INNEHÅLL
Ämnen >|< Teman
Teman >|< Ämnen
Ämnen >|< Teman
SPORT OCH FRITID
Bollar
Höga och långa hopp
Håll dig varm
Tryck på olika nivåer
Sammanfattning
Fördjupning
KRAFT, RÖRELSE OCH ENERGI
Vad är rörelse?
Vad är kraft?
Arbete och energi
Effekt
Sammanfattning
Fördjupning: Relativitetsteorin
NATURVETENSKAPLIGT ARBETSSÄTT
Fysikens ramar
Vad är fysik?
Observera
Beräkna
Modeller
Källkritik
Sammanfattning
VAD ÄR FYSIK
Materians delar
|
7-4-1 Materians delar Det är gott med fika! När vi ätit en kaka är det kanske lite smulor kvar på tallriken. Vad innehåller smulorna och hur små bitar kan vi dela dem i? Om vi är nyfikna och vill beskriva hur världen ser ut är en viktig fråga: Vad består allting av? Alla som någon gång bakat småkakor vet att de består av en hel del socker. Vi borde alltså åtminstone hitta socker när vi delar smulorna i mindre och mindre delar. Men hur små delar kan vi dela kakan i?
De gamla grekerna trodde att det fanns en minsta del som inte gick att del mer. Ordet atom betyder odelbar. Idag vet vi att även atomen består av mindre partiklar. Partiklar viktiga för att beskriva världen runt omkring oss. Här kommer du att se vad det finns för partiklar, hur de ser ut och lite om hur de beter sig. |
|
7-4-2 Atomer och molekyler Vad händer när vi delar smulorna i mindre och mindre bitar? Hur små bitar kan vi dela sockersmulorna i? Socker består av molekylen sackaros. En molekyl är en partikel som består av flera atomer. Ordet atom kommer från grekiskan och betyder ”odelbar”. Det låter ju som att vi har hittat den minsta biten i universum. Men det stämmer inte. Atomer består av en atomkärna som är omgiven av ett moln av negativt laddade elektroner. Dessutom består själva atomkärnan av ännu mindre delar. I kärnan hittar vi positivt laddade protoner och neutrala neutroner. Det vi kan lära oss av vår fika är alltså att all materia, som till exempel småkakor, är uppbyggd av atomer, som i sin tur består av ännu mindre delar. [Animation eller illustration: sackaros-molekylen. I en animation kan man ev låta den delas upp i atomer, och sedan “zooma in” en väteatom så att vi ser Bohr-modellen] Sackaros-molekylen består av kol-, väte- och syreatomer. Dessa atomer är exempel på grundämnen, ämnen som bara består av en sorts atom. Alla grundämnen har olika egenskaper. För att förstå atomerna lite bättre behöver vi en modell över hur de är uppbyggda. |
|
7-4-3 En modell för atomen Det är svårt att beskriva hur olika saker ser ut i mikrokosmos, eftersom det är så annorlunda jämfört med vardagen som vi är vana vid. Vi skapar därför förenklade modeller som ganska bra beskriver det vi vill. I bilden nedan ser du en mycket förenklad bild av en atom. I mitten ser vi atomkärnan och den består av både protoner och neutroner. Runt den cirklar elektroner. Skalan i den här bilden är fel. Elektronerna är egentligen mycket mindre, och mycket längre bort från kärnan. Men det är svårt att rita det rätt. Om kärnan var så stor som i bilden skulle elektronerna var 1000 gånger mindre och mer än 1 km bort! Den här modellen av en atom kallas Bohrmodellen. I den rör sig elektroner i banor kring atomkärnan, ungefär som planeter kring en stjärna. En elektron i en bana har alltid samma avstånd in till kärnan, men kan i övrigt röra sig lite hur som helst. Man säger därför att elektronerna bildar elektronskal runt kärnan. Elektronen har en liten, negativ laddning. När man räknar brukar man skriva den som –e, där e är den så kallade elementarladdningen. Elementarladdningen är den minsta elektriska laddning som man har hittat. |
Bohrmodellen, eller Bohrs atommodell, är döpt efter dansken Niels Bohr (1885–1962), som föreslog den 1913. Läs mer om atommodeller i fördjupningen [länk]
e = 1,602176634 × 10−19 coulomb. |
|
7-4-4 Atomens kärna De negativt laddade elektronerna snurrar runt atomkärnan. I en atom finns det lika många elektroner som snurrar runt kärnan som det finns protoner i kärnan. Protonen har en elektrisk laddning som är lika stor som elektronens, men positiv istället för negativ. Så eftersom atomen innehåller lika många protoner och elektroner balanserar de ut varandra. Atomen som helhet är då inte laddad. Atomkärnan kan också innehålla neutroner. Neutroner har ingen laddning, men gör så att kärnan blir stabil. [Bild på väte, helium och litium] Protonerna och neutronerna är ungefär lika stora, men elektronen är väldigt mycket mindre än dem. När man ritar atomer enligt Bohrs modell brukar man ändra skalan, och rita elektronen mycket större och mycket närmre kärnan än den egentligen är. Eftersom den här bilden av en atom är så vanlig är det lätt att börja tro att det är så atomer faktiskt ser ut, men det stämmer alltså inte. |
Väte är det enda ämnet som har en stabil isotop helt utan neutroner. Den består av en proton och en elektron, och är den vanligaste sortens väte.
Om antalet elektroner inte är lika många som antalet protoner har vi en jon, som då är positivt eller negativt laddad. |
|
7-4-5 Storleksordningar i mikrokosmos Det är svårt att förstå hur liten en atom verkligen är, men också hur mycket tomrum den består av. Protonerna i kärnan är ungefär 2 000 gånger större än elektronerna. Skillnaden i massa är alltså lika stor som mellan en bil och ett mjölkpaket. Det är också stora avstånd mellan kärna och elektroner. Storleken på olika atomer är olika eftersom de innehåller olika antal partiklar. För den minsta atomen, väte, är hela atomens radie ungefär 0,1 nanometer (0,1*10-9 m, det vill säga 0,0000000001 m). Atomkärnan har en radie på 1 femtometer (1*10-15 m, det vill säga 0,000000000000001 m). Det betyder att hela atomen är ungefär hundra tusen gånger större än själva kärnan. Så om vi ritar vätets atomkärna med en radie på 1 centimeter, borde vi egentligen rita elektronen 1 kilometer bort från kärnan. Om vi istället tänker oss att protonen är lika stor som Globen (ca 110 meter), då kommer elektronen att vara stor som en grapefrukt (11 cm). Det kommer också att vara ett väldigt stort avstånd mellan dem - 5000 km, eller ungefär lika långt som det är mellan Stockholm och Kanarieöarna. |
|
7-4-6 Olika atomer Antalet protoner i kärnan bestämmer vilket ämne det är. Alla grundämnen med en förkortning av en eller två bokstäver. Till exempel står ”H” för väte, och ”He” är förkortningen för helium. En atom har alltid ett helt antal protoner i kärnan. Antalet protoner brukar kallas för atomens atomnummer. Atomnumret skrivs ibland som en liten siffra framför ämnets förkortning. För väte, som har en proton, blir förkortningen 1H. För helium, som har två protoner, skriver vi 2He, och så vidare. Litium har atomnumret 3 och alltså 3 protoner (och tre elektroner som snurrar runt kärnan). [Bild: En bild, eller två bilder bredvid varandra. Bilder på väteatom och heliumatom, samt förkortningen 1H och 2He. Pil eller liknande till “H”, med etiketten “Förkortning. H = väte” och till “He” med etiketten “Förkortning. He = helium”. Pil eller liknande till “1” och “2”, med etiketten “Atomnummer = antal protoner”.] Men antalet neutroner kan variera. Man får då olika varianter på ett och samma slags grundämne. De olika varianterna kallas isotoper. |
|
7-4-7 Isotoper Atomer som är samma grundämne har alltid lika många protoner i kärnan, men antalet neutroner kan variera. Vi kallar det för olika isotoper. Precis som vi ibland vill skriva ut atomnumret vill vi ibland kunna ange vilken isotop vi pratar om. Då brukar vi ange atomens masstal. Masstalet är antalet protoner plus antalet neutroner i atomkärnan. Det skrivs ovanför atomnumret, framför ämnets förkortning. För väte som är den lättaste atomen finns det en proton i kärnan, den har atomnumret 1. Om det inte finns några neutroner i kärnan kommer atomnumret och masstalet båda att vara ett. Men det kan också finnas en eller två neutroner i vätekärnan, då blir masstalet två eller tre. [Bild: bild på deuteriumatom, samt förkortningen 21H. Pil eller liknande till “H”, med etiketten “Förkortning. H = väte”. Pil eller liknande till “1”, med etiketten “Atomnummer = antal protoner”. Pil eller liknande till “2”, med etiketten “Masstal. 2 = 1 proton + 1 neutron”. Bildtext: Deuterium är en isotop av väte som har en neutron och en proton i atomkärnan. Den kallas ibland “tungt väte”.] För vanligt väte, som har en proton och inga neutroner i sin kärna, skriver man då 11H. Väteisotopen 21H har en proton och en neutron i kärnan och kallas deuterium. 31H, tritium, har en proton och två neutroner i kärnan. [Bild: bild på kol-atom, samt förkortningen 126C. Pil eller liknande till “C”, med etiketten “Förkortning. C = kol”. Pil eller liknande till “6”, med etiketten “Atomnummer = antal protoner”. Pil eller liknande till “12”, med etiketten “Masstal. 12 = 6 protoner + 6 neutroner”. BIldtext: Kol-isotopen med 6 neutroner i atomkärnan är den variant av kol som är vanligast på jorden.] |
|
7-4-8 Periodiska systemet För att hålla ordning på grundämnena har vi delat in dem i det periodiska systemet. Idag känner vi till 118 grundämnen. I periodiska systemet skrivs alla grundämnen med en förkortning av en eller två bokstäver. Till exempel står ”H” för väte, och ”He” är förkortningen för helium.
I det periodiska systemet är grundämnena ordnade efter antal protoner. Längst upp till vänster har vi väte, med en enda proton. Sen kommer helium med två protoner, och så vidare hela vägen till Oganesson med 118 protoner. Man hade kunnat lägga alla ämnena i en rad, men istället har man delat upp dem i kolumner. Hur kolumnerna ser ut beror på hur elektronerna är fördelade runt atomkärnan, och spelar stor roll för ämnenas egenskaper. |
Läs mer om periodiska systemet i
Två rader brukar ritas nedanför resten av periodiska systemet. De passar egentligen in mellan andra och tredje kolumnen, men om man ritar in dem där blir tabellen väldigt bred. |
|
Quiz - Materians delar Protoner är positivt laddade och stöter bort varandra. Varför faller då inte atomkärnan isär? Gravitationskraften håller ihop dem.
Friktionskraften håller ihop dem.
Den starka kärnkraften är starkare än den elektriska kraften.
Normalkraften håller ihop dem.
Vilken slutsats kan man dra av energiprincipen? Energi kan skapas om temperaturen blir hög.
Energi kan försvinna när något svalnar.
Den totala energimängden är konstant, men energin kan byta form.
Bara rörelseenergi bevaras.
Vad är en molekyl? En partikel som består av flera atomer
En atomkärna
En elektron
Ett grundämne
Vad betyder ordet atom? Liten
Osynlig
Odelbar
Rund
Vilka partiklar finns i atomkärnan? Elektroner och neutroner
Protoner och elektroner
Protoner och neutroner
Elektroner och fotoner
Vilken laddning har en elektron? Negativ
Neutral
Positiv
Vilken laddning har en proton? Negativ
Neutral
Positiv
Varför är en atom normalt inte elektriskt laddad? Den innehåller inga laddade partiklar
Antalet protoner och elektroner är lika många
Vilken partikel har ingen elektrisk laddning? Elektronen
Protonen
Neutronen
Vad bestämmer vilket grundämne en atom tillhör? Antalet neutroner
Atomens massa
Antalet protoner i kärnan
Antalet elektronskal
Vad kallas antalet protoner i en atom? Masstal
Atomnummer
Isotopnummer
Vad är isotoper? Atomer av samma grundämne men med olika antal neutroner
Atomer med olika antal protoner
Atomer med olika antal elektroner
Molekyler med olika laddning
Hur är grundämnena ordnade i periodiska systemet? Efter massa
Efter antal neutroner
Efter antal protoner
Efter laddning
Varför är Bohrmodellen inte helt korrekt när man ritar atomer? Den visar inte några elektroner.
Den visar neutronerna utanför kärnan.
Elektronerna ritas mycket större och närmare kärnan än de egentligen är.
Den visar för få protoner i kärnan.
Om en atom innehåller 8 protoner, 8 neutroner och 8 elektroner, vilket är dess masstal? 8
16
24
32
Vilket påstående om elektroner i Bohrmodellen stämmer? De ligger stilla runt kärnan.
De rör sig i banor på bestämda avstånd från kärnan.
De har ingen laddning.
Om en atom har atomnummer 17, hur många elektroner har den om atomen är neutral? 17
34
16
18
En isotop av ett grundämne skiljer sig från en annan isotop genom att den har: olika antal neutroner
olika antal elektroner
olika antal protoner
olika elektrisk laddning
Om en väteisotop har masstalet 3, hur många neutroner finns då i kärnan? 1
2
3
4
Vilket av följande påståenden förklarar bäst varför grundämnen i samma kolumn i det periodiska systemet ofta har liknande egenskaper? De har samma massa.
De har samma antal neutroner.
De har liknande fördelning av elektroner runt kärnan.
De upptäcktes samtidigt.
En atom innehåller 11 protoner, 12 neutroner och 11 elektroner. Vilket av följande är korrekt? Atomnumret är 11.
Masstalet är 11.
Atomnumret är 12 .
Masstalet är 12.
|
|
Uppgift - Materians delar |
Protoner är positivt laddade och stöter bort varandra. Varför faller då inte atomkärnan isär?
Vilken slutsats kan man dra av energiprincipen?
Vad är en molekyl?
Vad betyder ordet atom?
Vilka partiklar finns i atomkärnan?
Vilken laddning har en elektron?
Vilken laddning har en proton?
Varför är en atom normalt inte elektriskt laddad?
Vilken partikel har ingen elektrisk laddning?
Vad bestämmer vilket grundämne en atom tillhör?
Vad kallas antalet protoner i en atom?
Vad är isotoper?
Hur är grundämnena ordnade i periodiska systemet?
Varför är Bohrmodellen inte helt korrekt när man ritar atomer?
Om en atom innehåller 8 protoner, 8 neutroner och 8 elektroner, vilket är dess masstal?
Vilket påstående om elektroner i Bohrmodellen stämmer?
Om en atom har atomnummer 17, hur många elektroner har den om atomen är neutral?
En isotop av ett grundämne skiljer sig från en annan isotop genom att den har:
Om en väteisotop har masstalet 3, hur många neutroner finns då i kärnan?
Vilket av följande påståenden förklarar bäst varför grundämnen i samma kolumn i det periodiska systemet ofta har liknande egenskaper?
En atom innehåller 11 protoner, 12 neutroner och 11 elektroner. Vilket av följande är korrekt?