Fråga en forskare - Kemi

Mejla din fråga till fragaenforskare@liu.se

Foto: Antoine2K

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.Svensken Jöns Jacob Berzelius har upptäckt många grundämnen.

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

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 1100^oC.

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

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

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 g av resp. 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).Sukrosmolekylen är intakt i vatten. Foto Physchim62 [CC BY 3.0]
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

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

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

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

Vi jobbar i årskurs 4 just nu med olika ”okända” ämnen och i ett experiment så blandade vi potatismjöl med jod. Joden blir då färgad mörkblå/svart men enligt lärarinstruktion så 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? Blev lite svårt att förklara för eleverna nämligen så 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

Jag har en elev som undrar varför ämnet arsenik har högre smältpunkt (817 grader) än kokpunkt (613 grader). Jag hade inget bättre svar än att det nog har med att ämnet sublimerar och att bindningarna gör att ämnet inte beter sig "normalt". Kan du ge en bättre och tydligare förklaring? / David

Sublimationen är en bra förklaring. Jag tror det bästa svaret ligger i det bifogade diagrammet. Fast, flytande och gas-fas för ämnen. Bild: Matthieumarechal CC BY-SA 3.0

Det är ett principiellt fasdiagram vars data inte behöver gälla för arsenik. Vid höga tryck och låga temperaturer råder fast fas och vid låga tryck och höga temperaturer gasfas. Vätskefas råder vid högre temperatur och intermediära tryck. ”Kokpunkten” är den temperatur där ämnet i någon kondenserad fas övergår till en gasfas, vid en atm. tryck. I fallet arsenik råder fast fas, vilket gör att omvandlingspunkten är en sublimationspunkt. Detta beror på att bindningarna mellan arsenikatomerna i den fasta fasen släpper helt så att gasfas med i stort sett fria atomer (eller ev. små molekyler) bildas direkt ur den fasta fasen. För att vätska skall kunna bildas måste det totala trycket över den fasta fasen vara så stort att ingen gasfas kan bildas. Detta är fallet när trycket överstiger trycket vid trippelpunkten, som för arsenik är ca. 36 bar (eller atm, som är nästan det samma).

Ett annat ämne med liknande egenskaper är koldioxid, CO2 som ju är gas vid normala förhållanden. Fast fas ”kolsyresnö” som kan köpas avger gas direkt vid rumstemperatur. Här ligger sublimationspunkten på -78 grader och trippelpunkten på -56 grader och 5,11 atm. / Vänligen, Nils-Ola Persson

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. -1/2. 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

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, O^2-. 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 

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 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 ju inte spontant, då 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

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.Kokta musslor. Foto: CC-BY-SA David Monniaux

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.Kemisk struktur för astaxantin. Foto: Yikrazuul

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

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. Foto: Thavoc 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

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 (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 procent 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

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

Finns det några brandfarliga vätskor som saknar elektrisk ledningsförmåga? Kan någon nämna tre? / Lars

Brandfarliga vätskor är uteslutande organiska vätskor och eftersom de sällan kan dela upp sig i joner, och joner i allmänhet är svårlösliga i dem leder de inte ström i någon nämnvärd utsträckning.

En ren vätska som leder ström i liten omfattning är vatten, H2O, som delar upp sig i vätejoner, (eg. oxoniumjoner, H3O+) och hydroxidjoner, OH-. Det är emellertid mindre än en tiondels miljondel av molekylerna i rent vatten som delar upp sig på detta sätt så ledningsförmågan är svag. Löses salt eller syror i vattnet ökar ledningsförmågan mycket.

Brandfarliga vätskor (dit vatten givetvis inte hör) som inte leder ström är alla sorters kolväten, t ex petroleumeter (ligroin), bensen, toluen m.fl. Vanlig fordonsbensin kan vara lite osäker eftersom man kan ha tillsatt olika ämnen som skulle kunna bilda joner som är lösliga. Aceton har också svårt att bilda joner, men kan, om det stått länge i fuktig miljö, ta upp vatten (avdunstar dessutom lätt) och därmed innehålla joner. Detta gäller ännu mer alkoholer som metanol eller etanol.

Vid eventuella försök bör man betänka risken för överslag (gnistbildning) som kan antända de ångor som bildas över vätskan. Svåra explosioner kan bli följden. Flampunkt och antändningstemperatur bör kunna ses i de säkerhetsblad som leverantören är skyldig att medsända. / Vänligen, Nils-Ola Persson

För att reducera ut järn, om det nu går med den här mängden, ur en järn- och sulfathaltig vattenlösning med hjälp av elektrolys, hur i så fall göra för att uppnå ett bra resultat? Jag utgår från 1 liters lösning innehållande 15 g järn och 6 g sulfat och som håller pH omkring 2. Vilka elektroder är lämpliga att använda? Vilken spänning är lämplig? Tacksam för förslag. / Roland

Jag skulle behöva veta mer om din lösning för att finna optimala villkor. Jag vet inte om du har 3-värt eller 2-värt järn i lösningen. Om du ser någon färg bör 3-värt ge en brungul färg medan 2-värt är mer blågrön. Lösningar med 2-värt järn brukar med tillgång till syre gärna omvandlas till 3-värt över tid. Dessutom måste du ha någon annan negativ jon i lösningen för att neutralisera de positiva järnjonerna. 15 g Fe är 0,269 mol Fe medan 6 g sulfat (SO₄^2-) bara är 0,0625 mol (ännu mindre om du med ”sulfat” menar t.ex. natriumsulfat). I trevärt järnsulfat är jonförhållandet 2:3 och i tvåvärt 1:1. Vad du har för en ytterligare negativ jon har betydelse för vilken minsta spänning du behöver över elektrolyscellen. Vid elektrolysen vandrar ju elektroner till den negativa elektroden så att järnjonerna reduceras:
Feⁿ⁺ + n e^- → Fe
Där n är 3 resp. 2 för 3-värd resp. 2-värda joner. Fast järn sätter sig då på elektrodytan. Normalpotentialerna är -0,04 resp. -0,44 V. Med den sura lösning du har finns dock risk för att även vätejon i lösningen reduceras.
2 H⁺ + 2 e^- → H₂(g)
Denna reaktion kan elimineras eller minskas om du gör lösningen basisk med tillsats av soda (kaustik). Gasbubblor på den negativa elektroden visar på att vätgas bildas.
Samtidigt kommer något att oxideras vid den positiva elektroden. Sulfatjon är svår att oxidera eftersom svavlet redan är i sitt högsta oxidationstal (6). Du har en sur lösning som kanske är surgjord med saltsyra, då är det troligen en oxidation av kloridjon till klorgas som sker
2 Cl^- → Cl₂(g) + 2 e^- (normalpot. -1,36 V)
I en sur lösning kan ett alternativ vara att vatten blir syrgas och vätejon:
2 H₂O → O₂ + 4 H⁺ + 4 e^- (normalpot. -1,23 V)
Har du surgjort med ättika eller annat har jag inte tillgång till lämplig formel eller elektrodpotential.
Om du har gjort lösningen basisk med soda för att slippa/minska vätgasen, är en möjlig rektion vid den positiva elektroden.
4 OH^- → 2 H₂O + O₂ + 4 e^-
Lämpliga elektroder är troligen platina eller grafit, andra metaller kan också gå bra, dock kan ev. klorgas skada vissa metaller och ev grafit?
Spänningen beror delvis på de rätta normalpotentialerna, men även på lösningarnas koncentration och elektrodmaterialet. Den s.k. överspänningen kan göra att man får lägga på högre spänning än vad normalpotentialerna visar. Den beror av de processer som sker på elektrodytan och är svåra att förutse.
Mitt råd är att göra försök med en liten uppställning om kanske 100 mL och pröva sig fram. Märk dock väl att om de båda alternativa reaktionerna sker samtidigt så att vätgas och syrgas bildas samtidigt har du en explosiv gasblandning som kan antändas t ex när du ansluter strömkällan. Det är samma reaktion som man kan råka på om man överladdar ett bilbatteri. Du kan, som sagt, se om vätgas bildas genom att se om bubblor bildas vid den negativa elektroden. Om du har tillgång till ett U-rör kan du lätt skilja vätgas och syrgas åt. / Vänligen, Nils-Ola Persson

Jag har en stor platt bit kalksten (ca 25 cm i diameter) full med små fossiler. Jag undrar nu om man med någon lämplig kemikalisk lösning kan få bort (lösa upp?) en del av kalkstenen så att fossildjuren framträder tydligare (och ej tar skada)? / Lennart

Jag tror inte att det går. Att lösa upp kalksten inom rimlig tid kräver syra av ganska hög styrka. Det kommer då med nödvändighet att även skada fossilerna. Eftersom fossilerna består av sekundärt (senare inlagrat) mineral löser det troligen upp sig snabbare i syralösningen. Hade upplösning enligt din ide varit lämpligt, hade man nog sett sådana ”tvättade” fossiler på museer och liknande utställningar. I NE nämns kokning eller syrabehandling som metod för bearbetning av fossil, men det gäller kanske mjukare mineral än kalksten? / Vänligen, Nils-Ola Persson 

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). 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

Jag fick en fråga angående densitet av en elev. Frågan löd: "Har ytspänning något med densiteten att göra?" Vi hade i ett samtal pratat om densiteten för vatten och för fotogen. Jag tänkte då också på att t.ex svavelsyra som har betydligt högre densitet än vad vatten har. / Ulf

Ytspänning är ett fenomen som syns mest i vätskor. Gaser har ingen och fasta ämnens rigida form gör att den inte märks. Den beror på att de molekyler som befinner sig på ytan inte påverkas av någon kraft utåt från ytan eftersom där är luft eller något annat som attraherar mindre. Åt sidorna eller inåt i vätskan finns däremot andra molekyler som attraherar. Om de krafterna inte fanns skulle ju vätskan förgasas. Man får då en resulterande kraft inåt som gör att molekylerna strävar efter att komma från ytan. Ytspänningen mäts som kraft per längdenhet eller energi per ytenhet. Energi är kraft gånger längd så dimensionerna stämmer.

Det är alltså troligt att ytspänningen ökar med starkare attraktion mellan vätskemolekylerna. En tabell visar några ämnens värden med även densiteten given

Vid utspädning närmar sig svavelsyran rent vatten.

Ytspänningen brukar minska med ökande temperatur. Detta ger en viss korrelation med densiteten eftersom både densitet och ytspänning minskar med svagare attraktion mellan molekylerna. De flesta ämnen utvidgas ju med ökande temperatur vilket minskar densiteten. I jämförelse mellan olika ämnen kan det vara svårare att se samband mellan dessa storheter eftersom densiteten också beror av hur tunga atomerna/molekylerna är. / Vänligen, Nils-Ola Persson
 

Min fråga är angående PET plast. Jag har sett två sidor angående det här. Som jag förstår det finns inga bisfenoler i plasten då de inte förekommer överhuvudtaget i dess material, men man blir fundersam kring namnet Polyetentereftalat. Jag har hört några säga att PET läcker ftalater och andra som säger att ftalatnamnet i PET skiljer sig från de ftalater som sägs vara skadliga. Finns det endokrinstörande kemikalier i PET eller är det säkert att använda? Tack på förhand. / Jacob

PET står alltså för polyet(tyl)entereftalat och är en halvhård plast av polyestertyp. Den används bl. a. i engångsflaskor för läskedrycker. Den bildas av tereftalsyra, och etylenglykol. Tereftalsyra är en dikarbyxylsyra med två karboxylgropper i paraställning (mitt emot varandra i position 1,4- i en bensenring, HOOC-C₆H₄-COOH). Etylenglykol är en alkandiol med formeln HO-CH₂-CH₂-OH. De förestras och bildar då långa kedjor (övre bilden, källa: Wikimedia Commons). 

Vi har alltså långa kedjor där enskilda ftalater inte kan skiljas ut ur materialet under normala förhållanden. Antalet enheter kan vara flera hundra eller mer.

De ftalater som sägs (och i vissa fall är) skadliga är mjukgörare där ftalsyran i stället utgörs av iso-ftalsyra, där karboxylgrupperna sitter i orto-ställning, dvs. på närliggande kolatomer (nedre bilden, källa: Wikimedia Commons).

R är här en kolvätekedja. Dessa mjukgörare knådas in i den varma plastmassan och stör kristallstrukturen i plastmassan så att den mjukas upp. Tyvärr kan de då röra sig (diffundera) i plasten och tränga ut och därmed skada biologisk vävnad. Detta kan man märka på gamla plastföremål genom att de blir hårdare och stelare. Som exempel kan nämnas att leksaker och barnartiklar numera inte får säljas med ftalater som mjukgörare. Du kan hitta mer detaljer på Wikipedia. 

 

Jag tror inte att dessa mjukgörare finns i PET-föremål. / Med vänlig hälsning Nils-Ola Persson

 

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

Hej! 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 NO^3-. 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

Kan man framställa guld och varför? / 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 inte 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 1980 ska ha kostat i storleksordningen $50'000 och resulterade i atomära mängder guld. / Mvh, Rickard Armiento, bitr. universitetslektor, teoretisk fysik

 

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

Hej! 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

 

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

Hej! 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 tomer i alla oxider (eller andra kemiska föreningar) är helt joniserade dvs innehåller enbart O^2- 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

 

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 NH₃? Varifrån kommer kvävet? Har väll 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

 

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

 

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 Ålander

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

 

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

 

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 och 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, http://www.slv.se/grupp1/Mat-och-naring/Vad-innehaller-maten/Vitaminer/ / Vänligen, Nils-Ola Persson

 

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

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

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

Hur fungerar solskyddsmedel för att skydda oss mot solens ultravioletta strålning? / Mattias

Huden kan skyddas antingen genom att helt eller delvis täckas av något ogenomskinligt som försvagar strålningen, eller genom att något ämne som absorberar (tar upp) UV-strålningen och omvandlar den till energi och en eventuell kemisk reaktion. Exempel på de förra är zinkoxid och titandioxid och andra s.k. nanopartiklar. Flera av dessa är nu ifrågasatta därför att det kan finnas risk för att de tränger genom huden vidare in i kapillärblodkärl och sedan bidrar till att blodproppar bildas.

Ett exempel på det senare är oktylmetoxicinnamat (OMC). I dess struktur finns många omättade kol-kolbindningar som kan ta upp UV-strålning. Dess struktur visas här intill.

Detta ämne har dock visat sig ha olika skadliga effekter, som framgår av följande sida: https://sv.wikipedia.org/wiki/Oktylmetoxicinnamat. Den kemiska effekten är alltså i flera fall obefintlig, det handlar bara om att fysiskt täcka huden. / Vänligen, Nils-Ola Persson

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

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, termodynamiken som ger svaret på frågan om man är långt från jämvikt, dvs. om det finns drivkraft för reaktionen och sedan också kinetiken, dvs. hur snabbt den kan gå. Dina synpunkter 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 hastigheten är klart. Vänligen, Nils-Ola Persson

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 sidan http://www.slv.se/sv/grupp1/Risker-med-mat/Metaller/Koppar/ eller http://www.faktaomkoppar.se/faq / Vänligen, Nils-Ola Persson