EFNISHEIMURINN KAFLI 1 og sagan 1 SAGAN Fyrstu

EFNISHEIMURINN KAFLI 1 og sagan 1

SAGAN Fyrstu kenningar um eðli efnis : Aristóteles (384 – 322 f. kr. ) : 4 frumefni ; jörð – vatn – eldur – loft. Alkemistar Gullgerðarmenn miðalda – reyndu að breyta óæðri málmum í gull. Kenningar þeirra byggðust framan af á hugmyndum Aristótelesar og félaga. Reynslan leiddi í ljós að þær dugðu skammt ! Með starfi þeirra safnaðist saman hagnýtur fróðleikur um hegðan efna, og frá þeim koma ýmis tól og tæki sem sjást í tilraunastofum efnafræðinga enn í dag. 2

VISKA UM FRUMEINDIR VAR SAMT TIL. Demókrítos 450 f. Kr “allt efni er gert úr ósýnilegum litlum ögnum, frumeindum (atómum)” 3

SAGAN FRH. HEFÐBUNDIN EFNAFRÆÐI Um miðja 17. öld : Vísindi byggð á tilraunum – kenningar sannreyndar með tilraunum. Robert Boyle (1627 -1691) Í “Sceptical Chymist” (1661) setti Boyle fram nýja skilgreiningu á hugtakinu frumefni : Gerði ráð fyrir “frumögnum” sem með samruna yrðu að “smáögnum”. Eiginleikar mismunandi efna eru ákvarðaðir út frá fjölda, stöðu og hreyfingu frumagnanna. 4

SAGAN FRH. LAVOASIER (1743 -1794) Franskur vísindamaður á 18. öld Sagður faðir nútíma efnafræði Fékkst við efni með tilraunum og rökhugsun Gerði sér grein fyrir muninum á frumefni og efnasambandi ! Frumefni : verður ekki aðgreint í önnur efni Efnasamband : inniheldur fleiri en eina gerð frumefna, sem ekki verða aðskildar á einfaldan hátt. Sýndi fram á að vatn er ekki frumefni ! Skráði upplýsingar á skipulegan hátt Lavoasier bjó til frumefnatöfluna á bls. 9 5

SAGAN FRH. MENDELJEF (1834 -1907) 1869 : setti fram lotukerfi með 63 frumefnum. Efnafræðilegir og eðlisfræðilegir eiginleikar frumefnanna breytast með lotubundnum hætti í samræmi við atómmassa þeirra. Árangurinn : Lotukerfið !! Lotukerfið sýndi samræmi milli eiginleika frumefnanna. Í lotukerfi Mendelejeffs voru nokkrar eyður, en hann gat spáð fyrir um eiginleika þeirra efna sem þar ættu vera. Spá hans rættist ! 6

Myndband 7

HVERNIG HUGSUM VIÐ EFNAFRÆÐI ÞRIGGJA HEIMA SÝN Skiptist í þrjú svið Efnisheimurinn H 2 O (l) Táknheimurinn Hugmyndaheimurinn 8

EFNUM MÁ SKIPTA Í TVO MEGIN FLOKKA Efni Hrein efni Frumefni Efnablöndur Efnasambönd 9

HREINT EFNI: Er efni sem hefur verið hreinsað af ýtrustu vandvirkni og hefur ákveðin sérkenni, t. d. Hreint efni: matarsalt Suðumark Eðlismassa Leysni Sjaldgæft í náttúrunni Rigningarvatn getur verið dæmi um hreint efni vatn (H 2 O), súrefni (O 2), salt (Na. Cl) eru allt hrein efni. Skiptast í: Frumefni Efnasambönd Hreint efni: vatn 10

FRUMEFNI: Eru efni sem ekki er hægt að sundra í önnur efni. Öll frumefni er að finna í lotukerfinu Allar frumeindir(atom) nákvæmlega eins. Frumeindirnar eru oftast tengdar saman í frumefnunum og mynda sameind. Dæmi: Vetni (H 2), Súrefni (O 2) og Óson (O 3) Efnatákn: Frumefnin eru táknuð með einum stórum staf (H) eða stórum og litlum staf (Hg) Listi yfir frumefni og efnatákn bls. 5 í Efnisheiminum. þeirra er á Frumefni: ál 11

EFNASAMBAND: Hreint efni samsett úr ákveðnum frumefnum í ákveðnum hlutföllum. � Lögmálið um föst hlutföll frumefna í efnasamböndum Ø Hlutföll frumefna í öllum efnasamböndum eru föst, alls staðar og alltaf. Er táknað með efnaformúlu sem er skammstöfun fyrir nafn efnasambandsins. Formúlan sýnir gerð frumefna í efnasambandinu og hlutföll þeirra. Dæmi: hreint eimað vatn (H 2 O), metan (CH 4) 12

EFNABLANDA: Blanda af ýmsum efnum, bæði efnasamböndum og frumefnum. Algengar í náttúrunni, t. d. Sjór (H 20, Na. Cl o. fl. ), Andrúmsloft (N 2, O 2, CO 2, Ar o. fl. ), Súpa, granít, brauð. . . Efnablanda: brauð Yfirleitt er mjög auðvelt að skilja efnin í sundur. Dæmi: Eiming: vatn soðið og þá sitja uppleystu efnin eftir. Leysni: kaffiduft er sett í sjóðheitt vatn og þá leysast sum efnin úr duftinu upp og blandast vatninu í staðinn 13

FORMÚLUR: Efnaformúla: Skammstöfun Dæmi um efnaformúlur: fyrir nafn sameindar. Sýnir gerð og fjölda frumeinda í sameindinni. Byggingarformúla: NH 3 Dæmi um byggingarformúlu: Teikning af sameind Sýnir gerð og fjölda frumeinda í sameindinni og hvernig þær tengjast. Sýnir tengigetu. H N H H 14

CH 4(g) + O 2(g) —> CO 2(g) + H 2 O(g) EFNAJAFNA: Táknmál efnafræðinnar Lýsir breytingu á efnunum � t. d. hamskiptum og efnahvörfum Sýnir: � Hvaða sameindir breytast � Hversu margar þær eru � Í hvaða ham þær eru. Dæmi um efnajöfnu: A 2(l) + B 2(l) 2 AB(s) sem þýðir að vökvarnir A 2 og B 2 hafa breyst í fasta efnið AB 15

HAMUR EFNIS: Öll efni geta tekið á sig 3 hami: Storkuhamur(s) (solid/fast ástand ) Vökvahamur (l) (liquid/fljótandi ástand ) Lofthamur (g) (gas/loftkennt efni ) Hitastig ræður hami efna. aukinn hiti: fer úr föstu í fljótandi í loftkennt Hamskipti: gufun, storknun, þétting eða bráðnun 16

BRÆÐSLUMARK OG SUÐUMARK: Efni breytir um ham við ákveðið hitastig. Bræðslumark: hitastigið þegar efnið bráðnar (t. d. vatn 0°C, járn 1535°C) Suðumark: hitastigið þegar efnið gufar upp (t. d. vatn 100°C, járn 2750°C) Þegar sagt er að efni sé fast, vökvi eða gas er átt við ham þess við 25°C Efni Bræðslumark vatn súrefni nikkel 0°C -219°C 1455°C Suðumark 100°C -183°C 2899°C 17 Hvernig er hamur efnanna við stofuhita (25°C)?

HAMSKIPTI: 18

SUÐUMARK OG LOFTÞRÝSTINGUR: Loftþrýstingur frá lofthjúpnum á yfirborð jarðarinnar. Hefur áhrif á veður (hæðir / lægðir) Lækkar eftir því sem ofar dregur, t. d. í fjöllum Loftþrýstingur hefur áhrif á suðumark efna Hærri loftþrýstingur hærra suðumark Hægt að sjá hvort hæð eða lægð er yfir landinu Suðumark efnis er yfirleitt miðað við staðalþrýsting, 1013 hektopasköl 19

EFNABREYTINGAR: Hamskipti: Klaki Leysing: Kakó bráðnar (breytt hitastig) leysist upp í vatni (efnablanda verður til) Efnahvarf: Við brennum bensín og það verður að vatni og koldíoxíði 20

YFIRLIT YFIR HUGTÖK Í 1. KAFLA Hreint efni Efnablanda Frumefni Efnasamband Lavoasier Mendeljef Efnatákn Efnaformúla Táknin s, l og g Efnajafna Efnabreytingar Eiming Hamur efnis Hamskipti Bræðslumark Suðumark Loftþrýstingur Leysing Efnahvarf 21