Efnisheimurinn 3. Kafli

1. Efnisheimurinn3. Kafli Lotukerfið

2. Rússinn Dmitri Medeleev setti fyrstur manna fram lotukerfi árið 1869. (Ath. frumefni með sætistöluna 101). Hann raðaði efnunum eftir vaxandi frumeindamassa (massaminnsta efnið, vetni nr. 1) og setti efni með líka efnaeiginleika í sama flokk. • Hálfri öld síðar kom í ljós hvers vegna þetta var: Efni í sama flokki höfðu sama fjölda rafeinda á ysta hveli, þ.e. fjölda gildisrafeinda. • Flokkar og lotur. Lárétt röð í lotukerfinu kallast lota en þær lóðréttu flokkar. • Í I. flokki hafa öll frumefnin (H, Li, Na, K o.s.frv.) eina gildisrafeind.

3. Lotunúmerin segja okkur til um fjölda rafeindahvela eða rafeindaskýja og um leið sjáum við hver er mesti fjöldi rafeinda á ysta hveli. Í lotu 1 geta verið mest 2, í lotum 2 og 3 geta verið mest 8 rafeindir og í 4. lotu geta verið mest 18. Munið að byrjað er að fylla innsta rafeindahvelið, svo annað o.s.frv. Heiti flokka. Frumefni í I. flokki að vetni undanskildu, kallast alkalímálmar, frumefnin í II. flokki kallast jarðalkalímálmar, frumefnin í VII. flokki kallast halógenar og frumefni í VIII. flokki kallast eðalgastegundir. Eðalgastegundirnar hafa nokkra sérstöðu, þau hafa öll ysta hvelið fullskipað og eru einu frumefnin sem mynda alls ekki efnasambönd. Frumeindirnar eru stakar, t.d. Ar en Ar2 myndast ekki.

4. Flokkar III, IV, V og VI bera heiti þess frumefnis sem er efst í flokknum. B, C, N og O. • Verkefni bls. 41. • 1. Nefndu heiti og tákn tveggja frumefna sem eru í sama flokki og kolefni (C). • Svar: T.d. kísill (Si) og german (Ge). • 2. Nefndu heiti og tákn tveggja frumefna sem eru í sama flokki og natrín (Na). • Svar: T.d. liþín (Li) og kalín (K). • 3. Er ástæða til að ætla að skyldleikar séu með frumefnunum kalsín og bróm? Færðu rök fyrir svari. • Svar: Nei, þau eru ekki í sama flokki en í sömu lotu.

5. 4. Sætistala liþíns er 3. Hvað merkir það? Svar: Liþín hefur 3 róteindir í kjarna og er þriðja massaminnsta frumefnið. 5. Hvað heita flokkar IV, V og VI? Svar: Kolefnis-, nitur- og súrefnisflokkurinn. 6. Nefndu dæmi um eitt frumefni úr hverjum af eftirfarandi flokkum og skráðu bæði tákn og heiti. a) alkalímálmur, b) jarðalkalímálmur, c) halógen, d) eðalgastegund og e) hliðarmálmur. Svar: T.d. a) liþín (Li), b) magnín (Mg), c) klór (Cl), d) helín (He) og e) járn (Fe).

6. Málmar og málmleysingjar. Ath. mynd 3.2 bls. 41 • Málmar eru í flestum tilvikum föst efni við stofuhita en allmargir málmleysingjar eru gastegundir við sömu aðstæður. • Málmar hafa gljáandi áferð og eru oftast gráleitir en málmleysingjar gljá yfirleitt ekki og eru í ýmsum litum. • Málmar eru yfirleitt mjög sveigjanleg efni sem auðvelt er að móta en flestir málmleysingjar eru yfirleitt stökkir og molna undan þrýstingi. • Málmar leiða yfirleitt vel rafmagn en það gera málmleysingjar ekki. Undantekning er kolefni (C) sem er ágætur rafleiðari.

7. Verkefni bls. 42 • Í lotukerfinu aftast í þessari bók eru myndir af mörgum frumefnum og þar kemur líka fram hvaða frumefni eru föst efni, hver þeirra eru vökvar og hver gastegundir. • 7. Þarna er einn málmur og einn málmleysingi sem eru greinilega vökvar við stofuhita. Hvaða frumefni eru þetta? Ritaðu bæði heiti og tákn þeirra. • Svar: Málmur: kvikasilfur (Hg). Málmleysingi : bróm (Br). • 8. Nokkur frumefni eru bersýnilega gastegundir. Hvaða frumefni eru það? Ritaðu heiti þeirra og tákn.

8. Svar: Vetni (H), helín (He), nitur (N), súrefni (O), flúor (F), neon (Ne), klór (Cl), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) og radon (Rn). • 9. Málmarnir í flokki I eru geymdir í olíu eða loftþéttum umbúðum. Af hverju? • Svar: Málmarnir eru mjög hvarfgjarnir. • 10. Á þjóðhátíðardegi okkar Íslendinga, 17. júní, eru blöðrur mjög áberandi. Þær eru gjarnan fylltar með helíni sem er bæði létt og óeldfim gastegund og því hentug í blöðrur. Hvaða flokki tilheyrir helín? Nefndu bæði númer og heiti flokksins. • Svar: VIII. flokkur sem kallast eðalgastegundir.

9. Hvarfgirni frumefna. Frumefni sem ganga auðveldlega í samband við önnur frumefni kallast hvarfgjörn. Þetta eru einkum frumefnin í lægstu flokkunum og hæstu að eðalgastegundunum undanskildum eins og áður hefur verið fjallað um. • Verkefni bls. 44 • 14. Frumefnið sesín (Cs) er númer 55 í lotukerfinu. Finnst þér líklegt að þetta efni sé hvarfgjarnt? Rökstyddu svar þitt. • Svar: Já, sesín er alkalímálmur sem eru mjög hvarfgjarnir. • 15. Glóðarþráður í ljósaperum er oft úr málmi sem kallast volfram. Hvert er tákn og sætistala volframs og hvers konar málmur er þetta?

10. Svar: Volfram (W) er hliðarmálmur. • 16. Strontín er málmur sem m.a. er notaður í flugelda þar sem hann gefur frá sér rautt ljós þegar hann hitnar mikið. Hver er sætistala strontíns og hvaða flokki frumefna tilheyrir það? Nefndu heiti og númer. Er ástæða til að ætla að strontín sé hvarfgjarn málmur? • Svar: Sætistala strontíns (Sr) er 38 og er í II. flokki. Strontín er hvarfgjarn málmur því frumefni í lægstu flokkunum eru hvarfgjörn. (Hafa fáar gildisrafeindir og geta auðveldlega losað sig við þær).

11. 17. Joð (I) er frumefni og er meðal annars nauðsynlegt fyrir starfsemi skjaldkirtilsins en það er kirtill í mannslíkamanum sem framleiðir svokallað vaxtarhormón, efni sem örvar líkamsvöxt. Hvaða flokki frumefna tilheyrir joð? Tilgreindu númer flokksins og heiti. • Svar: Joð (I) hefur sætistöluna 53 og er í VII. flokki sem kallast halógenar. • Náttúrleg frumefni og gervifrumefni. Náttúrleg frumefni eru 90 og koma fyrir í náttúrunni. (Frumefni nr. 1-42, 44-60 og 62- 92). • Önnur frumefni eru gervifrumefni, þ.e. þau eruframleidd á tilraunastofum, eru yfirleitt geislavirk og hafa ákveðinn helmingunartíma.

12. Verkefni bls. 45 • 18. Hver eru heiti gervifrumefnanna með sætistölu 43 og 61? • Svar: Teknetín (Tc) og prómeþýn (Pm). • 19. Hver eftirfarandi frumefna eru gervifrumefni? 92U 50Sn 86Rn 94Pu 43Tc • Svar: Teknetín (Tc) og plúton (Pu). • Málmblöndur. Ýmsum frumefnum er blandað saman til að ná fram ákveðnum eiginleikum sem ákveðnir nytjahlutir þurfa að hafa, svo sem næginlega hörku og slitþol. Brons er blanda úr kopar og tini, og stál er blanda úr járni, kolefni, mangani, nikkeli og krómi.

13. Kolefni (C). Lífverur eru samsettar úr flóknum efnasamböndum sem eru undantekningarlaust kolefnissameindir. Þessi efnasambönd kallast lífræn efni. • Verkefni bls. 47 – 50. • 20. Metanól eða tréspíri er oft notað sem eldsneyti á kappakstursbíla. Þetta er efni sem gert er úr sameindum með formúluna CH3OH. Er metanól lífrænt efni? Færðu rök fyrir svari þínu. Teiknaðu mynd af sameindinni. • Svar: Já, metanól er lífrænt efni því það inniheldur kolefnisfrumeindir.

14. 22. Skrifaðu eftirfarandi upp í vinnubók þannig að setningarnar verði réttar og settu viðeigandi orð úr hægri dálkinum í viðeigandi línu. • Svar: P er í V. flokki., Ba er jarðalkalímálmur, Br er halógen, Pb er í 6. lotu og Ni hliðarmálmur. • 23. Svör: a) 3 og 6 b) 2 og 3 c) 2, 5, 7 og 8 d) 4 e) 1 og 3 f) 8 g) 1 h) 6 • 24. Svar: gljáandi yfirborð, þegar skorið er í það og leiðir vel rafmagn. • 25. Svör: a) frumefni nr. 1 b) frumefni nr. 2 og 3, þau eru rafleiðarar c) Frumefni nr. 4. Það leiðir ekki rafmagn og er ekki vökvi við stofuhita. Þetta passar við brennistein.

15. Upprifjunarverkefni úr 3. kafla • 1. Hvað heita flokkar númer 1, 2, 7 og 8 í lotukerfinu? • Svar: Flokkur 1 kallast alkalímálmar, flokkur 2 jarðalkalímálmar, flokkur 7 halógenar og flokkur 8 eðalgastegundir. • 2. Frumefnum er gjarnan skipt í tvo meginhópa. Hvað heita þeir? • Svar: Málmar og málmleysingjar. • 3. Hvaða málmar eru hvarfgjarnastir? Nefndu tvo flokka. • Svar: Alkalímálmar og jarðalkalímálmar.

16. 4. Hvað eru frumefnin mörg? • Svar: 110 (sbr. lotukerfið aftast í bókinni). • 5. Hve mörg frumefni eru gervifrumefni? • Svar: 110 – 90 = 20 • 6. Hvað er halógen? • Svar: Frumefnin í flokki 7, allt málmleysingjar. • 7. Hvað er stál? • Svar: Málmblanda, aðallega járn en líka kolefni og ýmsir hliðarmálmar. • 8. Hvað er mýrarauði? • Svar: Efnasamband járns og súrefnis (járnoxíð).

17. 9. Hvað er lífrænt efni? • Svar: Efnasamband kolefnis. T.d. metan • 10. Hvað er lífrænt gerviefni? • Svar: Efnasamband kolefnis sem menn hafa framleitt og finnst ekki í náttúrunni. T.d. Polyester.