Hvorfor atomer binder seg
Atomer går sammen for å oppnå en mer stabil elektronfordeling i ytterskallet. Måten de gjør det på bestemmer stoffets egenskaper. De tre hovedtypene er (elektroner overføres), (elektroner deles) og (elektroner i en felles sky). Resten av temaet handler om hva disse tre fører til.
Slik uttrykker du det
Atomer binder seg for å oppnå en mer stabil elektronfordeling i ytterskallet, og måten de gjør det på bestemmer stoffets egenskaper. De tre hovedtypene er der elektroner overføres, der de deles, og der elektronene ligger i en felles sky.
Ionebinding
dannes typisk mellom et metall og et ikke-metall. Metallet gir fra seg ett eller flere elektroner og blir et positivt ion, ikke-metallet tar dem opp og blir et negativt ion, og den elektriske tiltrekningen mellom de motsatt ladde ionene er bindingen. Natriumklorid (bordsalt) er eksempelet: ionene sitter i et fast krystallgitter med høyt smeltepunkt.
Slik uttrykker du det
dannes typisk mellom et metall og et ikke-metall. Metallet gir fra seg elektroner og blir et positivt ion, ikke-metallet tar dem opp og blir et negativt ion, og bindingen er den elektriske tiltrekningen mellom de motsatt ladde ionene. I natriumklorid sitter ionene i et fast krystallgitter med høyt smeltepunkt.
Kovalent binding
I en deler ikke-metaller ett eller flere elektronpar, som i vann, karbondioksid og oksygengass. Slike stoffer er ofte molekyler med relativt lavt smelte- og kokepunkt, og de leder vanligvis ikke strøm. Hvis de to atomene trekker ulikt på elektronene, blir bindingen polar, slik den er i vann.
Slik uttrykker du det
I en deler ikke-metaller ett eller flere elektronpar, som i vann og karbondioksid. Slike stoffer er ofte molekyler med relativt lavt smelte- og kokepunkt og leder vanligvis ikke strøm. Trekker de to atomene ulikt på elektronene, blir bindingen polar, slik den er i vann.
Metallbinding
I et metall gir atomene fra seg ytterelektroner til en felles elektronsky som beveger seg fritt mellom positive metallioner. Fordi elektronene er frie til å bevege seg, kan de frakte ladning, og derfor leder metaller strøm og varme. De frie elektronene gjør også at metaller kan bøyes og hamres uten å knuse: ionene glir forbi hverandre mens elektronskyen holder dem sammen.
Slik uttrykker du det
I et metall gir atomene fra seg ytterelektroner til en felles elektronsky mellom positive metallioner. Fordi elektronene er frie til å bevege seg, kan de frakte ladning, og derfor leder metaller strøm og varme. De frie elektronene gjør også at metallet kan bøyes og hamres uten å knuse.
Derfor lages ledninger av kobber og ikke av plast eller salt.
Elektronegativitet avgjør bindingstypen
er et mål på hvor sterkt et trekker på bindingselektronene. Stor forskjell mellom to atomer gir , der elektroner overføres helt. Liten forskjell gir upolar , der de deles likt. Middels forskjell gir polar kovalent binding. Det er nettopp en slik middels forskjell som gjør vannmolekylet polart, med en litt positiv og en litt negativ ende.
Slik uttrykker du det
er et mål på hvor sterkt et trekker på bindingselektronene. Stor forskjell mellom to atomer gir , liten forskjell gir upolar , og middels forskjell gir polar kovalent binding. Nettopp en middels forskjell gjør vannmolekylet polart, med en litt positiv og en litt negativ ende.
Bordsalt mot vann
Bordsalt holdes sammen av sterke ionebindinger i et gitter og må varmes til over 800 grader før det smelter. Vann holdes sammen av kovalente bindinger inne i hvert molekyl, men molekylene henger bare løst sammen, og derfor smelter is allerede ved 0 grader. Samme idé om binding, helt ulik styrke, og det merker du på kjøkkenet hver dag. Slik forklarer bindingstypen hvorfor smeltepunkt og ledningsevne varierer så mye fra stoff til stoff.
Slik uttrykker du det
Bordsalt holdes sammen av sterke ionebindinger i et gitter og må over 800 grader før det smelter. Vann har kovalente bindinger inne i hvert molekyl, men molekylene henger bare løst sammen, så is smelter allerede ved 0 grader. Bindingstypen forklarer dermed hvorfor smeltepunktet varierer så mye fra stoff til stoff.
Hvorfor saltvann leder strøm
Tørt bordsalt leder ikke strøm, men løser du det opp i vann, gjør saltvannet det. Når saltet løses, skilles det i frie ioner som kan bevege seg og frakte ladning gjennom væsken. Ionestoffer leder altså strøm i smelte eller løsning, men ikke som fast stoff, fordi ionene da sitter fast i gitteret.
Slik uttrykker du det
Tørt bordsalt leder ikke strøm fordi ionene sitter fast i gitteret. Løser jeg saltet i vann, skilles det i frie ioner som kan bevege seg og frakte ladning gjennom væsken. Ionestoffer leder altså strøm i smelte eller løsning, men ikke som fast stoff.
Hvorfor olje og vann ikke blandes
Vann er polart, med en litt positiv og en litt negativ ende, mens olje er upolart. Vannmolekylene trekkes mot hverandre og dytter oljen ut, så de skiller seg i to lag i salatdressingen. Regelen likt løser likt kommer rett fra hvordan ladningene og bindingene i molekylene ser ut.
Slik uttrykker du det
Vann er polart, med en litt positiv og en litt negativ ende, mens olje er upolart. Vannmolekylene trekkes mot hverandre og dytter oljen ut, så de skiller seg i to lag. Regelen likt løser likt følger rett av hvordan ladningene i molekylene ser ut.
Karbon og organiske forbindelser
En inneholder karbon, nesten alltid sammen med hydrogen (CO2 og karbonater regnes som uorganiske). Karbon er spesielt fordi det kan danne fire kovalente bindinger og koble seg til andre karbonatomer i lange kjeder og ringer, samt binde oksygen og nitrogen. Det gir et enormt mangfold av stabile molekyler: karbohydrater, fett, proteiner og . Derfor kalles livet karbonbasert.
Slik uttrykker du det
En inneholder karbon, nesten alltid sammen med hydrogen. Karbon er spesielt fordi det kan danne fire kovalente bindinger og koble seg til andre karbonatomer i lange kjeder og ringer. Det gir et enormt mangfold av stabile molekyler som karbohydrater, fett, proteiner og , og derfor kalles livet karbonbasert.
Hydrokarboner og forbrenning
Et består bare av karbon og hydrogen, som metan, propan og oktan i bensin. Ved fullstendig , med rikelig oksygen, reagerer hydrokarbonet med oksygen og danner karbondioksid og vann, samtidig som det frigjøres energi. Ved ufullstendig forbrenning, med for lite oksygen, dannes også sot og karbonmonoksid. Karbonmonoksid er farlig fordi det er en luktfri gass som binder seg til hemoglobinet i blodet og hindrer oksygentransport, slik dårlig trekk i en ovn kan gjøre.
Slik uttrykker du det
Et består bare av karbon og hydrogen, som metan og oktan. Ved fullstendig med rikelig oksygen dannes karbondioksid og vann, og det frigjøres energi. Ved for lite oksygen blir forbrenningen ufullstendig og gir også sot og giftig karbonmonoksid, som binder seg til hemoglobinet og hindrer oksygentransport.
Forbrenning er en eksoterm reaksjon, og oksygenmengden avgjør om den blir ren eller gir giftig CO.
Syrer, baser og pH
En syre gir fra seg hydrogenioner i vann, som saltsyre og eddik, mens en base tar imot dem eller frigjør hydroksidioner, som lut og natron (natriumhydrogenkarbonat). pH måler surheten fra 0 til 14, der 7 er nøytralt, og hvert trinn er en tidobling. Kroppen holder blodet stabilt rundt 7,4 ved hjelp av bufferløsninger. Et viktig naturfaglig eksempel er havforsuring: havet tar opp ekstra CO2, pH synker litt, og det truer korallrev og skjellbyggende dyr.
Slik uttrykker du det
En syre gir fra seg hydrogenioner i vann, som saltsyre, mens en base tar imot dem eller frigjør hydroksidioner, som lut. pH måler surheten fra 0 til 14, der 7 er nøytralt og hvert trinn er en tidobling. Et viktig eksempel er havforsuring: havet tar opp ekstra CO2, pH synker, og det truer korallrev.
Stoffmengde og konsentrasjon
For å regne på reaksjoner bruker kjemikere stoffmengde, målt i mol. Stoffmengden finner du fra massen og molarmassen (n lik m delt på M), så 36 gram vann med molarmasse 18 gram per mol er 2 mol. Løser du et stoff i væske, er konsentrasjonen stoffmengde delt på volum. Disse to størrelsene lar deg sammenligne mengder på en presis måte i stedet for bare å si mye eller lite.
Slik uttrykker du det
Stoffmengde måles i mol, og jeg finner den fra massen delt på molarmassen, n lik m delt på M. 36 gram vann med molarmasse 18 gram per mol blir 2 mol. Løser jeg stoffet i væske, er konsentrasjonen stoffmengde delt på volum. Disse størrelsene lar meg sammenligne mengder presist i stedet for å si mye eller lite.
En kjemisk binding er kreftene som holder atomer sammen, og handler om hvordan ytterelektronene fordeles eller deles. Atomer binder seg fordi de oppnår en mer stabil elektronfordeling. Det finnes tre hovedtyper: , og , og hvilken som dannes, avhenger blant annet av forskjellen i mellom atomene.
Bindingstypen er ikke en abstrakt detalj. Den forklarer hvorfor noen stoffer leder strøm og andre ikke, hvorfor smeltepunktet varierer så mye, og hvorfor noen stoffer blandes mens andre skiller seg. Karbon får et eget blikk fordi det danner det enorme mangfoldet av forbindelser som livet bygger på.