Atomer og stof egenskaber

Du er her: / Atomer og stof egenskaber

2.1 Verdens byggesten, atomer

Atomerne er de grundlæggende byggeklodser, som hele verden er bygget af. De forskellige atomer kalder vi grundstoffer.

Verdens byggesten, atomer

Verdens byggesten, atomer


2.1.1 Atomets opbygning

For at forstå fysik og kemi skal man kende til atomets opbygning. Protoner og neutroner findes i kernen og elektronerne udenom.

Video 1. Atomet verdens byggesten. Atomets betydning for vores forståelse af verden.

 Atomets opbygning.


2.1.2 Ladning og masse

Ladning og masse, er egenskaber ved elementarpartikler.

Masse og ladning

Masse og ladning

2.1.3 Unit, en måleenhed for masse

En unit, er en måleenhed for masse. Protoner og neutroner vejer hver cirka 1 unit.

Unit en enhed for masse

Unit en enhed for masse

En elektron vejer kun 1/1836 af en protons vægt, så vi regner som regel ikke med elektronens masse.

Bohrs atommodel

Niels Bohr (1885-1962), dansk fysiker og Nobelprismodtager. Bohrs atommodel beskrev i 1913, hvordan en elektron kan springe fra én bane til en bane længere ude, hvis den modtager energi. Man siger, at atomet er i exciteret tilstand. Den vil bagefter søge tilbage til grundtilstanden. Når det sker, har den overskudsenergi, som vil blive udsendt som elektromagnetisk stråling/lys.

Det ses også i forbindelse med nordlys. Molekyler i atmosfæren bliver ramt af ladede partikler, elektronerne springer ud i ydre baner og søger tilbage til grundtilstanden under udsendelse af nordlys.


2.1.4 Det periodiske System

De enkelte byggesten kalder vi grundstoffer. Der findes ca. 90 forskellige atomer naturligt på jorden.

Når to eller flere atomer sidder sammen, kalder vi det for et molekyle.

Atomer, molekyler og det periodiske system

Atomer, molekyler og det periodiske system

Her er et atom udtaget af det periodiske system, nemlig Oxygen eller ilt. Oxygen har atomnummer 8, hvilket betyder, at det har 8 protoner i kernen og 8 elektroner udenom.

Model af guld atomet

Model af guld atomet


Aktivitet: Interaktiv atombygger

Byg et atom med atombyggeren nedenfor. Prøv at sætte atomer sammen af protoner, neutroner og elektroner. Et atom har lige mange protoner og elektroner, hvis det er neutralt.

De mindre atomer har typisk samme antal protoner og neutroner i kernen. Prøv at bygge Helium, Litium, Ilt og Kulstof (carbon) med Atombyggeren

Atombyggeren



Aktivitet: Atombyggeren og Det periodiske System

Du skal bruge atombyggeren og et periodiske System. Kig på atomerne op til atomnummer 10. Formuler en regneregel, der forbinder atomnummeret og atomets masse i unit.



Aktivitet: Antal protoner og neutroner

Brug Det periodiske System og formuler en sammenhæng mellem antallet af protoner og neutroner, når atomet bliver større og større. Sammenhængen passer ikke nødvendigvis på en matematisk formel.



Læringsmål


Færdighedsmål

  • Eleven kan beskrive atomers opbygning

Vidensmål

  • Eleven har viden om enkle atommodeller
  • Eleven har viden om stoffers fysiske egenskaber
  • Eleven har viden om grundstoffernes periodesystem
  • Eleven har viden om atomkernen og elektronsystemet

2.2 Vands egenskaber

2.2.1 Polær og ikke polær

Når ladningen ikke er jævnt fordelt i et molekyle, bliver det polært. Hvis ladningen er jævnt fordelt er det upolært. Husk  på, at samlet set er atomer og molekyler neutrale, når alle elektroner er tilstede.

Når ladning forskydes i molekylet bliver det polært

Når ladning forskydes i molekylet bliver det polært


2.2.2 Vand er et polært molekyler

Når et molekyle er polært, kan det forklares med, at ladninger, der er positive og negative, tiltrækker hinanden.

Forklaring på polært vand

Forklaring på polært vand



Aktivitet: Vand og ladning

Hvis man gnider et stykke elektrikerrør med et stykke uld, gør man elektrikerrøret negativt. Det betyder, at der er lidt flere elektroner udenpå røret. Hvis man lader en tynd vandstråle løbe ud gennem et hul i en plastkop, vil vandstrålen blive tiltrukket af røret, da vandmolekylernes positive ende drejer sig imod røret.

Aktivitet: Vand tiltrækkes af negativ ladet stav

Aktivitet: Vand tiltrækkes af negativ ladet stav

Prøv selv at udføre forsøget, og prøv at forklare forsøget til dine kammerater.


Model af et vandmolekyle

2.2.3 Vand og overfladespænding

Vand har en meget stor overfladespænding, fordi det er et polært molekyle. De enkelte vandmolekyler tiltrækker hinanden så meget, at de skaber en hinde, man kan placere ting på. Man kan også stable vand flere millimeter over en mønts kant.

Teori: Vands overfladespænding

 Vands overfladespænding


Aktivitet: Overfladespænding

Prøv at stable vand på en mønt. Se hvor højt du kan stable vandet over mønten. Du skal bruge en lineal, en pipette eller vandsprøjte og en mønt.

Stable vand

Aktivitet: Stable vand


Insekt udnytter vands overfladespænding

Insekt udnytter vands overfladespænding


2.2.4 Kapillærrørseffekt

Vand er vigtig som transportør af mange stoffer. Uden flydende vand, kan mange næringssalte ikke blive flyttet.

Vand kan også flytte sig på grund af kapillærrørseffekt.

Aktivitet: Kapillærrørseffekt

Prøv at udføre forsøget med kapillærrøret eller køkkenrullen.

Aktivitet: Kapillærrør


2.2.5 Sæbe og vand

Sæbemolekyler i vand har en polær og ikke polær ende. De danner miceller som kan indeholde fedt. Fedt bliver på den måde opløst i vandet.

Sæbe i vand

Sæbe i vand

Aktivitet: Sæbe og overfladespænding

Man kan få metalclips til at flyde ovenpå vand, selvom de har en massefylde, der er meget større end vand. Få clips til at flyde, og prøv så at tilsætte noget sæbe (opvaskemiddel), og se hvad der sker.

VerdensVandClips

Aktivitet: Overfladespænding


2.2.6 Blanding: Polære – og ikke polære væsker

Det er ikke muligt at blande polære – og ikke polære væsker. Det vil du se i følgende aktivitet.


Aktivitet: Blanding af polære – og ikke                   polære væsker

Prøv at blande polære og ikke polære væsker. I skal bruge vand, sprit, rapsolie, lidt frugtfarve og en pipette. I kan eventuelt prøve at blande væskerne i en anden rækkefølge end i demonstrationsforsøget i videoen.

Udfør forsøget og prøv at forklare det overfor dine kammerater.

Aktivitet: Prøv at blande polære og ikke polære væsker

Aktivitet: Prøv at blande polære og ikke polære væsker


Aktivitet: Afbøjning af væsker

Vi kunne afbøje vand med et negativt ladet elektrikerrør. Prøv at forudsige, hvad der sker, hvis I erstatter vandet med sprit og herefter med rapsolie. Skriv jeres forudsigelser ned og afprøv dem bagefter.


Læringsmål


Færdighedsmål

  • Eleven kan undersøge enkle relationer mellem stoffer
  • Eleven kan undersøge grundstoffer og enkle kemiske forbindelser

Vidensmål

  • Eleven har viden om stoffers fysiske og kemiske egenskaber

2.3 Ladning og gnidningselektricitet

2.3.1 Elektromagnetiske kræfter

Når ladninger tiltrækker eller frastøder hinanden, er der tale om elektromagnetiske kræfter.

Positive og negative ladninger tiltrækker hinanden.

To positive ladninger eller to negative ladninger frastøder hinanden.

LadningTiltrækFrastød

Tiltrækning og frastødning

Når vi skubber til noget, er det frastødning mellem elektroner. Det kaldes elektromagnetiske kræfter.

Det yderste af alle atomer og molekyler er elektroner. Når du skubber til noget, kan du derfor gøre det, fordi der er frastødning mellem elektroner, der er negativt ladet.

2.3.2 Gnidningselektricitet

Vi har lige set, hvordan  ladninger, der var forskudt i et molekyle, kunne give det specielle egenskaber. Det var elektronerne, der var forskudt. Det er muligt at forskyde elektroner, så en genstand eller en person bliver positiv – eller negativ ladet.

Demonstrationsforsøg: Ladningsforskelle

Når man gnider materialer, der ikke er gode ledere, kan der opstå gnidningselektricitet. Det betyder, at der kan opstå en ophobning af ladninger et sted. Når det udlignes, løber ladninger, og der løber en strøm. Det sker, når I går med gummisko på et tørt tæppe, og det er principielt det samme, der sker mellem forskellige luftlag, når der er lyn og torden. Van der Graafen oplades ved hjælp af gnidning.

Gnidningselektricitet

Når vi gnider ting mod hinanden, bliver den ene ting negativ og den anden positiv. Det kan få dem til at tiltrække hinanden. Når ladningerne bliver jævnt fordelt igen, tiltrækker de ikke længere hinanden.


Aktivitet: Gnidningselektricitet

I skal udføre forsøg, der demonstrerer, hvordan man kan få genstande til at have en ladning. Udfør og forklar følgende forsøg.

Aktivitet: Oplad elektrikerrør og balancer vat-tot


Aktivitet: Oplad elektrikerrør og tiltræk dåse


balloon hair attract

Aktivitet: Gnid en ballon i håret, så det tiltrækkes


vibepaperballoon

Aktivitet: Oplad en ballon, så den tiltrækker papir

Aktivitet: Transporter ladning med sølvpapirskugle

Aktivitet: Elektromagnetiske kræfter

Udfør forsøget, hvor I får en dåse til at følge et elektrikerrør. Iagttag, hvordan I holder elektrikerrøret i forhold til dåsen. Er der nogen sammenhæng mellem afstande og hastighed? Formuler regler for, hvordan dåsen fysisk bliver påvirket, når afstanden til dåsen ændres.

Man kan også ballancere en sæbeboble med den ballon

Man kan også ballancere en lille sæbeboble med en ballon


Læringsmål


Færdighedsmål

  • Eleven kan formuler og undersøge en afgrænset problemstilling med naturfagligt indhold.
  • Eleven kan indsamle og vurdere data fra egne og andres undersøgelser.

Vidensmål

  • Eleven har viden om stoffers fysiske og kemiske egenskaber.
  • Eleven har viden om elektriske og magnetiske fænomener.

Nordlys fremkommer, når ladede partikler rammer atmosfæren

Nordlys fremkommer, når ladede partikler rammer atmosfæren

2.4 Massefylde

2.4.1 Masse

Man kan måle massen af en genstand med en vægt.

Vægt

Vægt


2.4.2 Rumfang eller volumen

Rumfanget eller volumen måles som oftest i enheden m³ , cm³ eller liter.

Rumfang af en klods kan bestemmes, hvis vi kender længde, bredde og højde af klodsen. Så kan rumfanget bestemmes ved

længde • højde • bredde = rumfang.

Rumfanget af en væske bestemmes ved at hælde væsken op i et måleglas, hvor man kan måle antal ml. Husk på at 1 ml = 1 cm³.

Det er sværere at bestemme rumfanget af et fast stof, som er uformeligt, så man ikke kan måle sig frem. For eksempel en sten.

Til det benytter man neddykningsmetoden. Ved at dykke genstanden ned i vand, kan finde rumfanget, ved at se hvor meget måleglassets vandstand stiger. Husk at 1 ml = 1 cm³.

Neddykningsmetoden

Neddykningsmetoden


2.4.3 Massefyde

Hvad er massefylde?

Massefylde definition

Massefylde definition

Massefylde fortæller noget om forholdet mellem et stofs masse og rumfanget.

Hvis man tager to lige store klodser, der er lavet af to forskellige materialer med forskellig massefylde, vil den klods, der er lavet af det stof med størst massefylde, veje mest.

Massefylde forklaring

Massefylde forklaring

Aktivitet: Massefylde bestemmelse af                   klodser

Prøv at tage en række forskellige metalklodser. Vurder så deres massefylde og sæt dem i række med stigende massefylde.

Prøv så at bestemme massefylden ved hjælp af en lineal, en vægt og formlen ovenfor, og se om I gættede rigtigt.



Aktivitet: Massefylde bestemmelse                         med neddykningsmetoden.

Neddykningsmetoden bruger man, når de ting man skal massefylde bestemme er skæve og uformelige. Vej de genstande I skal massefylde bestemme før I bestemmer rumfanget. Tip: Hvis stofferne er lettere end vand, vil de flyde, men så kan du bare trykke dem under vandet.


Aktivitet: Byg termometer.

Når en væske varmes op, fylder den mere. Det kan man bruge til at bygge et termometer.

Du skal bruge en lille flaske, et tyndt glasrør, rapsolie og vand, en prop og noget smeltelim.

Byg et termometer

Byg et termometer


Aktivitet: Massefyldebestemmelse af                     væsker. Vand og sprit.

Når man bestemmer væskers massefylde er principperne de samme. Tag et måleglas og en vægt. Vej væsken og divider massen med rumfanget.

Her kan du se udførelsen af forsøget bestemmelse af massefylden af vand, og til slut i videoen kan du se vores data.

Massefylde vand

Aktivitet: Massefylde vand

Her kan du se udførelsen af forsøget bestemmelse af massefylden af sprit, og til slut i videoen kan du se vores data.

Massefylde sprit

Aktivitet: Massefylde sprit

Nu er der mulighed for at samarbejde med matematik om databehandling i kapitlet “Lineære funktioner”.


Læringsmål


Færdighedsmål

    • Eleven kan anvende modeller til forklaring af naturfaglige fænomener og problemstillinger.
    • Eleven kan undersøge naturfaglige modellers anvendelighed.

Vidensmål

    • Eleven har viden om naturfaglige modeller.
    • Eleven har viden om stoffers fysiske og kemiske egenskaber.

2.5 Materialers egenskaber

Materialers egneskaber

Materialers egneskaber

Materialer kan have mange forskellige egenskaber. Vi skal prøve at forstå begreber som, hårdhed, elastiske – og plastiske egenskaber. Det kan også være relevant at vide, om et materiale kan lede strøm eller være en isolator. Hvis der opstår varme, kan det være interessant, om stoffet er varmeledende eller varmeisolerende.

2.5.1 Hårdhed

Materialers hårhed

Materialers hårhed

Det hårdeste materiale vi kender er diamant. Diamant er så hårdt, at det kan skære i glas. Man kan teste stoffers hårdhed ved at se, om de kan ridse hinanden.

Materialer har forskellige egenskaber, som er vigtige at forstå, når man skal designe nye ting.

Aktivitet: Hårdhed

Tag et stykke plastik, et stykke metal og et stykke glas. Sammenlign deres hårdhed. Se videoen om hårdhed inden I går i gang.
Arranger dem i hårdhed.


2.5.2 Elastiske egenskaber

Elastiske materialer

Elastiske materialer

Et stof er elastisk, hvis det af sig selv finder tilbage til sin oprindelige form, når det bøjes.

Aktivitet: Elastik belastes og                                     forlænges (Hookes lov)

Du skal bruge en elastik, en lineal og lodder med kendt vægt. Mål først længden af elastikken. Mål herefter hvor meget længere elastikken bliver, når der hænges forskellige lodder i elastikken. Bemærk, at det er forlængelsen I skal måle.
Prøv at tegne en graf over resultaterne, hvor forlængelse af elastikken afsættes ud af x-aksen og vægten af lodderne afsættes ud af y-aksen.
Hvordan ser data ud?

 


2.5.3 Plastiske egenskaber

Plastiske materialer

Plastiske materialer


Aktivitet: Matrialeegenskaber

Saml mange forskellige materialer sammen; Sten, keramik, beton, glas, plast, elastik, jern, træ. Det skal være ting, som godt må gå i stykker. Beskriv de forskellige materialers egenskaber.

2.5.4 Metaller og ikke metaller

Nogen grundstoffer kaldes ikke metaller og andre kaldes metaller, og der findes også halvmetaller.

Et metal er typisk gode til at lede strøm, de har metalglans, og de har ofte både højt smelte- og kogepunkt.

Ikke metaller er ikke gode til at lede strøm, og de har ofte lavt smelte- og kogepunkt.

Salte er ofte en kombination af et metal og et ikke metal. For eksempel NaCl, køkkensalt.

2.5.5 Ædle stoffer

Nogen stoffer kaldes ædle. I den 8. hovedgruppe i Det periodiske System, findes ædelgasserne. Disse stoffer har alle 8 elektroner i yderste skal og er meget svære at få til at reagere kemisk. Der er også nogen metaller, der kaldes ædle, for eksempel guld. Det er fordi, guld ikke reagerer med andre stoffer. Ligger guld i jorden i tusinder af år, er det typisk stadigt blankt.

I gammeldags glødepærer fandtes Argon. Argon er en ædelgas, og derved beskyttede man den glødende tråd. Man bruger også Argon som gas i termoruder for at give ruderne en bedre isoleringsevne.


Læringsmål


Færdighedsmål

  • Eleven kan undersøge grundstoffer.
  • Eleven kan anvende stoffer hensigtsmæssigt i hverdagen.
  • Eleven kan vurdere naturfaglige modellers anvendelighed og begrænsninger.
  • Eleven kan anvende modeller til forklaring af naturfaglige fænomener og problemstillinger.

Vidensmål

  • Eleven har viden om stoffers fysiske egenskaber.
  • Eleven har viden om egenskaber vide materialer.

2.6 Tre faser: Fast, flydende og gas

2.6.1 Vands tre faser

Vand findes på faserne fast (is), flydende (vand) og gasform (damp).

Fast betyder faste molekylpositioner. Flydende betyder at molekylerne kan skifte position frit. Gasform betyder, at molekylerne bevæger sig rundt alene, og udfylder ethvert tomrum.

Demonstration af de 3 faser

VerdensVandsFaserKugler

Det vi ser som skyer, og som kalder vanddamp, er i virkeligheden små dråber eller iskrystaller. Når vand er på gasform, kan vi ikke se det.

Vand skifter fase ved 0° celcius og ved 100° celsius.

Når vand skifter fase, dvs. når vand fordamper eller fryser til is, er temperaturen hele tiden konstant.

Det kræver energi at smelte is og fordampe vand. Det må betyde, at det kræver energi, for at vandet kan ændre struktur.

Aktivitet: Smeltning af is.

Prøv at fryse en plastflaske fyldt med vand. Bor et hul til et termometer når flasken er bundfrossen. Iagttag temperaturen  engang imellem mens isen smelter.

Isen har en temperatur på O grader celsius mens den smelter.

Isen har en temperatur på 0° celsius, mens den smelter.


Det kræver energi at fordampe vand, så det kommer på gasform.

Det kræver energi at fordampe vand, så det kommer på gasform.

Fordampning og fortætning

Fordampning og fortætning

2.6.2 Skydannelse

Når vand fortættes, det vil sige at det går fra at være gasform til at være flydende, så dannes der skyer.

Skydannelse

Skydannelse


Aktivitet: Skydannelse.

Prøv at eksperimentere med skydannelse i en flaske. Du kan opnå den samme effekt som i videoen bare ved at trykke hårdt – og så give slip på flasken. Effekten kan forstærkes med lidt røg fra en tændstik og lidt sprit i flasken.


2.6.3 Salte og vand

Salte kan opløses i vand. Hvis vandet fordamper, bliver salten tilbage. Ved destillation kan man få helt rent vand. Destillation er, når man først fordamper vandet og derefter fortætter vandet.


Aktivitet: Salt og vand.

Tage et glasbæger og vej det med 10 gram salt i. Prøv så at hælde vand i, indtil alt salt er opløst. Kog derefter alt vandet væk og vej glasset igen.


Grundstoffers 3 faser

De fleste materialer kan være i alle faserne, hvis de findes under de rigtige forhold.

Jern (Fe) smelter ved 1537° C og fordamper ved 2887° C. Når jern er flydende, kan man opløse andre stoffer i det. Derved kan man lave legeringer, som har meget forskellige egenskaber.

Flydende jern

Flydende jern

Kviksølv (Hg) er et af de få metaller, der er flydende ved stuetemperatur. Men det er fast, når det er under -39° C, og det fordamper ved 357° C.

Kviksølv

Kviksølv ved stuetemperatur

Vores atmosfære består af ca 80%  nitrogen. Nitrogen er fast, når temperaturen er under -210° celcius, og det koger ved -196° celcius.


Superkritisk tilstand, Kuldioxid.

Kuldioxid findes ikke på væskeform ved 1 atmosfæres tryk. Men hvis det er under tryk, er det flydende. Hvis temperaturen stiger, bliver det superkritisk.

Superkritisk kuldioxid

Superkritisk kuldioxid



Læringsmål


Færdighedsmål

  • Eleven kan undersøge grundstoffer og enkle kemiske forbindelser.

Vidensmål

  • Eleven har viden om stoffers fysiske og kemiske egenskaber.

2.7 Mere om Bohrs atommodel

2.7.1 Fotoner

Når lys udbreder sig er det lysbølger, men når lys rammer stof, så er det lyspartikler.
Lyspartikler er små energipakker og kaldes fotoner.

2.7.2 Bohrs atommodel

Niels Bohr foreslog i 1913 en ny atommodel. Vi bruger den stadig i dag. Modellen er baseret på studier af atomet Hydrogen.

Atommodellen består af 2 påstande:

        1. Elektronen kan befinde sig i bestemte baner omkring atomkernen. Hver bane repræsenterer et energiniveau. Jo højere bane jo mere energi har elektronen.
        1. Når elektronen falder tilbage til et lavere energiniveau udsender hydrogenatomet lys. Lyset kan sammenlignes med energipakker(fotoner), der har en energi, der svarer til forskellen mellem 2 energiniveauer.

Grundtilstanden:

Normalt er atomer i grundtilstanden. Det betyder, at elektronerne er i det lavest mulige energiniveau (n = 1). Hvis en elektron kommer op i en bane højere end grundtilstanden, vil den hurtigt falde tilbage til grundtilstanden under udsendelse af lys (fotoner).

Absorption:

En foton kan med sin energi slå til en elektron i et atom. Når en foton rammer, kan elektronen springe op i en bane med et højere energiniveau. Det kaldes absorption (absorption = optagelse af energi).

Emission:

Når en elektron er blevet tilført energi, så den er i en bane højere end grundtilstanden, vil den straks springe tilbage under udsendelse af en lys (foton).

Fotonens energi vil svare til ét eller flere spring mellem de baner, der er mulige.

2.7.3 Kvantemekanik

Bohrs atommodel var blandt andet inspireret af Johannes Rydbergs opdagelse af de bølgelængder, der blev udsendt fra opvarmet brintgas.

Bohrs atommodel bidrog til udviklingen af kvantemekanikken. Kvantemekanikken blev senere udviklet af blandt andet Werner Karl Heisenberg, som af mange anses som kvantemekanikkens fader.


Læringsmål


Færdighedsmål

    • Eleven kan beskrive atomers opbygning

Vidensmål

    • Eleven har viden om enkle atommodeller
    • Eleven har viden om stoffers fysiske egenskaber
    • Eleven har viden om atomkernen og elektronsystemet