Fråga en forskare - Kemi

Har du en fråga om kemi? Fråga en expert!
Här nedan ser du tidigare frågor och svar.
(Vi kan inte hjälpa till med svar på skoluppgifter. Ett urval av frågorna besvaras och publiceras på dessa sidor.)

Mejla din fråga till fragaenforskare@liu.se

Kemi i vår vardagVisa/dölj innehåll

Frågor & svar

(NY) Är det skillnad på sockermolekylers rotation i frukt och raffinerat socker?

Jag har läst att sockermolekylerna i frukt och grönt är vänsterroterande och raffinerat socker och industriellt bearbetade produkter är högerroterande. Ligger det någon sanning i detta? / Kajsalena

Hej, Kajsalena! Ja, det gör det. Vanligt socker, sackaros är en disackarid som består av monosackariderna fruktos och glukos (se figuren, källa Wikipedia). molekylformel för sukros Sackaros, eller sukros, består av fruktos och glukos. Foto Physchim62 [CC BY 3.0]

Vid vissa raffineringprocesser bildas s.k. invertsocker genom hydrolys av syrebryggan mellan de två ringarna och man får två monosackarider. Denna blandning har motsatt optisk rotationsriktning mot vanligt socker, vilket ger upphov till namnet.

Invertsocker har bättre sötande förmåga än vanligt sackaros och används mycket inom livsmedelsindustrin, t.ex. i sirap. Bihonung innehåller mycket invertsocker. Vridningen av planpolariserat ljus beror i båda fallen på kolatomer med fyra enkelbindningar till olika grannar, d.v.s. de har två spegelbilder som inte kan läggas över varandra.

Detta gör att de växelverkar olika med planpolariserat ljus, så att detta roterar olika vid passage genom lösningar av respektive ämne.

Vänligen
Nils-Ola Persson

Varför fastnar inte luktmolekyler i luftfilter utan aktivt kol?

Jag undrar varför luftfilter (utan aktivt kol eller andra absorbenter och katalysatorer) inte kan filtrera lukt. Luktmolekylerna borde väl vara tillräckligt små att de har Brownsk rörelse vilket skulle leda till att de kolliderar med fibrerna i luftfiltret? / Tomas

Luften som strömmar genom filtret består ju förutom ”luktmolekylerna” till allra största delen av syrgas och kvävgas (ca 21 resp 78 %), 0,9 % argon, 0,04 % koldioxid + olika luftföroreningar, beroende på omgivningen. När sådan luft sugs eller blåses genom ett filter är det meningen att föroreningarna (och /eller ”luktmolekylerna”) skall fastna medan det andra skall gå igenom. Därför tillsätter man aktivt kol eller andra adsorbenter för att föroreningarna skall fastna medan andra molekyler (syrgas m m) skall passera och inte ta plats på adsorbenten.

Själva filtret, kanske ett nät av metall eller syntetfiber, binder lika svagt till föroreningarna som till de andra luftmolekylerna. Om någon förorening ändå lyckas fastna på filtermaterialet, kommer någon luftmolekyl att knuffa bort den. Molekylrörelsen hos luftens molekyler kommer alltså att motverka den önskade adsorptionen av föroreningar på adsorbenten. Adsorbenten måste alltså väljas så att den binder bättre till det som skall adsorberas, adsorbatet, och håller kvar den trots att övriga luftmolekyler stöter emot det.

Bindningarna adsorbent – adsorbat kan vara fysiska (fysisorption) eller kemiska (kemisorption). De senare är starkare, bindningsenergierna är ca. 10 gånger högre. Adsorbenten kan sedan rengöras, regenereras genom att värma till hög temperatur och under vacuum. Vid kemisorption kan man behöva ta till temperaturer på flera hundra grader Celsius.

Vänligen / Nils-Ola Persson

Förstärka bikarbonat med ättika vid städning – hur funkar det?

I väldigt många städtips står det att man kan använda bikarbonat, och om det inte räcker till kan man lägga till lite ättika så blir det ännu bättre. Men borde inte bikarbonatet och ättika neutralisera varandra i viss mån så att effekten blir sämre, inte bättre? Eller är det gasbildningen i reaktionen mellan bikarbonat och ättikan som mekaniskt lossar smutsen? / Annika

En cirka 4 %-ig lösning av ättika bör hålla ett pH på strax under 3 (surt) och en ung. dubbelt så stark dito av natriumbikarbonat (natriumvätekarbonat) strax över 8 (svagt basiskt). De recept du bifogat visar ju att man mestadels utgår från fast bikarbonat och sprejar eller häller ättika på ytan. Då sker reaktionen HCO₃^- + H⁺→ H₂O + CO₂(g), dvs vätekarbonatjon + vätejon (eg. H₃O⁺) bildar vatten + koldioxid i gasform.

Det är gasbildningen som ger fräsningen i de olika beskrivningarna. Dessutom blir lösningarna surare vilket är bra om t ex kalkbeläggning ska bort. Hur surt det blir beror på förhållandet mellan bikarbonat och ättika. Det är svårt att säga hur mycket själva fräsningen när gas bildas bidrar till rengöringen, men som mekanisk påverkan kan den visst verka.

Vänligen
Nils-Ola Persson

Varför bildades konstig gas när jag blandade salmiak i smält socker?

Jag hade smält socker över efter att ha limmat ihop ett pepparkakshus och tänkte att det kanske kunde bli saltlakritskarameller. Hällde i lite salmiak. Då började det bubbla massor, och det kom en lukt som jag tycker mig känna igen, men inte kan placera. Smält plast? Sockret var redan mörkt, men jag tror det svartnade mycket snabbt vid reaktionen. Ingen salmiaksmak alls kvar, istället mycket bitter smak. Vet inte om det bara var sockrets "sotsmak" eller något annat också. Vad hände? Vad blev kvar i sockret, och vilken gas var det som bildades? Katalyserade salmiaken sockrets sönderfall? / Kjell

Vanligt socker (sackaros, eller rörsocker) smälter vid 170–180 ºC. Salmiak är det samma som ammoniumklorid, NH₄Cl som också är fast vid rumstemperatur (vitt pulver). Vid höga temperaturer förgasas ammoniumkloriden och faller sönder (dissocierar) enligt jämvikten (reaktionen kan gå både åt höger och vänster):

NH₄Cl(g) ↔ NH₃(g) + HCl(g)

De gaser som bildas är ammoniak och väteklorid (d v s klorväte, som ingår löst i saltsyra). Båda är giftiga och lungskadliga gaser med mycket distinkta lukter. Att du inte kände igen lukterna berodde antagligen på att de förekom samtidigt. Jag tror inte sockret reagerade med någon av gaserna, möjligen kan någon av hydroxigrupperna klorerats under bildning av vatten:

R-OH + HCl → R-Cl + H₂O

Sockret kan också ha sönderfallit av värmen under inverkan av de aggressiva gaserna.

Om man blandar klorvätegas med ammoniak bildas ett fint damm av salmiak i luften genom att dissociationen går baklänges. Detta används bland annat vid rökbildning inom pyroteknik. Om du såg lite rök vid reaktionen kan det ha varit återbildad salmiak.

Vänligen
Nils-Ola Persson

Finns det bly i mina "glas" av koppar?

Jag har nyligen köpt ”glas” gjorda i koppar. Dessa är behandlade med tenn på insidan och jag misstänker att det är en legering av tenn och bly. Finns det något bra sätt att kontrollera det hemma eller måste man ha tillgång till specialiserade kemikalier? Jag hällde i ättika och lät det stå över natten och ättikan blev då vit och grumlig. / Max

Hej, Max! Jag antar att ”glasen” är bägare av koppar utan glas i materialet. Beläggning av tenn på insidan av kärl, liksom lödning, gjordes förr med en blandning av tenn och bly för att sänka smältpunkten och ev. också för att ge smältan rätt viskositet. Vid lödning kan man förr ha använt över 50% bly, dock ska man undvika bly till föremål som skall innehålla livsmedel (t. ex. på insidan av konservburkar).

Jag vet inte hur gamla dina bägare är, men jag tror inte förtenningen innehåller bly i större mängd. Dock skulle jag inte använda dem till livsmedel eller drycker, i varje fall inte sura vätskor. Den vita fällning du fick kan ha varit bly(II)acetat eller något hydroxikomplex. Tenn(II)acetat är troligen mer lättlösligt. Någon enkel metod att säkerställa att det inte är bly kan jag inte ge – det bör göras av ett analyslaboratorium. Vänligen / Nils-Ola Persson

Varför löser vatten mer socker än salt?

Mina elever ska lösa salt och socker i vatten och se vad som löser sig i störst mängd. En elev nöjde sig inte med att konstatera att det löser sig mer socker än salt, utan undrade varför! Jag var tvungen att erkänna att jag inte var säker. Kan ni hjälpa till med detta? / Maria

Jag förstår att ni räknar med hur många gram (g) av respektive ämne som löser sig i t.ex. 1 dL vatten. Då skall det bli ca 66 g socker (sukros) och 36 g salt (natriumklorid). Vid upplösningen växelverkar ämnena på olika sätt med vattnet. Socker har flera hydroxidgrupper i molekylen (se illustration nedan).

Dessa grupper växelverkar med vattenmolekyler (H₂O) genom vätebindningar mellan syreatomer i den ena molekylen och väten i den andra. Sockermolekylerna är alltså intakta i lösningen.

Salt är däremot ett oorganiskt salt som vid upplösning i vatten delas upp i en positiv natriumjon och en negativ kloridjon (Na+ resp. Cl-). Dessa joner växelverkar sedan var för sig med vatten på så sätt att positiva natriumjoner dras till syreatomer på vattenmolekyler och bildar ett skikt kring dem. Syreatomerna är svagt negativt polariserade och väteatomerna är motsvarande positivt polariserade. Detta gör att de negativa kloridjonerna dras till väteatomerna.

Skillnaden är alltså att sockermolekylerna är hela enheter i vattenlösning medan salt delas upp i joner med motsatta laddningar. Sockermolekyler hålls ihop med starka kovalenta bindningar (delade elektroner) medan salter hålls ihop av elektrostatisk attraktion mellan de båda jonslagen där vattenmolekyler kan tränga sig in eftersom vattnet är polärt.

Räknar man om till molära koncentrationer gäller att en mättad sockerlösning är ca. 2 molär medan en saltlösning är 5 – 6 molär, så det är fler saltenheter än socker per volym vatten i saltlösningen. / Vänligen, Nils-Ola Persson

Sukrosmolekylen är intakt i vatten. Foto Physchim62 [CC BY 3.0]

Reagerade hallongelén med metallplåten?

När jag gjorde en hallongelé som jag brukar göra så gjöt jag den i en ram av silikon på ett bakplåtspapper som stod på en form av bleckplåt. Hallongelén innehöll hallon, socker och gelatin. Efter ca. 3 dagar hade pappret blött igenom så att kontakt hade skett mellan hallongelén och plåten. Från botten och upp till mitten så var hela den gjutna gelén nu mörk lila medan resten var röd, som hela gelén brukar vara. Detta var första gången som hallongelén kom i kontakt med bleckplåt och jag undrar vilken typ av kemisk reaktion som kan ha skett när det syrliga hallonet mötte bleckplåten? /Axel

Preparation av gelé är inte något som jag vet mycket om. Om det faktiskt beror på metallen i bleckplåten är den första frågan vilken metall det gäller. Den vanligaste bleckplåten är järnplåt med ett tunt lager tenn över. Tennet är just för att hindra upplösning av metall till joner och användes mycket förr när kopparkärl var vanliga. Numera används även zink för sådan ytbeläggning. Den ytan är dock känslig för sura eller basiska lösningar, varför man inte kan använda dem på kärl för födoämnen. Dock talar man också om kopparbleck. Upplöst koppar som koppar(II)-jon har en djupt blå färg, och kan dessutom bilda komplex med ammoniak eller vissa aminer som är lila eller blå. Det bör synas om det var ett kopparbleck du använde.

Om inte någon annan avvikelse i preparationen kan ha funnits (t.ex. annan silikon) tycker jag inte man ska äta av gelén. Har du tillgång till något analyslab kan det vara värt att låta göra en analys av det mörkare partiet av någon sats. Kanske emaljerade plåtar är att föredra? Gör gärna en ny sats med allt som förut utom underlaget.

En reaktion som kan vara aktuell är Maillardreaktionen, som sker mellan aminer (t.ex. proteiner), men jag tror inte den påverkas av metaller. Den kräver dock värme och ger brun färg och smakämnen åt olika rätter, t.ex. stekt kött. Brunfärgning verkar ju inte vara fallet i din gelé. / Vänligen, Nils-Ola Persson

Reagerade hallonen med metall i plåten? undrar frågeställaren Foto Public domain, Mishonov, via Wikimedia Commons

Är inredningsdetaljen en knarkmolekyl?

Jag är en gammal gubbe som läst organisk kemi någon kurs för nära hundra år sedan. Men när jag ser kemiska formler försöker jag ändå tolka vad jag ser. Ibland lyckas jag och ibland inte. Jag fastnade i en molekylmodell (bild bifogas, längst ner i svaret). Bilden är otydlig men jag tror mig se cyclopentan med en metyl (-CH₃) och en -O-Cl grupp förenad i samma kolatom. Bilden är från en mobiltelefonbolagsreklam med en ung kvinna och den här molekylen som dekoration i lägenheten. Molekylmodeller är tydligen mode nu. Jag gissar att ungdomar vill nog ha en lite vågad molekyl att visa som kan väcka kompisarnas nyfikenhet (skulle jag haft som ung student). T.ex knark eller en lite häftigare medicinsk användning... Kan det vara så? Vad heter ämnet? / Seppo

Molekylen bör heta 1-metyl cyklopentyl hypoklorit. Sådana molekyler framställs genom att låta motsvarande alkohol reagera med hypoklorit, troligen i vattenlösning. Lågmolekylära motsvarigheter, t ex från metanol är explosiva och giftiga. Jag kan inte hitta något användningsområde för din speciella substans, men det kan bero på att den figurerar under något trivialnamn som jag inte hittat vid mina sökningar. Jag har dock bläddrat igenom tre av Ulf Ellerviks böcker utan att se strukturen bland alla de strukturformler som böckerna är tryfferade med. (De rekommenderas till alla kemiintresserade.) Han skriver annars mycket om lite ”häftiga” användningsområden. Möjligen har den som gjorde bilden fastnat för det explosiva eller ingår substansen i något syntesschema med någon spännande som slutprodukt. / Vänligen, Nils-Ola Persson och Peter Konradsson, professor i organisk kemi

kemisk molekyl Har molekylen en lite vågad användning?, undrar frågeställaren.

Varför fungerar inte en masugn för att framställa aluminium?

Jag har läst att vid aluminiumframställning fungerar det inte att använda en masugn eftersom att kolet (koks) inte kan "stjäla" syret från aluminiumoxiderna. Varför fungerar det när det är järnoxider, men inte vid aluminiumoxider? Vill en mer oädel metall (aluminium) hellre vara i en förening än självständig (vilket man vill vid metallframställning) / Hampus

Ja, en mindre ädel metall har lättare att oxideras, dvs. bilda föreningar med syre, än en ädlare. Det du läst innebär att det är svårare att dra bort syret från aluminium är från järn. Järnet reagerar med kol i masugnen enligt formeln: 2 Fe₂O₃ + 3 C → 4 Fe + CO₂
(Formeln är något förenklad, järnmalmen kan bestå av andra oxider, och en del kolmonoxid bildas också.)

På grund av större reaktionsmotstånd kan inte motsvarande reaktion ske med aluminiumoxid, Al₂O₃, som råvara, vid rimlig temperatur, utan rent aluminium framställs genom elektrolys i en saltmälta med kryolit Na₃AlF₆ och AlF₃ som ”lösningsmedel”. I smältan bildas trevärda positiva aluminiumjoner och tvåvärda negativa oxidjoner, O₂-. Jonerna dras till elektroder med motsatt tecken, så att metalliskt aluminium faller ut på den negativa elektroden. Syrejonerna reagerar med den positiva elektroden, som utgörs av grafit, så att kolmonoxid eller koldioxid bildas här också. Om enbart koldioxid bildas även här, blir alltså formeln samma som för järn om Fe byts mot Al.

Man undrar då hur aluminium kan vara mer motståndskraftigt mot korrosion än järn? Detta beror på att på aluminiumytan bildas ett osynligt tunt tätt lager av aluminiumoxid som hindrar vidare oxidbildning. Järnoxid (rost) har dessvärre inte denna egenskap. / Vänligen, Nils-Ola Persson

Varför blir musselskal rosa vid uppvärmning?

Jag läser konst och håller på att leka runt med snäckskal för tillfället. Häromdagen upptäckte jag något som gjorde mig glatt förvånad. Jag hade krossat en hel massa skal från blåmusslor, när jag sedan värmde upp krosset med en vanlig värmepistol (max 5 sekunder) så blev de krossade skalen rosaaktiga. Jag har letat runt en del men inte hittat någon förklaring. Vet ni hur detta kommer sig? / Fredrik

Den röda färgen kommer av färgämnet astaxantin. Detta bildas primärt i grönalger men följer med i näringskedjan för högre djur som äter av dem.

Först är skaldjur av olika slag t ex hummer och musslor. När man kokar hummer, kräftor och dylika blir de som bekant röda. Du har troligen åstadkommit en liknande effekt med din värmepistol på skalpulvret. Färgförändringarna beror på att molekylstrukturen ändras vid uppvärmningen, så att absorptionsmaximum för synligt ljus förskjuts. Den färg vi observerar är komplementfärgen, dvs. det som inte absorberas av det inkommande vita ljuset.

Färgämnen med liknande struktur ingår i t ex morötter, paprika m fl. Vänligen / Nils-Ola Persson

Varför fördelas de olika molekylerna i luft så jämnt?

Om jag har uppfattat det rätt så är det som vi kallar luft en gasblandning. Min fråga är: Vad gör att blandningen av olika molekyler i luften fördelas så jämnt som det verkar göra och finns det någon bindning mellan dessa? / Johan

Luft är som du skriver en blandning av flera gaser. Sammansättningen för torr luft är, räknad i volymprocent, kväve 78.1%, syre 20.9%, argon (en ädelgas som inte reagerar) 0.9%, koldioxid 0.04%, samt ett stort antal andra ämnen som beror av omgivningen, t.ex. luftföroreningar från olika verksamheter. Dessutom tillkommer vatten, där andelen beror av temperaturen och den relativa luftfuktigheten. Denna kan uppgå till närmare 5% vid hög temperatur och nära mättnadstryck.

Molekylerna i en gas rör sig nästan fritt i förhållande till varandra. När de kolliderar stöter de bort varandra och detta leder snabbt till den mest sannolika fördelningen att de är jämnt spridda i det rum som finns till förfogande. Tyngdkraften har dock någon inverkan så att molekylerna dras mot jordytan. Detta märks inte i normala rum, men är orsaken till den tunnare luften på höga höjder.

I gasfas är medelavståndet mellan molekylerna så stort att de inte kan attrahera varandra i någon större utsträckning. Varje molekyl har fritt rum omkring sig över så stor volym att deras egenvolym utgör en mycket liten del av den fria medelvolymen. Därför kan varje gasmolekyl anses ta upp lika stor volym i blandningen oberoende av hur den är uppbyggd. Alltför stora molekyler bildar inte gasfas över huvud taget vid normala temperaturer. Svaga attraktionskrafter (van der Waals-krafter) finns dock. Man kan se det när man släpper ut gaser genom ett munstycke så att trycket hastigt sjunker. Då kyls gasen av eftersom det krävs energi för att avlägsna alla dessa molekyler från varandra, och denna energi tas från gasens värmeinnehåll. Vid mycket höga tryck kan molekylerna komma varandra så nära att de stöter bort varandra. Vänligen / Nils-Ola Persson

Kan man värma en thermos med en exoterm reaktion utan att förstöra drycken?

Vi sitter och funderar på om det med exoterm reaktion skulle gå att värma upp t ex en thermos som hunnit svalna (med kaffe, te, eller annan dryck) utan att göra drycken odrickbar? Antingen genom att ställa thermosen på något som avger värme, eller genom att doppa ner något i thermosen som avger värme. / Fredrik

Liknande exoterma reaktioner används i s.k. handvärmare. Vanliga är övermättade lösningar av ämnen som med någon störning fås att kristallisera varvid värme avges till händerna. Värmaren bärs lämpligen i fickorna så att liten mängd värme går ut i luften. Man kan sedan återställa den övermättade lösningen genom att doppa ned handvärmaren i kokande vatten.

Vanligast är att använda en lösning av natriumacetat. Man aktiverar kristallisationen med en metallknapp som frigör små partiklar eller luftblåsor som ger kärnor som kristallisationen kan starta kring. Nackdelen är att vid återaktiveringen måste man ha en högre temperatur för att få reaktionen att gå åt andra hållet. Detta innebär i vårt fall upplösning, d v s man måste upp i temperatur så att lösningen inte längre är övermättad. Skall man värma t ex kaffe eller te till nära kokpunkten måste man ha en kristallisationstemperatur mycket över denna temperatur för effektiv värmeöverföring. Det får alltså bli mycket varmt kring termosen, som ju dessutom har ett isolerande lager utanför. Att sedan återföra den exoterma reaktionen till jämviktsläge kräver en ännu högre temperatur. Sådana system finns kanske men då handlar det om metaller som reagerar med luftsyre. Dessa system är så vitt jag vet bara för engångsbruk.

Man kan även innesluta den exoterma reaktionen i en doppvärmare. Av de system jag kan tänka mig tror jag då att en vanlig batteridriven doppvärmare kanske är enklast. Även här handlar det om en exoterm reaktion som avger sin energi i form av ström i stället för värme.

Exempel finns på att man säljer drycker som man vill ha kalla i kärl som är mantlade med något som ger en endoterm (värmeupptagande) reaktion som man kan aktivera när man vill dricka. Det verkar handla om engångssystem, som dessutom kräver dubbla väggar hos kärlet så det blir nog både dyrt och mindre hållbart. Jag vet inte vilka kemikalier det rör sig om här. / Vänligen, Nils-Ola Persson

Varför luktar räkrens och gammal urin lika?

Det har hänt att vi tinat upp en påse räkor för att skala och äta. Det har sedan slagit mig att räkrester och ofärsk urin har lukter som påminner om varandra. Hur kommer det sig? /Thomas

Troligen rör det sig om svavel- eller kväveföreningar i båda fallen, eftersom de har en utpräglad lukt. Urinlukt är dock något som beror mycket på vad personen ätit eller druckit före urineringen. Analyser av urin har gjorts va bl. a. NASA enligt hemsidan: NASA Contractor Report No. NASA CR-1802, D. F. Putnam, July 1971 varav framgår att det kan handla om svavelföreningar eller aminer (kväveföreningar, kemiskt besläktade med ammoniak), som är orsaken.

Fiskrester som luktar illa innehåller ofta trimetylamin, N(CH3)3, som också har en karakteristisk lukt. Svavelföreningar finns dock i organisk form, 77 mg/l, i urinen och de kan då omvandlas till svavelväte genom bakterier när urinen kommit ut. Urinen är normalt bakteriefri i urinledaren men finns i den yttre miljön. Svavelföreningar finns också i fiskrester. Svavelväte ger en typisk lukt av ruttna ägg. / Vänligen, Nils-Ola Persson

Hur farligt är kopparrost att få i sig?

Jag undrar över hur farlig kopparrost är om man fått det i sig. Hur blir kopparrost till, och vad kan den grön-blå beläggningen på äldre vattenrör av koppar vara? / Vesna D

Kopparrost är detsamma som ärg eller patina, och det är en blågrön beläggning som bildas på kopparytor som utsätts för något oxidationsmedel, vanligen luftsyre tillsammans med vatten och koldioxid. I vissa fall, t.ex. i samband med konstföremål, anses ärgen så estetiskt tilltalande att man anbringar den med hjälp av syror. Underst, närmast metallen, finns ett lager av röd kopparoxid (Cu₂O). Ovanpå den, ett lager svart kopparoxid (CuO). Ytterst finns det synliga, gröna lagret som mest består av en 1:1-blandning av kopparkarbonat och kopparhydroxid. Andra salter som kan ingå är sulfater om föremålet varit utsatt för surt regn, klorider från saltvatten, eller nitrater från fågelspillning. Har kopparrören du skriver om legat under jord, kan beläggningen ha annan struktur beroende på jordmånen.

Människokroppen behöver få i sig 2–3 mg/dag och normalt innehåller en vuxen människa cirka 80 mg. Om man får i sig en liten mängd koppar tas det inte upp nämnvärt i tarmen, och det man tagit in lagras inte utan utsöndras efter relativt kort tid. Om man lyckas bli förgiftad är symptomen kräkningar och diarré. En del data kan du hitta på Livsmedelsverket eller "Fakta om koppar"/ Vänligen, Nils-Ola Persson

Möjligt att hitta vitaminbrist med hjälp av vätska i toaletten?

Skulle det vara kemiskt och tekniskt möjligt att skapa en vätska, som man häller i toaletten innan man urinerar. När urinen blandas med vätskan bildas en färg som visar att man saknar t ex D-vitaminer i kroppen. / Nickolas

Vitaminer är organiska ämnen som i små mängder dock utgör ett nödvändigt tillskott för en levande organism. I dagligt tal brukar man mena de ämnen som gäller för människan och då räknar man med 13 stycken varav 8 är B-vitaminer. Det du beskriver verkar svårt, i varje fall med ett och samma reagens för alla vitaminer på en gång.

Dessutom skall ju vitaminerna tas upp från t.ex. föda för att nyttiggöras i kroppen. Urinen är ju en utsöndringsprodukt, så om vitaminet går ut den vägen har man troligen försämrad upptagningsförmåga. Blodprov bör då ge bättre besked.

När det så gäller det kemiska så gäller att de flesta färgförändringar hos organiska ämnen beror på att pH förändras. Jag tror inte att man har en så markerad färgförändring genom brist på något vitamin att det skulle märkas otvetydigt i urin på det sätt du beskriver. Hur man ser färgen beror ju också på den färgen urinen har vid tillfället utan något tillsatt reagens, vilket kan variera mycket mellan individer och över tid för en enskild individ. Ett exempel jag själv sett är vad förtäring av rödbetssoppa kan åstadkomma. För vissa fall kan man kanske i stället använda mätstickor, som dessutom ger mindre mängd föroreningar i avloppet.

För mer detaljerad upplysning om vitaminer hänvisas till Livsmedelsverket / Vänligen, Nils-Ola Persson

Kan kaffebönor ställa om luktsinnet?

Har hört att kaffebönor på något sätt skulle neutralisera näsan mot olika dofter. T.ex. används detta i parfymbutiker för att kunna dofta på många olika märken. Stämmer detta? / Mattias

Svar 1: Det stämmer att kaffebönor används i parfymbutiker. Det enda vetenskapliga belägget jag hittat finns i en artikel: Awaken olfactory receptors of humans and experimental animals by coffee odourants to induce appetite av Yaser Dorri m fl i tidskriften Medical Hypotheses Volume 69, Issue 3, Pages 508–509, 2007. Den kan sammanfattas med att att doftmolekyler från kaffe eller kaffebönor orsakar att doftämnen från parfym eller mat frisätts från doftreceptorer i näsan. Smak- och luktsinnena härrör ju från samma sensorer.

Det hela är dock inte okontroversiellt. Lukt och smak är ju subjektiva upplevelser. Vissa parfymerier använder kaffedoft för att öka kundens känslighet, andra inte. En del fakta finns på http://www.shenet.se/referens/lukt.html / Vänligen, Nils-Ola Persson, kemist

Svar 2: Ja, doftsinnet kan "ställas om" av flera olika ämnen, som gör att det blir lättare att uppfatta andra dofter. Såvitt jag vet är mekanismen inte fullt klarlagd. Omvänt finns det ju flera ämnen som mer eller mindre kan slå ut doftreceptorerna, under viss tid. / Sverre Sjölander, biolog

Undrar du över någonting? Fråga en expert! LiU:s forskare står redo att besvara dina spörsmål.

Ett urval av frågorna besvaras och svaren publiceras på LiU-webben. Vi kan inte hjälpa till med svar på skoluppgifter.

fragaenforskare@liu.se

GrundämnenVisa/dölj innehåll

Frågor & svar

Hur visste vetenskapsmän förr i tiden att de funnit ett nytt grundämne?

Hur kunde vetenskapsmän förr i tiden, t ex Berzelius, vara säkra på att de funnit ett grundämne? Vilka experiment utfördes för att ta reda på detta? Vilka instrument och laborationer användes? / årskurs 5-6 Edsta skola

Begreppet grundämne i något så när modern mening lanserades i slutet av 1600-talet av bl a Robert Boyle. John Dalton lanserade kring år 1800 teorin att kemiska ämnen var sammansatta av flera olika atomer. Man kunde då definiera grundämnen som ämnen som bara innehöll ett slags atomer. Ett grundämne definieras nu av antalet protoner i kärnan, som då i en neutral atom innebär lika många elektroner. Däremot kan ju ett visst grundämne ha flera olika isotoper med olika antal neutroner i kärnan. De påverkar ju inte kärnladdningen och därmed inte antalet elektroner och de kemiska egenskaperna. Exempel på detta är klor som har två stabila isotoper ³⁵Cl (75 %)och ³⁷Cl (25 %) som ger genomsnittlig atommassa 35,5 amu.

Vad som faktiskt var ett rent grundämne kunde vara nog så svårt att fastställa.

De flesta metaller förkommer som oxider eller sulfider i bergarter. Det vanligaste var då att man försökte reducera ut ren metall med kol (reduktionsmedel). Detta krävde stark värme vilket med den tidens teknik kunde vara svårt. Svenska bergsmän på 1700- och 1800-talen har gjort stora insatser här. Detta var dock inte hela problemet. Den metallklump eller smälta man fick, kunde ju bestå av flera metaller, beroende på bergartens sammansättning. Man fick då lösa upp metallen eller mineralet i syra och kontrollera lösningens färg och vilka negativa joner som gav utfällningar till fast fas och vilken färg dessa hade. Kemihistorien är full av fall där kemister (även Berzelius) trodde sig ha upptäckt nya metaller som sedan visade sig vara blandningar av redan kända metaller eller flera okända. Alkalimetallerna och de alkaliska jordartsmetallerna reagerar direkt med vatten, så dem fick man rena genom elektrolys med kvicksilverkatod (Humprey Davy tidigt 1800-tal).

Icke-metallerna erbjöd andra svårigheter. Klor bildar ju kloridjonen i saltsyra (HCl(aq)). Detta var ett problem i början av 1800-talet eftersom man menade att alla syror borde innehålla syre (därav namnet på flera språk). Berzelius arbetade mycket med detta innan han insåg att klor tillhörde samma ämnesgrupp som brom och jod. Likande resonemang fördes kring kväve, fast här gällde det att ammoniak var en bas, vilken också borde innehålla syre. Här gjorde likheten med fosfor att ämnet erkändes som grundämne. I båda fallen gjorde Berzelius fruktlösa försök att driva ut syre med hjälp av olika reduktionsmedel utan att lyckas.

Under slutet av 1800-talet och senare har lågreaktioner och spektroskopi tillkommit som viktiga komplement. De bygger på att vid tillräckligt höga temperaturer avger eller upptar ljusenergi (fotoner) med bestämda våglängder från förändringar i de inre elektronskalen som inte påverkas av vilken förening det enskilda grundämnet ingår i.

Mycket data om enskilda grundämnens isolering ur kemiska föreningar finns i bokverket ”Jordens Grundämnen” I – III av Per Enghag, Industrilitteratur AB 1998 – 2000, eller Nationalencyklopedin. På webben finns Wikipedia eller att man söker på resp. grundämne. Vänligen, Nils-Ola Persson

Svensken Jöns Jacob Berzelius har upptäckt många grundämnen.

Kan man hitta fler nya grundämnen?

Kan man hitta fler grundämnen? Om inte: varför inte då? / Manella

Svaret beror på vad man menar med att hitta nya grundämnen. Det klassiska sättet att hitta ett nytt grundämne är att isolera det ur t ex ett mineral. Här har man lyckats isolera grundämnen i följd genom hela periodiska systemet, som har enbart stabila isotoper, fram till nummer 83. Grundämnets identitet ges av antalet protoner i atomkärnan (= antalet positiva elementarladdningar). Olika isotoper har sedan olika antal neutroner som ger olika atommassor. Klor (Cl) har t ex två stabila isotoper med totalmassan 35 resp. 37 (75 resp. 25 % ger medelvärdet 35,5). De flesta naturligt förekommande grundämnen har både stabila och instabila isotoper.

Vid högre atommassor (antal protoner > 92) finns grundämnen som inte finns naturligt utan enbart kan framställas genom att låta mindre atomkärnor kollidera med neutroner, protoner eller andra atomer så att högre massor bildas. Här har man funnit grundämnen upp till nr. 118. Ofta råder det oenighet mellan forskare om man verkligen har fått det ämne man hävdar. Grundämnet skall fås genom två olika experiment, och resultatet skall godkännas av IUPAC (= International Union of Pure and Applied Chemistry). Dessutom har en del atomer livstider på bråkdelar av en sekund, så de kemiska egenskaperna kan inte fastställas på vanligt sätt. Det kan diskuteras om att framställa kortlivade atomer på angivet sätt är att "hitta" ett nytt grundämne.

Vid högre atomnummer (större än 120) tror en del forskare att det finns en ”ö” av stabilitet med mer stabila kärnor, men det återstår att bevisa. Det kommer nog bara att röra sig om instabila atomer, men med längre halveringstider (kanske timmar). Här kan du läsa mer om detta: Nytt grundämne bekräftat. / Vänligen, Nils-Ola Persson

Vad är egentligen skillnaden mellan grundämnen och kemiska föreningar?

Jag arbetar som lärare för åk 4-6 och vi pratar om grundämne och kemiska föreningar. När jag söker på det får jag fram olika svar. På några sidor står det förenklat att ett grundämne är ett ämne som består av samma sorts atomer, alltså är det de ämnen som finns med i periodiska systemet, men även att diamant som bara består av kolatomer eller syrgas som bara består av syreatomer också är grundämne. I det fallet skulle en kemisk förening vara molekyl som består av olika sorters atomer. En annan förklaring är då att ett grundämne bara är de ämnen som finns i det periodiska systemet. Är då en kemisk förening en molekyl som kan bestå både av olika sorters atomer som vatten, men även att syrgas, som består av samma sorts atomer? /Helene

Ett grundämne är ett ämne som bara består av en sorts atomer. Diamant och syrgas är olika förekomstformer av grundämnena kol resp. syre där många (kol) respektive två (syrgas) hålls ihop av kovalenta kemiska bindningar. Sådana olika former kallas allotroper. Kol har (minst) fyra: diamant, grafit, buckministerfulleren (bollar av flera fem- och sexringar) och grafen (plan av sexringar). Syre har två, syrgas (O₂) och ozon (O₃). Kanske man skall begränsa termen grundämne till namnet på ämnet och tala om allotroper eller molekyler med ett grundämne när det gäller förekomstformerna.

Molekyler är däremot inte bara kemiska föreningar, eftersom det begreppet ju även innefattar ämnen med flera slags atomer i sig. Diamant, grafit och grafen är inte molekyler eftersom gittrens utsträckningar är oändliga (grafens dock bara i två dimensioner). Mer detaljerad diskussion finns på Wikipedia, artiklarna allotropi och kemiska föreningar. / Vänligen Nils-Ola Persson

Kan man framställa guld?

Kan man framställa guld och i så fall hur? / Abdi

Svar 1: Hej! Det korta svaret är nej, med viss reservation. I naturen förekommer guld bara som ren metall som klumpar eller mindre sandkorn. Därför kan man inte tala om guldframställning ur andra kemiska föreningar likt den för t.ex. järn som kan framställas ur järnmalm, som vanligen är järnoxider. Sättet att utvinna guld ur ”vaskning” är välkänt, man får fram guldkornen genom att de har högre täthet än andra mineral som slammats upp.

Guld kan också utvinnas genom anrikning med amalgamering med kvicksilver. Kvicksilver är ju som enda metall vätskeformigt vid rumstemperatur, och guld kan då lösa sig (amalgameras) i det. Sedan tas kvicksilvret bort genom förångning. Detta senare är varken bra för miljön eller de som arbetar med det.

Guld är alltså en ädel metall. Den kan dock lösas i kungsvatten (konc salpetersyra + konc saltsyra i förhållandet 1:3) och bildar då Au(III)-joner som kan ombildas till andra föreningar, vilka dock är instabila.

I äldre tider trodde man att man genom diverse mer eller mindre magiska metoder skulle kunna framställa guld ur andra ämnen på kemisk väg. Detta har fått namnet alkemi och har inget med modern vetenskap att göra.

Däremot har man i modern tid genom kärnomvandlingar (transmutationer) framställt bl a guld. 1980 framställde sålunda Glenn T. Seaborg mikroskopiska mängder guld ur vismut genom beskjutning av vismut med partiklar, men de små mängderna och det mycket dyra experimentet gör sådan framställning ekonomiskt helt orealistisk. / Vänligen, Nils-Ola Persson

Svar 2: Seaborg och hans kollegor använde en partikelaccelerator vid Lawrence Berkeley National Laboratory i USA för att i mycket hög hastighet skjuta Neon- och Kol-atomkärnor in i vismut-atomer. Man kan se det som att man på detta sätt lite slumpmässigt kan "skjuta bort" protoner och neutroner ifrån de vismut-kärnor man träffar.

Dessa kärnor har ursprungligen 83 protoner och 126 neutroner. Vissa träffar resulterar då i guldkärnor med 79 protoner och olika antal neutroner. Stabilt guld behöver 118 neutroner, annars faller det sönder vidare till andra atomer. Genom att titta efter sådant sönderfall kunde man bekräfta att man skapat guld i kollisionerna. Experimentet som gjordes år 1980 ska ha kostat i storleksordningen $50'000 och resulterade i atomära mängder guld. / Mvh, Rickard Armiento, bitr. universitetslektor, teoretisk fysik

Varför ger inte guld ifrån sig sin ena valenselektron så den får fullt yttre skal?

Varför ger inte guld ifrån sig sin ena valenselektron så den får fullt yttre skal? / Hege

Guldatomen har elektronkonfigurationen [Xe] (4f)¹⁴(5d)¹⁰(6s)¹. Om en elektron avgår är den mest stabila konfugurationen [Xe](4f)¹⁴(5d)¹⁰ vilket ger fyllda (under-)skal. Om guld bildar joner i salter bör alltså positiva envärda joner vara stabilast. Så är fallet i de komplexjoner som är kända tex. Au(CN)₂-. Vanligare är faktiskt trevärda Au³⁺-joner, tex i AuCl₄- som bildas vid upplösning av guld i kungsvatten.

Samtidigt är ju guld mycket svårlösligt i vatten och i syralösningar. Metallen tillhör de ädla liksom silver, koppar, och kvicksilver. I den s.k. spänningsserien står dessa till höger om vätet, dvs vätejonen kan inte ensam oxidera gulmetall till positiva joner. Förklaringen till dessa egenskaper torde vara att guld har en kärna med hög laddning och liten radie, som utövar en stark dragningskraft på elektronerna. Dessa måste då rotera snabbt kring kärnan och blir då tyngre enligt relativitetsteorin (lantanidkontraktionen). Alla elektroner är då starkt bundna till kärnan och blir obenägna till att lossna. Elektronerna blir i stället engagerade som ledningselektroner i metallgittret som är stabilt. Guld har god elektrisk ledningsförmåga och är vanligt som tunn ytbeläggning i kretskort o. dyl. där koppar är mindre lämpligt på grund av benägenheten för korrosion. / Vänligen, Nils-Ola Persson

Guld upphittat i Australien Foto Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0

Varför kan järnjoner vara både Fe2+ och Fe3+?

Hur kommer det sig att järnjoner kan ha två olika sorters laddningar, Fe²⁺ och Fe³⁺? / Artin

Alla atomer består dels av en kärna med positiv laddning och motsvarande antal elektroner så att positiva och negativ laddningar tar ut varandra i den neutrala atomen. Grundämnet järn har atomnummer 26 och har därmed 26 protoner i sin kärna. I kärnan finns dessutom ungefär samma antal neutroner, olika för olika isotoper. Den vanligaste järnisotopen har 30 neutroner och atomvikten blir då ca 56 atommassenheter (elektronernas massa är obetydlig). Det är antalet protoner i kärnan och motsvarande antal elektroner som helt bestämmer grundämnets kemiska egenskaper.

Elektronerna rör sig kring kärnan i olika ”skal”, fler med ökande atomnummer. Skalen har olika form och utsträckning i rymden (ligger inom ett klot med radien ca 1,2 Å, där en Å = 1/10 000 000 000 m). De delas in i s-, p-, och d-underskal. Skalen har dessutom olika nummer (1, 2, 3 …) som också kallas huvudkvanttal. Efter stigande atomnummer fylls de med elektroner, så att i järn finns 1s (2st), 2s (2st), 2p (6 st) 3s (2st) 3p (6st) 4s (2s) och 3d (6 st).

Metaller som järn har dessutom svårt att behålla sina elektroner om de kommer i kontakt med ämnen som drar dem till sig, som klor eller syre (elektronegativa). Om detta händer med järn, kommer atomen först att släppa de två 4s-elektronerna. Då har den ett underskott på 2 elektroner och blir då en tvåvärd järnjon, Fe²⁺. Om sedan en ytterligare elektron ”sugs av” är det optimalt att en 3d-elektron också offras. Detta beror på att i ett 3d-underskal kan finnas maximalt 10 elektroner och det är energetiskt fördelaktigt att ha underskalet halvfullt (10/2 = 5). Härav kommer att järn som rostar slutar som trevärt (Fe³⁺) i kontakt med luftsyre som ju är elektronegativt. Rost brukar beskrivas som järnoxidhydroxid, FeO(OH).

Fyrvärda joner är sällsynta så Fe⁴⁺ (eller högre laddning) kan bortses ifrån i fri form. / Vänligen, Nils-Ola Persson

Hur kom Mendelejev på det periodiska systemet?

Jag undrar hur Mendelejev kom fram till sin idé om periodiska systemet och att vissa grundämnen har samma egenskaper? /Raneen

Att vissa kemiska egenskaper gick igen hos flera grundämnen, t.ex. hur många syre- eller väteatomer de maximalt kan binda, var känt innan Dimitrij Mendelejev började arbeta med en bok om kemi. Han skall då ha gjort upp ett kortsystem med ett kort för varje då känt ämne och sedan lagt ut dem efter stigande (då kända) atomvikter. Han fann då att vissa egenskaper uppträdde med jämna mellanrum (periodiskt) om man lade in enstaka luckor, som han antog stod för ännu inte upptäckta grundämnen. I ett system, som Mendelejev publicerade år 1870 ser man att en lucka finns t.ex. vid massan 44 (grundämne 31), som numera heter gallium och vars egenskaper stämde väl med positionen vågrätt och lodrätt i rutnätet. Gallium upptäcktes först 1875 och detta och flera andra nya grundämnen blev ett starkt bevis för systemets giltighet.

Mendelejev var inte ensam om sin upptäckt; olika forskare hade arbetat efter samma principer tidigare, men han var först med att publicera ett fullständigt system med den tidens kända grundämnen. Något senare publicerade Lothar Meyer, en tysk kemist, ett likartat system, så vitt man vet helt oberoende av Mendelejev. Flera skillnader mot de system som nu används finns, de åtta grupper som visas har nu blivit 18 och en helt ny grupp har tillkommit: ädelgaserna, som nu är grupp 18. Egenskaper hos elektronbanor eller numera snarare elektronmoln, ligger också till grund för det nuvarande systemet. / Vänligen, Nils-Ola Persson

Vad får man om man tar syre, rodium, rubidium och bly?

Om man tar syre, rodium, rubidium och bly. Vad får man då? Min fundering är alltså om dessa ämnen på något sätt kan samexistera eller skapa någon typ av reaktion, eller om en kombination av dessa ämnen kan användas till någonting i praktiken? / Elias

Svar 1 (kemi): Så gott som alla metaller kan oxideras med syrgas till olika oxider som i sin tur kan reagera med t.ex. vatten till hydroxider eller syror beroende på om det blir en sur eller basisk oxid. De blanka metallerna får då matt yta som rost på järn.

Jag börjar med rubidium (Rb, atomnummer 37). Detta är en av alkalimetallerna (Litium, natrium, kalium, rubidium, cesium). De är mycket reaktiva, rubidium tänder i luft (syrgas eller luftfuktighet) och reagerar våldsamt med vatten. Oxiden, dirubidiumoxid, Rb₂O, är en starkt basisk oxid och med vatten ger den rubidiumhydroxid, även från luftfuktigheten om den får ligga fritt. RbOH är löslig i vatten som rubidium- och hydroxidjoner.

Rodium (Rh, atomnummer 45) är en av platinametallerna och alltså en mycket ädel metall. Sådan är svårare att oxidera, men en känd oxid är dirodiumtrioxid (Rh₂O₃) som kan bildas på metallytan vid glödgning i luft, men den avger syret och återgår till metall vid temperaturer över 1100ºC.

Bly (Pb, atomnummer 82) har två oxider, bly(II)oxid, PbO, och bly(II, IV)oxid, mönja, Pb₃O₄. PbO är röd men blir gul vid ca. 500ºC. Mönja är orange. PbO används mest i blybatterier och Pb₃O₄ som rostskydd på järn. Med hjälp av starka oxidationsmedel kan man även få fram bly(IV)oxid PbO₂. Detta är ett brunt pulver. Bly är en giftig metall och förekommer mest i naturen som blyglans, PbS, blysulfid.

Metaller reagerar sällan direkt kemiskt med varandra. De kan i vissa fall lösas i varandra så att de olika metallatomerna ligger sida vid sida i den fasta strukturen och inte kan skiljas åt med blotta ögat. Ett exempel är mässing där koppar och zink legeras på detta sätt. Vanligare är att man blandar metallerna vid hög temperatur och låter den stelna varvid de mer eller mindre rena metallerna bildar små korn som binder till varandra och kan urskiljas med mikroskop. Sådana metallblandningar får ofta bättre korrosionsbeständighet eller hårdhet. Exempel på detta är lödtenn som håller 30 – 60 % bly. Man vill dock sänka andelen bly på grund av dess giftighet.

Rodium har ingen speciell användning som legering med bly eller rubidium, men legeringar med platina används för temperaturmätning och för framställning av deglar med platina (kärl som används vid höga temperaturer).

Rubidium är så reaktiv att den knappast kan bilda någon stabil legering med någon av bly eller rodium i ren form. Vänligen / Nils-Ola Persson, professor emeritus

Svar 2 (fysik): Generellt, för att en kemisk förening ska bildas mellan olika grundämnen bör atomerna vara kemiskt likartade vad gäller t.ex. storlek och elektronegativitet. En tumregel är Hume-Rotherys regler där skillnaden i atomstorlek inte ska vara större än 15%. Atomstorleken för rubidium är 235 pm, rhodium är 135 pm, bly är 180 pm och syre är 60 pm. För att grundämnena ska kunna blandas behövs även en positiv entropi-ändring av Gibbs fria energi, den sk. blandningsentropin.

Rodium är ett sällsynt grundämne och av kostnadsskäl är det inte så användbart till annat än i små kvantiteter, t.ex. som ytbeläggning i katalysatorer. Rubidium används i atomklockor och RuCl som oktanhöjare i bensin. Syre reagerar med bly, rodium och rubidium och bildar blyoxid, rodiumoxid och rubidiumoxid. Bly kan i viss mån reagera med rodium och rubidium och bilda flera olika typer av Rh-Pb-O och Rb-Pb-O legeringar medan Rb och Rh inte reagerar med varandra på grund av den större skillnaden i atomstorlek. / Martin Magnuson, biträdande professor inom materialvetenskaplig forskning

Varför är helium en ädelgas trots att den endast har två valenselektroner?

Varför är helium en ädelgas trots att den endast har två valenselektroner? Den vill inte blanda sig, förstår jag, men varför är den stabil trots att den inte har åtta elektroner i sitt yttersta skal? / Jennie

Helium är ju det andra ämnet i periodiska systemet och har en laddning på kärnan på 2 enheter och därmed i oladdad form med två elektroner. Väte är det första och har i neutral form bara en positiv laddningsenhet och en elektron. Dessa ämnens elektronbanor har s-form och betraktas som sfäriska. En sfärisk elektronbanfunktion har ingen riktning i rummet utan elektronernas enda egenskap är dess spinn som bäst åskådliggörs av att man tänker sig att den roterar runt sin egen axel. Detta spinn kan bara ha två riktningar, ”upp” eller ”ned”. Nu finns en lag som säger att två elektroner i samma atom får inte ha alla s.k. kvanttal lika och detta ger bara två möjligheter för dessa s-elektroner. Man betecknar elektronerna som 1s med spinnkvanttal + ½ resp. - ½. Ettan är huvudkvanttal och har med elektronens energi att göra.

När vi kommer till nästa grundämne, litium, måste den tredje elektronen in i nästa energinivå som blir 2s. Här kan det alltså finnas två elektroner till så att även beryllium får sitt s-skal fyllt (beryllium). Men här finns nya möjligheter, eftersom högre huvudkvanttalet även möjliggör 2d-funktioner. Dessa har riktning i rummet, och det finns tre oberoende sådana som betecknas med x, y och z. Vi har alltså totalt fyra funktioner 2s, 2px, 2pyoch 2pz. Var och en kan innehålla två elektroner med motsatta spinn vilket ger åtta möjligheter. Därför har de följande ädelgaserna åtta valenselektroner och övriga ämnen i de raderna strävar efter att bilda föreningar eller joner som gör att de har åtta elektroner, egna eller delade i sina yttersta skal. också med huvudkvanttalet 3 finns s- och p-funktioner samt även d-funktioner, men de senare kommer att hamna efter 4s av energiskäl. d-funktionerna är 5 st och kan då ta 10 elektroner pga. de två möjliga spinnkvanttalen. Detta förklarar det periodiska systemets utseende t o m ämne 54 (Xe).

Dessa förklaringar kan man ersätta med matematiska lösningar av den s.k. Schödingerekvationen för elektroner i ett sfäriskt rum kring en laddad kärna. De kan ses i läroböcker i kvantkemi. / Vänligen, Nils-Ola Persson

Syror, baser & pHVisa/dölj innehåll

Kluriga frågor & svar

Kan bikarbonat ha surt pH?

Kanske en väldigt enkel fråga men jag blir inte klok på den. Jag mätte vårt vatten med en Ph-mätare, den visade ca 6,5 (den är inte så exakt). Jag tänkte dubbelkolla den lite så jag rörde ner en tesked bikarbonat i glaset, och fick då Ph-värde 4. Överallt jag letar på nätet så sägs det att bikarbonat är basiskt. Tänkte att nu är Ph mätaren helt körd, så jag provade med ren såpa. Mätaren visade Ph 10, som såpaflaskan säger. Jag provade då med bakpulver samt av ett annat fabrikat, och fick igen ca Ph 4. Hur kommer sig detta? / Hannes

bikarbonat som vitt pulver Bakpulver är en blandning av fosforsyra, vanligen som natriumvätefosfater (Na₂HPO₄ och Na₂HPO₄), och natriumvätekarbonat (NaHCO₃). Detta skall ge sur reaktion för att koldioxid skall bildas och blåsa upp brödet vid bakningen. Det förklarar den sura reaktionen i fallet med bakpulver. Om ditt första bikarbonat också var bakpulver gäller förklaringen även där. Ren bikarbonat borde ge pH kring 8, beroende på koncentration. Ett pH på 8 är för övrigt bara svagt basiskt eftersom gränsen går vid pH 7.
För karbonatjonen finns två syra - baspar, kolsyra - vätekarbonatjon (H₂CO₃ – HCO₃^-) och vätekarbonatjon - karbonatjon (HCO₃^- – CO₃^2-). Kolsyra är inte stabilt i vattenlösning utan sönderfaller till vatten och koldioxid. Vänligen, Nils-Ola Persson

Varför används salpetersyra och inte saltsyra för att lösa upp fällningar?

Varför används salpetersyra och inte saltsyra för upplösning av fällningar? / Adam

Fällningar är oftast svårlösliga metallsalter eller oxider. De är alltså kemiska föreningar, i bästa fall rena, som fallit ut när man blandat två lösningar vari ingår två joner, en från vardera lösningen, som tillsammans bildar ett svårlösligt salt. De kan också uppkomma genom att en lösning avkyls eller indunstas till högre koncentration så att saltets löslighetsprodukt överskrids. I de senare fallen kan man ju lätt lösa ut fällningen igen genom att värma resp. späda.

När man vill lösa upp fällningar, eller rena metaller för den delen, kan det ske med syra genom att man får en redoxreaktion så att vätejonen i syran reduceras (tar upp elektroner) och bildar vätgas:

2 H+(aq) + 2 e- → H₂ (g)

samtidigt som t.ex. metallen oxideras (avger elektroner) till metalljon.

Me(s) → Me₂+ (aq) 2 e-

(aq) innebär att något är löst i vatten. I vissa fall kan också syran lösa upp t ex ett svårlösligt sulfat genom att det bildas vätesulfatsalter som är mer lättlösliga.

Nackdelen med saltsyra är att en del metaller, t ex silver eller bly har svårlösliga klorider som därmed stannar kvar i fast fas. Nitrater är generellt lättlösliga eftersom nitratjonen NO₃-. binder sämre till olika metalljoner och därmed inte bildar fällningar. En annan egenskap hos salpetersyran är att en är ett starkt oxidationsmedel. Kvävet i nitratjonen har oxidationstalet +V (5) och kan därför reduceras till gasformig kvävedioxid eller kväveoxid (+ 4 resp. +2). Båda är mycket giftiga. Man ser lätt detta då det ofta bildas gulbrun gas, kvävedioxid (NO₂). Gaserna har en obehaglig stickande lukt. / Vänligen, Nils-Ola Persson

Hur stark var saltsyran innan den började avdunsta?

På min juridikutbildning arbetar vi med ett fall där vissa frågor om koncentrationen på saltsyra har aktualiserats och min lärare bad mig att kontakta er för att förhoppningsvis få lite klarhet i en av dem. Vi har pratat om att väteklorid avdunstar i rumstemperatur och då sjunker koncentrationen på lösningen. Jag undrar om koncentrationen hos en lösning därmed skulle sjunka om lösningen förvaras i en oförsluten flaska inomhus under ett par timmar. Kan man i så fall beräkna ursprungskoncentrationen om man känner till den nuvarande koncentrationen, tiden flaskan har stått i rummet och rumstemperaturen? / Sally

Svåra variabler här är hur stor flaskans öppning är och hur stor luftväxlingen över öppningen är. Att koncentrationen sjunker är nog givet, men hur fort beror på vad den var från början. Koncentrerad saltsyra är ca. 37-%-ig från början och avger en starkt stickande lukt av väteklorid (= klorväte), som kan ses ryka av vattenånga eftersom gasen är hygroskopisk dvs. vattenupptagande. Svagare syra är mindre påträngande, vilket ju speglar en långsammare minskning av halten från ett lägre värde. Jag tror att det enklaste är att man gör ett experiment under lika temperatur, luftväxling i rummet, flasköppning m.m. Man startar med olika utgångskoncentrationer och ser om den kända slutkoncentrationen uppnås efter den antagna tiden. Man måste kunna anta att startkoncentrationen var högre än den slutliga i alla fall. En mer detaljerad uträkning måste nog bli lite spekulativ. Dessutom kan det finnas vissa koncentrationer där ångan har samma sammansättning som vätskan, dvs. vätskans sammansättning ändras inte under avdunstningen. Dock kan jag inte hitta någon sådan vid rumstemperatur. Möjligen har Nationellt Forensiskt Centrum i Linköping erfarenheter av liknande fall? / Vänligen, Nils-Ola Persson

Vad händer om man häller syra på eld?

Jag och min son undrar vad som händer om man häller syra på eld? / Sandra och Stig

Svaret beror på vilken syra det är och hur utspädd den är. Det man vanligen menar med syra är kanske de vanligaste oorganiska mineralsyrorna, svavelsyra, saltsyra, salpetersyra eller fosforsyra. De ingående grundämnena förutom syre och väte, dvs. svavel, klor, kväve och fosfor föreligger redan i sin mest stabila oxiderade (syrsatta) form och kan inte förbrännas ytterligare. Är syran utspädd har den förmodligen släckande effekt som vanligt vatten, men den kan, särskilt i mer koncentrerad form, ge upphov till frätande stänk. Även giftiga gaser kan bildas t.ex. klor, svaveloxider, nitrösa gaser...

Gäller det organiska syror som ättiksyra, smörsyra, stearinsyra m.fl. innehåller de förutom den sura gruppen (-COOH) även en kolkedja med väteatomer bundna till kolatomerna. Exempelvis har ättiksyra formeln CH₃COOH. Då kan syran brinna och bilda koldioxid och vatten enligt formeln:

CH₃COOH + 2 O₂ →2 CO₂ + 2 H₂O

Smörsyra (n-butansyra, CH₃CH₂CH₂COOH) har sålunda två -CH₂-grupper som vardera ger en koldioxidmolekyl och en vattenmolekyl. Detta kan sedan fortsättas till långa fettsyror. Exempel är stearinsyra (CH₃(CH₂)₁₆COOH) som ingår i stearinljus och alltså brinner bra. Dessa lite längre kolkedjor gör att de inte kan läsas nämnvärt i vatten. Andra organiska syror kan innehålla andra grundämnen som gör dem mer eller mindre brännbara.

Ett speciellt fall är s.k. kolsyra (= koldioxid, CO₂) som ju ingår i vissa brandsläckare. Här är kolet maximalt oxiderat (syrsatt) från början, och släcker därför elden genom att kyla och hindra syretillförsel. Ren kolsyra existerar inte i fri form utan sönderfaller till koldioxid och vatten. Med vänlig hälsning / Nils-Ola Persson, professor emeritus

ElektrolysVisa/dölj innehåll

Frågor & svar

Rätt anod för att skydda motordelar i sötvatten respektive saltvatten?

Jag undrar över detta med anoder på motorbåtars drev. Kan det stämma att Mg ska användas som offeranod i sötvatten, och Zn i bräckt och salt vatten, för att skydda drev och motordelar? Borde det inte vara tvärtom; ju bättre elektrolyt båten rör sig i, desto oädlare metall borde vara offeranod?/ Ylva

Två saker driver en kemisk reaktion: dels termodynamiken som ger svaret på frågan om man är långt från jämvikt, dvs. om det finns drivkraft för reaktionen, och dels kinetiken, dvs. hur snabbt reaktionen kan gå. Dina resonemang om spänningsserien bygger på termodynamiken och verkar riktiga; ju längre till vänster i spänningsserien desto bättre offeranod. Vad sedan kinetiken beträffar beror den ju på förhållandena på offeranodens yta, t.ex. påväxt av olika biologiska organismer vilket varierar mellan salt, bräckt och sött vatten. Även benägenheten för att bilda oxidskikt på metallytan (passivisering) kan förstås inverka. Att förekomsten av salt i bräckt eller saltvatten ökar reaktionens hastighet är klart. / Vänligen, Nils-Ola Persson

Vad händer vid elektrolys av saltsyra?

Jag har en fråga angående en elektrolys av saltsyra. Jag har funderat över varför det är kloridjonerna i elektrolyten som oxideras. För jag har nämligen läst någonstans att ju lägre elektronegativitet ett ämne har, desto bättre är de som reduktionsmedel. Men eftersom klor har elektronegativiteten 3,0 medan väte har 2,1, borde det då inte vara klor som reduceras eftersom dennes kärna drar mer i elektronerna, jämfört med väte? Jag håller på att skriva en labbrapport om detta men denna fråga ställer jag mer för att jag är intresserad än att det är något som läraren vill ha svar på. / Ronja

Hej, Ronja! Vid elektrolysen av saltsyra sker summareaktionen: 2 H+(aq) + 2 Cl^-(aq) + elenergi → H₂(g) + Cl₂(g)

Denna reaktion sker inte spontant – om den gjorde det skulle ju saltsyra sönderdelas spontant. Saltsyra är gasformigt klorväte (väteklorid, HCl) löst i vatten. Att HCl är en stabil förening beror just på att kloratomen är elektronegativ, den lägger mer eller mindre beslag på väteatomens enda elektron. Vid upplösning av HCl i vatten bildas vätejoner (egentligen oxoniumjoner, H₃O⁺) och kloridjoner, Cl^-. Båda jonerna är omgivna av ett lager vattenmolekyler, hydratvatten, som stabiliserar dem.

När man sätter till elenergi vid elektrolysen kommer den normalt icke-spontana reaktionen att ske genom att extra energi tillförs. Då dras ju kloridjonen till den positiva elektroden (anoden vid elektrolys, där oxidation sker), och den positiva laddningen på elektrodytan utövar en ännu större dragningskraft på elektronen och kloratomen får totalt 7 elektroner. En sådan atom med udda antal elektroner på elektrodytan reagerar snabbt med en annan likadan och en klorgasmolekyl bildas, så att gas bubblar upp.

Totalreaktionen blir vid anoden: 2 Cl^-(aq) → Cl₂(g) + 2 e^-

Elektronerna går ut i strömkretsen och förs på den negativa elektroden (katoden, reduktion) över till två vätejoner: 2 H+(aq) + 2 e^- → H₂(g)

Lägger man ihop dessa båda reaktioner får man summareaktionen i början av svaret. Det korta svaret är alltså att tillförd elenergi får reaktionen att gå i en riktning som den normalt inte skulle gå. Vänligen / Nils-Ola Persson

Elektrolys

Vad är elektrolys?

Vid elektrolys använder man elektrisk ström för att starta och driva en kemisk reaktion i en jonlösning, en så kallad redoxredaktion. Två stavar (elektroder) av metall eller kol kopplas till elektrisk ström, så att elektroderna får positiv respektive negativ laddning. Positiva joner i lösningen dras till den negativa elektroden (katoden) och tar emot elektroner (reduceras). Det motsatta sker vid den positivt laddade anoden (oxidation).

Elektrolys kan bland annat användas för att skydda metaller mot korrosion (som rost), och att framställa en del grundämnen (som aluminium och koppar).

Molekyler, reaktioner & kemiska bindningarVisa/dölj innehåll

Era kluriga frågor & deras svar

Varför ändrar jod färg i blandning med potatismjöl?

Vi jobbar i årskurs 4 just nu med olika ”okända” ämnen och i ett experiment blandade vi potatismjöl med jod. Joden blir då färgad mörkblå/svart, men enligt lärarinstruktionen är det en blandning. Hur går det ihop att joden kan ändra färg om det är en blandning? Uppenbarligen har ju något från potatismjölet reagerat med joden och ändrat på vätskan och i mitt huvud borde det innebära att ämnena har löst sig? Det blev lite svårt att förklara för eleverna, så jag hoppas jag kan få lite klarhet i det här. / Viktor

Jag tolkar din beskrivning så att ni blandade fast jod med potatismjöl. Detta är två fasta ämnen som normalt inte löser sig i varandra vid rumstemperatur utan kristallerna existerar som fria enheter i en blandning. Det speciella här är att jod bildar ett starkt blåfärgat komplex med stärkelse, som ingår som en väsentlig del i potatis. Jodångor från den fasta fasen reagerar med stärkelse på potatiskornen. Jag tror att man med en bra lupp skulle kunna se att man har blåfärgade stärkelsekorn + kvarvarande jodkristaller. Hur det ser ut beror på vilka proportioner ni hade vid sammanblandningen och hur finkornigt potatismjölet var. Stärkelse påvisas i andra sammanhang med det s.k. jodprovet där man sätter en jodlösning (ofta med ”trijodidjoner”, dvs. kaliumjodid + jod, som bildar I3--joner). Den starka blå färgen visar då på stärkelse. Samma reaktion används vid jodometri som är en metod för titrering i vätskefas, då är det verkligen fråga om en lösning. / Vänligen, Nils-Ola Persson

Kan en ädelgas och en metall/halvmetall bilda förening?

Kan en kemisk förening ske mellan en ädelgas och en metall/halvmetall? / Zakarias

Ädelgaserna har 8 elektroner i sina yttersta elektronbanor och är därför obenägna att bilda kemiska föreningar med andra grundämnen. Man har dock funnit att vissa föreningar kan bildas. Ett exempel är XeF₂. Här har Xe 4 yttre elektronbanor och varje fluoratom 4 alltså totalt 12 st = 24 möjliga elektroner. Tillsammans har de dock bara 8 + 2 x 7 = 22 elektroner i de yttre skalen (valenselektroner). Av de möjliga banorna = molekylorbitalerna (MO) fylls bara 11 st. Den som fylls sist blir då en bindande och därmed kan en bindning uppehållas. Dock blir det bara ett halvt elektronpar per Xe-F-bindning och därför blir bindningen svag.

Även andra fluorider och oxider finns av xenon (och ev. krypton), men det gäller ju enbart ickemetaller. Några säkra föreningar mellan ädelgaser och metaller resp. halvmetaller har jag inte lyckats finna i litteraturen. / Vänligen, Nils-Ola Persson

Vad händer med koppars, järns och magnesiums elektroner vid förbränning?

Jag undrar vad som händer med koppars, järnets och magnesiums elektroner vid förbränning? / Rawnaq

Förbränning sker vanligen med syrgas och det bildas oxider av resp. metall. Före reaktionen har båda ämnena lika många elektroner som det finns protoner i dessa kärna. I metalloxiden har metallen donerat en eller flera elektroner till syret. Syreatomer föredrar att ta upp två elektroner per syreatom och får därmed en ”formell laddning” = oxidationstal på minus två (-II, oxidationstal skrivs vanligen med romerska siffror). I fallet med magnesium donerar metallen med förkärlek två elektroner och vi får en 1:1-förening: 2 Mg(s) + O₂(g) → 2 MgO(s)

Magnesiumoxid är ett vitt pulver som reagerar lätt med vatten till magnesiumhydroxid.

Koppar bildar helst tvåvärd oxid som magnesium, men kan vid låg syrepotential även bilda envärd Cu₂O. Även järn bildar FeO men även trevärd Fe₂O₃.

Det är inte så att alla atomer i alla oxider (eller andra kemiska föreningar) är helt joniserade dvs innehåller enbart O²^- och Meⁿ⁺ där n är ett heltal, oftast 1–3. Oftast hålls föreningarna samman av elektronpar där elektronerna är mer eller mindre ojämnt fördelade mellan de två atomerna. Hur fördelningen blir bestäms av grundämnenas elektronegativitet. Syre är det näst mest elektronegativa grundämnet (fluor är mest). Magnesium är mycket elektropositivt så joninslaget i dessa bindningar är stort, medan järn och koppar är mer elektronegativa så elektronerna delas mer lika, dvs. det kovalenta inslaget är större, i dessa bindningar. Allmänt gäller att ju längre till höger och ju längre upp i periodiska systemet ett grundämne står desto mer elektronegativt är ämnet. / Vänligen, Nils-Ola Persson

Varifrån kom kvävet i reaktionen?

När man eldat magnesium så får man 2MgO, ett vitt/gulgrönt pulver. Om man sedan tillsätter vatten, H₂O, så får man ammoniak – men ammoniaks formel är ju NH₃? Varifrån kommer kvävet? Har väl med luften att göra, men hur? / Amelie

Hej, Amelie! Jag antar att eldningen skett i luftatmosfär. Då oxideras magnesiet på vanligt sätt:

2 Mg(s) + O₂(g) → 2 MgO(s).

Magnesiumoxiden är ett vitt pulver. I luften finns ju också kväve som också kan reagera med magnesium:

3 Mg (s) + N₂(g) → Mg₃N₂(s)

Magnesiumnitriden är ett gult pulver, som reagerar med vatten:

Mg₃N₂(s) + 3 H₂O(l) → 3 MgO(s) + 2 NH₃(g)

Kvävet kommer med andra ord från luften från början. Vid oxidation med ren syrgas bör ingen nitrid bildas. / Vänligen, Nils-Ola Persson

Varför halveras inte volymprocenten alkohol vid utspädning 1:1?

När man späder ut 1 liter alkohol innehållande 96% volymprocent med 1 liter vatten så får man inte en vätska som innehåller 48 volymprocent alkohol. Hur är det möjligt?/ Jesper

Anledningen till detta är att molekylerna är olika och därmed växelverkar olika. Rent vatten (vätska) består av två väteatomer och en syreatom. Dessa atomer binder till varandra med kovalenta bindningar med ca 109 graders bindningsvinkel. I fast form (is) binder sedan varje syreatom med svagare s.k. vätebindningar till ytterligare två väteatomer i närliggande vattenmolekyler så att en regelbunden struktur uppkommer. I vätskan finns åtskilliga brott i denna struktur så att små ”mikroisberg” uppkommer och vätskan därmed flyter. Isstrukturen är dock rätt voluminös.

När man tillsätter etanol (C₂H₅OH) tränger dessa molekyler in mellan vattenmolekylerna och gör strukturen mer komprimerad. Denna varierande volym som en genomsnittlig molekyl upptar kallas partiell molvolym, och gäller för en mol molekyler (ca. 6 x 10²³st) och varierar för både etanol och vatten beroende på blandningens sammansättning. Ur tabeller kan man räkna fram att när man blandar ihop 1000 ml vatten och 1000 ml 96% etanol får man bara ca 1930 ml blandning just därför att molekylerna drar ihop sig. Volymprocenten blir nästan 47 % alkohol. / Vänligen, Nils-Ola Persson

Varför påverkar typen av bindning molekylens energi?

I kemin lär vi oss nu om kovalenta bindningar mellan atomer, och vi har lärt oss att en dubbelbindning mellan två molekyler resulterar i en lägre energinivå för molekylen än vad en enkelbindning generellt gör, alltså att molekylens energi blir lägre med dubbelbindningen än med enkelbindningen, men varför är det så? / Vilgot Hillbom

Kovalenta bindningar uppkommer ju genom att oparade elektroner i två atomer bildar ett bindande elektronpar som delas mer eller mindre lika, beroende på om det är två atomer av samma sort eller olika som binds samman. De oparade elektronerna i ensamma atomer kan bilda en bindande och en antibindande elektronbana (orbital). Den bindande har lägre energi, den antibindande högre än ensamma elektroner. I klorväte (HCl) har den ensamma väteatomen en elektron och kloratomen sju i det yttre elektronskalet (L). De båda elektronerna går då som ett par in i ben bindande och det bildas en enkelbindning, där klor har en större del av elektronparet, eftersom det är mest elektronegativt (längre till höger i periodiska systemet).

Dubbelbindningar visas bäst med gasen eten (H₂C=CH₂), som används vid plastframställning. Om vi inleder med två H₂C-fragment, har varje kol två elektroner. Då kan de först tänkas bilda en enkelbindning mellan kolatomerna på samma sätt som ovan. Dock har båda kolatomerna därefter ytterligare varsin oparad elektron, som kan bilda ytterligare en bindning, varvid vi får en dubbelbindning. Detta tillstånd har lägre energi än det med de två oparade elektronerna och därför blir det slutresultatet. För att bryta en dubbelbindning går det åt mer energi än för en enkelbindning. Värdet för en C-C-bindning är 368 kJ/mol (etan) och för dubbelbindning 720 kJ/mol (eten). / Vänligen, Nils-Ola Persson

Fortsätt vara nyfiken! Visa/dölj innehåll

Kemi

Livet självt är en kemisk process. Forskare vid LiU studerar biomolekylerna, som proteiner, i detalj. Här finns också materialforskning och mycket annat. Alla kemins huvudområden beforskas på LiU.

Fråga en forskare

Undrar du över någonting? Skicka in din fråga till oss så svarar en av våra experter.

Nyheter inom kemi

Läkemedel mot epilepsi kan utvecklas från kåda

Nya molekyler, utvecklade av forskare vid LiU, har lovande egenskaper för att kunna utvecklas till läkemedel mot epilepsi. Bland annat har flera av molekylerna anti-epileptisk effekt, enligt en studie som publiceras i tidskriften Epilepsia.

Viruset som sporrade forskning över gränserna

När coronapandemin svepte över världen hittade virusforskare och proteinkemister snabbt varandra och började samarbeta. Tillsammans kunde de ta fram tester av immunsvaret vid infektion och hjälpa vården.

Bo Durbeej standing in a hall with super computers

Forskarnas molekyl lagrar solenergi

LiU-forskare har utvecklat en molekyl som absorberar energi från solljus och lagrar energin i de kemiska bindningarna i molekylen. Tanken är att molekylen på sikt ska kunna användas till att effektivt fånga in och lagra solenergi för senare bruk.