Urvalsprov i miljövetenskaper 2010 / Modellsvar för de obligatoriska uppgifterna i
kemi
1.
Det periodiska systemet för grundämnen
Den första, som byggde upp ett periodiskt system för grundämnen, var den ryske kemisten
Mendelejev år 1869. Han ordnade grundämnena enligt deras atomvikter från de lättaste till de
tyngsta och märkte att i den kö han erhållit uppträder liknande kemiska egenskaper i
perioder. Periodiciteten var så regelbunden, att han med hjälp av den förutspådde egenskaper
för grundämnen, som då ännu var okända. Då grundämnena senare upptäcktes, visade sig
spådomarna vara förvånansvärt exakta.
Det periodiska systemets vågräta rader kallas perioder. Där är grundämnena placerade enligt
deras atommassa i stigande ordning. Då grundämnena kan ha 1-7 elektronskal, blir det sju
perioder. Periodens (radens) nummer anger alltså hur många fyllda elektronskal grundämnet
har. Skalets ordningsnummer är det samma som perioden. Då man rör sig från vänster till
höger i perioden växer grundämnets ordningsnummer och protonernas antal. Grundämnenas
kemiska egenskaper varierar vanligen betydligt inom samma period. Systematiska
förändringar syns tydligast mellan grundämnen i det periodiska systemets huvudgrupper.
De lodräta kolumnerna i det periodiska systemet kallas grupper och de är 18 till antalet.
Enligt oktettregeln kan det i det yttersta elektronskalet finnas maximalt 8 elektroner. Enligt
den här regeln kan grundämnena grupperas i åtta huvudgrupper, dessutom får man tio
sidogrupper. Eftersom de yttersta elektronerna i elektronhöljet bestämmer grundämnets
kemiska reaktivitet, är likheterna i kemiska egenskaper större inom samma huvudgrupp än
inom samma sidogrupp. På motsvarande sätt är skillnaderna i kemiska egenskaper mycket
större mellan huvudgrupperna jämfört med skillnaderna mellan egenskaperna i olika
sidogrupper. Besläktade grundämnen finns i samma grupper. T.ex. i övergångsmetallerna
(lantanoiderna) går elektronerna till de inre skalen tills de är fyllda. Dessa har alla en eller två
elektroner på den yttersta banan. Därför påminner lantanoider kemiskt mycket om varandra.
Grundämnena i huvudgrupperna har i det yttersta skalet så många elektroner som gruppens
romerska nummer anger. Huvudgrupperna har namngivits som följer: grupp I alkalimetaller,
grupp II jordalkalimetaller, grupp III, som inte har något egentligt namn, börjar med
ickemetallen bor och fortsätter med metaller, grupp IV kolgruppen, grupp V kvävegruppen,
grupp VI syregruppen, grupp VII halogener och grupp VIII ädelgaser (helium, neon, argon,
krypton, xenon och radon). Ädelgasernas yttersta elektronskal är alltså fyllda (8 elektroner
utom 2 för helium).
Det periodiska systemet kan också indelas enligt atomorbitalernas fyllnadsföljd i s-, p-, doch f-blocken. Grupperna 1 och 2 samt helium hör till block s, grupperna 13-18 (utom
helium) till block p, grupperna 3-12 (övergångsmetallerna) till block d samt lantanoiderna
och aktinoiderna i grupp 3 till block f.
2. Definiera kort följande begrepp
a) Ett hygroskopiskt ämne
Ett hygroskopiskt ämne har en benägenhet att suga i sig vatten
b) Sublimation
En direkt omvandling av ett ämne från fast form till gas
c) Osmos
Lösningsmolekylers (lösningsmedels) strömning genom ett semipermeabelt membran från en
svagare lösning till en starkare
d) Hydratisering
Vattenmolekylers bindning till joner med dipol-dipolbindningar. Eller: När ett salt löser sig i
vatten uppkommer runt de från kristallen avspjälkta jonerna ett hölje av vattenmolekyler, dvs.
hydratisering förekommer.
e) Estrering
Estrering är en kondensationsreaktion mellan syra och alkohol, där det uppkommer ester och
vatten.
f) Dubbeljon
En molekyljon med både en anjongrupp och en katodgrupp. Aminosyror uppträder som
dubbeljoner.
g) Kiralt centrum
En kolatom med fyra direkta bindningar till olika atomer eller atomgrupper bildar ett kiralt
centrum.
h) Fossila bränslen
Energikällor i form av kolväten, som uppstått under äldre geologiska perioder, t.ex. stenkol,
olja, naturgas, torv
i) Vilka organismer omvandlar atmosfäriskt kväve till en för växter och djur användbar form?
Kvävefixerande bakterier
j) Nivåer för proteiners struktur
Primär, sekundär, tertiär och kvaternär struktur
3.
I en sjö finns 1,0 x 1010 dm3 vatten. På grund av sur nederbörd har vattnets pH
sjunkit till 5,0. Miljöforskare föreslår att surheten minskas genom att sjön tillförs
kalciumkarbonat så mycket, att pH blir 6,0. Beräkna:
a)
Vilken är sjöns oxonium-jonkoncentration i början och då pH höjts till 6,0?
Ursprungligen [H3O+] = 10-5 mol/dm3
Och vid pH 6 [H3O+] = 1 x 10-6 mol/dm3
b)
Hur många mol oxoniumjoner finns i sjön då dess pH är 6,0?
1 x 10-6 mol/dm3 x 1 x 1010 dm3 = 1 x 104 mol
c)
Hur mycket kalciumkarbonat i fast form måste tillföras för att höja sjövattnets pHvärde till 6,0? Kalciumkarbonat neutraliserar syran (H+) enligt följande balanserade
reaktionsformel: CaCO3 + 2 H+ –> Ca2+ + H2O + CO2. (3 p.)
En (1) mol kalsiumkarbonat neutraliserar två (2) mol oxoniumjoner.
MCaCO3 = 40,08 + 12,01 + 48,00 = 100,09 g/mol
Mängden oxoniumjoner, som skall neutraliseras, är 1,0 x10-5 mol/l x 1,0x1010 l - 104
mol/l = 9 x 104 mol/l
m=nxM
m CaCO3 = 0,5 x 9,0 x 104 dm3 x 100,09 g/dm3 = 4,5 x 103 kg
