onsdag 19 november 2014

Joner och jonbindningar

En atom består av laddade elementarpartiklar - protoner och elektroner (även neutroner finns i atomen men de är oladdade). Protonerna är plusladdade och sitter i kärnan medan elektronerna är minusladdade och kretsar runt kärnan i olika skal (K, L, M, osv). En atom är neutral, dvs. har lika många protoner som elektroner. Men alla atomer är ändå inte helt stabila, trots att de är neutrala. Det beror på att en atom allra helst vill ha 8 valenselektroner (oktettregeln). Vissa atomer har fler elektroner än 8 i sitt yttersta skal och vissa har färre än 8 elektroner. Dessa atomer kommer att bilda joner genom att bli av med elektroner eller ta upp elektroner. På så vis blir den före detta atomen, dvs. jonen, mycket mer stabil, den uppnår ädelgasstruktur. Jonen till ett grundämne och grundämnet självt kan ha mycket olika egenskaper. Exempelvis är grundämnet Natrium hälsoskadligt och brandfarligt medan Natriumjoner, $Na^+$ är helt ofarliga och finns i stor mängd i våra kroppar.

Joner är alltså positivt eller negativt laddade. En atom kan ta upp eller lämna ifrån sig 1-3 elektroner. Fler än det kostar för mycket i energi. Genom att titta på olika grundämnens valenselektroner kan man avgöra vilka slags joner de kommer att bilda. Man kan även se med vilka ämnen dessa joner kommer att reagera helst med. Ämnen längst till vänster i periodiska systemet reagerar gärna med ämnen näst längst till höger (längst till höger har vi ädelgaserna och de reagerar inte alls för att de redan har ädelgasstruktur och är oladdade).

Atomer som tar upp elektroner blir negativa joner. Dessa atomer har många valenselektroner och därför blir det lättast att uppnå ädelgasstruktur genom att ta upp några elektroner till. Grundämnen som bildar negativa joner finns på höger sida i periodiska systemet. Exempel på negativa joner är: $Cl^-$, $O^{2-}$, $N^{3-}$, $F^-$.

Atomer som lämnar ifrån sig elektroner blir positiva joner. Dessa atomer har få valenselektroner och därför blir det lättast att uppnå ädelgasstruktur genom att kasta bort de få elektronerna i yttersta skalet så att ett inre skal med 8 elektroner kan bli valensskalet istället. Grundämnen som bildar positiva joner finns på vänster sida i periodiska systemet. Exempel på positiva joner är: $Na^+$, $Mg^{2+}$, $Ca^{2+}$, $K^+$ .

Inte bara atomer kan bilda joner utan det kan även molekyler göra. Då kallas det för sammansatta joner. En vanlig sådan sammansatt jon är hydroxidjonen, $OH^-$. Den består av en syreatom och en väteatom. Jonen har laddningen $-1$.

Joner med motsatta laddningar kan bilda föreningar som har väldigt starka bindningar som kallas för jonbindningar.
Exempel på hur en jonförening bildas mellan $Na$-joner och $Cl$-joner.
Bild hämtad från: http://montessorimuddle.org

Jonerna lägger sig i en kristallstruktur i ett speciellt mönster som kallas gitter.
Gitterstruktur för $NaCl$, Natriumklorid (vanligt koksalt)
Bild hämtad från: http://spmchemistry.onlinetuition.com.my

Jonbindningen är den starkaste kemiska bindningen som man känner till. Därför har ämnen med jonbindning hög smältpunkt och är ofta i fast form. Men kristallen är porös, dvs spricker eller bryts av om den utsätts för slag och liknande (det kallas att utsättas för stress i fysiken). Det beror på att när kristallen får en stöt så kan jonerna som annars är uppradade $+ - + - + - + -$ förskjutas så att de istället hamnar $- - +  + - - + +$. Då skapas starka repellerande krafter som gör att kristallen går sönder (minus vill inte vara med minus och plus vill inte vara med plus).
Här ser vi hur en jonförening utsätts för ett slag eller liknande (kallas stress i fysiken). Då förskjuts jonerna så att joner med samma laddning hamnar bredvid varandra. Då blir de repellerande krafterna så starka att jonföreningen går sönder.
Bild hämtad från: http://www.chemguide.co.uk

En förening med jonbindning leder inte ström i fast form för då sitter elektronerna fast i gitterstrukturen. Men om föreningen är flytande eller löst i vatten så leder den ström. Det beror på att elektronerna nu kan röra sig fritt och jonbindningarna har lösts upp. Exempel på ämnen med jonbindning är olika former av salt - $NaCl$, $CaCl_2$, $KNO_3$, m.fl.
Här är några exempel på salter. Sodium chloride är Natriumklorid ($NaCl$), Potassium manganate är kaliummanganat ($K_2MNO_4$), Cobalt nitrate är koboltnitrat ($Co(NO_3)_2$), Iron chloride är järnklorid ($FeCl_3$), Copper sulphate är kopparsulfat ($CuSO_4$) och Potassium iodide är kaliumjodid ($KI $).
Bild hämtad från: http://www.rsc.org




tisdag 18 november 2014

Grupparbete och redovisning

Istället för prov kommer vi ha grupparbete denna vecka (vecka 47) och muntlig redovisning under nästa vecka (vecka 48). Ni är indelade i 6 grupper. 3 av grupperna skriver om syror och baser och 3 av grupperna skriver om salter. Sedan lämnar varje grupp in sitt arbete till mig och till en av de andra grupperna. Tanken är att de som skriver om syror och baser ska redovisa om salter och tvärtom.

Arbetet ska vara ca 2 datorskrivna sidor (det blir kanske 4 handskrivna sidor). Arbetet ska innehålla följande delar:

  • Titel
  • Syfte
  • Teori
  • Sammanfattning/Slutsats
  • Felkällor
  • Referenser
Det är viktigt att ni tar med bilder för att förklara och ge exempel på det ni pratar om i arbetet. Glöm då inte att skriva upp varifrån ni hämtar bilderna då.

I teoridelen av arbetet ska ni beskriva egenskaper för syror och baser eller salter. Förklara vad syror och baser är samt vad salter är för något. Det ska vara lätt att förstå och läsa. Ni ska även svara på 4 frågor. Det finns 4 frågor för salter och 4 frågor för syror och baser.

Syror och baser:
  • Förklara vad neutralisation är.
  • Kalkstensmjöl (kalciumkarbonat) är en svag bas som används för att med några års mellanrum neutralisera den försurning som sker av sjöar och skogsmark. Vore det inte en bra idé att istället använda den starkare basen natriumhydroxid och då kunna använda en mindre mängd?
  • Vad är skillnaden mellan en stark syra och en svag syra? Ge exempel för stark syra och för svag syra.
  • Vilka joner bildas när basen ammoniak $NH_3$ reagerar med vatten?
Salter:
  • Vilket salt bildas om $Ca(OH)_2$, kalciumhydroxid reagerar med HCl, saltsyra?
  • Hur är ett salt uppbyggt? Kan ett salt leda ström?
  • Varför finns det så få guldsalter?
  • Salt, t.ex. saltstänk från havet eller salt som sprids på vägarna gör att stål rostar snabbare. Varför?
Grupperna ser ut så här:

Grupp 1 skriver om syror och baser
  • Nora
  • David
  • Mathilda
  • Vincent

Grupp 2 skriver om syror och baser
  • Hanna
  • Victor
  • Kevin
  • Emil

Grupp 3 skriver om syror och baser
  • Maja
  • Samuel
  • Max
  • Emma E

Grupp 4 skriver om salter
  • Oscar
  • Emelie
  • Ludvig
  • Ramin

Grupp 5 skriver om salter
  • Yoanna
  • Amanda
  • Kalle

Grupp 6 skriver om salter
  • Oliver
  • Emma T
  • Muhammad
  • Cornelia

torsdag 6 november 2014

Hur bedöms dokumentation, som laborationsrapporter osv?

Jag har delat ut ett exempel på hur en laborationsrapport kan se ut på A-nivå. Där kan du se hur man formulerar sig och skrivsättet för en laborationsrapport. Jag valde även att göra en laborationsrapport på A-nivå för att jag vill att ni alla siktar så högt ni bara kan!

Så här bedömer jag laborationsrapporterna:
För att få E-nivå på laborationsrapporten ska ni ha med följande delar i rapporten:

  • Titel - vad heter labben?
  • Syfte - vad är det meningen att du ska göra på labben?
  • Hypotes - vad tror du att du får för resultat?
  • Material och kemikalier - vad använde du för material och kemikalier?
  • Utförande - hur gjorde du? Om du råkar göra annorlunda än vad det står i anvisningarna så skriv det!
  • Resultat - vad hände? Vad fick du för resultat?
  • Slutsats - varför blev det som det blev? Stämde din hypotes? Kan man utföra samma labb inom andra områden, med andra kemikalier? Kan man få samma resultat med ett helt annat sätt?
För att få A eller C-nivå på labbrapporten ska du ha med följande delar i rapporten:
  • Alla delar från E-nivå
  • Teori - fakta som behövs för att förstå vad som händer i labben. Kemiska formler mm.
  • Felkällor - vad kan ha gått snett under labben och varför? Är de böcker och andra källor jag använt för att skriva teorin pålitliga?
  • Referenser (är inte nödvändigt om ni bara frågat mig) - skriv upp de böcker eller länkar på nätet som du använt för att ta reda på teori mm.
Det som avgör om rapporten hamnar på C eller A-nivå är hur mycket av teorin, som behövs för att förstå laborationen, som finns med. Det är också diskussion om vilka felkällor som kan ha funnits som avgör om rapporten ligger på C eller A-nivå.

Så här ser exempellabbrapporten ut:

Laboration Banan-DNA

Syfte
Att se om man kan få fram DNA från en banan.

Hypotes
DNA kommer att fällas ut i skiktet som bildas mellan T-spriten och bananlösningen.

Material och kemikalier
En bananbit, diskmedel (YES) ca 5 ml, kranvatten ca 50 ml, vanligt koksalt, en tesil, två bägare, ett provrör, T-sprit (kyld), sked, pipett och metallkrok.

Teori
När man mosar bananen så sprids cellerna ut och blir enklare att komma åt. Diskmedlet innehåller tensider och det är ett ämne som löser fett. Tensider är molekyler som är både polära och opolära, dvs. de har en fettlöslig sida och en vattenlöslig sida. Cellmembranet och cellkärnan är uppbyggda av fetter och de löses därför upp av diskmedlet. Då kan man komma åt DNA:t inuti cellkärnan. Saltet tillsätts för att binda ”skräp” till sig. Det kan vara t.ex. protein och kolhydrater. Saltet och ”skräpet” fastnar sedan i silen när man filtrerar blandningen. Lösningen som man får ut efter filtreringen ska bara innehålla vatten och DNA-molekyler. Man vill ha kyld T-sprit för att skydda DNA:t från att brytas ned av enzymet DNase. Detta enzym finns i cellvätskan och det bryter ner DNA i kroppen om det har råkat komma ut utanför cellkärnan av någon anledning. Det är en skyddsmekanism för att skydda DNA mot t.ex. virus. När enzymet möter DNA:t startar nedbrytningen. Normalt sett skyddas ju DNA:t av cellkärnan men när man tillsätter diskmedel så fungerar ju inte detta. Helst skulle man vilja kyla bananlösningen också för att få bäst resultat. T-spriten blandas inte med vattnet utan lägger sig ovanpå för att det har en lägre densitet. DNA:t är inte lika lättlöslig i T-spriten som i vatten och fälls därför ut och syns som en vit-grå grumlig massa.

Utförande
Bananbiten mosades ner i en av bägarna. Därefter blandades diskmedellösningen med bananmoset (ca 5 ml diskmedel och ca 50 ml vatten). Till sist hälldes ca 1 tsk salt i blandningen. Allt rördes om ordentligt med skeden. Efter det så silades blandningen i en tesil ner i den andra bägaren. Den silade bananlösningen hälldes över i ett provrör, så att ca 1/3 av provröret fylldes. Därefter hälldes T-sprit försiktigt ner längs ena sidan av provröret med en pipett. I skiktet mellan bananlösningen och T-spriten, som hade lagt sig ovanpå bananlösningen, bildades en grumlig vitgrå massa. Detta fiskades upp med en metallkrok.

Resultat
När man filtrerade bananblandningen stannade de flesta fasta bitar kvar i filtret. Det var svårt att filtrera för blandningen var väldigt trögflytande. Dessutom fanns det inte tillräckligt med tesilar så man fick vänta länge på att filtrera.
När T-spriten hade hällts ner försiktigt i provröret så fick man vänta en stund och se vad som hände. Efter en stund kunde man se en grå-vit grumlig massa som bildades precis i skiktet mellan T-spriten och bananlösningen.

Felkällor
Utseendet vid resultatet kan variera. Detta kan bero på att DNA:t inte har blivit helt rent från ”skräp” när man tillsatte salt och filtrerade eller att DNA:t kan ha hunnit bli förstört av enzymet DNase. Om man inte ser något alls vid resultatet har DNA:t troligtvis blivit helt förstört.

Slutsats
Hypotesen stämde. Det fälldes ut DNA i skiktet mellan T-spriten och bananlösningen. Det går alltså att få fram DNA från en banan. Troligtvis fungerar den här metoden på de flesta ämnen uppbyggda av celler men av förklarliga skäl provar man bara detta på frukt, grönsaker eller växter.
                                                                   
Referenser
Biologi Direkt, Kukka & Sundberg , 2012 (bok-referens: Titel, författare, året då boken trycktes)

Wikipedia (ange exakt länk på alla sidor och datum för när sidorna hämtades)