e-) kredser omkring kernen i et atom med 20 (p+)?

10 Kemi

Atomer

Opgave 1.5Fyld protoner og elektroner på følgende atomer:

4. Be – beryllium 5. B – bor 6. C- kulstof

Det periodiske systemVidenskaben har identificeret 109 forskellige atomer (grundstoffer). Af disse forekommer 90 i naturen, og resten er fremstillet kunstigt i labora-torier. Grundstofferne har hver især et atomtegn, et atomnummer og en atomvægt.

Den russiske kemiker Dimitrij Mende-lejev opstillede det første periodiske system i 1869. På det tidspunkt havde man kun kendskab til 63 grundstof-fer. Så for at få systemet til at passe

lod Mendelejev en del pladser stå tomme, idet han påstod, at der her skulle anbringes grundstoffer, som man endnu ikke havde opdaget. Mendelejev kunne forudsige, hvilke egenskaber de ukendte grundstoffer måtte have! Han kunne for eksempel angive deres proton- og elektronantal.

De 109 forskellige grundstoffer i det periodiske system har hver deres specielle kemiske tegn. De er dannet ved forkortelser af grundstoffernes latinske eller græske navne.

Atomernesopbygning11

Græsk Kemisk tegn Dansk navn

Oxygen O Ilt

Hydrogen H Brint

Carbon C Kulstof

Argentum Ag Sølv

Nitrogen N Kvælstof

Tabel 1.1 – Eksempler på kemiske tegn og navne på forskellige grundstoffer.

23

11Natrium

Na

39

19Kalium

K

85

37Rubidium

Rb

133

55Cæsium

Cs

223

87Francium

Fr

1

1 Hydrogen

H

7

3Lithium

Li9

4Beryllium

Be

24

12Magnesium

Mg

40

20Calcium

Ca45

21Scandium

Sc48

22Titan

Ti51

23Vanadium

V52

24Chrom

Cr55

25Mangan

Mn56

26Jern

Fe59

27Cobolt

Co59

28Nikkel

Ni64

29Kobber

Cu65

30Zink

Zn70

31Gallium

Ga73

32Germanium

Ge75

33Arsen

As79

34Selen

Se80

35Brom

Br84

36Krypton

Kr

27

13Aluminium

Al28

14Silicium

Si31

15Fosfor

P32

16Svovl

S35

17Klor

Cl40

18Argon

Ar

11

5Bor

B12

6Kulstof

C14

7Kvælstof

N16

8Ilt

O19

9Fluor

F20

10Neon

Ne

4

2Helium

He

89

39Yttrium

Y91

40Zirconium

Zr93

41Niobium

Nb96

42Molybdæn

Mo98

43Technetium

Tc101

44Ruthenium

Ru103

45Rhodium

Rh106

46Palladium

Pd108

47Sølv

Ag112

48Cadmium

Cd115

49Indium

In119

50Tin

Sn122

51Antimon

Sb128

52Tellum

Te127

53Jod

I131

54Xenon

Xe

138

57Lanthan

La179

72Hafnium

Hf181

73Tantal

Ta184

74Wolfram

W186

75Rhenium

Re190

76Osmium

Os192

77Iridium

Ir195

78Platin

Pt197

79Guld

Au201

80Kviksølv

Hg204

81Thallium

Tl207

82Bly

Pb209

83Bismuth

Bi209

84Polonium

Po210

85Astat

At222

86Radon

Rn

227

89Actinium

Ac104

Kurchatovium

Ku105

Hahnium

Ha106 107 108 109

88

38Strontium

Sr

137

56Barium

Ba

226

88Radium

RaMetaller Ikke metaller<––––––>

12 Kemi

I det periodiske system er grundstofferne ordnet efter tre regler:Efter stigende atomnummer Nummer 1 (brint) har netop en proton i ker-nen, nummer 2 (helium) har to protoner i kernen osv.Efter antal elektronskaller Grundstoffer med ens antal elektronskaller står efter hinanden på samme linje. Man siger, at de hører til samme periode. Et atom kan have op til syv elektronskaller, derfor er der i alt 7 perioder.Antal elektroner i yderste skal Grundstoffer med samme antal elektroner i yderste skal står i samme gruppe. Da der kan være fra 1 til 8 elektroner i den yderste skal, er der 8 hovedgrupper.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.Peri

ode

= an

tal s

kalle

r

Undergrupper

Hovedgruppe = antal e- i yderste skal1. 2.

23

11Natrium

Na

39

19Kalium

K

85

37Rubidium

Rb

133

55Cæsium

Cs

223

87Francium

Fr

1

1 Hydrogen

H

7

3Lithium

Li9

4Beryllium

Be

24

12Magnesium

Mg

40

20Calcium

Ca45

21Scandium

Sc48

22Titan

Ti51

23Vanadium

V52

24Chrom

Cr55

25Mangan

Mn56

26Jern

Fe59

27Cobolt

Co59

28Nikkel

Ni64

29Kobber

Cu65

30Zink

Zn70

31Gallium

Ga73

32Germanium

Ge75

33Arsen

As79

34Selen

Se80

35Brom

Br84

36Krypton

Kr

27

13Aluminium

Al28

14Silicium

Si31

15Fosfor

P32

16Svovl

S35

17Klor

Cl40

18Argon

Ar

11

5Bor

B12

6Kulstof

C14

7Kvælstof

N16

8Ilt

O19

9Fluor

F20

10Neon

Ne

4

2Helium

He

89

39Yttrium

Y91

40Zirconium

Zr93

41Niobium

Nb96

42Molybdæn

Mo98

43Technetium

Tc101

44Ruthenium

Ru103

45Rhodium

Rh106

46Palladium

Pd108

47Sølv

Ag112

48Cadmium

Cd115

49Indium

In119

50Tin

Sn122

51Antimon

Sb128

52Tellum

Te127

53Jod

I131

54Xenon

Xe

138

57Lanthan

La179

72Hafnium

Hf181

73Tantal

Ta184

74Wolfram

W186

75Rhenium

Re190

76Osmium

Os192

77Iridium

Ir195

78Platin

Pt197

79Guld

Au201

80Kviksølv

Hg204

81Thallium

Tl207

82Bly

Pb209

83Bismuth

Bi209

84Polonium

Po210

85Astat

At222

86Radon

Rn

227

89Actinium

Ac104

Kurchatovium

Ku105

Hahnium

Ha106 107 108 109

88

38Strontium

Sr

137

56Barium

Ba

226

88Radium

RaMetaller Ikke metaller<––––––>

Atomernes opbygning 13

Figur 1.5 – Det periodiske system.

3. 4. 5. 6. 7. 8.

Kunstigt fremstillet

Luftart

Væske

Fast stof

Signatur forklaring

1

1 � Hydrogen

H

Atomvægt

Kemisk tegn

Atom nr.

Navn

Trappelinjen opdeler det periodiske system i Metaller og ikke-metaller.Metaller Grundstofferne til venstre i det periodiske system under "trappen" er metaller. De har metalglans, og er gode ledere af elektricitet og varme.Ikke-metaller Grundstofferne til højre i det periodiske system over "trappen" kaldes ikke-metaller. De er dårlige ledere af elektricitet og varme.Ædelgasser De grundstoffer, der står i 8. hovedgruppe, er ædelgasser. De kal-des også inaktive luftarter, fordi de normalt ikke vil danne kemiske bindinger med andre stoffer – ikke engang med sig selv!

Opgave 1.6 – kvælstofa) Kvælstof (N) har atomnummer _______ og atommassen er _______.

b) Kvælstof står i hovedgruppe____ i_______ periode.

c) Kernen indeholder _______ protoner og _______ neutroner.

d) Der er _______ elektroner, der kredser omkring kernen i _______ elektronbaner med _______ elektro-ner i den yderste skal.

Opgave 1.7 – svovla) Svovl (S) har atomnummer _______ og atommassen er _______.

b) Svovl står i hovedgruppe______, i_______ periode.

c) Kernen indeholder _______ proto-ner og _______ neutroner.

d) Der er _______ elektroner, der kredser omkring kernen i _______ elektronbaner med _______ elektro-ner i den yderste skal.

Opgave 1.8 – klora) Klor (Cl) har atomnummer _______, og atommassen er_______ .

b) Klor står i hovedgruppe _______ i_______ periode.

c) Klor har _______ elektronskal-ler, med_______elektroner i yderste skal. Opgave 1.9 – bora) Bor (B) har atomnummer _______ og atommassen er _______.

b) Bor står i hovedgruppe _______, i _______ periode.

c) Bor har _______ elektronskaller med _______ elektroner i den yderste skal.

Opgave 1.10a) Hvilket atom har 12 elektroner?

b) Hvor mange elektronskaller har dette atom?

c) Hvor mange elektroner er der i den yderste elektronskal?

Opgave 1.11Hvilke to grundstoffers atomer har kun en elektronskal?

Det periodiske system

14 Kemi

Et atoms masse vil derfor med til-nærmelse være lig med antallet af protoner og neutroner i kernen. Elektronens masse er så lille, at vi kan se bort fra den i denne sammen-hæng.

Figur 1.8 – Heliumatomet, som inde-holder 4 kernepartikler, har cirka massen 4u.

Atomernesopbygning1�

Atommasse (atomvægt)Atomerne vejer så lidt, at vi ikke kan lægge dem på en vægt og veje dem. Men man har fundet ud af, at massen af en proton er cirka 1,7 x 10-24 (en billiontedel af en billionte-del af et gram).

Det er besværligt at arbejde med så små tal, derfor angiver man som

regel atomernes masse i såkaldte »atommasseenheder« med forkor-telsen 1u (unit = enhed). 1u er med tilnærmelse lig massen af en proton. 1u er defineret som 112 af et kulstofs-atoms masse. En neutron har samme masse – cirka 1u. Til sam-menligning er elektronens masse kun omkring 12000 u.

Figur 1.6 – En proton har cirka massen 1 u.

Figur 1.7 – En elektron har cirka mas-sen

12000 u.

1� Kemi

Nedenfor er opstillet de første 12 grundstoffer efter stigende atomnummer. Prøv at huske disse grundstoffer.

Opgave 1.12I det periodiske system, som findes på bogens omslag, kan du finde alle grundstoffernes atomnumre, atomtegn, masse og navn. Udfyld de tomme felter i dette skema.

Atommasse

Navn Atomtegn Atomnummer

Brint H 1

Helium He 2

Lithium Li 3

Berylium Be 4

Bor B 5

Kulstof C 6

Kvælstof N 7

Ilt O 8

Flour F 9

Neon Ne 10

Natrium Na 11

Magnesium Mg 12

Atom- Atom- Atom- Antal Antal Antal Navn nummer tegn masse protoner neutroner elektroner

6

O

11

Klor

16

IsotoperDe fleste grundstofatomer forekom-mer i flere forskellige »udgaver« – hvor antallet af protoner ligger fast, men antallet af neutroner i kernen kan variere lidt. Man siger, at der findes forskellige isotoper af samme grundstof.

Isotoper er atomer med lige mange protoner, men med for-skelligt antal neutroner i kernen.

Isotop af brint (H) Der findes en sjælden isotop af brint, som foruden en proton også har en neutron i kernen. Den kaldes »tungt brint«, fordi massen er 1u + 1u = 2u i stedet for 1u, som den er hos normal brint.

Brintatom Tungt brint

Figur 1.9 – Kernen i et normalt brint-atom består kun af en enkelt proton.Kernen i tungt brint indeholder også en neutron i kernen udover protonen.

Atomernesopbygning1�

Opgave 1.13Sæt cirkel omkring det rigtige ord:To forskellige isotoper af et grund-stof har ens/forskellig antal protoner, men ens/forskellig antal neutroner.

Opgave 1.14Normalt klor (Cl) har atomnummer 17 og atommassen er 35.a) Hvad kaldes Cl37?

b) Hvor mange neutroner har Cl37 i kernen?

c) Hvor mange neutroner har nor-mal klor i kernen?

Opgave 1.15Normalt fosfor (P) har atomnummer 15 og atommassen er 31.a) Hvor mange protoner indeholder fosfor i kernen?

b) Hvad kaldes P32?

c) Hvor mange neutroner har P32 i kernen?

d) Hvor mange neutroner har nor-mal fosfor i kernen?

e) Hvad vejer den tunge fosfor-isotop?

Isotoper

Isotoper af uranDet tungeste grundstof i naturen er uran, der består af flere isotoper. Uran skrives ofte med sit kemiske tegn U plus et tal, som angiver atommassen. Tager man en portion naturligt uran, vil 99,3% af atomerne have 146 neutroner i kernen foruden de 92 protoner og atommassen er derfor 238u. 0,7% af atomerne vil kun have 143 neutroner i kernen, og atommassen bliver derfor kun 235u.

Nogle af de store atomkerner (f.eks. uran-isotopen U235) er opbygget på en sådan måde, at de er lige på nip-pet til at gå i stykker. Hvis man tilfø-rer denne kerne en lille smule energi – ved at lade en neutron ramme den, vil kernen ofte spaltes i to dele, og samtidig vil der frigøres to eller tre nye neutroner. Denne reaktion kal-des for en kernespaltning, og blev opdaget af tyskeren Otto Hahn i 1938.

Da resultatet af Otto Hahns forsøg blev kendt, indså atomforskere over hele verden, at man nu havde mulighed for at sætte en kædepro-ces igang.

De frigjorte neutroner ville nemlig kunne frembringe nye spaltnin-ger, som så igen kunne frembringe endnu flere spaltninger og så videre.

Beregninger viste, at hvis man kunne få denne kædeproces igang, ville man kunne fremstille en bombe med langt større sprængkraft, end man hidtil havde kendt.

Mod slutningen af den 2. verdens-krig bragte USA den første atom-bombe til eksplosion. Den 6. august 1945 og igen den 9. august 1945 kastede amerikanerne to atombom-ber over de japanske byer Hiroshima og Nagasaki. Disse to bomber er de eneste eksempler på direkte militær brug af atomvåben.

1� Kemi

Elektronparbinding1�

Grundstofferne i 8. hovedgruppe ken-des som tidligere nævnt under den fælles betegnelse ædelgasser. Disse stoffer ligner hinanden ved, at de normalt ikke kan danne kemiske bindinger med sig selv og andre stoffer.

De andre grund-stofatomer vil gerne reagere med andre stoffer. Hvis to eller flere atomer kobles sammen dannes molekyler.

Der findes tre forskellige måder, hvorpå stoffer kan binde sig kemisk til hinanden. De kaldes for ion-bin-

dingen, metal-bindingen og elektron-parbindingen.

Elektronparbindingen kaldes også for covalent binding.

2. Elektronparbinding

Atomerne vil gerne have fyldt den yderste elektronskal med elektroner.

Der kan maksimalt være 8 elek-troner i den yderste elektronskal.

Figur 2.1 – Natrium står i 1. hoved-gruppe og har en elektron i den yderste skal, det betyder, at der er lidt over »fuldt hus«. Derfor vil natrium prøve at skille sig af med denne ekstra elektron, så den fyldte skal indenfor vil blive den yderste.

Figur 2.2 – Klor står i 7. hoved-gruppe og har 7 elektroner i den yderste skal, det betyder, at der er næsten »fuldt hus«, derfor vil klor prøve at optage 1 elektron for at få sin yderste skal fyldt.

Hvordan kan et atom så optage eller afgive elektroner? En måde at optage elektroner på er at koble sig sammen med et naboatom.

Forestil dig, at to kloratomer støder sammen, de mangler hver en elek-tron i deres yderste skal. De to klor-atomer vil nu binde sig til hinanden ved at »låne« en elektron af hinan-den, så de to elektroner cirkulerer i en bane rundt om begge atomkerner. Kloratomerne deles altså om et elek-tronpar.

Figur 2.3 – To kloratomer bundet sam-men af en enkeltbinding.

Når to atomer er bundet sammen af et elektronpar, kalder vi det en enkeltbinding, og hvis atomerne har to fælles elektronpar, hedder det en dobbeltbinding.

Figur 2.4 – Når to iltatomer bindes sammen af en dobbeltbinding, bliver de til et iltmolekyle. Hver iltatom har seks elektroner i den yderste skal, det vil sige, at der er plads til endnu to elek-troner før skallen er fyldt op. De to iltatomer låner derfor to elektroner af hinanden.

20 Kemi

Spørgsmål 1 X 2

1 Hvor mange elektroner har ilt 6 7 8 i sin yderste skal? elektroner elektroner elektroner

2

Hvor mange elektroner skal ilt 1 2 3 optage for at få sin yderste skal elektron elektroner elektroner fyldt op?

3 Hvad kaldes bindingen, når to Enkel- Type- Dobbelt- atomer deles om et elektronpar? binding binding binding

4

Hvad kaldes den binding vi får, Enkel- Type- Dobbelt- når to atomer deles om to

binding binding binding

elektronpar?

5

To kvælstofatomer (N) går i for- 2 3 4

bindelse med hinanden, hvor elektronpar elektronpar elektronpar mange elektronpar deles de om?

6

To svovlatomer (S) går i forbin- 2 3 4 delse med hinanden, hvor elektronpar elektronpar elektronpar mange elektronpar deles de om?

7 Hvilke af følgende atomer har Natrium Bor Fluor tre elektroner i sin yderste skal?

8

Hvilke af følgende atomer mangler tre elektroner for at Kalium Fosfor Klor få sin yderste skal fyldt op?

9

Hvilke af følgende grundstoffer holdes sammen af en tredobbelt Fosfor Kulstof Bor binding?

10

Hvilke af følgende grundstoffer findes i 2. hovedgruppe i det Kalium Aluminium Magnesium periodiske system?

11

Hvor gode er stofferne i 8. Super Dårlige Middel hovedgruppe til at reagere med gode gode andre stoffer?

12 Hvilket atomtegn har brint? B H He

13

Hvor mange elektroner skal 1 2 3 klor afgive for at få sin yderste elektron elektroner elektroner skal fyldt op?

Elektronparbinding

21

Tip 13 rigtige

ValensOrdet valens er udtryk for det antal elektroner, som et atom kan optage, afgive eller »låne ud« til andre ato-mer.

Valensen hos et grundstof er enten udtryk for antallet af elektroner i den yderste skal, eller hvordan atomerne lettest får fyldt den yderste skal.

Et stofs valens kan fortælle os noget om, hvordan stoffet reagerer med andre stoffer, eller med andre ord, hvilke kemiske egenskaber det har.

Figur 2.5 – Grundstof nr. 11 natrium (Na) har i alt 11 elektroner. Den inder-ste skal er fyldt med de 2 elektroner, der kan være der. Skal nr. 2, der højst kan rumme 8 elektroner, er også fyldt ud. Den sidste elektron er alene i 3. skal og afgives derfor let. Derfor får natrium valensen 1.

22 Kemi

Tre regler for valens

• Grundstoffer med 1 – 3 elektroner i den yderste skal, vil lettest kunne få en fyldt yderskal ved at afgive disse overskydende elektroner. Disse grundstoffer vil derfor have valenser 1 – 3

• Grundstoffer med 5 – 7 elek-troner i den yderste skal vil prøve at optage eller »låne« de elektroner, de mangler i at få fyldt den yderste skal. Derfor vil disse grundstoffer også have valenser 1 – 3.

• Grundstoffer med 4 elek-troner i den yderste skal kan enten optage eller afgive 4 elektroner. Derfor vil de have valensen 4.

Vær opmærksom på, at der vil være undtagelser fra disse regler. Et stof kan have andre valenser udover dem, som reg-lerne angiver.

Ved grundstof nr. 8 ilt (O) er den første skal fyldt ud med 2 elektro-ner. De sidste 6 elektroner findes i 2. skal. Ved at indfange to elektroner får iltatomet 8 elektroner i yderste skal. Valensen bliver 2.

Ups, jeg har mistet en elektron – valensen bliver 1.

Ha Ha, jeg har fanget en elektron – valensen er nu 1.

Elektron- og strukturformlerDu har set via tegninger (figur 2.3 og 2.4), hvordan grundstoffer bin-der sig til hinanden. Dette kan beskrives mere enkelt ved hjælp

af såkaldte elektronformler eller strukturformler.

ElektronformelI stedet for at tegne hvert atom med kerne og elektronskal omkring, kan

man vise det på denne måde: Na• betyder et natriumatom med en elektron i den yderste skal.

O•betyder et iltatom med seks elektroner i den yderste skal.

Strukturformel »Struktur« betyder opbygning og denne formeltype bruges til at vise, hvordan grupper af atomer er bun-det sammen.

Enkelt binding: H-HDobbelt binding: O=OTredobbelt binding: N=_N

Elektronparbinding 23

•••••

Opgave 2.1a) Hvis et atom benytter 2 elektroner i bindingen, har det valensen:

b) Hvis et atom benytter 3 elektroner i bindingen har det valensen:

Opgave 2.2Hvilken valens har følgende grundstoffer?

a) Brint (H):

b) Bor (B):

c) Helium (He):

d) Fosfor (P):

Opgave 2.3a) Hvilke hovedgrupper af grund-stoffer har valensen 1?

b) Hvilke hovedgrupper af grund-stoffer har valensen 2?

c) Hvilke hovedgrupper af grund-stoffer har valensen 3?

d) Hvilken hovedgruppe af grund-stoffer har valensen 4?

Opgave 2.4a) I hvilken hovedgruppe står Na og Cl? Natrium (Na): Klor (Cl):

b) Hvilken valens har Na og Cl?Natrium (Na): Klor (Cl):

Opgave 2.5a) Tegn et aluminiumatom (Al) med elektronformel:

b) Tegn ved hjælp af en strukturfor-mel bindingen mellem to aluminium atomer:

24 Kemi

Valens, elektron- og strukturformler

Atomer slutter sig ofte sammen til større partikler – til molekyler.

Atomer kan slutte sig sammen på to forskellige måder:

• Hvis identiske atomer slutter sig sammen, kaldes stoffet et grundstof.

• Hvis forskellige atomer slutter sig sammen, kaldes stoffet en kemisk forbindelse.

Der findes 109 forskellige grundstof-fer, men der kan dannes uendeligt mange forskellige kemiske forbin-delser.

Når to iltatomer kobles sammen via en elektronparbinding, bliver de til et iltmolekyle. Iltmolekylet er et grundstof, fordi det består af ens atomer.

Et iltmolekyle har betegnelsen O2, som betyder to sammenbundne ilt-atomer. På samme måde skriver vi N2, når to kvælstof-atomer kobles sammen.

Kemiske formlerNår det drejer sig om kemiske for-bindelser, taler man om kemiske form-ler. H2O er den kemiske formel for vand. De kemiske tegn H og O viser, at molekylet indeholder brintatomer og et iltatom. 2-tallet angiver, at der er to brintatomer i molekylet.

Den atmosfæriske luft består af cirka 78% kvælstof, 21% ilt og 0,03% kul-dioxid. Kuldioxid har den kemiske formel CO2. De kemiske tegn C og O viser, at molekylet indeholder kul-stofatomer og iltatomer. 2-tallet angi-ver to iltatomer i molekylet.

Hvis du vil vise, at der er flere mole-kyler af et stof, sætter du et tal foran den kemiske formel. 4H2O fortæl-ler, at der er fire vandmolekyler og 2CO2 fortæller, at der er to kuldi-oxidmolekyler.

Når man angiver antallet af atomer, anvender man de grundlæggende regneregler, der gælder ved brug af parenteser. Formlen for Ammonium-sulfat er (NH4)2 SO4. (NH4)2 fortæl-ler, at der er to kvælstofatomer og otte brintatomer (4x2). Desuden indeholder ammoniumsulfat et svovlatom og fire iltatomer.

Molekyler 2�

3. Molekyler

Opgave 3.1Er ilt (O2) et grundstof eller en kemisk forbindelse?

Opgave 3.2Er vand (H2O) et grundstof eller en kemisk forbindelse?

Opgave 3.3a) Ammoniak består af et kvælstof-atom og tre brintatomer. Skriv den kemiske formel:

b) Er ammoniak et grundstof eller en kemisk forbindelse?

Opgave 3.4a) Hydrogensulfid (svovlbrinte) består af to brintatomer og et svovl-atom. Skriv den kemiske formel:

b) Er hydrogensulfid et grundstof eller en kemisk forbindelse?

Opgave 3.5Køkkensalt har formlen NaCl. Hvilke atomer består et køkkensalt-molekyle af?

Opgave 3.6Sæt ring omkring de stoffer, som er grundstoffer: H H2 H2O N2

N NH3 He

Opgave 3.7Sæt ring omkring de stoffer, som er molekyler:H H2 H2O N2

N NH3 He

Opgave 3.8Det oplyses, at et ukendt stof inde-holder to sølvatomer samt et svovla-tom.Hvilket stof er der tale om?

2� Kemi

Grundstoffer og kemiske forbindelser

MolekylevægtVægten og måleglasset er vigtige redskaber i kemi, men skal kemien bruges i praksis, kommer man ikke uden om blyant, papir og lommereg-ner. De sikrer nemlig, at man bruger den rigtige mængde af et stof. Når du laver kemiske beregninger, skal du næsten altid begynde med at beregne molekylevægten. Man kan sige, at molekylevægten er et mål for summen af atommasserne i molekylet.

Molekyleformel: Viser antallet af atomer af hver slags i molekylet

Molekylevægt: Angiver sum-men af atomvægte i molekylet. Atomvægten er et udtryk for, hvor meget et atom vejer.

Hvis du kender molekyleformlen, er det muligt at beregne molekylevæg-ten for et hvilket som helst stof.

Du kan bruge følgende fremgangs-måde som vist her for vand og kalk:

H2O: Vandmolekylet består af to brintatomer og et iltatom. Hvert brintatom har vægten 1 og iltatomets vægt er 16. Lægger vi disse atom-vægte sammen, er molekylevægten for vand 18. H: 2 x 1 = 2 O: 1 x 16 = 16Molekylevægten for et vandmolekyle = 18

CaCO3: Kalkmolekylet består af et calciumatom, et kulstofatom og tre iltatomer. Calciumatomets vægt er 40, kulstofatomets vægt er 12, og hver iltatoms vægt er 16.

Ca: 1 x 40 = 40 C: 1 x 12 = 12 O: 3 x16 = 48Molekylevægten foret kalkmolekyle = 100

Når du kan regne molekylevægten ud, kan du beregne, hvor stor en andel et bestemt grundstof udgør af et sammensat stof. Hvis du f.eks. vil bruge ammoniumnitrat (NH4NO3) som gødning, så kan du læse ind-holdet af kvælstof (N) på gødnings-sækken. Men hvis du vil være helt sikker, kan du selv beregne kvælstof-indholdet:

Grund- Antal Atom Moleky- stof atomer vægt levægt

N: 2 x 14 = 28

H: 4 x 1 = 4

O: 3 x 16 = 48

Ammoniumnitrats molekylevægt = 80

Procent kvælstof indhold =

28 x 100 = 35%

80

Molekyler 2�

Opgave 3.9Skriv i rigtig rækkefølge antallet og navnene på de grundstoffer, der indgår i følgende kemiske forbindelser.

Molekyleformel Grundstoffer Stoffets navn

As2O3 Arsenik

K2CO3 Potaske

Na6P6O18 Grahams salt

Opgave 3.10Beregn molekylevægten på Li2SO4:

Molekyleformel Grundstof Antal atomer Atom vægt Molekylevægt

AlCl3 Aluminium 1 27 27

Li2SO4 Klor 3 35 105

Li2SO4 I alt = 132

Li2SO4

Li2SO4Li2SO4Li2SO4 I alt =

Opgave 3.11Beregn indholdet af kvælstof i procent i følgende handelsgødninger:

a: Flydende ammoniak NH3

b: Chilesalpeter NaNO3

2� Kemi

Molekylevægt

For bedre at forstå, hvad der sker i jord og planter, er det vigtigt at kende til ionerne. I gødningslæren og jordbunds-læren kan du finde frem til ionernes betydning for dyrkning af landbrugs-afgrøder. Planterne optager nemlig næringsstoffer fra jorden i form af ioner. Jo bedre jorden er til at fastholde plantenæringsstofferne (ionerne), desto mere frugtbar er jorden.

Ion-ladninger

Oktet-reglen: Atomer danner bindinger for at få 8 elektroner i den yderste skal.

Fra afsnittet om atomkernens opbyg-ning husker du, at atomer er elektrisk neutrale, fordi de har lige så mange protoner (p+) i kernen, som de har elektroner (e-) i elektronskallerne.

Positive ionerAtomer med få elektroner i den yder-ste skal vil gerne afgive de yderste elektroner. Afgiver atomet de yderste elektroner, bliver der protonoverskud og atomerne omdannes til positive ioner. Da alle metal-atomerne let afgiver elektroner, vil de altid danne positive ioner ved at afgive én eller flere elektroner.

Negative ionerDe atomer, som mangler nogle få elektroner i at nå op på 8 elektroner i den yderste skal, vil gerne optage elektroner. De vil indfange de mang-lende elektroner og derved få elektro-noverskud. Disse atomer vil omdan-nes til negative ioner.

Et positivt ladet atom kaldes en positiv ion.

Et negativt ladet atom kaldes en negativ ion.

Ionernes ladninger kan forklares ud fra oktet-reglen:

Atomer eller atomgrupper, der er ble-vet elektrisk ladet, kaldes for ioner.

For at følge oktetreglen kan atomerne lave elektronfællesskaber (elektron-parbinding), eller de kan overføre én eller flere elektroner fra det ene atom til det andet – derved dannes ioner. Ioner ligner stofferne fra 8. hoved-gruppe

Molekyler

2�

4. Ioner

Natriumatom til -ionNatrium er et metal og afgiver let en elektron (e-). Natriumatomet kan blive positivt ved at afgive en elek-tron (e-).

Natrium-atom Natrium-ion Na+

Figur 4.1 – Natrium-atomet bliver til den positive natrium-ion ved at afgive en elektron. Natrium-ionen har 8 elektroner i den yderste skal. Ionen ligner altså et stof fra 8. hovedgruppe, og den opfører sig stabilt.

Kloratom til -ionKloratomet har 7 elektroner i den yderste skal. Klor optager derfor gerne en elektron for at udfylde den yderste skal. Klor kan blive til en negativ ion ved at indfange en elek-tron (e-).

Klor-atom Klor-ion Cl-Figur 4.2 – Klor-atomet bliver til den negative klor-ion ved at indfange en elektron.

Som klor-ion er klor nu i en stabil til-stand med 8 elektroner i den yderste skal. Den ekstra elektron kommer fra et andet atom, der afgiver elek-troner, f.eks. fra et natrium-atom, der er blevet til en natrium-ion. På denne måde får begge atomer en fyldt yderskal. Men nu er atomerne ikke længere elektrisk neutrale – de er blevet til ioner.

Figur 4.3 – Den elektron, som natriu-matomet har for meget, afgives til klor-atomet, som mangler en elektron.

Dobbeltladet ionerHvis et atom afgiver eller optager to elektroner, kalder vi den dannede ion for dobbeltladet. Calcium har to elektroner (e-), i den yderste skal, og vil skille sig af med de to elektro-ner for at få fyldt sin yderste skal. Calcium får derfor dobbelt så stor en positiv ladning som f.eks. natrium. Calcium bliver således til ionen Ca++ eller Ca2+.

For at atomer kan blive ioniseret (omdannet til ioner), skal de flyde frit omkring i en væske eller i luften, så de har chancen for at støde sam-men og udveksle elektroner.

30 Kemi

Ioner 31

Det periodiske system – Hovedgrupper

Opgave 4.1Sæt ring omkring det rigtige ord:

a) Hvis et brintatom mister sin ene elektron, er der kun protonen tilbage og derfor bliver atomet positivt / negativt ladet.

b) H+ kaldes en positiv / negativ brintion.

Opgave 4.2I 2. hovedgruppe har grundstofferne 2 elektroner i den yderste skal. Disse afgives let.

Hvilken ion vil magnesium danne?

Ion-ladninger

Opgave 4.3a) De nedenstående grundstoffer danner ioner efter oktet-reglen, som er beskrevet i det foregående. Skriv ionernes ladning på det kemiske symbol.

Brint Helium H He

Lithium Berylium Bor Kulstof Kvælstof Ilt Fluor Neon Li Be B (C) N O F Ne

Natrium Magnesium Aluminium Silicum Fosfor Svovl Klor Argon Na Mg Al (Si) P S Cl Ar

Kalium Calcium K Ca

b) Hvorfor er kulstof og silicium sat i parentes?

Opgave 4.4Prøv om du kan svare på dette spørgsmål, før du går videre i bogen:

Saltsyre har formlen HCl. Hvilke ioner består stoffet af?

32 Kemi

NaCl (køkkensalt) kaldes for en ion-forbindelse, fordi stoffet er opbyg-get af ioner. Her er lige mange Na+ -ioner og Cl- -ioner, fordi natrium-ionerne ligesom klorid-ionerne er enkeltladede.

Ion-gitterIon-forbindelser er opbygget af et stort antal positive og negative ioner, der fastholdes i et bestemt »møn-ster« af de elektriske kræfter. Dette »mønster« kaldes for et ion-gitter. Bindingen mellem ionerne er meget stærk, og en ionforbindelse kan ikke lede elektrisk strøm, fordi der ikke er frie elektroner.

Figur 4.4 – Ion-gitter. På tegningen kan du se, hvorledes ionerne er anbragt i forhold til hinanden i et natriumklorid krystal.

Indenfor kemi træffer vi aldrig en positiv ion uden samtidig at møde dens modpol – en negativ ion.

Ion-forbindelser

Ioner 33

Når ion-forbindelser går i opløs-ningHvis en ion-forbindelse kommer i vand eller smeltes, vil den lidt efter lidt gå i stykker, og ionerne vil bevæge sig rundt mellem hinanden. Dette vil ske, hvis vi kommer NaCl i vand. Derved opløses natriumklorid i form af positivt ladede natrium-ioner og negativt ladede klor-ioner. Disse ioner vil hele tiden støde ind i hinanden og danne ion-forbindelsen NaCl. Men ion-forbindelserne vil også hele tiden blive revet fra hin-anden og danne frie ioner, som igen støder sammen og danner ion-for-bindelser og så videre.

Når ioner kombineresDe fleste stoffer, vi finder i kemiloka-let, er opbygget af ioner. Man kalder alle de stoffer, som består af ioner, og som holdes sammen af ionbindinger, for salte.

I fagsproget kaldes negativt ladede ioner for anioner, og positivt ladede ioner kaldes for kationer. Du kan f.eks. i faget jordbundslære støde på udtrykket kationskapacitet, hvilket er et mål for jordens evne til at binde positivt ladede ioner (f.eks. plante-næringsstoffer). Jo bedre jorden er til at holde fast i plantenæringsstof-ferne, jo mere frugtbar er jorden.

I en ionforbindelse vil der altid være lige mange positive og nega-tive ladninger

Nogle af de ioner, du hyppigt støder på, er samlet i tabel 4.1, så du let kan danne navne og formler for et stort antal salte.

Positive ioner kaldes kationer

Brint H+

Natrium Na+

Kalium K+

Kobber Cu+ eller Cu++

Calcium Ca++

Magnesium Mg++

Zink Zn++

Aluminium Al+++

Negative ioner kaldes anioner

Klorid Cl-

Fluorid F-

Oxid O--

Sulfid S--

Tabel 4.1 – I tabellen kan du selv finde frem til formlen for forskellige ion-for-bindelser. Du skal blot huske, at i salte er der ladningsligevægt, dvs. balance mellem de positive og negative ladnin-ger.

34 Kemi

Eksempler på ion-forbindelser:

Ion-forbindelser

1. eksempel: NatriumkloridNatrium kan reagere med klor og danne stoffet natriumklorid, der er en ion-forbindelse af Na+ og Cl-. Da begge ioner er enkeltladede, indehol-der natriumklorid lige mange natri-um-ioner og klor-ioner.

Na+ + Cl- A NaCl

Figur 4.5 – En natrium-ion passer sammen med en klorid-ion.

2. eksempel: CalciumkloridNår calcium reagerer med klor dannes calciumklorid. Da calcium er dobbeltladet og klor enkeltla-det, kræves her 2 klor-ioner for få lige mange positive og negative ladninger i ion-forbindelsen.

Ca++ + 2 Cl- A CaCl2

Figur 4.6 – En calcium-ion passer sammen med to klorid-ioner.

3. eksempel: AluminiumoxidNår aluminium reagerer med ilt (oxygen), dannes aluminiumoxid. Hvis vi skal skrive formlen for denne ion-forbindelse, skal vi have 2 Al+++ -ioner og 3 O-- -ioner for netop at få lige mange positive og negative ladninger.

2 Al+++ + 3 O-- A Al2O3

Figur 4.7 – To aluminium-ioner passer sammen med tre oxid-ioner.

Opgave 4.5Atomer Ioner Formlen for det nye stof Navnet på det nye stofZn og S Zn++ + S-- A ZnS Zinksulfid Na og O A

K og S A

Al og Cl A

Ca og F A

+

Når molekyler bliver til ioner Du har nu set, hvordan simple ioner kan dannes, men ioner kan også bestå af flere atomer.

Der er altid ladningsligevægt i ionforbindelser.

Hvis du husker ovenstående lære-sætning, kan du nemt finde ud af, om de sammensatte ioner er positive eller negative.

MgSO4 er magnesiumsulfat. Ion-tabellen (tabel 4.1) viser, at magnesi-um-ionen hedder Mg++, men hvilken ladning har SO4-gruppen?Da ionforbindelser er neutrale, må der være lige mange positive og negative ladninger.Mg++ må altså modsvares af SO4

--

.Hvis du kender ladningen på en af de ioner, som er bundet til hinan-den, kender du også ladningen på den anden. Hvis den ene er posi-tiv, må den anden være negativ.

MineralerMineraler består af grundstof-fer, og kan deles op i to grupper: Makromineraler og spormineraler.

MakromineralerAf makromineraler kan nævnes calcium, natrium, fosfor, kalium og magnesium.

Calcium-ionen udgør en væsentlig bestanddel af vore knogler. Skelettet hos et voksent menneske vejer cirka 10 kg, og en stor del heraf består af den kemiske forbindelse calciumfos-fat. Mælk er en vigtig calcium-ion kilde, men man optager også cal-cium-ioner, når man drikker vand, fordi grundvandet i Danmark inde-holder meget calcium-carbonat.

I det periodiske system kan man læse følgende om kulstof: findes i salt NaCl. Legemets væsker indeholder et stort antal Na+ -ioner og Cl- -ioner, hos et voksent men-neske findes opløst omkring et 1⁄4 kg salt. Ved hårdt fysisk arbejde eller hård motionstræning, sveder man ofte meget. Man kan blive dårlig af for megen fysisk aktivitet, fordi sveden, der forlader kroppen, inde-holder salt og derved ødelægges væske/salt balancen.

Ioner 3�

3� Kemi

SpormineralerAf spormineraler kan nævnes jern, selen, zink og iod. Mange har svært ved at få tilstrækkeligt af disse mine-raler gennem den daglige kost. Det gælder specielt, hvis man ikke spiser ret meget, eller hvis man spiser en meget ensidig kost.

For eksempel kan for lidt jern i kosten give jernmangel, hvilket kan medføre blodmangel. Jern-ioner er nemlig en vigtig del af blodet. Typiske symptomer på jernmangel er træthed, hovedpine og svimmel-hed. Jernmangel kan oftest afhjælpes ved at indtage et kosttilskud.

– Så længe du spiser en alsidig og varieret kost, bliver dit daglige behov for metal-ioner dækket gennem din daglige kost.

Syrer,baserogsalte 3�

I daglig tale opfattes sød som det modsatte af sur. Indenfor kemi gæl-der imidlertid, at basisk er det mod-satte af sur.

Det er ikke altid en god ide at smage på stoffer for at afgøre, hvor sure eller basiske de er. Det kan endda være farligt. Eddikesyre og myresyre er i koncentreret form så stærke, at de ætser. Derfor må man aldrig smage på et stof, medmindre man med sikkerhed ved, at det ikke er giftigt eller ætsende.

Du kan i stedet bruge et stykke indi-kator-papir til at »smage« for dig. Indikator-papir fortæller dig, hvor sur eller basisk den væske er, som papiret dyppes ned i.

pH-værdienNår du køber indikator-papir, med-følger der en farveskala forsynet med tal – kaldet pH-værdien. En sur opløsning farver indikator-papiret rødt, en basisk opløsning farver det blåt. Indikator-papiret bliver gult eller svagt grønligt, hvis opløsnin-gen er neutral.

Der findes også måleapparater (pH-metre), hvor pH-værdien kan aflæses efter samme skala blot mere nøjagtigt.

Figur 5.1 – pH-skalaen går fra 0 til 14. En neutral væske har pH-værdien 7. Er pH-værdien mindre end 7, er væsken sur og hvis pH-værdien er større end 7, er væsken basisk.

5. Syrer, baser og salte

pH-værdien er et mål for, hvor sur eller basisk en væske er.

Forsøg med indikator-papirDu kan selv måle pH-værdier i for-skellige dagligdags produkter med indikatorpapir. Udfyld skemaet:

Produkt Farve pH-værdi

Mælk

Kaffe

The

Øl

Sodavand

Vand

Tykmælk

Opvaskemiddel

Toiletrens

Ajax

Syrer Du kender allerede nogle syrer. De smager surt. Når vi spiser forskellige slags frugt, kan vi smage, at nogle er mere sure end andre. Mange frug-ter indeholder frugtsyrer. En citron smager meget surt fordi saften, som mest består af vand, også indeholder citronsyre. I mange grøntsager og frugter findes der et vigtigt vitamin, C-vitamin. Hvis du har prøvet at spise C-vitamintabletter, så ved du, at de smager surt. C-vitamin kaldes også askorbinsyre.

Når mælk bliver sur, er det fordi, der er blevet dannet mælkesyre. En del mælkeprodukter fremstilles, så de bliver sure – som for eksempel A-38, ymer og kærnemælk.

Mineralvand, sodavand og øl tilsæt-tes luftarten kuldioxid (CO2). Det er derfor det bruser, når man åbner flasken. Smagen er frisk og syrlig, og det skyldes, at kuldioxid i vandet danner en syre, der kaldes kulsyre.

Figur 5.2 – Mange fødevarer indehol-der syrer.

3� Kemi

Syrer,baserogsalte 3�

H+-ioner og pHNår alle syrer farver indikator-papir rødt, skyldes det, at alle syrer inde-holder H+-ioner. Det er koncentratio-nen af H+-ioner, som bestemmer sur-hedsgraden, og pH er netop et mål for for H+-ioner pr. liter i en opløs-ning. Des større H+-koncentration, des mere sur bliver opløsningen og dermed lavere pH-tal.

Saltsyre er en opløsning af lige man-ge H+ og Cl- -ioner i vand. Det er H+-ionerne, der gør saltsyre sur. Hver gang man fortynder saltsyre 10 gange, stiger pH med 1 pH-enhed.

pH er et udtryk for H+- ion koncen-trationen. Jo større koncentration, jo lavere er pH-værdien.

Figur 5.3 – Tegneserien viser, hvorle-des 1 ml saltsyre med pH = 0 fortyn-des 10, 100, 1000, 10000, 10000, 100000, 1000000 og 10000000 gange. Læg mærke til, at pH ændrer sig ved fortynding!

40 Kemi

Opgave 5.1Hvad er pH i en væske, som inde-holder 0,0001 gram H+- ioner pr. liter?

Opgave 5.2Hvad er pH i en væske, som inde-holder 0,01 gram H+- ioner pr. liter?

Opgave 5.3

Hvis pH-værdien i en væske stiger, vil surhedsgraden så falde eller stige?

Opgave 5.4Hvor mange gram H+-ioner er der pr. liter i en væske ved:

a) pH 0

b) pH 2

c) pH 6

Syrer – når noget er surt

Jordens pHLandbrugsjorden har en tendens til at blive sur. Når jorden bliver sur, skyldes det, at både planterødderne, mikroorganismerne og større orga-nismer ånder. Ved ånding er disse organismer medvirkende til, at der dannes brint-ioner, der sænker jor-dens reaktionstal og gør jorden sur.

I jordbruget anvender man reakti-onstallet (Rt) til at beskrive jordens surhed (pH-værdi).

Det er vigtigt for landmænd og gartnere, at jorden har den rette pH-værdi, for mange planter trives bedst i neutral jord, andre afgrøder kræver lidt sur jord og atter andre lidt basisk jord.

Kartofler vokser bedst i sur jord. Hvis pH er for højt, kan kartoflerne blive angrebet af svampesygdom-mem skurv. Byg og bederoer er eksempler på afgrøder, der bedst tri-ves i jorder med forholdsvist højt pH.

Planterøddernes – og mikroorganis-mernes aktivitet er med til at gøre jorden sur. Planterødderne udskiller CO2, som i jordvæsken går i for-bindelse med vand og danner den svage syre, kulsyre (H2CO3).

CO2 + H2O H2CO3 (kulsyre)

Dobbeltpilen fortæller, at reaktionen går begge veje, og at noget af stoffet findes i den form, som er vist på ven-stre side af pilen, mens andet findes som stoffet på højre side af pilen. Dette kaldes en kemisk ligevægtslig-ning.

En ligevægt, hvor kulsyre indgår, danner en brintion (H+) og en hydro-

gen karbonation (HCO3-), som lig-

ningen viser.

H2CO3 A H+ + HCO3-

På grund af kulde og tørke er CO2-produktionen lav i vinter- og sommerperioden. Om foråret og efteråret, hvor CO2-produktionen er størst vil pH i jorden derfor være lavere.

Det meste af den dyrkede jord i Dan-mark har et pH fra 6,5 til 7,5. Visse jordtyper er dog meget sure. I mose-jord kan man måle pH helt ned til 4,5.

Syrer,baserogsalte 41

Analyse af jordprøveHvis din skole har et pH-meter kan du medbringe en jordprøve og måle surhedsgraden ved at gøre følgende:

• 2,5 gram jord afvejes i et bægerglas• Tilsæt 25 ml CaCl2 og rør godt

rundt• pH måles næste dag• Der skal lægges 0,5 til resultatet

Når man måler jordens pH, tilsætter man en opløsning af calciumklorid CaCl2 for at udligne variationer i ind-holdet af H+-ioner. Den tilsatte CaCl2 sænker pH, derfor lægger man 0,5 til resultatet.

→

→→

→

42 Kemi

Jordbundsundesøgelser 1996

Reaktionstal (Rt.)Fosfortal (Pt.)Kaliumtal (Kt.)Magnesiumtal (Mgt.)Kobbertal (Cut.)

(udsnit af et markkort)

Figur 5.4 – Figuren viser i udsnit resultatet af en jordbundsanalyse. For hver mark er der angivet jordens reaktionstal. Planteavlskonsulenten kan udfra reak-tionstallet og sædskiftet beregne, hvor meget kalk, der skal tilføres jorden for at hæve jordens surhedsgrad.

Signatur: t. Kalk/ha

Stærk kalktrang

Kalktrang (3t. kalk/ha)

Svag kalktrang (2t. kalk/ha)

Ingen kalktrang

Syrer,baserogsalte 43

Stærke og svage syrer

Syrer er stoffer, som kan fraspalte H+-ioner.

Alle syrer indeholder foruden H+-ioner også negative ioner i vandig opløsning. De negative ioner kaldes syrerest-ioner.

I saltsyre hedder den negative syre-rest-ion en klorid-ion Cl-. Saltsyre er i vandig opløsning helt omdannet til H+ og Cl-ioner. Man siger, at salt-syre er fuldstændig ioniseret (spaltet fuldstændigt i ioner).

En opløsnings surhedsgrad bestem-mes af H+-ion koncentrationen.

Stærke syrerSyrer der er fuldstændig ioniserede, kaldes for stærke syrer. Til de stærke syres familie hører saltsyre HCl, svovlsyre H2SO4 samt salpetersyre HNO3.

Svage syrerDe svage syrer spaltes kun delvis, hvilket medfører, at svage syrer ikke danner så mange H+-ioner pr. ml. Derfor får de ikke så lave pH-værdier som de stærke syrer. Det gælder f.eks. for eddikesyre, som kun er delvis ioniseret. I en opløs-ning af eddikesyre er kun én ud af hver hundrede eddikesyremolekyler omdannet til H+- og syrerest-ioner, som her hedder acetat-ioner.

Syrens Formel Spaltning i ioner Syrerest- Spaltning Syrens styrke navn ionens navn

Saltsyre HCl → H+ + Cl- Klorid fuldstændig stærk

Svovlsyre H2SO4 → 2H+ + SO4-- Sulfat fuldstændig stærk

Salpetersyre HNO3 → H+ + NO3- Nitrat fuldstændig stærk

Fosforsyre H3PO4 → 3H+ + PO4--- Fosfat delvis middel stærk

Eddikesyre CH3COOH → H+ + CH3COO- Acetat delvis middel stærk

Svovlbrinte H2S → 2H+ + S-- Sulfid delvis ret svag

Kulsyre H2CO3 → 2H+ + CO3-- Carbonat meget lidt meget svag

Tabel 5.1 – Tabellen viser, hvilke ioner forskellige syrer spaltes i og navnet på syrerest-ionen.

→

→

→

→

→

44 Kemi

Opgave 5.6a) Skriv den kemiske formel for salt-syre:

b) Skriv den kemiske formel for svovlsyre:

c) Hvis der i en flaske fortyndet svovlsyre og en flaske saltsyre er nøjagtig lige mange molekyler. Hvilken af syrene har så det laveste pH?

Opgave 5.7Angiv hvilke ioner salpetersyre kan spaltes i:

HNO3 → +

Opgave 5.8Angiv hvilke ioner kulsyre kan spaltes i:

H2CO3 → +

Opgave 5.9Sæt ladninger på ionerne:

a) H2SO4 → 2H + SO4

b) CH3COOH → H + CH3COO

c) H2S → 2H + S

Stærke og svage syrer

BaserSyrer og baser kan være farlige at omgås. Syreopløsninger med lavt pH er ætsende, og baseopløsninger med højt pH kan også være ætsen-de. Jo stærkere en base er, desto højere pH-værdi har den.

Mange rengøringsmidler er baser, f.eks. ammoniakvand, Ajax, salmiak-spiritus, sæbepulver til opvaskema-skiner og afløbsrens. Den udbredte brug af baser i den daglige hus-holdning skyldes deres fortræffelige evne til at opløse fedt.

Syrer,baserogsalte 4�

Baser er det modsatte af syrer:

* Syrer er stoffer, som kan fraspalte H+-ioner.

* Baser er stoffer, som kan optage H+-ioner.

Stærke og svage baserNatriumhydroxidNatriumhydroxid (NaOH) er en stærk base, der blandt andet bru-ges til »afsyring« af gamle malede møbler. Andre navne for natrium-hydroxid er kautisk soda, ætsnatron eller natronlud. I daglig tale bruges ofte ordet lud om baser. Vi taler for eksempel om at lude halm, når vi behandler halmen med en stærk base for at øge foderværdien.

Natriumhydroxid er letopløseligt i vand, men vær forsigtig, når du opløser stoffet, for opløsningen bli-ver meget varm.

En opløsning af NaOH leder den elektriske strøm godt. Vi kan netop påvise, at et stof må indeholde ioner, hvis det opløst i vand kan lede den elektriske strøm, og kan deraf slutte, at fortyndet NaOH indeholder ioner.

Opløst i vand indeholder NaOH ionerne:

NaOH → Na+ + OH-

CalciumhydroxidCalciumhydroxid Ca(OH)2 ( i daglig tale læsket kalk) er også en stærk base. Opløst i vand indeholder Ca(OH)2 ionerne:

Ca(OH)2 → Ca++ + 2 OH-

AmmoniakAmmoniak (NH3) er en svag base, der reagerer lidt anderledes. I følge definitionen på en base skal stoffet være i stand til at optage H+-ioner. Dette sker, når ammoniak opløses i vand, så dannes OH- ioner på føl-gende måde:

NH3 + H2O → NH4+ + OH-

Baser er stoffer, som danner OH- ioner.

EksempelI fortyndet natriumhydroxid er der hovedsagelig Na+-ioner og OH- – ioner. Natriumhydroxid siges derfor at være en stærk base. I ammoniak-opløsningen findes der også OH-

-ioner, idet opløsningen reagerer basisk. I fortyndet NaOH samt fortyndet NH3 af samme koncentration, finder vi forskellig pH. I natriumhydroxid er der en 100 gange større koncen-tration af OH--ioner. Dvs. en forskel i pH på 2 enheder.

4� Kemi

Opgave 5.10a) Sæt ring omkring syrerne:

HCl NaCl HNO3 KOH H2S

b) Hvorfor er de øvrige stoffer ikke syrer?

Opgave 5.11Hvor findes der flest H+ -ioner, i en li-ter svag syre eller i en liter svag base?

Opgave 5.12a) Hvis der er overskud af OH- – ioner i en væske, siger man, at den er:3 sur 3 basisk 3 neutral

b) Destilleret vand er:3 surt 3 basisk 3 neutralt

Opgave 5.13Hvad er pH i en væske, som indehol-der 1 gram H+-ioner/liter?

Opgave 5.14Hvad er pH i en væske, som indehol-der 0,000001 gram H+-ioner/liter?

Opgave 5.15I en Pepsi Cola er pH 3,2 og i en Coca Cola er pH 2,6. I hvilken cola er der flest H+-ioner?_______________________________

Opgave 5.16I en shampoo til fedtet hår er pH 8,2 og i en shampoo til normalt/fint hår er pH 6,5. I hvilken shampoo- flaske er der flest OH--ioner?

Opgave 5.17 Sæt ladninger på ionerne:

a) HNO3 → H + NO3

b) NaOH → Na + OH

c) NH4OH → NH4 + OH

d) H3PO4 → 3H + PO4

Opgave 5.18Gør reaktionerne færdige:

a) H2O → +

b) KOH → +

c) HCl → +

d) Fe(OH)2 → +

Repetition af syrer og baser

Syrer,baserogsalte 4�

NeutralisationEn syre og en base kan neutrali-sere hinanden. Man kan uskadelig-gøre en syre ved at tilsætte en base. Hydrogen-ionerne H+ fra syren vil reagere med hydroxid-ionerne OH- fra basen og danne almindeligt vand:

H+ + OH- → H2O

Det gælder om at tilsætte lige så mange OH--ioner, som der er H+-ioner i opløsningen, så den bliver neutral og får en pH-værdi tæt ved 7.

Syre + base → salt + vandNår du blander en syre og en base sammen, vil der være andre ioner end H+- ioner og OH--ioner i væs-ken, og derfor kan der samtidig fore-komme andre kemiske reaktioner. Det kan du se, hvis du blander salt-syre (stærk syre) og natriumhydro-xid (stærk base) sammen.

HCl + NaOH → NaCl + H2Osaltsyre natrium- natrium- vand hydroxyd klorid

I dette eksempel dannes foruden vand også et fast stof. Stoffet, der dannes, er salt ved navn natrium-klorid – også kendt som køkkensalt. Hvis du kommer natriumklorid i vand, vil du ikke kunne måle en ændring i pH. Man siger, at saltet natriumklorid er neutralt.

Ved de fleste neutralisationer vil du kun se det faste stof, hvis du fjerner vandet, hvori saltet ellers vil være opløst.

Det dannede salt består af ioner, altid en metal-ion (eller ammonium NH4+) og en syrerest-ion. Ionerne holdes sammen i et ion-gitter, ligesom det var tilfældet med natriumklorid (se fig. 4.4).

Salt er en kemisk forbindelse af metal-ioner og syrerest-ioner.

Hvis du blander kulsyre (svag syre) med calciumhydroxid (stærk base), får du calciumkarbonat (kalk) og vand som resultat:

H2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 + 2H2O kulsyre calcium- calcium- vand hydroxyd carbonat

Det viser sig, at kalk ikke er et neu-tralt salt. Kalk kan nemlig optage H+ -ioner, og derfor er kalk en base. Man siger også, at kalk er et basisk salt.

Regler for, hvornår et salt bliver neutralt, surt eller basisk:

stærk syre + stærk base → neutralt salt

svag syre + svag base → neutralt salt

stærk syre + svag base → surt salt

svag syre + stærk base → basisk salt

4� Kemi

Du skal nu fremstille salte og danne brint ved at opløse metaller i syrer. Det kan derfor være en god hjælp at kikke tilbage på, hvordan du kombinerede ioner i kapitel 4.

Eksempel: ZinkkloridMan kan lave hydrogen (brint) ved at hælde fortyndet saltsyre over nogle stykker zink. Når zink reagerer med saltsyre, afgiver hvert zink-atom 2 elek-troner, hvorved zink-atomet omdannes til en Zn++-ion. De to elektroner opta-ges af to H+-ioner fra syren. Disse bliver neutrale og kobler sig sammen til et H2-molekyle og H2 bobler op fra zinkstykkerne. Når alle hydrogen-ionerne på denne måde er erstattet af zink-ioner, har vi en opløsning, som indeholder positive Zn++-ioner og negative Cl- -ioner.Reaktionsligningen for metal-ionen og syren viser, hvad der er sket:

Zn + 2HCl → Zn++ + 2 Cl- + H2---→ ZnCl2 + H2 zink saltsyre zinkklorid hydrogen Opgave 5.19Du kan fremstille brint, ved at komme magnesium i saltsyre. Prøv at skrive reaktionsligningen op:

magnesium + saltsyre → magnesiumklorid + hydrogen______________________________________________________________________Opgave 5.20Du skal fremstille brint, ved at opløse zink i svovlsyre. Prøv at skrive reaktionsligningen op:

zink + svovlsyre → zinksulfat + hydrogen _____________________________________________________________________Opgave 5.21a) Hvilke ioner indeholder salpetersyre HNO3? og

b) Hvilke ioner indeholder natriumhydroxid NaOH? og

c) Gør følgende reaktion færdig! HNO3 + NaOH →

Fremstilling af brint

Syrer,baserogsalte 4�

6. Opløsninger og blandinger

Hvis man rører lidt kogsalt op i vand, vil det blive helt opløst. Man kan således ikke se, at væsken er blevet salt, og vandet vil være lige så klart, som før saltet blev opløst.

Når et stof opløses i molekyler eller ioner, kaldes det for en ægte opløs-ning. I saltvand er det natrium-ioner og klorid-ioner, som svæver frit omkring, jævnt fordelt mellem vandmolekylerne.

En opløsning kan være mættet eller umættet. Opløsningen er mættet, når der f.eks. ikke kan opløses mere salt i vandet. Kogsaltet forbliver synligt og synker til bunds.

Hvis der kan opløses meget af et stof i vand, før opløsningen er mættet, siger man, at stoffet er letop-løseligt i vand. Kogsalt er letopløse-ligt i vand.

Cl- NO3

- SO4

-- CO3

-- PO4

---

K+

Na+

Ca++

Co++

Cu++

Fe++

Mg++

Mn++

Zn++

Tabel 6.1 – Tabellen viser opløselig-heden i vand for forskellige salte. De lyse felter viser, at saltet er letopløseligt i vand. Et mørkt felt betyder, at saltet er tungt-opløseligt i vand, f.eks. CaCO3. Når man kalker eller gøder, har det stor betydning, om de stof-fer, man bruger, er letopløselige i vand. Stofferne skal jo opløses i jordvæsken for at trænge ned i jorden, så planterødderne kan optage næringsstofferne.

Opgave 6.1 a) Hvad hedder den farlige luftart, som findes i gylle?

b) Hvornår frigøres denne luftart fra gylle?

�0 Kemi

Forsøg med mættet saltopløsningVigtigt: Husk ingen prop på kolben under opvarmning!

a) Afmål nøjagtig 75 ml fra den kol-de hane og hæld det i et bægerglas.

b) Vej glas + vand og skriv resultatet i skemaet.

c) Lav en mættet salt-opløsning. Begynd med at tilsætte 24 gram salt. Tilsæt derefter små skefulde. Husk

omrøring mellem hver skefuld. Når der ikke kan opløses mere salt vejes opløsningen, og temperaturen måles.

d) Kolben med indhold opvarmes nu til 50° grader. Undersøg om der kan opløses mere salt. Derefter vejes kolben med indhold.

e) Kolben med indhold opvarmes nu til 80° grader. Undersøg om der kan opløses mere salt. Derefter vejes kol-ben med indhold for sidste gang.

Sammenhæng mellem temperatur og opløsning

Vægt af:

Vandets temperatur Opløsning + glas Glas + vand Salt

koldt

50°

80°

f) Marker med krydser i koordinatsystemet resultaterne fra skemaet og tegn en linje mellem punkterne.

OpslæmningDu har i det foregående set, hvordan et stof kan opløses helt eller delvist i en væske. Hvad sker der med et stof, som ikke kan opløses?

Hvis man forsøger at opløse et uop-løseligt stof i en væske, får man en opslæmning. En opslæmning er en mekanisk blanding, det vil sige, at der ikke sker noget med stofferne hverken fysisk eller kemisk.

I en opslæmning vil man kunne se partiklerne svæve rundt i væsken. Væsken vil være grumset og uklar. Hvis man lader opslæmningen stå, vil partiklerne synke til bunds eller stige op til overfladen (hvis stoffet er lettere end vand).

Eksempler på opslæmninger kan være en salatdressing (olie i eddike) samt visse typer maling. Hvis man vil undersøge forholdet imellem grus, sand, ler og humus kan man lave en opslæming af jord i vand.

I en køletank med mælk vil der dan-nes et lag fløde efter et stykke tid uden omrøring. For at undgå, at fløden ligger øverst i mælkekarto-nen, homogeniserer (findeler) man fedtkuglerne i mælken. Denne type opslæmning kaldes for en emulsion.

Kolloid opløsningNogle stoffer har den egenskab, at de hverken bundfældes eller oplø-

ses, når man kommer dem i en væske. Man kan ikke umiddelbart se partiklerne i væsken, som man kunne med opslæmningen. Denne type opløsning kaldes for en kolloid opløsning.

Eksempler på kolloide opløsninger er æggehvide i vand, kaffe og tusch.

Når kolloiderne kan holde sig fly-dende i en væske, så skyldes det, at kolloiderne er elektrisk ladede par-tikler. Normalt er de negativt elek-trisk ladede. På grund af deres elek-triske ladning frastøder de enkelte kolloider hinanden, hvorved partik-lerne holdes svævende i væsken.

Hvis man tilsætter en syre til en opløsning indeholdende kolloider, så vil H+- ionerne neutralisere kollo-idernes ladning. De klumper deref-ter sammen og synker til bunds.

Figur 6.1 – Ægte opløsning

Figur 6.2 – Opslæmning

Figur 6.3 – Kolloid opløsning

Opløsningerogblandinger �1

BlandingerI praktisk landbrug kan du komme ud for, at du ønsker at blande to eller flere stoffer.

Lad os tage et eksempel fra roemarken. For at give det opti-male udbytte kræves der flere sprøjtninger mod forskellige skadevoldere i løbet af vækstsæ-sonen. I praksis vil man ofte lave blandinger af sprøjtemidler og næringsstoffer for at spare antal-let af kørsler i marken.

Forestil dig, at du ønsker at sprøjte din roemark mod bladlus. Samtidig tyder noget på, at roerne mangler bor, idet store dele af de yderste blade er gulbrune og ligger fladt på jorden. Nu vil det være praktisk, hvis man kan sprøjte med en blan-ding af bor og et sprøjtemiddel mod lus – kan man det?

Når man blander to sprøjtemidler, er det svært at forudsige, hvordan de vil reagere. Man kan risikere, at de reagerer kemisk med hinanden, og resultatet vil blive en øget eller nedsat effekt. De kan også udfældes (kolloid opløsning) og stoppe dyser-ne, eller svide afgrøden. Hvor vidt du kan blande forskellige sprøjtemidler og næringsstoffer, kan du finde oplysninger om i en kemi-kalie-håndbog.

Tabel 6.2 – Blandingstabellen viser bl.a., at det er muligt at blande sprøj-temidlet Pirimor mod lus og sprøjte-midlet Solubor mod bormangel.

�2 KemiKilde: DLG Planteværn 1997

Stoffernestilstandsform �3

7. Stoffernes tilstandsform

De kemiske stoffer forekommer i forskellige tilstandsformer – i fast form, flydende eller luftformige.

Vand kan forekomme som is, vand og damp. Vandets tilstandsform er først og fremmest afhængig af tem-peraturen. Vand fryser til is ved 0° og bliver til damp over 100°. Dette gælder når lufttrykket er 1 atmosfæ-re (omtrent = 1 Bar). Man siger, at vand optræder i tre tilstandsformer: Fast stof, væske og luftform. Når vi siger, at vand er en væske, er det for-di, det er i flydende form ved almin-delig temperatur (cirka 20° C).

Ved temperaturer under -218°C er ilt et fast stof. Ved højere tempera-turer overgår det i første omgang til væskeformig tilstand. Ved tempera-turer over -182°C overgår ilt til luft-form og findes altså i de samme tre tilstandsformer som de fleste andre stoffer.

Guld er et fast stof indtil 1064°, og det fordamper ved 2807°.

Når man opløser et stof i vand, ænd-res frysepunktet. Havvand fryser først ved -2°C, fordi der er cirka 3,5% salt opløst i havvandet. Strør man salt på sne, smelter den, idet der dannes en væske med stort salt-indhold, og denne væske fryser først ved cirka -20°C.

Figur 7.1 – Vand har tre tilstandsformer

Luftarters massefyldeMolekylerne i en luftart vil kon-stant være i fri bevægelse. Der er sammenhæng mellem varme og molekylernes bevægelse. Jo højere temperatur, desto hurtigere bevæger molekylerne sig. Jo hurtigere mole-kylerne bevæger sig, desto kraftigere bliver sammenstødene.

Indeslutter man luft i en beholder og måler trykket, er det under normale forhold cirka 1 bar til at begynde med. Varmer man beholderen op, vil molekylerne bevæge sig hurtigere og dermed støde ind i beholderens væg-ge med større kraft – trykket bliver måleligt højere.

Hvis man i stedet for gør beholde-ren mindre, bliver der mindre plads til luftmolekylerne, og de vil oftere ramme beholderens vægge. Dette vil igen medføre et højere tryk og en stigende temperatur på grund af de hyppigere sammenstød mellem mole-kylerne. Tryk og temperatur følges ad.

Et bildæk får højere lufttryk, når det varmes op af solen eller ved kørsel på grund af dækkets gnidning mod vejen. Derfor anbefales det at måle dæktrykket, når luften i dækket er kold.

�4 Kemi

Når beholderen opvarmes stiger tempe-raturen og luftarten udvider sig.

Når rumfanget øges, bliver massefylden mindre fordi massefylde = vægt/rumfang.

Når stemplet presses ind, bliver rum-fanget mindre og massefylden forøges.

Figur 7.2- Massefylde

Massefylden for en luftart er afhæn-gig af tryk og temperatur.

Massefylde = massen af et stof i forhold til rumfang

Når du skal sammenligne masse-fylde for forskellige luftarter, må du forudsætte, at de har samme tryk og temperatur. I det følgende vil vi udregne massefylde ved såkaldt nor-maltryk og temperatur (1 atmosfæ-res tryk og 20° C).

Lige store rumfang af en luftart indeholder altid lige mange mole-kyler – ved samme tryk og tempe-ratur.

Det betyder, at massefylden for en luftart er direkte afhængig af vægten af hvert molekyle.

Jo større molekylevægt en luftart har, jo større er luftartens mas-sefylde.

Figur 7.3 – En luftart vil stige opad, hvis massefylden er mindre end mas-sefylden for atmosfærisk luft.

Man kan finde massefylden for en luftart, hvis man kender molekyle-vægten:

Molvægten er det antal gram af stoffet, som angives af stoffets molekylevægt.

1 mol = Det antal molekyler, der skal til, for at molvægten i gram nummerisk svarer til molekyle-vægten i units.

1 mol af en luftart fylder altid 24 liter (ved normal tryk og tempe-ratur).

Massefylde for brint1 mol H2 vejer: 2 x 1 = 2 gram1 mol brint fylder: 24 literMassefylden for brint: 2 24

= 0,09 g/l

Brint vejer kun 116 af atmosfærisk luft

og er den letteste luft, der eksisterer.

Massefylde for ilt1 mol O2 vejer: 2 x 16 = 32 gram 1 mol ilt fylder: 24 literMassefylden for ilt: 32 24

= 1,33 g/l

Vægt af 48 liter kulilteMolekylevægt for CO: 12 +16 = 28 gram24 liter CO vejer altså 28 gram.48 liter svarer til to mol CO og vejer dermed: 2 x 28 = 56 gram

Stoffernestilstandsform ��

�� Kemi

Opgave 7.1 Angiv tilstandsformen for følgende stoffer:

Smelte- Koge- 10°C -50°C -200°C -250°C punkt punkt

Ammoniak -78°C -34°C

Kvælstof -210°C -196°C

Ilt -218°C -183°C

Tilstandsformer og massefylde

Opgave 7.2Kender du nogle stoffer, som ikke har et fast smeltepunkt?

Opgave 7.3a) Hvor meget vejer 1 mol helium (He)?

b) Hvor meget fylder 1 mol helium?

c) Massefylden for helium er:

Opgave 7.4a) Hvor meget vejer 1 mol Ammoniak (NH3)?

b) Hvor meget fylder 1 mol ammoni-ak?

c) Massefylden for ammoniak er:

Opgave 7.5a) Hvor meget vejer 24 liter kulilte (CO)?

b) Hvor meget vejer 60 liter kvælstof (N2)?

Opgave 7.6Atmosfærisk luft består (anslået) af 1⁄5 ilt (O2) og 4⁄5 kvælstof (N2). Prøv om du kan regne massefylden ud på egen hånd.

Man inddeler gerne kemien i to hoveddele: uorganisk og orga-nisk kemi. Den uorganiske kemi omhandler stoffer, der relaterer til jordbundslæren og gødningslæren. Den organiske kemi henviser til levende organismer (mennesker, dyr og planter) og relaterer således til fag som fodringslære.

Opdelingen har historisk baggrund, og går tilbage til en tid, hvor det var kemikernes overbevisning, at visse stoffer kun kunne dannes i levende organismer ved hjælp af en mystisk livskraft.

Men i 1828 lykkedes det den tyske kemiker Friedrich Wöhler at frem-stille det organiske stof urinstof (urea) i laboratoriet. Med denne videnskabelige udvikling forsvandt den oprindelige begrundelse for at skelne mellem uorganiske og orga-niske stoffer. Siden er det lykkedes at fremstille stadigt flere syntetiske stoffer, som også findes i levende organismer. De organiske stoffer består af grundstoffer - af molekyler, som dannes og nedbrydes efter de samme regler som gælder for den uorganiske kemi.

KulstofEn eksakt definition på organisk stof kan ikke opstilles. Fra et kemisk synspunkt kan man sige, at organisk kemi omfatter de stoffer eller forbin-delser, som indeholder grundstoffet kulstof (C). Dog er der visse undta-gelser: karbonater (CO3

--), kuldioxyd (CO2) og kulilte (CO) henregnes til den uorganiske kemi.

Figur 8.1 – Det er nemt at vise, at organiske stoffer indeholder kulstof, idet de fleste kan brænde, når de er tørre. Hvis der ikke sker en fuldstæn-dig forbrænding, forkuller de. Det vil sige, at de bliver til kulstof. I nogle tilfælde brænder de organiske stoffer med en sodende flamme.

Organiskkemi ��

8. Organisk kemi

Diamant er rent kulstof. Diamant er det hårdeste af de kendte naturligt forekommende stoffer. Netop derfor er diamanter særdeles anvendelige. Tænk bare på glarmesteren, der skæ-rer glas med ægte diamanter.

I det periodiske system kan man læse følgende om kulstof:

Kemisk tegn: CAtomnummer: 6Atommasse: 12Antal elektroner: 6Elektronbaner: 2Antal elektroner i yderste bane: 4

C C C

Figur 8.2 – Her er kulstof-atomet skrevet i strukturformel. De fire stre-ger ud fra C-atomet viser de fire elek-troner i yderskallen.

C C C

Figur 8.3 – C-atomet har en særlig evne til at danne kæder. Kæderne kan blive lange og have mange forgreninger. Kæderne kan indeholde mange hun-drede C-atomer.

Kulstof-atomet vil gerne gå i for-bindelse med brint (H), ilt (O) og i proteinmolekyler også kvælstof (N). Derudover kan de forbinde sig med atomer fra andre grundstoffer i et utal af kombinationer. Det er faktisk imponerende – og foruroligende – hvad den kemiske forskning kan lave af nye stoffer. Tænk bare på alle de forskellige vaskemidler, sprøj-temidler, medicin, konserverings-midler og plasttyper, der i dag kan fremstilles.

�� Kemi

Kulbrinter består af kulstof (carbon) og brint (hydrogen). Der findes adskillige millioner forskellige kul-brinter, f.eks. naturgas, benzin og olie. Kulbrinterne er bygget efter bestemte mønstre:

Methan C-atomet har fire elektroner i den yderste skal – det har fire »fangar-me« eller valensen 4. Brint er »enar-met« – valensen er 1, og derfor kan fire brint-atomer binde sig til et kul-stofatom på følgende måde:

C

H

H

HH

Methan CH4

Stoffet hedder methan og har form-len CH4. Methan kaldes også for sumpgas, fordi den blandt andet dannes, når planter rådner op i sumpe og moser. Da både stenkul og olie er dannet på denne måde, findes der som regel også methan i miner og oliekilder. Danmarks natur-

gas består næsten udelukkende af kulbrinten methan. Methan dannes også i gylle. Methan antændes let og har været årsag til store eksplosions-ulykker i kulminer.

EthanHvis to C-atomer er kædet sammen, og de frie valenser er besat med hvert sit H-atom, får man en anden kulbrinte, nemlig ethan.

C

H

H

C

H

H

HH

Ethan C2H6

PropanEn tredje kulbrinte er propan:

C

H

H

C

H

H

C

H

H

HH

Propan C3H8

Organiskkemi ��

9. Kulbrinter

Og sådan kan man fortsætte. Hver gang der sættes et nyt CH2 på, dan-nes en ny kulbrinte. Nu kender du princippet, og du kan selv regne formlen ud for den nye kulbrinte,

når blot antallet af kulstof-atomer er kendt. Du finder antallet af brintato-mer ved at gange kulstof-atomernes antal med 2 og lægge 2 til.

�0 Kemi

Opgave 9.1Hvilken valens har brint, ilt og kvæl-stof (normalt)?

a) H har valensen________________

b) O har valensen________________

c) N har valensen________________

Opgave 9.2Hvad er det, der kendetegner en kulbrinte?

Opgave 9.3a) Formlen for methan er:

b) Tegn metan med en strukturformel.

Opgave 9.4Kulbrinten pentan har fem C- ato-mer i kæden. Tegn strukturformlen.

Opgave 9.5Kulbrinten heptan har formlen C7H16. Tegn strukturformlen.

Kulbrinter

Isomere stoffer

Stoffer med samme kemiske for-mel, men med forskellig struktur, vil have forskellige kemiske egen-skaber. Sådanne stoffer kaldes isomere stoffer.

Kulstofkæderne kan have forskel-lig struktur (udseende), selv om de indeholder ens antal atomer og dermed har samme formel. Stoffer med samme formel kan således have forskellige kemiske egenskaber. Indtil nu har du set opbygninger af kulbrinter som lange kæder, men kulbrinter, kan også dannes som »forgreninger«. Lad os tage luftarten butan som eksempel.

Butan har formlen C4H10, og C-ato-merne er forbundet som en lang kæde på denne måde: C-C-C-C. Prøv at forestille dig, at de var sat sam-men på denne måde – altså med en forgrening i stedet for som en kæde:

C C

C

C

Isobutan

Dette stof kaldes isobutan. Du kan se, at butan og isobutan har samme formel, de har nemlig samme antal C-og H-atomer i molekylet. Men molekylerne er forskellige i opbyg-ningen (struktur).

Organiskkemi �1

Figur 9.1 – Når det samme antal atomer kan hægte sig sammen på forskellige måder i isomere stoffer, giver det mulighed for dannelse af mange forskellige organiske stoffer. Man fremstiller for eksempel plastiktyper med samme kemiske formel, men med forskellig styrke og bøjelighed, smeltepunkt og brændbarhed.

Mættede og umættede kulbrinterDe kulbrinter, der er nævnt indtil nu, kaldes for mættede kulbrinter, fordi de er »mættet« med brintatomer.

Mættede kulbrinter er kendetegnet ved, at kulstofatomerne er bundet til hinanden med enkeltbindinger, så det størst mulige antal valenser er optaget af H-atomer.

Umættede kulbrinterNår der også forekommer umættede kulbrinter, skyldes det, at kulstofato-mer har den egenskab også at kunne gribe hinanden med to eller tre valensarme. Herved opstår dobbelt-eller tredobbelte-bindinger, og der bliver ikke plads til så mange brint-atomer i molekylerne.

I både ethen og ethyn er alle fire valenser til C-atomerne optaget, og der findes flere bindinger mellem C-atomerne indbyrdes, derfor er der ikke plads til så mange H-atomer som i de mættede kulbrinter.

C = ==

H

H

C C

H

H

H HC

Ethen Ethyn

Ethyn bruges til svejsning. Svejserne kalder ethyn for acetylen og blander den med rent ilt. Svejseflammen er over 2000 grader varm og bruges til skærebrænding.Ethen bruges til fremstilling af plastikstoffet olyethen.

�2 Kemi

Aromatiske ringeKulbrinter kan andet end blot danne lange kæder. Mange kulbrinter er sammensat af en ring bestående af seks C-atomer. Denne opbygning kaldes for en aromatisk ring. Aroma betyder duft, og stoffer, der indehol-der en aromatisk ring, betegnes som aromatiske molekyler, fordi mange af dem har en stærk duft.

De aromatiske ringe består af 6 kul-stofatomer, der er bundet sammen ved hjælp af tre enkeltbindinger og tre dobbeltbindinger. Det specielle

ved de aromatiske ringe er, at dob-beltbindingerne ikke er stabile. De skifter hele tiden plads, således at seks kulstofatomer deles om de frie elektroner, der svæver i en »fælles elektronsky«. Denne specielle struk-tur symboliseres med en cirkel som vist på figur 9.2.

Aromatiske ringe er meget stabile og derfor oftest tungt nedbrydelige i naturen. Mange af de aromatiske forbindelser er særdeles sundheds-skadelige.

Figur 9.2 – Benzen-ringen. Benzen C6H6, som er vist på figuren er den simpleste forbindelse, som indeholder en aromatisk ring. »Benzen-ringen« er byggesten for mange andre kulbrinter, flere ringe kan hægtes sammen og danne større molekyler.

Figur 9.3 – Lindan. Den aromatiske ring indgår i sprøjtemidlet Lindan, der måtte anvendes som bejdsemiddel frem til juni 1995. Kombinationen af en aromatisk kulstofring og klor giver særdeles giftige og bioresistente mole-kyler. Det vil sige, at stoffet ophobes i naturen.

Organiskkemi �3

Molekylestørrelse og tilstandsformI afsnittet om stoffernes tilstands-form, er det beskrevet, at smelte-punkt og kogepunkt markerer skille-linjen mellem de tre tilstandsformer: Fast form, flydende og luftformig.

GasserMethan, ethan, propan og butan er gasser, fordi de alle har et koge-punkt, som er lavere end almindelig rumtemperatur. Methan og ethan anvendes primært til opvarmning af boliger. Den danske naturgas består hovedsageligt af methan samt få procent ethan. Propan og butan bru-ges til flaskegas. I de store gasflasker er der propan og i de små gasflasker til f.eks. lightere findes der butan.

Man bør håndtere de fire gasser (methan, ethan, propan og butan) med omtanke, idet de er særdeles brændbare og dermed meget farlige. De brænder så hurtigt, at de betegnes som eksplosionsfarlige.

En gaseksplosion er en kemisk kædereaktion. Forestil dig, at en gnist antænder de nærmeste gasmolekyler og varmen fra denne reaktion giver antændelsestemperatur for det næste

Opgave 9.6Massefylden for luft er cirka 1,20 gram/ liter. Når du kender formlen for en given luftart, kan du regne ud, om den vil stige op eller synke ned, når den slippes ud i atmosfærisk luft.

Molvægten er det antal gram af stof-fet, som angives af stoffets moleky-levægt.1 mol af en luftart fylder altid 24 liter (ved normalt tryk og temperatur).

a) Udregn massefylden for butan C4H10

Molekylevægt:

Massefylde g/liter:

b) Vil butan stige op eller synke ned i atmosfærisk luft?

lag gasmolekyler.... og sådan vil reak-tionen fortsætte. For at kædereaktio-nen kan ske, skal gaskoncentrationen i luften være over en vis grænse. Hvis der er for langt mellem gasmoleky-lerne, kan reaktionen ikke »springe« fra gasmolekyle til gasmolekyle.

Kulbrinter med 5 til 16 C-atomer i molekylerne er i flydende form ved normalt tryk og temperatur. Benzin og dieselolie hører til i denne grup-pe. Benzin er en blanding af kul-

brinter med 6 til 10 C-atomer i mole-kylerne, og har et kogepunkt på 50 – 150°C alt efter molekylestørrelse.Kulbrinter med mere end 16 C-ato-mer i molekylerne er i fast form ved normal tryk og temperatur, eksem-pelvis asfalt.

�4 Kemi

Jo større molekylerne er (jo flere C-atomer i kæden), jo højere er smelte- og kogepunktet for en kulbrinte.

Molekylestørrelser og tilstandsform

Organiskkemi ��

Råolie og olieprodukterRåolie stammer fra havets organis-mer – mest alger, der er sunket til bunds på steder med iltmangel og derfor kun er delvist forrådnede. De organiske stoffer i algerne er blevet omdannet til kulbrinter under ind-flydelse af tryk og varme gennem millioner af år. Råolien samt gasser-ne samler sig i bestemte lag. Der er mere end 500 forskellige kulbrinter i olien sammen med svovlforbindelser og visse andre stoffer.

Når man fra en boreplatform henter råolien op af borehullerne, er den en blanding af kulbrinter med forskellig molekylestørrelse. På et olieraffina-deri omdannes råolien ved fysiskeog kemiske processer til en række brugbare produkter. For at få skilt de forskellige kulbrinter fra hinanden benytter man sig af, at kogepunktet varierer med molekyle-størrelsen (antal C-atomer i kæden).

Figur 9.4 – Et olieraffinaderi er kendetegnet ved en mængde tanke, tårne og rør.Shell-Raffinaderiet i Fredericia. Kilde: A/S Dansk Shell

Figur 9.5 – Skitse af produktionsfor-løbet. Råolien bliver forarbejdet til for-skellige komponenter, som er udgangs-punkt for de endelige produkter.

DestillationRåolien opvarmes til cirka 500° C, så det meste af den bliver luftformig. Oliedampen ledes op gennem et ca. 45 meter højt destillationstårn, hvor den gradvist afkøles, og nogle kul-brinter begynder at fortættes til fly-dende form. Køletårnet er udformet sådan, at de enkelte kulbrinter kan opsamles og aftappes hver for sig.

De dele af råolien med de største og tungeste molekyler bliver ikke luft-formige ved opvarmningen, men fly-der ned i bunden af tårnet, hvor de aftappes og anvendes til asfalt.

KrakningKulbrinter med mange C-atomer i kæden udgør en stor del af råolien. Det passer ikke særligt godt med vores forbrugsmønster, idet der kun udvindes cirka 20% benzin, mens man får mere diesel og smøreolie. Så for at få et større udbytte af benzin ved raffineringen spalter man de lange kæder ved en proces, som kal-des krakning. Når lange kulbrinter som smøreolie og paraffin (tunge olier) udsættes for en høj temperatur i et vist tidsinterval nedbrydes eller krakkes de lange molekyler til min-dre og lettere molekyler, svarende til dem, der findes i gasolier og benzi-ner. Ved krakning kan man få op til 50% af råolien lavet om til benzin.

IsomeriseringBenzin er en blanding af mættede kulbrinter indeholdende 6 til 10 C-atomer pr. molekyle. I blandingen findes både uforgrenede og forgre-nede (isomere) kulbrinter. De to slags benzinmolekyler brænder for-skelligt i en motor. De uforgrenede kulbrinter brænder i stød, ved små eksplosioner, som får motoren til at banke, hvorimod de forgrenede kul-brinter brænder jævnt uden at frem-kalde bankning. Oktantallet er et mål for den enkelte benzinsorts evne til at fremkalde bankning. Oktantal 0 står for benzin, der banker, hvor 100 står for benzin, der ikke banker. Ved at blande benzinsorter med forskel-ligt oktantal, kan man fremstille ben-zin med et ønsket oktantal.

�� Kemi

Organiskkemi ��

Når du hører ordet alkohol, tænker du sikkert straks på den væske, der ved indtagelse gør folk berusede. Alkohol kan laves ved gæring af sukker, f.eks. fra byg, druer eller æbler, som det findes i øl, vin og spi-ritus. Men alkohol kan også fremstil-les kemisk.

Alkohol brænder med en flamme, der ikke soder og kun udsender lidt lys – den såkaldte spritflamme.

Alkohol indeholder OH-grupper. OH-gruppen, der kendetegner alko-holer kaldes også hydroxyl. Pas på ikke at forveksle den med hydroxid eller baseionen OH-. Alkoholers navne ender på -ol.

MethanolVed fremstilling af methanol tager man et metanmolekyle:

C

H

H

H H ----

--------

----

Methan CH4

Bytter man et af H-atomerne ud med en hydroxylgruppe OH, fremstilles molekylet metanol:Methanol CH3OH

C

H

H

H ----

----------

------OH

Læg mærke til, at for stoffer som har fået hægtet denne hydroxylgruppe (OH) på, skrives OH særskilt og til sidst i formlen

Methanol anvendes meget i indu-strien, dels som opløsningsmiddel, dels som udgangspunkt for andre stoffer. Det kan endvidere bruges som brændstof til motorer, eventuelt i blanding med benzin.

10. Alkoholer

Figur 10.1 – Metanol kaldes også træsprit. Men tro ikke, at alle typer alkohol kan indtages. Advarsel: Det er livsfarligt, at drikke træsprit.

EthanolEthanol er den type alkohol, som findes i øl, vin og spiritus. Det anvendes også til rengøringsmidler og kan bruges som brændsel i sprit-motorer.

Ved fremstilling af alkohol tager man et ethanmolekyle:

C

H

H

H C

H

H

----

----------

------OH

Ethan C2H6

Så bytter man en af H-atomerne ud med en hydroxylgruppe OH:

H C

H

H

C

H

H

H ----

--------

----

Ethanol C2H5OH

Og sådan kan man lave hele serien af alkoholer: Propanol, butanol og så videre. Det er bare at hægte en hydroxylgruppe (OH) på i stedet for et H-atom.

�� Kemi

Organiskkemi ��

Har du spist syltede agurker, rød-beder, ymer eller A-38? Hvis ja – så kender du de to mest almindelige organiske syrer, eddikesyre og mæl-kesyre.

MyresyreFlere af de organiske syrer har betyd-ning i landbruget. Myresyre er den simpleste af dem. I landbruget bru-ger man syren som tilsætning ved ensilering for at sikre en lav pH. Kvæget kan godt fordøje myresyre, fordi det er en af de syrer, der natur-ligt dannes i vommen.

11. Organiske syrer

Myresyremolekylet tager udgangs-punkt i methan-molekylet:

C

H

H

H ----

----------

------OH

Methan CH4

I methanol er et af H-atomerne erstat-tet med en OH (hyddroxylgruppe):

C

H

H

H H ----

--------

----

Methanol CH3OHI myresyremolekylet er yderligere to

Figur 11.1 – Myresye er den syre, som den store røde skovmyre sprøjter ud af sine giftkirtler, når den forsvarer sig. Syren virker ætsende og kan nok skræmme en fjende bort.

H-atomer erstattet med et O-atom, så strukturformlen for myresyre er:

C

O

H ----

----------

--------

----

----------

OH

Myresyre HCOOH

Dobbeltbindinger til O-atomer opta-ger to af kulstoffets fire valenser (husk ilt har valensen 2), OH-grup-pen 1. Der bliver således kun plads til et H-atom.

Formlen for myresyre skrives HCOOH, fordi man ønsker at frem-hæve gruppen COOH i formlen.

Man kan kende en organisk syre på, at formlen ender med: COOH.

EddikesyreLigesom ved serien af kulbrinter kan vi få en ny organisk syre ved at sammenkæde flere C-atomer. To C-atomer i kæden giver en anden kendt syre, nemlig eddikesyre. Eddike kan fremstilles af alkohol, der risler ned over træspåner, hvorpå der lever eddikesyrebakterier. Når rødvin står for længe, bliver den til eddike, fordi eddikesyrebakterierne går i gang med at ilte vinen til eddike.

PropionsyreDen næste syre i serien hedder pro-pionsyre og har tre C-atomer i kæden. Propionsyre bruges til fremstilling af forskellige slags oste, hvor man ønsker store huller. Udgangspunktet for processen er, at mælkesukker i mælken omdannes til mælkesyre via mælkesyrebakterier. Ved tilsætning af propionsyrebakterier vil mælkesy-ren omdannes videre til eddikesyre og propionsyre.

SmørsyreDen fjerde organiske syre, der er grund til at nævne, er smørsyre. Denne syre indeholder fire C-atomer i kæden og gør mere skade end gavn. I en dårlig ensilage med for høj pH vil du finde smørsyre, der har en karak-teristisk dårlig lugt, der kan minde om lugten af »sure tæer« – det er den samme syre – og den samme lugt.

�0 Kemi

Næringsstoffer �1

12. Næringsstoffer

For at holde stofskiftet og forbræn-dingen i gang, skal din krop have næringsstoffer. Forbrændingen af næringsstoffer frigør energi. Energien udnytter din krop til alle de livsvigtige funktioner, f.eks. til hjer-tets konstante arbejde.

Energi findes i fedt, kulhydrater og proteiner. De forskellige næringsstof-fer indeholder forskellige mængder energi. Fedt lagres især i depoter i fedtvævet, mens kulhydrat lagres i muskelvævet og leveren.

Hvis du får mere energi tilført gen-nem maden end kroppen har brug for, vil der blive noget energi i over-skud, som kroppen ikke forbrænder. Denne »overskydende energi« vil lagre sig som depoter i dit fedtvæv. Kulhydrater kan omdannes til og oplagres som fedt.

Energi måles i enhederne kalo-rier og joule:

1 kalorie = 4,18 joule.

kJ (kilojoule) består af 1000 joule

kcal (kilokalorie) består af 1.000 kalorier

1 g kulhydrat = 17 kJ 1 g fedt = 38 kJ1 g protein = 17 kJ

Figur 12.1 – Figuren angiver energien ved at forbrænde eller fordøje 1 g af henholdsvis kulhydrat og fedt. Der er meget mere energi i et gram fedt end i et gram kulhydrat!

FoderenhederI fodringslæren måles energien i foderenheder, og du vil støde på forkortelsen (FE) eller (FEs). De for-skellige dyrearter udnytter foderet forskelligt, derfor skelner man mel-lem FEs (foderenheder til svin) og FE (foderenheder til øvrige dyr).

1 FE svarer til indholdet af energi i 1 kg byg.

�2 Kemi

Foderenheder et vigtigt redsskab i forbindelse med fastlæggelse af en foderplan til kvæg, svin, heste og får med videre. Hvis du kikker i en tabel over forskellige foderstoffers foderværdi, vil du netop få oplyst

hvor mange FE/hkg dit foder inde-holder. Når antal FE/hkg foder er kendt for den enkelte fodertype, kan man ved valg af supppleringsfoder sammensætte en afbalanceret foder-ration.

Foderstoffers foderværdi til kvæg, heste, får mv.Foderstof Indhold pr. FEKorn FE/ hkg foder kg foder g ford. protein g fedtsyre

Byg 96 1,04 72 25

Havre 79 1,26 89 52

Hvede 104 0,96 71 16

Rug 101 0,99 61 14

Uddrag fra tabel, Håndbog for driftsplanlægning 1996/97, side 35

Tabel 12.1 – I tabellen kan du få oplysninger om kornafgrødernes foderværdi.

FedtstofferFedtstoffer og olier fra dyr og plan-ter er kemisk nært beslægtede. Fedtstoffer og olier består af de tre grundstoffer, kulstof (carbon), brint (hydrogen) og ilt (oxygen).

Fedtstoffer findes blandt andet som oplagret næring hos mennesker, dyr og planter. Ved hjælp af fedtdepoter i kroppen kan mennesket overleve fle-re uger uden føde, fordi kroppen kan omdanne det oplagrede fedt til ener-gi. Hos planter oplagres fedt i frøene som en madpakke for kimen, når

den skal spire frem. Hos dyr findes fedtstoffer også som uldvoks på hår og hos planter som isolerende lag på blade for at hæmme fordampningen.

GlycerolFedt dannes når glycerol (glycerin) reagerer med fedtsyrer. Glycerol er som endelsen -ol antyder en alkohol med tre OH-grupper. Den dannes i vores celler som mellemprodukt ved nogle af livsprocesserne. Glycerol bruges ydermere til to meget forskel-lige produkter: kosmetik (creme) og sprængstof (nitroglycerin).

Næringsstoffer �3

Figur 12.3 – Figuren viser en reaktionsligning, hvor et glycerinmolekyle reagerer med tre fedtsyremolekyler (RCOOH). Fedtsyrerne fraspalter hver sin H+ – ion, og glycering fraspalter de tre OH-grupper som OH- -ioner. De tre H+ og tre OH- for-binder sig og danner tre molekyler H2O (vand). De tre syrerester (RCOO-) binder sig til de tre valenser på glycerin-molekylet (som blev ledige efter OH- ionerne). Dermed er der dannet et fedtmolekyle. For at kunne danne bindinger mellem gly-cerol og syre, må der fraspaltes vand. De tre fedtsyremolekyler (RCOOH) behøver ikke at være den samme slags fedtsyre. Hermed bliver der mange forskellige kom-binationsmuligheder, og dermed mange forskellige slags fedt.

Figur 12.2 – Glycerol molekylet har føl-gende strukturformel:

C

H

HHO

C HHO

C

H

HHO

GlycerolLæg mærke til, at glycerol har tre hydroxylgrupper (OH) i formlen. Derfor siger man, at glycerol er en trivalent alkohol. De alkoholer, der blev beskrevet i kapitel 8, havde kun én OH-gruppe, og de kaldes for monovalente alkoholer.

C

H

H

HHO

C HHO

C H

C

H

H

H

C H

C H +HO

H2O

H2O

H2O

H+RCOO

H+RCOO

H+RCOO

RCOO

RCOO

RCOO_>

-------------------------------------------------------------

----

----

----

----

----

- ----

----

----

----

----

----

----

----

----

-------------

------------ ----

----

----

----

----

-

----

----

----

----

----

---------

--------3 fedtsyrer

Glycerol Fedt

Vand

�4 Kemi

FedtsyrerFedt og olie består ikke kun af glyce-rol men også af organiske syrer (fede syrer).

Fedtsyrerne tilhører samme serie som myresyre, eddikesyre, propi-onsyre og smørsyre, men de har normalt 12 til 20 C-atomer i kæden. Palmitinsyre har for eksempel 15 C-atomer, og stearinsyre har 17 C-atomer i kæden. Vær opmærksom på, at C-atomet i betegnelsen COOH ikke skal regnes med til kæden.

Med så lange molekylekæder bliver det lidt af et arbejde at skrive struk-turformler. For lethedens skyld skri-ver man derfor formlen for fedtsyre på denne måde: RCOOH. R er altså en forkortelse for den lange kæde af C-atomer med tilhørende H-atomer.

Mættet og umættet fedtFedt og olie kan ikke opløses i vand, og vand kan ikke opløses i fedtstof-fer. Men fedt kan opløses i benzin og andre organiske opløsningsmid-ler. Fedtstoffer kan være faste eller flydende ved stuetemperatur. De flydende fedtstoffer kaldes også for fede olier.

Syrerne i fedtstof kan være enten mættede (uden dobbeltbindinger) eller umættede (med dobbeltbin-dinger). Hvis syreresten er umættet bliver fedtstoffet i reglen flydende, altså olie. De umættede fede syrer,

linolsyre og linolensyre, indgår i en del olier som for eksempel fiskeolie og planteolier.

Figur 12.4 – Linolsyre med 2 dobbelt-bindinger

En fedtsyre er mættet, hvis det størst mulige antal af C-atomernes valen-ser er bundet til H-atomer

Du har sikkert hørt om »sundt« (umættet) og »usundt« (mættet) fedtstof. Om et fedtstof er sundt afhænger blandt andet af, om det er umættede fedtsyrer som sam-men med glycerol danner fedtet. Fedtsyrerne har betydning for, hvordan fedtaflejringen i blodårerne foregår. Et stort forbrug af mættede fedtsyrer forhøjer fedtindholdet (kolesterol) i blodet. Umættede fedt-syrer sænker fedtindholdet i blodet.

C

H

C

H)(H

C

H

C

C

H HC

COOH

H

13

Opgave 12.1Nævn nogle af hovedkilderne til fedt i vores kost:

Opgave 12.2Hvad er forskellen mellem de fedt-stoffer, vi kalder fedt, og dem vi kal-der olie?

Opgave 12.3Hvilke stoffer skal reagere, hvis du skal danne fedt?

Opgave 12.4Kan du fuldføre strukturformlen for glycerol?

C OH

C OH

C OH

Opgave 12.5Hexansyre har 5 C-atomer i kæden. Tegn strukturformlen for hexansyre.

Opgave 12.6Hvilken slags binding skal der være mellem C-atomerne for at en fedt-syre kaldes for mættet? (sæt kryds)

3 Enkeltbinding 3 Dobbeltbinding 3 Tredobbeltbinding

Opgave 12.7Hvilke fedtsyrer sænker blodets fedt-indhold?

Fedtstoffer

Næringsstoffer ��

76Kemi

KulhydraterKulhydrateromfatterstoffersomsukker,stivelseogcellulose.Kulhydratbestårafkulstof,brintogiltimangeforskelligekombinatio-ner.Altsånøjagtigdesammegrund-stoffersomifedt.

Udgangspunktetforproduktionenafkulhydraterinaturenerfotosyn-tesen.Fotosynteseerbetegnelsenfordenproces,hvorplanterneopbyg-gerorganiskestofferafuorganiske.Ligningenforfotosynteseer:

sollys6CO2 + 6H2O -> C6H12O6 + 6O2kuldioxid vand druesukker ilt

Figur 12.5 – Udgangspunktet for alle organiske molekyler er sukker, der er dannet ved fotosyntese.

SIMPLE KULHYDRATERbestår af monosakkarider og disakkarider.

GLUKOSE(druesukker) er også den suk-kerform, der findes i blodet.

SAKKAROSE(roe- og rørsukker) bedst kendt som alm. husholdnings-sukker.

POLYSAKKARIDERdeles op i to typer, nemlig de fordøjelige og de ufordøjelige.

KOMPLEKSE KULHYDRATERbestår af en lang sammenkædning af monosakkarider.

FORDØJELIGEfindes i lyst brød, kartofler, ris, pasta, grøntsager og havregryn.

FRUKTOSE(frugtsukker) findes i alle frugter, samt i honning.

LAKTOSE(mælkesukker) findes kun i mælk fra pattedyr.

UFORDØJELIGEfindes i klid, groft brød og grove grøntsager.

MONOSAKKARIDERbestår af sukkerkomponent.Almindelige typer er glukose og fruktose. Ved fordøjelse omdannes alle kulhudrater til monosakkarider.

DISAKKARIDERbestår af to sukkerkompo-nenter. Almindelige typer er sakkarose og laktose. To monosakkarider giver til-sammen et disakkarid.

Figur 12.6 – Kulhydrater er en betegnelse for mange forskellige næring-stoffer, som har forskellig kemisk sammensætning.

Kulhydraterkanopdelesisimp-leogkompleksekulhydrater.

En af grundene til at monosakkari-der og disakkarider kaldes for simp-le kulhydrater er, at de hurtigt opta-ges i organismen – i modsætning til de komplekse kulhydrater.

MonosakkariderDe simplest byggede kulhydrater er glukose (druesukker), fruktose (frugtsukker) og galaktose (et ned-brydningsprodukt af laktose – mæl-kesukker). De tre nævnte kulhydra-ter har samme formel C6H12O6, men atomerne sidder forskelligt i forhold til hinanden. Dvs. at de er isomere stoffer: stoffer, som har samme for-mel, men forskellig struktur.

C

H

OHH

C H

O

C

OH

HH

C

C

H

OH

C

OH

H

OH

H

Figur 12.7 – Druesukker-molekyle med formlen C6H12O6. Som du kan se på figuren, er molekylet i druesukker opbygget omkring en 6-kantet ring, som består af 5 C-atomer og 1 O-atom. Det 6. C-atom er hægtet på det ene af C-atomerne i ringen. De sukkerarter, der hidtil er nævnt

er simple kulhydrater, de kaldes også for monosakkarider (mono = enkel, sakkarid = sukker). De er alle opbygget omkring en enkelt ring. Monosakkarider smager sødt og er letopløselige i vand.

DisakkariderDisakkarider (di = to) er ligeledes simple kulhydrater. Det er sukkerar-ter bestående af to ringe, dvs. en bin-ding mellem to monosakkarider.Ved denne binding mellem to monosak-karider frigives samtidig et molekyle vand. Formlen for et disakkarid er C12H22O11.

Figur 12.8 – Et disakkarid er en bin-ding mellem to monosakkarider.

Eksempler på disakkarider er laktose (mælkesukker) og sakkarose (rør-sukker).

Rørsukker (sakkarose) er almindeligt husholdningssukker, der primært udvindes af sukkerroer og sukker-rør. Rørsukker dannes ved fotosyn-tesen og findes i alle grønne planter. Hos mange planter kan man direkte smage sukkeret i saften. Dyr vil gerne have foder, der indeholder sakkarose. Ved afgræsning foretræk-

Næringsstoffer ��

ker køerne arter med et højt suk-kerindhold. Et højt sukkerindhold i græs gør ensileringen lettere.

Disakkarider, der er sammensat af monosakkarider.

Sakkarose = glukose + fruktose

Laktose = glukose + galaktose

Maltose = glukose + glukose Figur 12.9 – Rørsukker er et disakka-rid, som er sammensat af glukose og fruktose.

�� Kemi

PolysakkariderDe komplekse kulhydrater består af en lang sammenkædning af mono-sakkarider (druesukker). Disse kul-hydrater kaldes for polysakkarider (poly = mange). Mange hundrede molekyler kan bindes sammen til lange kæder, der danner spiraler eller grenede kæder. Hver gang et nyt molekyle druesukker bindes til kæden fraspaltes et vandmolekyle.

Formlen for polysakkarider skrives på denne måde: (C6H10O5)n. Hvor det efterfølgende »n« betyder et stort tal.

Figur 12.10 – Når vi hægter glukose-molekyler sammen i lange kæder, får vi stivelse.

Polysakkariderne kan opdeles i to undergrupper, alt efter om de er for-døjelige eller ufordøjelige.

Næringsstoffer ��

StivelseDe fordøjelige kulhydrater kaldes stivelse. Stivelse kan opløses i varmt vand. Ved afkøling forklistrer opløs-ningen, og det er den egenskab, vi eksempelvis udnytter i køkkenet til jævning af maden med hvedemel, kartoffelmel eller lignende. Stivelse er opbygget af lange kæder af suk-kermolekyler. Disse kæder af mole-kyler kan igen nedbrydes til sukker-molekyler.

Sukker kan omdannes til stivelse, og stivelse kan omdannes til sukker.

CelluloseEt andet vigtigt polysakkarid er cel-lulose, der er et ufordøjeligt kulhy-drat. Dette molekyle består ligeledes af druesukker-molekyler, men de er kædet sammen på en lidt anden måde end i stivelse.

Cellulose betyder også cellestof. Planterne opbygger cellevæggene af cellulose. Cellulosen hjælper plan-terne til at holde sig stive.

Stivelse- og cellulosemolekylerne er opbygget forskelligt. Stivelse kan fordøjes af både mennesker og dyr – dvs. at stivelsen bliver omdannet til energi.

Cellulose er ufordøjeligt for men-nesker, fordi vi ikke har bakterier i fordøjelses-systemet, som kan spalte cellulose-molekylerne. Drøvtyggere kan fordøje cellulosen fordi de har disse bakterier i vommen. Heste har dem også, men i blindtarmen. Blindtarmen er særlig stor hos heste, og en del af fordøjelsen foregår der. Køer, får, geder, heste og kaniner kan leve på celluloserigt foder, men svin vil ikke kunne fedes op på cellulose.

Ubehandlet halm er tungtfordøjeligt selv for drøvtyggere. Det skyldes, at cellulosemolekylerne er indkapslet i lignin, som findes i cellevæggen i træ og halm, og som vombakterier-nes enzymer ikke kan spalte.

Når halm ludbehandles med ammo-niak, løsnes bindingerne mellem lignin og cellulosen, og cellulosen bliver tilgængelig for bakteriernes enzymer, og dermed bliver halmen fordøjeligt for dyrene.

�0 Kemi

Opgave 12.8Hvilke tre grundstoffer består kulhy-drater af?

Opgave 12.9Hvad kaldes de sukkerarter, der alle er opbygget omkring en enkelt ring?

Opgave 12.10Fruktose har samme formel som glu-kose, nemlig:

Opgave 12.11To monosakkarider kan binde sig sammen og danne et:

Opgave 12.12Hvad kendetegner molekylerne i polysakkariderne?

Opgave 12.13Hvad hedder den polysakkarid, som planterne har inde i cellevæggene?

Kulhydrater

ProteinerProtein er opbygget af lange kæder af aminosyrer, der består af grund-stofferne kul (C), ilt (O), brint (H), kvælstof (N) og oftest noget svovl.

Proteiner udfører arbejdet i cellerne med opbygning og nedbrydning af molekyler. Hos mennesker og dyr indgår proteinerne i skelettet, bin-devævet, musklerne, blodet, huden og håret/pelsen. I planternes frø, knolde og rødder er der ofte opho-

bet store mængder af lagerproteiner. Lagerpeoteinerne er forskellige pro-teiner, der anvendes som enzymer og som en del af planternes celle-vægge (strukturproteiner).

Proteinernes funktion i de levende celler er mangeartede, og alle leven-de celler indeholder et meget stort antal forskellige proteiner. Proteinerne kendes også under betegnelsen æggehvidestoffer.

AminosyrerEn aminosyre består af en organisk syre og en aminogruppe -NH2. Formlen for den simplest byggede aminosyre glycin, kan skrives som NH2CH2COOH.

C

HH

C OHNH

H O

------------ ----

----

----

----

----

---------

----

----

Glycin

Eller lidt forenklet:

C

H

COOHNH2

HGlycin

Du kan se på strukturformlen, at gly-cinmolekylet består af de tre atom-grupper: NH2 CH2 COOHNH2 kaldes for aminogruppen, og det er den, som har givet stofferne nav-net aminosyrer. Aminogruppen er en basegruppe. Du kan se, at den ligner en anden base – ammoniak NH3.

COOH er en syregruppe, og aminosy-rerne er også syrer. Du kan forestille dig dem som afledte af de organiske syrer. Sammenlign strukturformlen

for eddikesyre og glycin – den første er en organisk syre, den anden er en aminosyre.

C

H

C OHH

H O

--- --------

----

Eddikesyre

Forskellen på de to strukturformler for glycin og eddikesyre er at brint-atomet (H) i eddikesyre er ombyttet med en aminogruppe (NH2).

Alle aminosyrer indeholder de to grupper, vi lige har nævnt: Basegruppen (NH2) og syregruppen COOH.

Til slut ser vi på den midterste af de tre atomgrupper i glycinmolekylet, nemlig gruppen CH2 eller:

C

H

H

Den ene af de to H-atomer i CH2 kan have andre atomgrupper eller kæder i stedet. Dette giver andre aminosy-rer. På næste side kan du se et par eksempler. For at det skal være lettere at sammenligne, er glycin også vist.

Næringsstoffer �1

Figur 12.11 – Alle aminosyrer har de tre atomgrupper tilfælles, som du kan se over stregen. Det, som varierer, er formlen under stregen på figuren. I alt kender man cirka 100 forskellige aminosyrer.

�2 Kemi

PeptiderTo molekyler glycin kan forbindes under fraspaltning af vand. Det er syregruppen i et molekyle, som bin-der sig til aminogruppen i det næste molekyle. Lidt forenklet kan man vise denne binding som på figur 12.12. På lignende måde kan flere aminosyrer bindes sammen under fraspaltning af vand. Derved opstår lange proteinmolekyler af flere hun-drede eller tusinde aminosyrer. Man kan tydeligt fornemme de lange molekyler, når man vil dele en ægge-hvide i to lige store portioner. Det er

umuligt, fordi de lange molekyler klæber sammen som spaghetti og trækker hinanden ned.

En binding mellem aminosyre-mole-kyler kaldes for en peptidbinding, og stoffer som består af kæder af aminosyrer kaldes for peptider. Hvis det er to molekyler, som hægtes sammen, får man et dipeptid. Hvis mange aminosyrer er lænket sam-men får man et polypeptid. Et protein er derfor et polypeptid, idet et prote-inmolekyle består af lange kæder af aminosyrer.

Figur 12.12 – Peptidbindingen mellem to molekyler glycin.

Næringsstoffer �3

Peptidbindingerne har alle en »ryg-rad« af kulstof- og kvælstofatomer. Rygraden kaldes en peptidkæde.

Proteiner kan denatureres, hvorved den naturlige tilstand ødelægges. Det ser man i et spejlæg, hvor den flydende hvide bliver stiv. Det er ikke muligt at gøre hviden flydende igen, fordi man ved kogning og steg-ning denaturerer proteinerne i kød og grøntsager.

Varme over en vis grænse er ska-deligt for levende organismer. For eksempel er feber på 43° dræbende for mennesker, fordi proteinerne ved denne temperatur begynder at koa-gulere (størkne).

Proteiner kan også denatureres af syrer og baser. Derfor er det vigtigt, at cellerne ligger i en væske med en bestemt pH. Hos mennesker opret-holdes en pH på 7,34 i blodet.

Proteiner som næringsstof for mennesker og dyrFordøjelsesprocessen nedbryder pro-teinerne til aminosyrer. Aminosyr-erne optages gennem tarmvæggen og transporteres rundt til kroppens celler, hvor aminosyrerne så igen opbygges til nye proteiner. Disse pro-

teiner er forskellige alt efter om der laves muskler, nerver, hår/pels eller knogler. Alt i alt bruger vores krop cirka 20 forskellige ami-nosyrer til opbygning af alle de nød-vendige proteiner. Nogle af amino-syrerne kan kroppen selv lave ved at omdanne andre aminosyrer. Der er dog 8 aminosyrer, som voksne men-nesker ikke selv kan danne, og som vi skal have tilført gennem maden. Disse betegner vi som livsvigtige eller essentielle aminosyrer.

En del planteproteiner har høj bio-logisk værdi, for eksempel protein fra sojabønner. Når sojabønner siges at have høj biologisk værdi, er det fordi sojabønner indeholder flere af de essentielle aminosyrer. Mange planteproteiner indeholder ikke ret mange essentielle aminosyrer, hvori-mod dyreproteiner (kød, fisk, mælk og æg) som regel indeholder flere essentielle aminosyrer.

Svin skal have tilført en række ami-nosyrer gennem foderet. Gennem forsøg har man fundet ud af behovet for de forskellige aminosyrer. Det er specielt de fire essentielle aminosy-rer lysin, methionin, cystin og treo-nin, som man fokuserer på i foder til svin.

CCN CN NC C...C

Figur 12.13 – Eksempel på en peptidkæde.

�4 Kemi

Opgave 12.14Hvilke grundstoffer indeholder alle proteiner? a)

b)

c)

d)

Opgave 12.15Hvilken betegnelse bruger man også om proteinerne?

Opgave 12.16Alle aminosyrer indeholder to grup-per (NH2) og COOH. Hvad hedder de? NH2:

COOH:

Opgave 12.17Prøv at tegne strukturformlen for glycin, formlen er: NH2CH2COOH

Opgave 12.18Aminosyrer kan forbindes under fra-spaltning af?

Opgave 12.19Hvad kaldes den binding der opstår, når to aminosyremolekyler kobles sammen?

Opgave 12.20Hvor mange forskellige aminosyrer findes der?

Opgave 12.21Hvad vil det sige, at aminosyrer er essentielle?

Proteiner

Ekstrakemiopgaver ��

13. Ekstra kemiopgaver

Dette kapitel indeholder fire tema-opgaver:- Når jern omdannes til rust- Kalk og kalkning- Sæbefremstilling- Kulhydrater

Når jern omdannes til rustSombaggrundsviden for denne temaopgave, kan du bruge kapitel 4 »Ioner«, hvor forskellige metaller og deres kendetegn bliver præsenteret.

Den følgende opgave sætter fokus på, hvad der sker når jern ruster. Du vil finde frem til, hvilke faktorer, der har indflydelse på hvor, hvornår og hvor hurtigt jern ruster, samt hvad man kan gøre for at forebygge rust-dannelse.

Nedbrydning af metallerNedbrydning af metaller (korrosion) er et velkendt fænomen: Uanset hvor godt du passer på din cykel, kan du være sikker på, at den en dag vil ende som »et gammel rustent lig«.

Rust kan optræde på to forskellige måder: Din cykel, kan enten ruste over det hele (det kaldes fladerust), eller den kan ruste enkelte steder, for eksempel ved kranken (det kaldes for grubetæring).

Figur 13.1 – Grubetæring. Spalter og tildækkede områder er særligt udsat-te, fordi her samles snavs og fugt.

Figur 13.2 – Fladerust. Et rustlag hin-drer ikke ny rustdannelse. Tværtimod. Når en rustdannelse først har taget fat, fremmes rustdannelsen i de lag, der ligger under – rusten æder sig ned i jernet!

�� Kemi

Redskaber af jern bør smøres med olie, når de skal opbevares. Olie skyer vand og hindrer fugtighed. Der fin-des også rustbeskyttende maling, der hindrer både ilt og vand i at nå jernet.

Galvanisering, hvor jernet overtræk-kes med et tyndt lag af et andet

metal, er også en meget anvendt rust-beskyttelse. Når man varmegalvani-serer jern, overtrækker man jern med et lag zink. En metalhinde kan også opnås ved hjælp af elektrisk strøm (elektrogalvanisering). Jo tykkere et lag zink – jo bedre rustbeskyttelse.

Jern går villigt i forbindelse med luftens ilt, når der er fugtighed til stede. Jern tæres eller ruster meget hurtigere i saltvand end i forbindelse med almindeligt vand. Det vejsalt, der bliver strøet om vinteren er hårdt ved biler og cykler. Salt (NaCl) får jern til at ruste hurtigere.

Rust er en kemisk forbindelse af jern (Fe), ilt (O2) og vand (H2O). Rust er således ikke et rent stof, men en blanding af forskellige vandholdige jernoxider (forbindelser af jern og oxygen). Disse jernoxider indeholder følgende ioner: Fe++, Fe+++, O-- og OH-. Det betyder, at man kan hindre rustdannelse, hvis man kan hindre ilt og/eller vand i at komme i kon-takt med jernet.

Figur 13.3 – Metallernes fjende: Luft og vand.

Ekstrakemiopgaver ��

Du skal nu undersøge, hvad der har indflydelse på, hvor hurtigt jern ruster.

Du skal anbringe 6 jernsøm i hver sit reagensglas, som tegningen viser. Lad forsøget vare mindst en uge.

Opgave 13.1Hvad kunne du konstatere ud fra forsøget?

Opgave 13.2Hvilke stoffer fremmer rustdannelse?

Opgave 13.3Hvad er rust?

Opgave 13.4Hvad gør man i praksis, for at jern ikke skal ruste?

Når jern omdannes til rust

Figur 13.4 – Lav samme opstilling som tegningen viser. På den måde undersøger du, hvilke faktorer der har indflydelse på, hvor hurtigt jern ruster.

Kalk og kalkningDu har allerede erhvervet lidt kend-skab til kalk og kalkning fra kapitel 5. Du har måske arbejdet med en jordprøve og målt dens surhedsgrad for at undersøge, om der var behov for kalkning.

De følgende opgaver handler om kalk. I den følgende opgave, hvor du skal undersøge kalk, skal du kombi-nere din viden om ioner, syrer, baser, salte og opløsninger. Når du har studeret forskellige reaktioner med kalk, kan du til sidst udfylde cirklen »fra kalk til kalk«.

Kalk – et dansk råstofEt vigtigt råstof i den danske under-grund er calciumkarbonat også kal-det kalk eller kridt.

Der findes kalkaflejringer i det meste af den danske undergrund i et ca. 400 m tykt lag. Laget er dannet via aflejringer af milliarder af kalkhol-dige smådyr for cirka 200 millioner af år siden. Denne kalktype kaldes kridt, og den er fin og hvid. Den fin-des bl.a. ved Møns Klint, hvor krid-tet er så tæt på overfladen, at man kan hugge stykker af den. Kalken fra Faxe kalkbrud er dannet af koraler og kaldes koralkalk. Mange steder i Europa findes en anden type kalk kaldet marmor.

Alle former for kalk har den samme formel: Kalk = CaCO3

Anvendelse af kalkFor lavt reaktionstal (pH) i jorden medfører, at dyrkningsegenskaberne forringes. For at undgå dette tilfører man jordbunden kalk. I 1996 blev der tilført omkring 1,2 millioner tons kalk på de danske marker.

Når kalken reagererKalk er både et salt og en base. Det indeholder carbonat (CO3

--) som er en svag base. Når kalken reagerer, gør den det ved at optage brint-ioner fra jordvæsken. Derved bliver jorden mindre sur. Reaktionen kan skrives sådan:

H+ + CaCO3 → Ca++ + HCO3-

Ved reaktionen omdannes kalk til opløste ioner i form af saltet calcium-hydrogen carbonat Ca(HCO3)2. Reaktionen kan også skrives sådan:

2H+ + 2CaCO3 → Ca++ + Ca(HCO3)2

Kalk gør vandet »hårdt«Når vi kalker ender noget af kalken i grundvandet, og bidrager til at gøre vandet »hårdt«. Det er den letoplø-selige forbindelse calciumhydrogen-carbonat Ca(HCO3)2 , der opløses i jordvæsken og udvaskes.

�� Kemi

Ekstrakemiopgaver ��

Er kalk en syre, base eller et neutralt stof?

Opgave 13.5I et reagensglas hælder du et par milliliter destileret vand.

a) Hvad er destilleret vands pH?

Tilsæt et par teskefulde kalk; ryst godt for at opløse kalken.

b) Er kalk letopløseligt, tungtoplø-seligt eller uopløseligt i destilleret vand?

Hæld et par dråber Fenolftalin i opløsningen. Hvis farven bliver grå-lig er opløsningen neutral. Hvis far-ven bliver pink, er den basisk.

c) Hvilken farve blev din opløsning?

d) Hvad fortæller farven om opløs-ningen?

Mål opløsningens pH med indikator papir. I et andet reagensglas med destilleret vand tilsætter du et par dråber fortyndet saltsyre.

e) Hvad er opløsningens pH?

Tilsæt et par teskefulde kalk til salt-syreopløsningen.

f) Hvad sker der med opløsningen, når du tilsætter kalk?

g) Beskriv forsøget kemisk:

Calciumkarbonat + 2 Saltsyre →

Calciumklorid + Vand + Kuldioxid

h) Hvilket stof bruser kraftigt op?

Gem reagensglasset til næste kemi-time og mål opløsningens pH.

i) Opløsningens pH ved den efterføl-gende kemitime?

�0 Kemi

Opgave 13.6Knus noget kalk. Fyld en porcelæns-digel halvt op med det fint forma-lede kalk. Kalken varmes over en gasflamme i cirka 10 minutter. Rør i kalken en gang imellem. Ser den fær-digbrændte kalk anderledes ud?

Opgave 13.7Lav en koncentreret opløsning med den brændte kalk. Hæld et par drå-ber Fenolftalin i. Hvad fortæller far-ven?

Brændt kalk, læsket kalk og mørtel

Murstenene i en mur bindes sam-men med mørtel. Når man skal lave mørtel, begynder processen med kalk fra et kalkbrud. Kalken opvar-mes i store ovne, den brændes, siger man. Herved dannes det stof, man kalder for brændt kalk.

Processen for brændt kalk: varme CaCO3 → CaO + CO2 Kommer der vand på calciumilte CaO, »suges« vandet ind i stoffet. Den brændte kalk (calciumilte) »van-des« og ændres dermed til læsket kalk:

Processen for læsket kalk: CaO + H2O → Ca(OH)2

Det kemiske navn for læsket kalk er calciumhy-droxid, der er ætsende.

Tidligere blandede man den hvide læskede kalk med sand, og fik mørtel. Til at begynde med er den blød, men i løbet af nogle uger stivner den og bli-ver hård. Den læskede kalk vil optage kuldioxid fra luften og blive til kalk.

Fra læsket kalk til kalk: CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O

Når man i dag får leveret mørtel til byggepladser, er den iblandet cement. Derved øges styrken på mørtlen og tørretiden forkortes.

Opgave 13.8Ufyld cirklen »Fra kalk til kalk«

Sæbefremstilling

»Jeg har fanget mig en myg, smeltet fedtet af den....«.

Børnerimet fortæller, at man kan udvinde dyrefedt ved afsmeltning. Af dyrefedt kan nævnes oksetalg, svinefedt og levertran. Smør er lige-ledes dyrefedt – udvundet fra mælk ved centrifugering.

Plantefedt kan udvindes ved pres-ning af frø. Presseresten går under navnet kage, og du kender sikkert allerede til rapskager og hørfrøkager. Af plantefedt kan nævnes kokosfedt (palmin), rapsolie, hørfrøolie og sol-sikkeolie.

Sæbefremstilling Sæbe fremstillies af fedtstof og natri-umhydroxid. Natriumhydroxid har formlen NaOH og er en base.

Under 2. verdenskrig lavede man sæbe af svinefedt. Fedtet blev kogt i gruekedler med natriumhydroxid. Ved kogning tilsatte man en stærk saltopløsning (NaCl), og sæben blev udskilt. Ved sæbefremstillingen adskiller man fedtstoffer i fede syrer og glycerin. Glycerinen opløses i vandet. De fede syrer forbinder sig med natrium fra hydroxidet og bli-ver til salte, der udgør selve sæben.

Fremstilling af håndsæbe:

20 gram palmin og 12 ml vand opvarmes til kogning i et bægerglas.

Der fremstilles en opløsning af 10 gram NaOH og 20 ml vand.

Opløsningen, NaOH og vand, hældes under omrø-ring i det opvarmede pal-min, og blandingen koges i et vandbad i 20 minutter. Mens blandingen endnu er kogende tilsættes 2-3 gram kogsalt. Når bland-

ningen er afkølet en smule, fyldes den i en tændstikæske – hvorefter den efter kort tid stivner

Du har nu fremstillet et stykke almindeligt hånd-sæbe, som indeholder cirka 60% fedt.

Den kemiske proces for sæbefrem-stillingen:CH2 OCOCC17H35 NaOH C17H35COONa

CH OCOCC15H31 + NaOH → C15H31COONa

CH2 OCOCC17H35 NaOH C17H35COONa

Fedt Base Sæbe +

Ekstrakemiopgaver �1

+ C3H5(OH)3

Glycerin

�2 Kemi

KulhydraterFra den teoretiske gennemgang af kulhydrater i kapitel 12 – og fra din dagligdag – kender du forskellige typer af kulhydrater. I denne opgave skal du påvise de enkelte kulhydrater i forskellige dagligdagsprodukter. Til påvisning af monosakkarider anvendes indikatorvæsken Benedicts væske, mens klorzinkiod bruges til påvisning af cellulose. Iod – iodka-lium bruges til påvisning af stivelse.

Påvisning af monosakkariderNår man skal undersøge, om der er monosakkarid i et materiale, lægger man materialet i et reagensglas, som fyldes 1⁄3 med vand. Man tilsætter cirka 10 dråber af indikatorvæsken Benedicts væske, hvorefter opløs-ningen koges. Indeholder materialet monosakkarid farves opløsningen rødgul af udfældet kobberoxid (Cu2O).

Opgave 13.9Undersøg følgende stoffer og beskriv resultaterne:a) Citronsaft

b) Honning

c) Rørsukker

d) Rørsukker,der er kogt med et par dråber saltsyre

e) Mel

f) Mel, der er kogt med et par dråber saltsyre

Påvisning af stivelse og celluloseStivelse kan påvises ved at dryppe nogle dråber iod-iodkalium på det materiale, man vil undersøge. Stivelsen farves blå. Materialer, der indeholder cellulose farves violette af klorzinkiod.

Opgave 13.10Dryp de to væsker på følgende materialer og afgør, om de inde-holder stivelse og/eller cellulose. Udfyld skemaet:

Stivelse Cellulose

Brød

Mel

Vat

Køkkenrulle

Kartoffelstivelse

Overskåret bygkerne

Halm

Rørsukker

Tændstik

Kulbrinte Alkohol Organisk syre

Navn Methan

Formel

Strukturformel

Navn Ethan

Formel

Strukturformel

Navn Propan

Formel

Strukturformel

Navn Butan

Formel

Strukturformel

Ekstrakemiopgaver �3

Test din viden om kulbrinter, alkoholer og organiske syrer

�4 Kemi

Acetat CH3COO–

Aluminium AlAluminiumhydroxyd Al(OH)3Aluminiumilte A12O3Ammoniak NH3Ammonium NH3

+

Ammoniumhydroxyd NH4OHAmmoniumkarbonat (NH4)2CO3Ammoniumklorid NH4ClAmmoniumnitrat NH4NO3Ammoniumsulfat (NH4)2SO4Ammonsalpeter NH4NO3Arsenik AS2O3

Benzen C6H6Benzin C7H16, C8Hl8Bor BBorsyre H3BO3Blåsten CuSO4Brint HBrintion H+

Brintoverilte H2O2Brunsten MNO2Brændt kalk CaOButan C4H10Butylalkohol C4H9OH

Cellulose (C6H10O5)nChilesalpeter NaNO3

Dikalciumfosfat CaHPO4, 2H2ODinatriumfosfat Na2HPO4Disakkarider Cl2H22O11Druesukker C6H12O6

Eddikesyre CH3COOHEtan C2H6Etylalkohol C2H5OHEtylenglycol C2H4(OH)2

Ferrihydroxyd Fe(OH)3Fluor FFlydende ammoniak NH3Fosfat PO4

--- Fosfor PFosforsyre H3PO4Frugtsukker C6H12O6Fruktose C6H12O6

Glukose C6H12O6Glycin C3H5(OH)3Glycerin H2CNH2COOHGuld Au

Helium HeHeptan C7H16Hexan C6H14Hydroxylion OH-

Oversigt over kemiske forbindelser og grundstoffer

Ilt OIsobutan C4H10

Jern FeJernkarbonat FeCO3Jernsulfat FeSO4Jod IJordbrugskalk CaCO3

Kalcium CaKalciumfosfat Ca3(PO4)2Kalcium-hydrogenkarbonat Ca(HCO3)2Kalciumhydroxyd Ca(OH)2Kalciumilte CaOKalciumkarbonat CaCO3Kalciumklorid CaCl2Kalciumnitrat Ca(NO3)2Kalciumsulfat CaSO4Kalium KKaliumhydroxyd KOHKaliumkarbonat K2CO3Kaliumklorat KClO3Kaliumklorid KClKaliumsulfat K2SO4Kalkammonsalpeter NH4NO3CaCO3Kalksalpeter Ca(NO3)2Kalk CaCO3Kalksten CaOKarbonat CO3

--

Kiselsyre H2SiO3Kiselsyreanhydrid SiO2Klor ClKlorid Cl-Kobber CuKobbersulfat CuSO4Kobolt CoKogsalt NaClKuldioxyd CO2

Kulilte COKulstof CKulsyre H2CO3Kulsyresne CO2Kultveilte CO2Kvarts SiO2Kviksølv HgKvælstof NKvælstofilte NOKvælstofoverilte NO2

Laktose C12H22O11Leucin C5Hl0NH2COOH Linolensyre C17H29COOHLinolsyre C17H31COOHLysin C3H5(NH2)2COOHLæsket kalk Ca(OH)2

Magnesium MgMagnesiumilte MgOMagnesiumsulfat MgSO4Maltose C12H22O11Mangan MnMangandioxyd MnO2Marmor CaCO3Metan CH4Methanol-/Methylalkohol CH3OHMethionin C4H8SMH2COOHMolybdæn MoMonokalciumfosfat Ca(H2PO4)2Mononatriumfosfat NaH2PO4Monosakkarider C6H12O6Myresyre HCOOHMælkesukker C12H22O11Mælkesyre CH3CHOHCOOH

Natrium NaNatrium- hydrogenkarbonat NaHCO3

Oversigtoverkemiskeforbindelseroggrundstoffer ��

Natriumhydroxyd NaOHNatriumkarbonat Na2CO3Natriumklorid NaClNatriumnitrat NaNO3Natriumsilikat Na2SiO3N-butan C4H10Nitrat NO3

-

Oktan C8H18Oliesyre C17H33COOHOzon O3

Palmitinsyre Cl5H3lCOOHPentan C5H12Propan C3H8Propionsyre C2H5COOHPropylalkohol C3H7OHPotaske K2CO3

Salmiak NH4ClSalpetersyre HNO3Saltsyre HClSelen SeSilicium SiSiliciumdioxyd SiO2Silikat SiO3

--

Smørsyre C3H7COOHStearin C54H110(COO)3Stearinsyre Cl7H35COOHSulfat SO4

--

Sulfid S--

Sulfit SO3--

Superfosfat Ca(H2PO4)2, CaSO4Svovl SSvovlbrinte H2SSvovldioxyd SO2Svovlsur ammoniak (NH4)2SO4Svovlsur kali K2SO4Svovlsyre H2SO4

Svovlsyrling H2SO3Sølvsulfid/ sølvglans Ag2S

Thomasfosfat Ca3(PO4)2Treonin C3H5OHNH2COOHTung brint H1/2

Uran U

Valin C3H8NH2COOHVand H2O

Zink ZnZinkklorid ZnCl2

�� Kemi

Atom: Ordet betyder u-delelig. Er den mindste del, hvori et grundstof kan deles, hvis dets egenskaber skal bevares.

Atomkerne: Et atom består af en positiv ladet kerne (protoner og oftest neutroner), hvorom en eller flere negative elektroner bevæger sig.

Atommasse: Massen af et atom = massen af antal protoner, neutroner og elektroner målt i unit (u).

Atomnummer: Angiver stoffets plads i det periodiske system, samt antallet af protoner i kernen.

Base: Stoffer, som kan optage H+-ioner og afgive OH--ioner.

Denaturering: Når et stofs naturlige tilstand ændres. Proteiner denature-res ved varme over en vis grænse. Syrer og baser kan også denaturere proteiner.

Di: Det græske tal 2.

Dobbelt binding: To atomer eller atomgrupper, der bindes sammen via to fælles elektronpar.

Elektron: Negativ ladet atompartikel (e-).

Elektronsky: Elektronerne bevæger sig i baner omkring atomet med stor fart. Man kan ikke fastslå præsis hvor elektronerne befinder sig. Man siger derfor, at atomkernen er omgi-vet af en elektronsky.

Elementarpartikler: Atomet kan opdeles i mindre dele som protoner, neutroner og elektroner.

Enzymer: Proteinlignende stof som fremmer kemiske processer uden selv at forandres.

Fotosyntese: Ved hjælp af sollysets energi opbygger planterne druesuk-ker ud fra råmaterialerne vand og kuldioxid.

Frysepunkt: Den temperatur ved hvilken et stof går fra flydende til fast tilstand.

Gas: Luftart

Grundstof: Et stof der består af iden-tiske atomer.

Indikatorpapir: Ordet betyder pege-finger. Papiret fortæller dig, hvor sur

Ordliste ��

Ordliste

eller basisk den væske er, som papi-ret kommer i forbindelse med.

Ion: Elektrisk ladet atom eller atom-gruppe som eksempelvis Cl-, Na+, NO3

- NH4+.

Ion-forbindelse: Betegnelsen for for-bindelser, der er opbygget af lige mange positive og negative ioner. Ion-forbindelser kaldes også for salte. Eks. NaCl.

Isomere stoffer: Stoffer med samme formel, men med forskellig moleky-lær struktur.

Isotoper: Atomer med lige mange protoner, men med forskellige antal neutroner i kernen.Kogepunkt: Den temperatur, hvor-ved en væske overgår fra flydendde form til luftform.

Kolloidopløsning: En opløsning af elektrisk negativt ladede partikler som eksempelvis æggehvide i vand.

Krakning: En proces hvor lange kul-brinter spaltes til kortere molekyler.

Kulbrinte: Kulbrinter består af kul (carbon) og brint (hydrogen). Den simpleste kulbrinte er methan CH4.

Kulhydrat: Fællesbetegnelse for eksempelvis druesukker, rørsukker, stivelse og cellulose.

Massefylde: Massen af et stof i for-hold til rumfang.

Molekyle: Den mindste enhed af et stof, der kan eksistere selvstændigt.

Mono: Det græske tal 1

Neutron: Elektrisk neutral elemen-tarpartikel, der findes i alle atomker-ner undtagen brint.

Oktantallet: Et mål for benzins evne til at fremkalde bankning.

Opløselighed: Den mængde af et stof, der kan opløses i en væske ved en given temperatur og tryk.

Opslæmning: Mekanisk blanding af et tungtopløseligt stof og en væske.

Organisk stof: Et stof, der indeholder kulstof.

Organisk syre: Kaldes også carboxyl syre. Indeholder en carboxylgruppe COOH, der skrives sidst i form-len som eksempelvis eddikesyre CH3COOH.

Peptider: Stoffer som består af kæder af aminosyrer kaldes for peptider.

Peptidbinding: Binding mellem ami-nosyrer under fraspaltning af vand.

pH: Angiver hvor sur eller basisk en opløsning er.

�� Kemi

Poly: Græsk betegnelse for: mange.

Proton: Positivt ladet elementarparti-kel. Findes i alle atomkerner.

Reaktionstal (Rt): En værdi, der beskriver jordens surhedsgrad.

Syre: Stof, der kan afgive H+-ioner.

Umættet opløsning: Hvis der kan opløses mere af et stof i en væske.

Unit (u): Enheden for atommasse = 1⁄12 af massen af kulstofisotopen C12. Valens: Det antal elektroner, et atom eller ion kan modtage, afgive eller dele.

Ædelgasser: Findes i 8. hovedgruppe i det periodiske system. De kaldes også inaktive luftarter, fordi de ikke umiddelbart vil danne kemiske bin-dinger med andre stoffer.

Ægte opløsning: Når et stof opløses i molekyler eller ioner.

Ordliste ��

100 Kemi

AtomerOpgave 1.1a) Protonerb) Neutronerc) Elektroner

Opgave 1.2Heliumatomet med atomnummer 2 har 2 protoner (p+) og 2 neutroner (n) i kernen samt 2 elektroner (e-), som kredser omkring kernen i en elektronskal.

Opgave 1.388. I et neutralt atom er der lige så mange positive protoner i kernen, som der er negative elektroner omkring kernen.

Opgave 1.420

Opgave 1.5 Be C B

Det periodiske systemOpgave 1.6a) Kvælstof (N) har atomnummer 7,

og atommassen er 14. b) Kvælstof står i hovedgruppe 5 i

2. periode.

c) Kernen indeholder 7 protoner og 7 neutroner.

d) Der er 7 elektroner, der kredser omkring kernen i 2 elektronbaner med 5 elektroner i den yderste skal.

Opgave 1.7a) Svovl (S) har atomnummer 16,

og atommassen er 32. b) Svovl står i hovedgruppe 6 i 3.

periode.c) Kernen indeholder 16 protoner og

16 neutroner.d) Der er 16 elektroner, der kredser

omkring kernen i 3 elektronbaner med 6 elektroner i den yderste skal.

Opgave 1.8a) Klor (Cl) har atomnummer 17,

og atommassen er 35. b) Klor står i hovedgruppe 7 i 3.

periode.c) Klor har 3 elektronskaller med 7

elektroner i yderste skal.

Opgave 1.9a) Bor (B) har atomnummer 5, og

atommassen er 11. b) Bor står i hovedgruppe 3 i 2.

periode.c) Bor har 2 elektronskaller med 3

elektroner i den yderste skal.

Facitliste

•e-

•e-

•e-

•e-

•e-

•e-

•e-•e-

•e-

•e-

•e-

•e-

•e-

•e-4p+

5n5p+

6n6p+

6n

•e-

•e-

•e-

Facitliste 101

Opgave 1.10a) Magnesium (Mg) b) 3 c) 2

Opgave 1.11Brint (H) og Helium (He)

Atom- Atom- Atom- Antal Antal Antal Navn nummer tegn masse protoner neutroner elektroner

6 C 12 6 6 6 Kulstof 8 O 16 8 8 8 Ilt 11 Na 23 11 12 11 Natrium 17 Cl 35 17 18 17 Klor 16 S 32 16 16 16 Svovl

IsotoperOpgave 1.13To forskellige isotoper af et grund-stof har ens antal protoner, men for-skellig antal neutroner.

Opgave 1.14a) Cl37 er en klorisotop. b) 20 neutroner.c) 18 neutroner.

Opgave 1.15a) 15 protoner.b) P32 er en fosforisotop. c) 17 neutroner.d) 16 neutroner.e) P32 har atommassen 32

Tip 13 rigtige1) 1 (6 elektroner)2) X (2 elektroner)3) 1 (enkeltbinding)4) 2 (dobbeltbinding)5) X (3 elektronpar)6) 1 (2 elektronpar)

7) X (bor)8) X (fosfor)9) 1 (fosfor)10) 2 (Magnesium)11) X (dårlige)12) X (H)13) 1 (1 elektron)

Valens, elektron- og struktur-formlerOpgave 2.1a) 2b) 3

Opgave 2.2a) 1b) 3c) 0d) 3

Opgave 2.3a) Hovedgrupper 1 og 7b) Hovedgrupper 2 og 6c) Hovedgrupper 3 og 5d) Hovedgruppe 4

AtommasseOpgave 1.12

102 Kemi

Opgave 2.4a) Natrium (Na) står i hovedgruppe

1. Klor (Cl) står i hovedgruppe 7. b) Natrium (Na) har valensen 1. Klor (Cl) har valensen 1.

Opgave 2.5a) b)

Grundstoffer og kemiske forbindelserOpgave 3.1Ilt (O2) er et grundstof.

Opgave 3.2Vand (H2O) er en kemisk forbindelse, fordi vandmolekylet består af forskel-lige slags atomer (2 brintatomer samt 1 iltatom).

Opgave 3.3a) NH3 b) Ammoniak er en kemisk forbin-

delse, fordi molekylet består af forskellige slags atomer (1 kvæl-stofatom og 3 brintatomer).

Opgave 3.4a) H2S b) Hydrogensulfid er en kemisk

forbindelse, fordi vandmolekylet består af forskellige slags atomer (2 brintatomer og 1 svovlatom).

Opgave 3.5Na og Cl.

Opgave 3.6

H H2 N2 N He

Opgave 3.7

H2 H2O N2 NH3

Opgave 3.8Ag2S sølvsulfid (sølvglans)

MolekylevægtOpgave 3.9As2O3: 1 arsenatom + 3 iltatomerK2CO3: 2 kaliumatomer + 1 kulstof- atom + 3 iltatomerNa6P6O18:6 natriumatomer + 6 fosfor- atomer + 18 iltatomer

AL•••

AL ___ AL

Opgave 3.10

Molekyleformel Grundstof Antal atomer Atom vægt Molekylevægt

Li2SO4 Lithium 2 7 14

Li2SO4 Svovl 1 32 32Li2SO4 Ilt 4 16 64Li2SO4 I alt 110

Opgave 3.11a) Molekylevægten for NH3 = (1x14) + (3x1) = 17

Kvælstofatomet udgør 14 x 100 =82% 17

b) Molekylevægten for NaNO3 = (1x23) + (1x14) + (3x16) = 85

Kvælstofatomet udgør 14 x 100 = 16% 85

Brint Helium H+ He

Lithium Berylium Bor Kulstof Kvælstof Ilt Fluor Neon Li+ Be++ B+++ (C)++++ N--- O-- F- Ne

Natrium Magnesium Aluminium Silicum Fosfor Svovl Klor Argon Na+ Mg++ Al+++ (Si)++++ P--- S-- Cl- Ar

Kalium Calcium K+ Ca++

Det periodiske system – Hovedgrupper

----

----

Facitliste 103

Opgave 4.3 – a)

Ion-forbindelserOpgave 4.5Ioner Formlen for det nye stof Navnet på det nye stofNa+ og O-- → Na2O NatriumoxidK+ og S-- → K2S KaliumsulfidAl+++ og Cl- → AlCl3 AluminiumkloridCa++ og F- → CaF2 Calciumfluorid

Ion-ladningerOpgave 4.1

a) Atomet bliver positivt.b) Brintionet kaldes positiv brintion.

Opgave 4.2Når magnesiumatomet afgiver to negative elektroner, vil der være overvægt på to positive protoner, og magnesium bliver til Mg++-ionen.

b) Disse stoffer kan både afgive og modtage 4 elektroner, hvorved de bliver henholdsvis positive og negative ioner.

Opgave 4.4

H+ + Cl-

Syrer – når noget er surtOpgave 5.10,0001 = 1 pH er 4 10.000

Opgave 5.2

0,01 = 1 pH er 2 100

Opgave 5.3Surhedsgraden vil falde. Det er koncentrationen af H+-ioner, der bestemmer surhedsgraden. Når pH-værdien i en væske stiger, betyder det, at koncentrationen af H+-ioner falder, og surhedsgraden i væsken falder ligeledes.

Opgave 5.4a) Der er 100 eller 1 gram H+-ioner/liter.b) Der er 10-2 eller 0,01 gram H+-

ioner/liter.c) Der er 10-6 eller 0,000001 gram H+-ioner/liter.

Stærke og svage syrerOpgave 5.6a) HClb) H2SO4c) Svovlsyre. Både saltsyre og svovlsyre er stærke syrer, der spal-tes fuldstændigt. Når svovlsyre er »stærkere«, d.v.s. har den laveste pH, skyldes det, at koncentrationen af H+-ioner er større.

Opgave 5.7HNO3 → H+ + NO3

-

Opgave 5.8H2CO3 → 2H+ + CO3

--

Opgave 5.9a) H2SO4 → 2H+ + SO4

--

b) CH3COOH → H+ + CH3COO-

c) H2S → 2H+ + S--

Repetition af syrer og baserOpgave 5.10

a) HCl HNO3 H2S

b) De kan ikke fraspalte H+-ioner og er derfor ikke en syre.

Opgave 5.11Baser er stoffer, som kan optage H+-ioner, derfor vil der være flest H+-ioner i en liter svag syre.

Opgave 5.12a) Basisk.b) Neutralt.

Opgave 5.13pH = 0

Opgave 5.14pH = 6

Opgave 5.15Der er flest H+-ioner i en Coca Cola. Desto lavere pH, desto større H+-ion koncentration.

Opgave 5.16I shampooen til fedtet hår. Desto højere pH, desto større koncentra-tion af OH--ioner.

104 Kemi

Opgave 5.17a) HNO3 → H++NO3

-

b) NaOH → Na++OH-

c) NH4OH → NH4++OH-

d) H3PO4 → 3H++PO4---

Opgave 5.18a) H2O → 2H+ + O--

b) KOH → K+ + OH-

c) Hcl → H+ + Cl-d) Fe(OH)2 → Fe++ + 2OH-

Fremstilling af brintOpgave 5.19Mg + 2HCl → MgCl2 + H2

Opgave 5.20Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

Opgave 5.21a) H+ og NO3

-

b) Na+ og OH-

c) HNO3+NaOH → NaNO3 + H2O (Natriumnitrat + vand)

Opløsninger og blandingerOpgave 6.1a) Svovlbrinte, H2Sb) Ved omrøring, skylning, pump-

ning.

Facitliste 10�

Tilstandsformer og massefyldeOpgave 7.1

10°C -50°C -200°C -250°C Damp Flydende Fast Fast Damp Damp Flydende Fast Damp Damp Flydende Fast

Opgave 7.2Smør, glas og stearin er typiske eksempler på stoffer, som har en gradvis over-gang fra fast form til væskeform.

Opgave 7.3a) 4 gram (molekylevægten for He er 4).b) 24 liter (samme rumfang uanset luftart forudsat trykket er 760 mm Hg, og temperaturen er 20°C).c) 0,17 gram/liter (4 gram : 24 liter = 0,17 gram/liter).

C

H

H

HH

KulbrinterOpgave 9.1a) H har valensen 1b) O har valensen 2c) N har valensen 3

Opgave 9.2Kulbrinter består af stoffer, som består af brint og kulstof. Kulstofatoment har en særlig evne til at danne kæder.

Opgave 9.3a) CH4

b)

Opgave 9.4

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

HH

Opgave 9.5

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

HH

Opgave 7.4a) 17 gram (molvægten for N er 14 og molvægten for 3H er 3 = 17)b) 24 literc) 0,71 gram/liter (17 gram : 24 liter = 0,71 gram/liter)

Opgave 7.5a) 28 gramb) 70 gram

Opgave 7.6Massefylden for luft er 1,20 gram/liter

Molekylevægten for O2 = 32. Det vil sige 1 mol = 24 liter vejer 32 gram

Molekylevægten for N2 = 28. Det vil sige 1 mol = 24 liter vejer 28 gram

Groft anslået består atm. luft af 1⁄5 ilt og 4⁄5 kvælstof.

1⁄5 ltr. ilt = 32 gram x 0,2 ltr. = 0,27 g. 24 ltr.

4⁄5 ltr. kvælstof = 28 gram x 0,8 ltr. = 0,93 g. 24 ltr.= 1 liter alm. luft vejer 1,20 gram (ved 20° C og 760 mmHg).

10� Kemi

Molekylestørrelse og tilstandsformOpgave 9.6a) C 12x4 = 48

H 1x10 = 10 Molekylevægt 58 Massefylde for butan = 58 g : 24 liter = 2,42 g/l

b) Den vil synke ned i luft

FedtstofferOpgave 12.1Mælkeprodukter (fløde, smør, ost m.m.), fedt i kød og fisk, margarine og flydende plantefedt (soja, majs-olie, olivenolie m.v.)

Opgave 12.2Fedt har et højere smeltepunkt end olie. Fedt er i fast form ved normal rumtemperatur, mens olie holder sig flydende (i væskeform). Fedt kom-mer som regel fra dyr. Olier kan være fra planter eller fra dyr (silde-olie, hvalolie).

Opgave 12.3Når et glycerinmolekyle reagerer med 3 fedtsyremolekyler (RCOOH), dannes fedt under fraspaltning af vand.

Opgave 12.4

C OH

C

H

OH

C

H

H

H

H

OH

Opgave 12.5

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

H

H

C

O

OHC

H

H

H

Opgave 12.6Enkeltbinding

Opgave 12.7Umættede fedtsyrer sænker fedtind-holdet i blodet.

KulhydraterOpgave 12.8Kulstof (C), brint (H) og ilt (O)

Opgave 12.9Monosakkarider. Molekylet i gluko-se er opbygget omkring en 6-kantet ring, som består af 5 C-atomer og 1 O-atom. Det sjette C-atom er hægtet på det ene af C-atomerne i ringen – se figur 12.7 (et druesukkermole-kyle).

Opgave 12.10C6H12O6

Opgave 12.11Disakkarid

Opgave 12.12De består af lange kæder af sammen-hægtede ringe (monosakkarider). De kan være kæmpe store molekyler med op til flere tusinde af sådanne ringe.

Facitliste 10�

Opgave 12.13Cellulose (C6H10O5)n. Cellulosen hjælper planterne til at holde sig stive.

ProteinerOpgave 12.14a) Kvælstof (N)b) Kulstof (C)c) Brint (H)d) Ilt (O)

Opgave 12.15Æggehvidestoffer

Opgave 12.16NH2: AminogruppenCOOH: Syregruppen

Opgave 12.17

Opgave 12.18Vand

Opgave 12.19En peptidbinding

Opgave 12.20Man kender ca. 100 forskel-lige aminosyrer. I naturen er der omkring 20 forskellige aminosyrer, som forekommer i proteiner.

Opgave 12.21De aminosyrer, som vi ikke selv kan danne men skal have tilført via maden, kaldes essentielle eller livs-vigtige aminosyrer.

10� Kemi

N

H

C

H

H

C NH2 C

H

H

COOH

O

OHH eller

AAcetylen 62Alkoholer 67Aminogruppen 81Aminosyrer 81, 83Ammoniak 45Anioner 33Aromatiske ringe 62Atombombe 18Atomer 7Atomernes opbygning 7Atommasse 15Atomnummer 8, 11-12Atomtegn 11Atomvægt 11, 13, 15, 27

BBaser 37, 44-45, 47Basisk salt 47Benzen-ringen 63Benzin 66Benzinmolekyler 66Blandinger 52Brændt kalk 90Brint 48Brintatomet 8Butan 61

CCalcium-ionen 35Calciumhydroxid 45, 90Calciumilte 90

Calciumkarbonat 88Cellestof 79Cellulose 79Covalent binding 19

DDemokrit 7Denatureres 83Destillation 66Det periodiske system 11Dimitrij Mendelejev 11Dipeptid 82Disakkarider 76-77Dobbeltbinding 20Dobbeltladet ioner 30Druesukker 77Druesukker-molekyle 77

EEddikesyre 70Eddikesyrebakterier 70Elektrogalvanisering 86Elektron-parbindingen 19Elektronbaner 9Elektronen 8-9Elektronfællesskaber 29Elektronformel 23Elektronpar 20Elektronparbinding 19, 29Elektronskaller 9, 12Elektronsky 9Emulsion 51

Stikord 10�

Stikord

110 Kemi

Energi 71Enkeltbinding 20Essentielle aminosyrer 83Ethan 59Ethanol 68Ethen 62Ethyn 62

FFE 71Fedt 71Fedtdepoter 72Fedtstof 72, 74Fedtsyrer 74FEs 71Fladerust 85Foderenheder 71-72Forgrenede kulbrinter 66Fotosyntesen 76Friedrich Wöhler 57Frugtsukker 77Fruktose 76-78Fuldstændig ioniseret 43

GGalaktose 77-78Galvanisering 86Gasser 63Glukose 76-78Glycerol 72-73Glycin 81Grubetæring 85Grundstoffer 11, 25

HH+-ioner 39, 43Hovedgruppe 12

IIkke-metaller 13Inaktive luftarter 13Indikator-papir 37Ion-bindingen 19Ion-forbindelser 32-34, 35Ion-gitter 32Ion-ladninger 29Ioner 29, 35, 47Isobutan 61Isomere stoffer 61Isomerisering 66Isotoper 17-18

JJern 85Jernmangel 36Jernoxider 86Jordbundsanalyse 42Jordens pH 40Jordprøve 41Joule 71

KKalk 88Kalkning 88Kalorier 71Kationer 33Kationskapacitet 33Kautisk soda 45Kemisk forbindelse 25Kemisk ligevægtsligning 41

Kemisk tegn 13Kemiske bindinger 19Kemiske formler 25Kernespaltning 18Klor 20Kolloid opløsning 51Komplekse kulhydrater 76, 78Koralkalk 88Korrosion 85Krakning 66Kridt 88Kulbrinter 59, 60, 61-62, 65Kulhydrater 71, 76, 92Kulstof 57-58

LLadningsligevægt 33, 35Lagerproteinerne 80Laktose 76-78Lignin 79Lindan 63Luftart 13Luftarters massefylde 54Læsket kalk 90

MMakromineraler 35Maltose 78Marmor 88Massefylden 55Metal-bindingen 19Metaller 13Methan 59Methanol 67Mineraler 35Molekyleformel 27Molekyler 19, 25, 35

Molekylevægt 27, 55Monosakkarider 76-77Monovalente alkoholer 73Myresyre 69-70Mælkesukker 77Mættede fedtsyrer 74Mættede kulbrinter 62Mørtel 90

NNatrium 19, 22Natriumhydroxid 45Natriumklorid 47Nedbrydning af metaller 85Negative ioner 29Neutralisation 47Neutronen 8Næringsstoffer 71

OOH-grupper 67Oktantallet 66Oktet-reglen 29Olieprodukter 65Olier 72Opløseligheden 49Opslæmning 51Organisk kemi 57Organiske syrer 69, 74Otto Hahn 18

PPalmitinsyre 74Peptidbinding 82, 83Peptider 82Peptidkæde 83

Stikord 111

PH 39PH-metre 37PH-skalaen 37PH-værdien 37Polypeptid 82Polysakkarider 76, 78Positive ioner 29Propan 59Propionsyre 70Proteiner 71, 80, 83Protonen 8Protonoverskud 29

RReaktionstal 40, 42Rust 85Rustbeskyttelse 86Rørsukker 77Råolie 65

SSakkarose 76-78Salt 47Salte 33, 37Saltsyre 39Sammensatte ioner 35Simple kulhydrater 76Smørsyre 70Spaltninger 18Spormineraler 35, 36Sprøjtemidler 52Stearinsyre 74Stivelse 78-79Strukturformel 23Strukturproteiner 80Sumpgas 59Syre 47

Syregruppe 81Syrer 37-38, 43Syrerest-ioner 43Sæbefremstilling 91

TTilstandsformer 53Trappelinjen 13Trivalent alkohol 73Tungt brint 17

UUforgrenede kulbrinter 66Umættede fedtsyrer 74Umættede kulbrinter 62Undergrupper 12Uorganisk kemi 57Uran 18Urea 57Urinstof 57

VValens 22Varmegalvaniserer 86Væske 13

ZZinkklorid 48

ÆÆdelgasser 13, 19Æggehvidestoffer 80Ægte opløsning 49, 51Ætsnatron 45

112 Kemi