KOSMOS. 5: Elektroner på vandring Figur side Modell av et heliumatom. Elektron. Nøytron. p + Proton. Protoner

Transkript

1 5: Elektroner på vandring Figur side 132 Elektron e p Nøytron n e Proton Modell av et heliumatom. Protoner Nøytroner Elektroner Nukleoner Elementærladning Elementærpartikler er små partikler i sentrum av atomene, det vil si i atomkjernen. Et proton er positivt ladd, og vi bruker symbolet p for et proton. Protonet ble påvist rundt år er små partikler i atomkjernen. Nøytronene er nøytrale, og vi bruker symbolet n for nøytronet. Nøytronet ble påvist i er svært små partikler. De har negativ ladning og beveger seg hurtig rundt atom kjernen. Vi bruker symbolet e for et elektron. Elektroner ble påvist rundt år betyr kjernelegemer. Det er et fellesnavn for protoner og nøytroner. Protoner og nøytroner har om lag samme masse, og de to partiklene proton og nøytron har hver nesten 2000 ganger større masse enn et elektron. Det meste av massen til et atom fins derfor i atomkjernen. er den minste ladningen vi vet om. Det er ladningen til protonet og elektronet. Et elektron og et proton er motsatt ladd, men disse ladningene har like stor verdi. Et atom som har like mange elektroner som protoner, er nøytralt. Det har derfor ingen ladning. brukes som fellesnavn for protoner, nøytroner og elektroner.

2 5: Elektroner på vandring Figur side skall (M-skall) 2. skall (L-skall) 1. skall (K-skall) Kjerne 13 Skallmodellen viser elektronfordelingen i aluminiumatomet. Det er 13 protoner (p ) i kjernen og til sammen 13 elektroner (e ) i elektronskallene.

3 5: Elektroner på vandring Figur side 134 Nukleontall = antall protoner antall nøytroner Atomnummer = antall protoner 12 Kjemisk symbol for karbon C 6 Oksygenatom O H H Hydrogenatom O 8 Elektroner Vannmolekyl, H 2 O Oksygenatom Modell av et oksygenatom Kjerne Kjemisk forbindelse Atomer Figuren viser hvordan vann molekylet (en kjemisk forbindelse) er bygd opp av atomer. Vann molekylet har formelen H 2 O.

4 5: Elektroner på vandring Figur side 136 Perioder (17) Grupper (118) Metaller Halvmetaller Ikke-metaller

5 5: Elektroner på vandring Figur side Modellen viser en elektronparbinding mellom to hydrogen atomer og ett oksygenatom i et vannmolekyl. Alle atomene har edelgasstruktur, og vann molekylet er stabilt. 8 8 O = O Modellen viser en dobbel elektronparbinding mellom to oksygen atomer. De to atomene deler fire elektroner. Begge atomene har edelgasstruktur, og oksygengassmolekylet er stabilt.

6 5: Elektroner på vandring Figur side 138 Natriumatomet har ett elektron i det ytterste skallet og gir fra seg ett elektron, slik at det fulle skallet innenfor fungerer som ytterskall. Proton- og elektronregnskap for Na : Antall ladninger/protoner 11 Antall ladninger/elektroner 10 Ladningen til et natriumion 1 11 Na-atom Elektron (e ) 11 Na -ion Kloratomet har sju elektroner i det ytterste skallet og tar opp ett elektron fra et annet atom for å få fullt ytterskall. Proton- og elektronregnskap for Cl : Antall ladninger/protoner 17 Antall ladninger/elektroner 18 Ladningen til et kloridion 1 Elektron (e ) fra et annet atom 17 Cl-atom med syv elektroner i ytterskallet 17 Cl -ion med fullt ytterskall Na Cl I NaCl (natriumklorid = koksalt) tiltrekkes de positive Na -ionene av de negative Cl -ionene og danner ionebinding. Det dannes et salt.

7 O O KOSMOS 5: Elektroner på vandring Figur side 139 Symbol for grunnstoff 2CO 2 Koeffisient Indekstall H H H H O O H H energi O O H H 2H 2 O 2 2H 2 O energi

8 5: Elektroner på vandring Figur side 141 Mg O Mg 2 O Ionebinding Når magnesium reagerer med oksygen, gir hvert Mg-atom fra seg to elektroner til hvert O-atom. Det blir dannet Mg 2 - og O 2 -ioner. Begge disse ionene har edelgasstruktur, og de er dermed stabile. Ionene bindes sammen med ionebinding og blir til MgO, magnesiumoksid.

9 5: Elektroner på vandring Figur side 141 Kjemisk formel Positivt ion (kation) Negativt ion (anion) Navn på salt NaCl Na Cl Natriumklorid KI K I Kaliumjodid MgO Mg 2 O 2 Magnesiumoksid CaCl 2 Ca 2 Cl Kalsiumklorid AlF 3 Al 3 F Aluminiumfluorid Al 2 S 3 Al 3 S 2 Aluminiumsulfid

10 5: Elektroner på vandring Figur side 143 Gruppe: Periode: H 2,2 2 Li 1,0 Be 1,6 C 2,6 N 3,0 O 3,4 F 4,0 3 Na 0,9 Mg 1,3 Si 1,9 P 2,2 S 2,6 Cl 3,2 4 K 0,8 Ca 1,0 Ge 2,0 As 2,2 Se 2,2 Br 3,0

11 5: Elektroner på vandring Figur side 144 Li K Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Au Litium Kalium Natrium Magnesium Aluminium Sink Jern Nikkel Tinn Bly Hydrogen Kopper Sølv Gull Gir lett fra seg elektroner Gir ikke lett fra seg elektroner Et utdrag av den elektrokjemiske spenningsrekken. Av to forskjellige grunnstoffer i spenningsrekken blir det grunnstoffet som står til venstre, lettest oksidert. Når et grunnstoff blir oksidert, blir samtidig et annet redusert. Stoffet som blir redusert, må kunne ta imot elektroner og er ofte et positivt ion.

12 5: Elektroner på vandring Figur side 145 Forskjell i elektronegativitet:0 1,0 1,7 2,5 Elektronparbinding Ionebinding Noen eksempler på kjemiske forbindelser Molekyler Ioner som danner salter i kjemiske forbindelser H 2 Cl 2 CH 4 HCl O 2 H 2 O NaCl Forskjell i elektronegativitet forteller mye om bindingstypen.

13 5: Elektroner på vandring Figur side 147 Likestrømskilde Positiv elektrode Klorgass Negativ elektrode Kobberbelegg Cl Cu 2 Skål med CuCl 2 -løsning. Ved elektrolyse av kobberklorid dannes det metallisk kobber ved den negative elektroden. Vi setter inn en lyspære for å vise at det går strøm i kretsen.

14 5: Elektroner på vandring Figur side e energi 13 Al 3 -ion med fullt ytterskall Elektroner (e ) Al-atom med tre elektroner i ytterskallet Ved å tilføre energi i en smelte med en aluminiumholdig forbindelse kan vi få aluminiumionene til å ta opp elektroner, slik at vi får dannet aluminiummetall.

15 5: Elektroner på vandring Figur side 149 Tabellen gir deg en oversikt over noen viktige begreper som har med elektrisitet å gjøre. Størrelse Forklaring Symbol Enhet 1,5 V 1,5 V Ladning Fysisk størrelse som enten er positiv eller negativ. Ladningen til et proton og et elektron kaller vi elementærladningen. Q eller q coulomb (C) 1 C = 6, elementærladninger I en sluttet strømkrets vil elektronene vandre fra den negative til den positive polen, og vi får en elektrisk strøm. Batteriet har en spenning på 1,5 V og er strømkilden. Lyspæra har en motstandstråd som bremser elektronene kraftig. Elektronene avgir energi, og pæra lyser. Strøm Spenning Resistans (motstand) Elektrisk strøm er forflytning av ladninger. Det kan være elektroner i en metalledning eller ioner i en løsning eller en smelte. Strøm måles som antall ladninger som passerer per sekund i et tverrsnitt av en ledning. Spenningen driver strømmen i en strømkrets. Spenning er arbeidet per ladning som den elektriske kraften utfører. Resistansen er en størrelse som viser motstanden i en krets når ladningene forflyttes. En motstand hemmer bevegelsene til ladningene. I U R ampere (A) 1 A = 1 C / 1 s 1 ampere er lik 1 C i sekundet volt (V) 1 W (ohm) Ohms lov I en elektrisk krets gjelder det at U = R I mellom to målepunkter i kretsen. Effekt I elektrisitetslæren er effekten gitt ved P = U I. Den elektriske effekten øker i takt med spenningen og strømmen. P watt (W)

16 5: Elektroner på vandring Figur side e V e e e Saltbro med K 2 SO 4 (aq) Negative ioner, SO 4 2 Positive ioner, K Zn Cu 2 Zn 2 Zn2 Cu 2 Zn (s) Zn 2 (aq) 2e Cu 2 (aq) 2e Cu (s) Cu Tegningen viser et galvanisk element. Virkemåten står forklart i teksten.

17 5: Elektroner på vandring Figur side 153 Karbon Stålbeholder MnO 2 /KOH Skillevegg Zn Figuren viser hvordan et alkalisk batteri er bygd opp. Den positive polen er av karbon (C) og den negative av sink (Zn). Elektrolytten er en blanding av manganoksid (MnO 2 ), også kalt brunstein, sinkklorid (ZnCl 2 ) og kaliumhydroksid (KOH). Kaliumhydroksid er en sterk base som gir et basisk (alkalisk) miljø i elektrolytten.

18 5: Elektroner på vandring Figur side 157 Hydrogengass H 2 Overskuddshydrogen H -ion Elektroner Oksygengass O 2 Vann Positiv elektrode Negativ elektrode H 2 (g) 2H 2e 1 O 2 (g) 2H 2e H 2 O 2 Protonledende membran Figuren viser prinsippene i virkemåten til en PEM-celle. H -ioner, eller protoner, vandrer gjennom den protonledende membranen, og de kjemiske reaksjonene ved elektrodene er vist på tegningen. Ved den positive elektroden (anoden) oksideres hydrogen til H -ioner, og ved den negative elektroden (katoden) reduseres oksygen og bindes deretter sammen med hydrogenionene til vann.

19 5: Elektroner på vandring Figur side ,8 Fe Jern Grunnstoff Symbol Protoner Elektroner Nøytroner Litium Li Beryllium Bor Karbon Nitrogen Oksygen Fluor Neon

20 5: Elektroner på vandring Figur side 161 Mg O Mg O I ng Positivt ion (kation) K Negativt ion (anion) Formel Navn O 2 Ca 2 F Ag I Al 3 S 2

21 5: Elektroner på vandring Figur side 164