Rafrænt námsefni

Líffræði:

Mannslíkaminn hljóðbók rafbók

Lífheimurinn  hljóðbók rafbók

Maður og náttúra hljóðbók  rafbók

Gagnvirk verkefni úr námsefninu

Eðlisfræði og efnafræði:

Efnisheimurinn  hljóðbók  rafbók

Eðlisfræði 1 hljóðbók  rafbók

Eðlisfræði 2 hljóðbók  rafbók

Eðlisfræði 3 hljóðbók  rafbók

Eðlis- og stjörnufræði 1 rafbók

Umhverfismennt:

Norden i skolen

Heimurinn minn  (þarf flash)

CO2 loftslagsbreytingar

Skilningsbókin

Dagur íslenskrar náttúru

 

…. og svo margt, margt annað sem rekur á fjörur og nýtist í náminu.

 

 

Efnafræði áherslur og hugtök

Frumeindakenningin

Grikkinn Demokrítus var uppi fyrir meira en 2000 árum, setti fram þá kenningu að efni væri búið til úr litlum eindum sem ekki var hægt að skipta í smærri eindir. Þessar eindir kallaði hann frumeindir eða Atóm. Grikkir gátu ekki sannreynt þessa kenningu og féll hún í gleymsku.

Hugmyndir um að allt efni væri gert úr 4 frumefnum: Jörð, vatni, lofti og eldi.

Englendingurinn John Dalton endurvakti svo þessa hugmynd um atómin í byrjun nítjándualdar og er hann talinn höfundur hennar í dag. Með rannsóknum sínum þróaði hann þá kenningu að: “All efni væri gert úr frumeindum (atómum) sem hallar væru eins í hverju frumefni um sig en mismunandi eftir frumefnum. Frumeindir mismunandi frumefna gætu síðan sameinast og myndað stærri eindir, sameindir.” Þessi kenning Daltons nefnist frumeindakenningin.

Frumeindir (atóm)  og sameindir

Efni eru búin til úr mjög litlum eindum sem kallast sameindir. Þessar eindir er hægt að kljúfa í frumeindir. Dæmi um sameindir eru vatn (H2O), sem eru tvö vetnisatóm og eitt súrefnisatóm.

Frumefnin eru rúmlega 100, en einungis 90 hafa fundist í náttúrunni en hin búin til í tilraunastofum. Frumefnum er raðað í lotukerfið.

Frumefni og efnasamband

Ef frumeindir efnis eru allar af sömu gerð kallast efnið frumefni.

Sameindir geta verið tvennskonar. Sumar þeirra eru úr frumeindum sem eru allar eins, t.d. óson (O3). En sumar eru samsettar úr ólíkum frumefnum. Hrein efni úr slíkum sameindum nefnast efnasamband, t.d. koltvíoxíð (CO2).

Efnaformúlur og byggingarformúlur

Efnaformúlur segja okkur úr hvaða efnum sameindir eru gerðar og í hvaða hlutföllum þau eru. Tökum vatn sem dæmi það hefur efnaformúluna H2O. Þessi formúla segir að það eru tvær vetnisfrumeindir (H) tengdar við eina súrefnisfrumeind (O). Litla talan aftan við skammstöfun frumeindar segir hversu margar slíkar frumeindir eru í efninu. Í sameindinni CO2 eru þá ein kolefnisfrumeind (C) og tvær súrefnisfrumeindir (O).

Byggingarformúla eru einföld teikning af líkani sameindar. Byggingar formúlur vetnis (H2) og súrefnis (O2) eru t.d.

H-H O=O

Strikin tvö sem tengja súrefnisatómin saman eru kölluð tvítengi.

Nöfn og tákn efnafræðinnar

Mál efnafræðinnar er alþjóðlegt og byggist oft á latínu. Mörg frumefni hafa þó líka séríslensk heiti. Nokkur algeng efni eru

Grískt eða latneskt   heiti Frumeindatákn Íslenskt heiti
Oxygen O Súrefni
Hydrogen H Vetni
Carbon C Kolefni
Nitrogen N Nitur
Sulfur S Brennisteinn
Phosforus P Fosfór
Chlorum Cl Kór
Natrium Na Natrín
Kalium K Kalín
Cuprum Cu Kopar
Ferrum Fe Járn
Calcium Ca kalsín

Hamur efnis

Flest efni geta verið ýmist föst, fljótandi eða gas. Hamur, ástand, efnis við tiltekinn hita fer eftir bræðslu og suðumarki.

Fast efni er oft nefnt storka (storknun), fljótandi efni er vökvi og loftkennt efni lofttegund eða gas. Þegar efni breytir um ham er talað um hamskipti.

Útfrá frumeindakenningunni er kenningin um hreyfingu sameindanna dregin. Samkvæmt henni er hiti ekkert annað en mælikvarði á hreyfiorku sameindanna. Hár hiti í efni þýðir í raun að sameindir efnisins eru á mikilli hreyfingu. Lægsti mögulegi hiti, alkul (-273°C), felur í sér að sameindir séu alveg kyrrar. Engin takmörk eru á mesta hita.

Efnahvörf

Efnahvarf felur í sér myndun nýrra sameinda. Ef við hugsum okkur að tvö ímynduð efni A2 og B2 (hvarfefni) sem er blandað saman og þá hefst efnahvarf (blöndun efnanna sem hverfa og ný myndast). Efnin sem myndast gætu verið AB og AB (myndefni) .

Leysni efna

Mörg efni er hægt að leysa upp í vökvum. Við þetta blandast efnin (föst efni eða gös) vökvanum. Hæfileiki vökva til að leysa efni er nefndur leysni. Leysni fastra efna í vökvum eykst eftir því sem vökvinn er hitaður, hægt er að leysa meira af fasta efninu í vökvanaum. Leysni gasa, hinsvegar, minkar þegar vökvinn er hitaður, hægt er að leysa minna af gasinu í vökvanum. Þetta sést greinilega þegar vatn er soðið og loftbólur myndast í því þegar það hitnar.

Lífræn efni eru þau efni sem samanstanda af kolefni, vetni og oft einnig súrefni, nitri og/eða brennisteini og fleiri efnum.

Lofthjúpur jarðar

Efnasamsetning lofthjúpsins

Jörðin hefur lofthjúp sem er tugir kílómetra á þykkt. Hann er þéttastur við jörðu en þynnist eftir því sem lengra dregur frá jörðu. Efnin sem mynda lofthjúpinn eru

Lofttegund Efnaformúla Hlutfall andrúmslofts (%   rúmmáls)
Nítur N2 78
Súrefni O2 20
Koltvíoxíð CO2 0,03
Argon Ar 1
Aðrar lofttegundir (m.a.   vatnsgufa) H2O c.a 1

Bygging frumeinda

Öreindir

  1. 1.Róteind hefur eina plús hleðslu rafmagns (+)
  2. 2.Nifteind er óhlaðin og jafn þung og róteind
  3. 3.Rafeind hefur eina mínushleðslu (-) og einungis 1/2000 af massa róteinda og nifteinda.

Hleðsla einnar rafeindar eða róteindar nefnist frumhleðsla og er minnsta rafhleðsla sem til er. Róteindir og nifteindir eru í kjarna frumeinda en rafeindir sveima um hann. Vegna þess að frumeindir eru óhlaðnar hljóta þær að innihalda jafn margar róteindir og rafeindir.

Sætistala og massatala

Kolefnisfrumeind inniheldur 6 róteindir og 6 rafeindir. Sætistala frumeindar er jöfn fjölda róteinda í kjarna, sætistala kolefnis er 6. Hin ýmsu frumefni hafa mismundi sætistölu. Í lotukerfinu er frumefnum raðað eftir vaxandi sætistölu.

Fjöldi nifteinda í kjarna tiltekins frumefnis, t.d. kolefnis, er ekki alltaf sá sami. Til eru frumeindir af kolefni með 6,7, og 8 nifteindir. Slíkar mismunandi frumeindir sama frumefnis nefnast samsætur.

Samanlagður fjöldi róteinda og nifteinda í kjarna frumeinda er massatala

Af kolefni finnast þrjár samsætur í náttúrunni, með massatölurnar 12, 13 og 14. Kolefni 12 er algengast en kolefni 14, sem er geislavirk, er mikið notuð til aldursákvörðunar í jurta og dýraleyfum. Með því að mæla magn af kolefni 14 í tilteknu jarðvegssýni er hægt að segja til um aldur þess.

Samsætur frumefna hafa ólíkan fjölda nifteinda í kjarna og því  mismikinn massa.  Róteindafjöldinn breytist ekki.

Efnaeiginlekar frumefnanna eru  háðir fjölda róteinda í kjarna og þar með fjölda rafeinda.

Fjöldi róteinda og rafeinda er alltaf sá sami ef frumeindin er óhlaðin.

Skýrari mynd af frumefni nr. 1 vetni

Vetnisfrumeind eru einfaldasta frumeind sem til er. Hún hefur aðeins eina róteind og eina rafeind. Sætistala vetnis er einn.

Rafeindir mynda rafeindaský utanum kjarnann. Í rafeindaskýi vetnis er aðeins ein rafeind.

Hvolfaímynd frumeindar

Við upphaf síðustu aldar (um 1900) var talið að rafeindir væru á tilteknum brautum um kjarnann. Þessi hugmynd er kennd við Danann Níels Bohr, sem var einn af brautryðjendum í kjarneðlisfræði

Bohr taldi að í vetnisfrumeindinni væri rafeindin á braut í tiltekinni fjarlægð frá kjarnanum. Þessi braut myndaði einskonar yfirborð kúlu. Frumefni með fleiri rafeindir hafa fleiri slík hvolf sem hvert um sig getur tekið tiltekinn fjölda rafeinda. Helín (He) hefur sætistöluna 2, 2 róteindir og 2 rafeindir. Báðar rafeindirnar eru á sömu braut um kjarnann, á sama hvolfi. Liþín (Li) hefur sætistöluna 3, 3 róteindir og 3 rafeindir. Þessar rafeindir raðast á 2 hvolf, á innra hvolfinu eru 2 rafeindir en þriðja rafeindin er á því ytra.

Hvert hvolf getur aðeins hýst tiltekinn fjölda rafeinda:

  1. 1.hvolfið getur hýst 2 rafeindir
  2. 2.getur hýst 8 rafeindir
  3. 3.getur hýst 8 rafeindir

Rafeindir á ysta rafeindahvolfi kallast gildisrafeindir.

Lotukerfið

Rússinn Mendelév settu fyrstur upp lotukerfið árið 1869. Hann raðaði efnum eftir vaxandi frumeinda massa og setti efni með líka eiginleka í sama dálk. Þegar Bohr hafði sett fram hvolfaímynd sína, varð ljóst hvers vegna efni í sama dálki. Þau hafa sama fjöld rafeinda á ysta hvolfi.

Dálkarnir (1-8) í lotukerfinu nefnast efnaflokkar en línurnar (1-7) nefnast lotur.

Eðallofttegundir

Frumefni í 8 efnaflokki eru kölluð eðallofttegundir. Þau eru öll loftegundir við stofuhita og eru einu frumefnin sem mynda alls ekki efnasambönd. Ástæðan fyrir þessu er sú að þau hafa rafeinda hvolf sín fullskipuð rafeindum og þar með verður tengigetan núll.

Myndun jóna

Í frumefni eru jafn margar rafeindir og róteindir og þess vegna er hún óhlaðin út á við. Sumar frumeindir geta þó losað sig við rafeindir og aðrar tekið við rafeindum. Þegar slíkt gerist ríkir ekki lengur hleðslujafnvægi innan frumeindanna. Þær verða annaðhvort plús (+) eða mínus (-) hlaðnar. Þetta kallast jónir. Jónir eru alltaf rafhlaðnar, plús ef róteindir eru fleiri en rafeindir og mínus ef rafeindir eru fleiri en róteindir.

Alþjóðlegt tákn fyrir rafeind er e (e. electron).

Taki vetnisfrumeind við rafeind verður hún mínushlaðin H

1. efnaflokkur Frumefnin líþín (Li) og natrín (Na) eru bæði í fyrst efnaflokknum og hafa því bæði eina rafeind á ysta hvolfi. Með því að missa rafeindir fá frumefnin jafn margar rafeindir á ysta hvolf eins og eðalgastegundirnar (utan vetnis)

2. efnaflokkur hafa tvær rafeindir á ysta hvolfi. Efnin geta auðveldlega látið þær frá sér, til að fá sama fjölda rafeinda á ysta hvolf og eðalgösin.

7. efnaflokkur Ef við færum okkur til hægri komum við að 7. efnaflokki. Taki þessi efni við rafeind fá þau jafn margar rafeindir á ysta hvolf og eðalgösin.

6. efnaflokkur þessi efni hafa 6 rafeindir á ysta hvolfi, þær taka 2 rafeindir til að öðlast 8 rafeindir á ysta hvolf.

Sölt eru efni gerð úr jónum. inniheldur bæði plús og mínusjónir og ná þannig hleðslujafnvægi. Venjulegt salt er úr jónunum Na+ og Cl, og heitir því á fræði málinu natríumklóríð. Jafn mikið er af hvorri jón. Í föstum ham slíkra efna raðast jónirnar reglulega upp, plús og mínusjónir til skiptis. Við þetta myndast kristallar með reglulegri lögun. Slík efni hafa átt bræðslumark. Efna formúla saltsins er NaCl.

Sýrur og basar Sameiginlegt einkenni allra sýra er súrt bragð. En sýrur hafa fleira sameinginlegt, t.d. breyta þær lit á tilteknum efnum sem nefnast litvísar og eru notaðir til að athuga sýrstig efna. Ástæða þeirra áhrifa sem sýrur hafa er sú að þær eru neikvætt rafhlaðnar (jónaðar) og gefa því auðveldlega frá sér rafeindir. Basar eru andstæðan við sýrur, þeir eru líka jónaðir en jákvætt, þ.a. þeir taka til sín rafeindir. Ef sýru og basa er rétt blandað saman verður útkoman óhlaðin, þ.e. hvorki sýra né basi.

Afoxun verður þegar efni tekur til sín rafeindir.  Oxun verður þegar efni gefur frá sér rafeindir.

Sýrustig er mælt í pH gildum. pH gildið 7 er talið hlutlaust en há pH gildi eru basísk á meðan lág pH gildi eru súr.

Málmar 4/5 hluti allra frumefna eru málmar. Þeir spanna marga flokka lotukerfisins, auk þess að frumefnin í miðju lotukerfinu eru allt málmar.

Fáir málmar finnast óbundnir (sem frumefni) í náttúrunni. Ástæðan er sú að óbundnir hvarfast þeir m.a við súrefni loftsins. Frá þessu eru eðalmálmar þó undantekning, t.d. gull og platínum. Langflestir málmar finnast í náttúrunni í málmsöltum. Þessi efnasambönd hafa allt aðra eiginleika en málmarnir óbundnir, t.d. vantar málmgljáann og rafleiðnina.

Málmar mynda málmkristalla.  Eitt megin einkenni málma er rafleiðni sem byggist á því að rafeindir eiga greiða leið í gegnum hluti úr málmi. Skýringin á þessu er sú að rafeindir málma eru mjög laust bundnar og eiga auðvelt með að láta þær frá sér.

Málmleysingjar  eru frumefnin hægra megin í lotukerfinu með sameiginlega eiginleika, atóm málmleysingja mynda sameindir þegar þau tengjast saman með samgildum tengjum.

Smásjá

Með berum augum er ekki hægt að sjá hluti sem eru minni en 0.1 mm og ef á að skoða eitthvað minna er smásjá handhæg.  Til eru tvær aðalgerðir af smásjám;

ljóssmásjá og rafeindasmásjá.

Ljóssmásjár nota mismunandi hluta hins sýnilega ljóss og eru til nokkrar mismunandi tegundir; ljós-, myrkur-, fasa- og flúorljóssmásjá.

Í rafeindasmásjánni eru notaðar elektrónur í stað ljósgeisla.

Lærum að vinna með hefðbundna smásjá.  

Kíkjum á ólíkar gerðir ljóssmásjár – gamlar og nýrri. 

  • Bygging smásjár.   Hvað er hvað á smásjánni?
  • Hvernig stillum við birtu, stækkun? Hvað ber að varast?
  • Hvað er burðargler og þekjugler?
  • Hver er stækkunin?  Millimetrapappír skoðaður.
  • Hvernig gerum við smásjársýni?
  • Gerum sýni og skoðum stafi.  Glanspappír, dagblað og ljósrit – er einhver munur?
  • Skoðum mannshár í smásjá, útbúum sýni, teiknum upp og finnum stækkunina.

myndband um notkun

….skoðað í smásjá

….er hægt að breyta snjallsíma í smásjá?

Skýrslugerð

Skýrslur

Hér eru leiðbeininandi mat fyrir skýrslugerð

… frá FS

… sóknarkvarði frá Garðaskóla

 

Framkvæmdadagur

Nafn tilraunar

Hópur

Nafn höfundar

Samstarfsmenn

Inngangur (markmið):

  • Hér skal skrá hvað skal athuga með tilrauninni, hvers vegna verið er að framkvæma tilraunina.
  • Hér skal einnig skrá hvaða reglur eða lögmál eru til athugunnar.
  • Fræðileg umfjöllun.
  • Ef verið er að prófa tilgátu er hún sett fram hér.

Passa upp á heimildir.

Framkvæmd:

  • Áhöld og efni: Hér eru talin upp þau áhöld og efni sem notuð eru við framkvæmd tilraunarinnar
  • Vinnulýsing: Hér skal draga saman mikilvægustu skrefin í framkvæmd tilraunarinnar og hvernig áhöldin eru sett upp. Athugaðu að vinnulýsingin á ekki að vera nákvæm endurritun á leiðbeiningum vinnuseðils.

Niðurstöður:

Mikilvægt er að ská vel og greinilega niðurstöður tilraunarinnar.

  • Reynið að hafa niðurstöður sem myndrænastar, þ.e. nota töflur, Nota skal töflur og línurit eins og kostur er, sömuleiðis eiga allir útreikningar að koma fram undir þessum lið, ásamt þeim stærðfræðilegu formúlum sem notaðar eru við útreikninganna.
  • Svör við spurningum – ályktanir
  1. Hér skal svara þeim spurningum sem kunna að vera á vinnuseðli.
  2. Hér skal greina frá hvaða ályktanir má draga af niðurstöðum tilraunarinnar og hvernig/hvort markmiði hafi verið náð.
  • Ef eitthvað hefur farið öðruvísi en búist var við er reynt að útskýra hversvegna.

Heimildir:

Hvaða heimildir voru notaðar í fræðilegri umfjöllun í inngangi og jafnvel í túlkun niðurstaða.

Undirritun:

Skýrslu skal ætíð lokið með undirritun höfundar. Staður og dagsetning við skýrslulok.

  • Hvar og hvenær skrifað
  • Undirskrift þess/þeirra sem skrifa skýrsluna

Ritgerðarvinna

Stutt samantekt um ritgerðarvinnu.

Hvað er heimildaritgerð?

•  Þegar þú ert að skrifa heimildaritgerð þarft þú fyrst að velja þér efni og afla heimilda.
•  Heimildir geta verið bækur, tímarit, myndbönd, viðtal, myndir, efni á Internetinu o.fl.

•  Því næst þarft þú að lesa og skoða þínar heimildir.
•  Þú verður að gera  minnispunkta sem þú getur notað í ritgerðina.

Hvernig er heimildaritgerð byggð upp ?
•  Heimildaritgerð er byggð upp eins og aðrar ritgerðir.

•  Fyrst ert þú með inngangur næst meginmál og síðast lokaorð/niðurlag.
Hvað er inngangur?
•  Inngangur er kynning á efninu sem þú ætlar að skrifa um.  Þú undirbýrð lesandann og kynnir viðfangsefnið.
•  Stundum segir þú frá af hverju þú ert að skrifa um ákveðið efni.  Ekki vitna í heimildir í inngangi.
•  Hér kemur oft ein eða fleiri rannsóknarspurningar sem verður svarað í meginmáli.

Hvað er meginmál (Kaflinn má ekki heita meginmál)
•  Í meginmálinu fjallar þú nánar um efni ritgerðarinnar.
•  Í innganginum settir þú fram spurningu/spurningar sem þú ætlaði að leita svara við. Þeim spurningum svarar þú ítarlega í meginmálinu.

Hvað er lokaorð/niðurlag
•  Í lokaorðinu dregur þú saman helstu niðurstöður ritgerðarinnar, stutt svör við spurningum úr inngangi.
•  Þú getur sagt frá þinni skoðun um efnið sem þú valdir að skrifa um.

Hér fyrir neðan eru slóðir sem nýtast við ritgerðarsmíð.

Beinagrindur rafbók

Uppbygging ritgerðar

Hvernig á að skrifa góða ritgerð?

Námstækni – ritgerðir

Heimir rafbók

Leiðbeiningar um heimildaskráningu