Kompetansemål etter 10. klassetrinn:

vurdere egenskaper til grunnstoffer og forbindelser ved bruk av periodesystemet

 

Stoffenes byggesteiner

 

 

Grunnstoff: et grunnstoff består bare av like atomer. Gull (Au) er et eksempel. Det eneste det er satt sammen av, er gullatomer.

Fritt grunnstoff: Om alle atomene i en binding er av samme slag, har vi et fritt grunnstoff. Eks. klorgass som er fritt klor.

Kjemiske forbindelser: er derimot atomene av forskjellig slag, har vi en kjemisk forbindelse. Eks: Vann er ikke et grunnstoff, men en forbindelse, molekyler som igjen er laget av atomer fra grunnstoffene hydrogen og oksygen.

Kjemiske bindinger: Atomer er koplet sammen med andre atomer. Eks. Klorgass, som er fritt klor, er svært giftig. Og natrium i fri form reagerer nærmest eksplosivt med vann. Kjemiske bundet til hverandre danner klor og natrium kjøkkensalt, som både er nyttig og ufarlig.

 

Oppbygging av atomet: Atomet består av en positivt ladet kjerne av protoner og eventuelt nøytroner og en sky av negativt ladde elektroner. Normalt er atomet nøytralt ved at det er like mange elektroner og nøytroner. Dersom et atom ikke er nøytralt fordi det har for mange/for få elektroner, kalles atomet henholdsvis et negativt eller positivt ladd ion. Summen av protoner og nøytroner i et atom kalles nukleontallet.

Det enkleste atomet er hydrogen som består av et elektron bundet til et proton. Protonet oppfatter vi da som en særdeles enkel atomkjerne.

Elektronskallene: skallene har fått bokstavbetegnelsene K, L, M,….regnet innenfra og utover. Hvert skall kan bare inneholde et bestemt antall elektroner, og flere jo lenger fra kjernen skallet er. K: 2, L, 8.

 

Bohrs skallmodell av atomer:

Elektronene går med stor fart i baner , elektronskall, rundt atomkjernen. Elektroner med nokså lik energi og med omtrent samme gjennomsnittsavstand fra kjernen tilhører samme skall.

 

Isotoper: når et atom har samme antall protoner i kjernen men ulikt antall nøytroner, sier vi at atomet er ulike isotoper av samme grunnstoff. Eks. det finns tre hydrogenisotoper. Et hydrogenatom kan ha ingen, ett eller to. vanlig hydrogenisotopen (1 proton ingen nøytroner), deaterium (1 p og 1 n), og tritium (1 p og 2 n)

 

Isotoper av et grunnstoff er atomer med like mange protoner i kjernen, men forskjellig antall nøytroner.

 

Grunnstoffenes gruppeinndeling:

Edelgassene: (8. hovedgruppe)

Det som karakteriserer dem, er at alle er gasser under vanlige forhold, og da bare å finne i fri form. Det har vist seg svært vanskelig å få edelgassene til å inngå i kjemiske forbindelser, og det er det som er bakgrunnen for betegnelsen edelgasser. Edelgassene har 8 elektroner i de ytterste skallet, bortsett fra helium som bare har to (K-skallet kan ikke inneholde mer enn to elektroner). Dette antall elektroner i det ytterste skallet gjør at edelgassene er veldig stabile. (edelgasstruktur).

 

Alkalimetallene: (1. hovedgruppe)

Er myke metaller som reagerer kraftig med både luft og vann. Felles for alkalimetallene er at de har ett elektron i det ytterste skallet og dermed ett elektron mer enn edelgassen på plassen foran i periodesystemet. Dette elektronet avgis lett, for eksempel i kontakt med vann. Resultatet blir da et positivt ladet alkaliatom med edelgass-struktur.

 

Jordalkalimetallene: (2. hovedgruppe)

Er også myke metaller. Alle har to elektron i det ytterste skallet. Siden edelgass-strukturen representerer stabile tilstander, avgis disse elektronene forholdsvis lett. Når det ene elektronet fjernes, blir imidlertid atomet som helhet positivt, og det vil trekke sterkere på det andre elektronet. Jordalkalimetallene holder derfor bedre på de to elektronene i ytre skall enn alkalimetallene holder på sitt ene, og reaksjonene med vann blir også mindre kraftige.

 

Halogenene: (7.hovedgruppe)

Ikke-metaller med stikkende lukt. De reagerer lett med metaller og danner da stoffer som kalles salter. Halogen betyr saltdanner.

Alle har 7 elektroner i det ytterste skallet og dermed ett elektron mindre enn edelgassen som følger på plassen etter i periodesystemet. De tar gjerne opp et elektron.

 

Oksygengruppen: (6. hovedgruppe)

Til gruppen hører grunnstoffer som tilsynelatende er svært forskjellige. Det gjelder for eksempel oksygen, som er en fargeløs gass, og svovel, som er et fast, gult stoff. De kjemiske egenskapene er likevel like, og det er også mange likheter i de forbindelsene de lager med andre grunnstoffer.

Alle disse stoffene mangler to elektroner i det ytre skallet i forhold til de etterfølgende edelgassene. De er derfor mindre reaktive enn halogenene, fordi det er vanskeligere å ta opp to elektroner enn ett.

 

Åtteregelen (oktettregelen):

Åtte elektroner i det ytterste skallet er en stabil tilstand for atomene.

Et atom kan få åtte elektroner i det ytterste skallet (edelgass-struktur) ved å gi fra seg eller ta opp ett eller flere elektroner, eller ved å dele elektroner med ett eller flere atomer.

Atomer som oppnår edelgass-struktur oppfyller åtteregelen.

• Når et atom har edelgasstruktur har det minst energi og er derfor stabil.
• Alle atomer strever etter å få 8 elektroner i det ytterste skall (edelgasstriktur)
• Dette kan skje på to måter:
  1)  Danne ioner
  2)  Dele på elektronpar

Periodesystemet:

- Stoffene er ordnet etter antall protoner i kjernen.

- Loddrette kolonner kalles grupper: hvor mange e- atomet har i ytterste skall.

- Vannrette rader perioder viser hvor mange elektronskall atomet har.

- Antall elektroner i ytterste skall bestemmer atomets egenskaper.

 

Ioner:

Når et atom avgir ett eller flere elektroner, får det positiv overskuddsladning. Det blir det vi kaller et positivt ion. Dersom et atom tar opp ett eller flere elektroner, blir det negativt ladet og danner et negativt ion. Eks: natriumatomet har ett elektron i det ytterste skallet og kan lett gi fra seg dette elektronet:

Vi skriver det slik: Na – e- -> Na+

Et positivt ion er et atom eller en atomgruppe som har færre elektroner enn protoner. Eksempler er Na+ (natriumion) og NH4+ (ammoniumion).
Et negativt ion er et atom eller en atomgruppe som har flere elektroner enn protoner. Eksempler er Cl− (kloridion) og NO3− (nitration). Se ellers ordforklaringer i ordlista.

 

Atomer som tar opp e- danner negative ioner. Atomer som gir fra seg e- danner positive ioner.

 

Ionebinding:

I en ionebinding overfører atomene ett eller flere elektroner fra ett atom til det andre. Ioner med motsatte elektriske ladninger blir holdt sammen av sterke elektriske krefter. En slik binding kalles ionebinding.

Eks: natrium (har ett elektron i det ytterste skallet) reagerer med klor (har sju elektroner i det ytterste skallet). Natrium gir fra seg elektronet i det ytterste skallet, og får en positiv ladning, og får edelgass-struktur og det blir dannet et metallion. Klor tar opp elektronet og får fullt ytterskall, og har fått edelgass-struktur.

Og det dannes salter.

Ionebinding er en kjemisk binding som oftest er mellom metallioner og ikke-metallioner. Kjemiske forbindelser med ionebinding, kaller vi salter.

 

Elektronparbinding:

To elektroner (et elektronpar) som deles mellom to atomer, danner en elektronparbinding, en enkeltbinding. Dersom fire elektroner (to elektronpar) deles mellom atomene i bindingen, blir det to elektronparbindinger, en dobbeltbinding.

Eks: to hydrogenatomer går sammen og deler to elektroner og danner en elektronparbinding. H2O.

 

I en elektronparbinding deler atomer av ikke-metaller ett eller flere elektronpar. I en elektronparbinding dannes det da molekyler.

 

Enkelbinding: Hydrogen.

Dobbeltbinding: Oksygen.

Trippelbinding: Nitrogen.

 

Polare elektronparbindinger:

Binding mellom ikke-metallioner der ett, to eller tre elektronpar kan delta i bindingen mellom atomene, og der det ene atomet trekker sterkere på elektronene enn det andre. Eksempler er HCl- og H2O-molekylene.

 

Dipolare elektronparbindinger:

 

 

Metallbinding:

Binding mellom metallatomer. Elektronene i det ytterste skallet (frie elektroner) hos metallatomene deles i en felles elektronsky. Dette er en sterk binding.

 

Redoksreaksjoner:

Eks 1: Mg + O 

 MgO + E

 

Magnesiumet gav fra seg to elektroner til oksygen.

 

1. Mg – 2e- 

Mg²⁺ . Hvert magnesiumatom, Mg, gir fra seg de to elektronene i det ytterste skall og blir oksidert til Mg2+. Magnesiumionene får edelgasstruktur slik som det nærmeste edelgassen neon.

 

2. O + 2e- 

O^2-. Oksygenatomet, O, har seks elektroner i det ytterste skallet. Hvert oksygenatom tar opp to elektroner og blir redusert til O^2-. Dette ionet kalles oksidion. Oksidionet har edelgasstruktur som neon.

 

Når atomene i et grunnstoff gir fra seg ett eller flere elektroner, sier vi at det blir oksidasjon.

Når atomene i et grunnstoff tar opp ett eller flere elektroner, sier vi at de blir redusert.

Siden det alltid foregår en reduksjon samtidig med en oksidasjon, kaller vi dette for en redoksreaksjon.

 

De fleste grunnstoffene reagerer med oksygenet i lufta. Det dannes da kjemiske forbindelser som vi kaller oksider. Eks.: karbondioksid, magnesiumoksid osv.

 

Eks.2: Redoksreaksjon (tar til seg elektroner fra andre stoffer)

2 Na + Cl₂ 

 2 NaCl + E

 

Oksidasjon:

Reaksjonene:

• Mg 
  <bilde>
  
  Mg⁺⁺ + 2e-
• Na 
  <bilde>
  
  Na⁺ + e-
• Al 
  <bilde>
  
  Al⁺⁺⁺ + 3e-
• Fe⁺⁺ 
  <bilde>
  
  Fe⁺⁺⁺ + e-

er alle oksidasjoner!

 

Reduksjon:

Reaksjonene:

• O + 2e-
  <bilde>
  
  O^{- -}
• Cl + e- 
  <bilde>
  
  Cl^-
• Na⁺ + e- 
  <bilde>
  
  Na

er alle reduksjoner!

 

Redoksreaksjon i metallframstilling (Forsøk):

Ved hjelp av elektrisk energi kan vi framstille metallet kopper og klorgass av kopperklorid. Saltet kopperklorid (CuCl₂) er løselig i vann. Kopperionene tar opp elektroner fra den negative elektroden og blir nøytrale atomer. klorionene avgir elektroner til den positive elektroden og danner kloratomer, og de går sammen og danner klorgass.

 

1. Cu²⁺ + 2 e- + energi 

 Cu

 

I denne reaksjonen blir Cu²⁺ - ionene redusert til Cu-atomer som danner metallisk kopper som blir festet på den negative elektroden.

 

2. Cl^- - e- + energi 

 Cl  og  Cl + Cl  Cl₂

 

Her blir Cl- -ionene oksidert til Cl-atomer, og de bindes sammen med elektronparbinding til klorgassmolekyler, Cl₂.

 

Reaksjonsliking: Cu²⁺  + 2 Cl^-  + energi 

 Cu + Cl₂

 

Navn på salter:

Et salt er vanligvis en kjemisk forbindelse mellom metallioner (positive ioner) og ikke-metallioner (negative ioner) eller mellom metallioner og syrerester.

Når ei syre gir fra seg ett eller flere H⁺ -ioner, kaller vi det negative negative ionet som blir igjen av syremolekylet, for en syrerest. De viktigste syrerestene er:

• Klorid (Cl^-) fra saltsyre HCl
• Nitrat (NO₃^-) fra salpetersyre HNO₃
• Sulfat (SO₄^2-) fra svovelsyre H₂SO₄
• Fosfat (PO₄^3-) fra fosfatsyre H₃PO₄
• Karbonat (CO₃^2-) fra karbonsyre

Navn på molekyler:

Forstavelsene mono, di, tri, tetra og penta brukes i forbokstavelser for å vise hvor mange atomer det er i et molekyl, brukes ikke om ioneforbindelser eller salter. Eks:

• Karbonmonoksid (CO)
• Karbondioksid (CO₂)
• Svoveldioksid (SO₂)
• Svoveltrioksid (SO₃)

Bingo med periodesystemet

Bingo egner seg godt til å repetere fagstoff eller til å lære begreper i naturfag. Hensikten med å spille bingo med periodesystemet er at elevene skal lære seg å bruke systemet til å finne den informasjonen de trenger. Dette er en artig måte for elevene til å få bekreftet at de har skjønt hva periodesystemet dreier seg om!

 

Eksempler på utsagn som læreren leser opp:

Dette grunnstoffet

- har tilsammen tre elektroner (svar: Li)

- har tilsammen fem protoner i kjernen (svar: B)

- har to elektroner i sitt ytterste skall, som er L-skallet (svar: Be)

- har tre fulle elektronskall (svar: Ar)

- mangler bare ett elektron på å ha fullt L-skall (svar: F)

 

Eksempel på bingobrett:

Be	O	Ca	Ar	Si
N	K	C	Na	F
Li	F	:-)	O	Ne
S	H	He	B	Cl
Al	Mg	N	P	Na

 

Den midterste ruten inneholder kun et smilefjes og gjelder som en ferdigkrysset rute. På den måten vil elevene raskere oppnå bingo.

 

Framgangsmåte

Læreren leser opp utsagn i tilfeldig rekkefølge og elevene krysser av for riktig grunnstoff på bingobrettene. Det er bare de tjue første stoffene i periodesystemet som er inkludert i utsagnene og på bingobrettene. For å fylle alle 24 ruter på bingobrettet er derfor fire av grunnstoffene (F, O, N, Na) nevnt to ganger. Dersom grunnstoffet står oppført to ganger på brettet skal elevene kun krysse av for en rute om gangen, og de velger selv hvilken.

 

Bingo kan spilles på forskjellige måter:

- spille fram til en elev eller et elevpar har krysset av en sammenhengende rekke vannrett, loddrett eller diagonalt.

- fortsette spillet til alle utsagnene er lest opp. Dersom elevene har svart riktig vil de da ha krysset av alle rutene på brettene sine. Dette kan fungere som en slags kontroll for elevene selv på at de har svart riktig på alle spørsmålene.

 

Kommentarer/praktiske tips

For å kunne finne riktig grunnstoff på bingoarket trenger elevene å ha periodesystemet foran seg når de spiller. Hensikten er ikke å kunne systemet utenat, men å kunne finne fram til nødvendig informasjon om de 20 første grunnstoffene. Det kan være en fordel å bruke et forenklet periodesystem til dette spillet, siden lærebøkenes periodesystem ofte inneholder informasjon om antall elektroner i de forskjellige skall osv. Ved å utelate denne informasjonen blir forståelsen av periodesystemet nødvendig for å løse oppgaven. Et slikt forenklet periodesystem er vedlagt.

For å øke læringseffekten kan elevene få i oppgave å lage nye utsagn og bingoark.

 

Aktuelle læreplanmål i læreplanene

 

Ungdomstrinn

- Fenomener og stoffer

- vurdere egenskaper til grunnstoffer og forbindelser ved bruk av periodesystemet

 

Periodesystemet, som også blir kalla det periodiske systemet eller periodetabellen, er ein tabell over dei kjemiske grunnstoffa ein kjenner til. I dette systemet organiserer ein grunnstoffa etter atomnummer (talet på proton) slik at hydrogen, som har nummer 1, kjem først. Deretter vert grunnstoffa delte inn i periodar etter kva for elektronskal dei har og i grupper etter kor mange frie elektron dei har. Grunnstoff med like mange frie elektron har ofte svært like kjemiske eigenskapar.

 

Eit grunnstoff er eit stoff som ikkje kan skiljast i fleire stoff ved konvensjonelle kjemiske metodar. Det består av atom med same atomnummer, det vil seia same talet proton i atomkjernen. Atoma kan vera av ulike isotopar, altså med ulikt tal nøytron og ulik atommasse, men dei kjemiske eigenskapane er i hovudsak avhengige av protontalet.

 

Dei fleste stoffa rundt oss er bygde opp av eit lite tal grunnstoff som finst i store mengdar på jorda. Den store variasjonen i materiale kjem rundt oss kjem frå at grunnstoffa er bundne saman på svært ulike måtar, som molekyl. Så langt (2004) er det oppdaga 116 grunnstoff, men berre 91 av dei finst i naturen. Dei siste stoffa er blitt til ved kjernefysiske reaksjonar framkalla av menneske. Desse er radioaktive stoff med svært kort halveringstid, og er forsvunne frå jorda sidan ho og dei blei til.

 

Så vidt me veit er hydrogen, det enklaste grunnstoffet, òg det mest vanlege i universet, med helium på andreplass. På jorda er oksygen og silisium dei vanlegaste grunnstoffa, og me finn dei særleg i ulike mineralsambindingar.

 

Atomnummer (Z) er eit omgrep i kjemi og fysikk. Det representerer talet proton i ein atomkjerne. Atomnummeret er karakteristisk for kvart grunnstoff.

 

Kolonnene i periodesystemet vert kalla grupper. Det er 18 slike grupper. Det er òg vanleg å kalla gruppene 1, 2 og 13-18 for hovudgrupper. Stoffa i gruppe 3-12 vert kalla transisjonsmetall, og desse gruppene dannar d-blokka.

 

Grunnstoff i same gruppe har liknande kjemiske eigenskapar. I hovudgruppen, eller s-blokka og p-blokka har dei like mange valenselektron.

 

Kjemi er tradisjonelt definert som læra om stoffa og forholdet mellom stoffa, det vil seia om korleis stoffa reagerer med kvarandre og ordnar seg i forhold til kvarandre. Med grunnlag i nyare teoriar kan også kjemi uttrykkast som læra om elektron og overføring av elektron.

 

Kjemi blir ofte inndelt i to hovedkategorier: organisk og uorganisk kjemi, der førstnevnte er læren om karbonsambindinger, mens sistnevnte tar for seg resten av kjemifaget.

 

For en oversikt over periodesystemet, sjekk:

http://nn.wikipedia.org/wiki/Periodesystemet

 

 

Kilder - Internett

http://www.naturfag.no/

http://nn.wikipedia.org/