Kemi

Den karaktäristik som gör det möjligt för oss att skilja ett ämne från ett annat kallas egenskaper. En fysisk egenskap är en egenskap hos materia som inte är förknippad med en förändring av dess kemiska sammansättning. Bekanta exempel på fysiska egenskaper är densitet, färg, hårdhet, smält- och kokpunkt samt elektrisk ledningsförmåga. Vi kan observera vissa fysiska egenskaper, t.ex. densitet och färg, utan att ändra det fysiska tillståndet hos den observerade materian. Andra fysiska egenskaper, t.ex. järnets smältningstemperatur eller vattnets frystemperatur, kan endast observeras när materien genomgår en fysisk förändring. En fysisk förändring är en förändring av materiens tillstånd eller egenskaper utan någon åtföljande förändring av dess kemiska sammansättning (identiteten hos de ämnen som ingår i materien). Vi observerar en fysisk förändring när vax smälter, när socker löses upp i kaffe och när ånga kondenserar till flytande vatten (figur 1). Andra exempel på fysiska förändringar är att magnetisera och avmagnetisera metaller (vilket görs med vanliga stöldskyddsmärken) och att mala fasta ämnen till pulver (vilket ibland kan ge märkbara färgförändringar). I vart och ett av dessa exempel sker en förändring av ämnets fysiska tillstånd, form eller egenskaper, men ingen förändring av dess kemiska sammansättning.

Figur 1. (a) Vax genomgår en fysisk förändring när fast vax värms upp och bildar flytande vax. (b) Ånga som kondenserar inuti en kokgryta är en fysikalisk förändring, då vattenånga omvandlas till flytande vatten. (kredit a: modifiering av arbete av ”95jb14″/Wikimedia Commons; kredit b: modifiering av arbete av ”mjneuby”/Flickr)

Förändringen av en typ av materia till en annan typ (eller oförmågan att förändras) är en kemisk egenskap. Exempel på kemiska egenskaper är brännbarhet, giftighet, surhet, reaktivitet (många typer) och förbränningsvärme. Järn kombineras till exempel med syre i närvaro av vatten för att bilda rost; krom oxiderar inte (figur 2). Nitroglycerin är mycket farligt eftersom det lätt exploderar; neon utgör nästan ingen fara eftersom det är mycket oreaktivt.

Figur 2. (a) En av järnets kemiska egenskaper är att det rostar, (b) en av kromets kemiska egenskaper är att det inte rostar. (kredit a: ändring av arbete av Tony Hisgett; kredit b: ändring av arbete av ”Atoma”/Wikimedia Commons)

För att identifiera en kemisk egenskap letar vi efter en kemisk förändring. En kemisk förändring ger alltid upphov till en eller flera typer av materia som skiljer sig från den materia som fanns före förändringen. Bildandet av rost är en kemisk förändring eftersom rost är en annan typ av materia än det järn, syre och vatten som fanns innan rosten bildades. Explosionen av nitroglycerin är en kemisk förändring eftersom de gaser som bildas är mycket olika typer av materia jämfört med det ursprungliga ämnet. Andra exempel på kemiska förändringar är reaktioner som utförs i ett labb (t.ex. koppar som reagerar med salpetersyra), alla former av förbränning (förbränning) och mat som kokas, smälts eller ruttnar (figur 3).

Figur 3. (a) Koppar och salpetersyra genomgår en kemisk förändring och bildar kopparnitrat och brun, gasformig kvävedioxid. (b) Vid förbränning av en tändsticka genomgår cellulosa i tändstickan och luftens syre en kemisk förändring för att bilda koldioxid och vattenånga. (c) Tillagning av rött kött orsakar ett antal kemiska förändringar, inklusive oxidation av järn i myoglobin som resulterar i den välkända färgförändringen från rött till brunt. (d) En banan som blir brun är en kemisk förändring då nya, mörkare (och mindre välsmakande) ämnen bildas. (kredit b: ändring av arbete av Jeff Turner; kredit c: ändring av arbete av Gloria Cabada-Leman; kredit d: ändring av arbete av Roberto Verzo)

Materiens egenskaper kan delas in i en av två kategorier. Om egenskapen beror på mängden närvarande materia är det en extensiv egenskap. Ett ämnes massa och volym är exempel på extensiva egenskaper; till exempel har en gallon mjölk en större massa och volym än en kopp mjölk. Värdet av en extensiv egenskap är direkt proportionellt mot mängden materia i fråga. Om egenskapen hos ett prov av materia inte beror på mängden närvarande materia är det en intensiv egenskap. Temperatur är ett exempel på en intensiv egenskap. Om en gallon och en kopp mjölk har varsin temperatur på 20 °C (rumstemperatur), förblir temperaturen 20 °C när de kombineras. Ett annat exempel är de olika men besläktade egenskaperna värme och temperatur. En droppe het matolja som stänks på din arm orsakar kortvarigt, mindre obehag, medan en gryta med het olja ger svåra brännskador. Både droppen och grytan med olja har samma temperatur (en intensiv egenskap), men grytan innehåller uppenbarligen mycket mer värme (extensiv egenskap).

Hasard Diamond

Du kanske har sett symbolen som visas i figur 4 på behållare med kemikalier i ett laboratorium eller på en arbetsplats. Denna diamant för kemiska faror, som ibland kallas ”branddiamant” eller ”riskdiamant”, ger värdefull information som kortfattat sammanfattar de olika faror som man ska vara medveten om när man arbetar med ett visst ämne.

Figur 4. National Fire Protection Agency (NFPA) hazarddiamanten sammanfattar de största farorna med ett kemiskt ämne.

National Fire Protection Agency (NFPA) 704 Hazard Identification System utvecklades av NFPA för att ge säkerhetsinformation om vissa ämnen. Systemet innehåller uppgifter om brandfarlighet, reaktivitet, hälsa och andra faror. Inom den övergripande diamantsymbolen anger den översta (röda) diamanten nivån på brandfaran (temperaturintervall för flampunkten). Den blå (vänstra) diamanten anger nivån av hälsofara. Den gula (högra) diamanten beskriver reaktivitetsrisker, t.ex. hur lätt ämnet kommer att detonera eller genomgå en våldsam kemisk förändring. Den vita (nedre) diamanten visar på särskilda faror, t.ex. om det är ett oxidationsmedel (vilket gör att ämnet kan brinna i avsaknad av luft/syre), om det reagerar ovanligt eller farligt med vatten, om det är frätande, surt eller alkaliskt, om det är en biologisk fara, om det är radioaktivt osv. Varje fara bedöms på en skala från 0 till 4, där 0 är ingen fara och 4 är extremt farligt.

Vidare många grundämnen skiljer sig dramatiskt åt i sina kemiska och fysikaliska egenskaper, har vissa grundämnen liknande egenskaper. Vi kan identifiera uppsättningar av grundämnen som uppvisar gemensamma beteenden. Till exempel leder många grundämnen värme och elektricitet bra, medan andra är dåliga ledare. Dessa egenskaper kan användas för att sortera grundämnena i tre klasser: metaller (grundämnen som leder bra), icke-metaller (grundämnen som leder dåligt) och metalloider (grundämnen som har egenskaper från både metaller och icke-metaller).

Det periodiska systemet är en tabell över grundämnen som placerar grundämnen med liknande egenskaper nära varandra (figur 5). Du kommer att lära dig mer om det periodiska systemet när du fortsätter dina studier i kemi.

Figur 5. Det periodiska systemet visar hur grundämnen kan grupperas enligt vissa liknande egenskaper. Observera att bakgrundsfärgen anger om ett grundämne är en metall, metalloid eller icke-metall, medan grundämnessymbolens färg anger om det är ett fast ämne, en vätska eller en gas.