2 - Gyldendal Norsk Forlag

web2.gyldendal.no

2 - Gyldendal Norsk Forlag

© Gyldendal Norsk Forlag AS, 2006

1. utgave, 1. opplag

Læreboken er skrevet etter gjeldende læreplan for faget naturfag for yrkesfaglige utdanningsprogram.

Boken dekker læreplanmålene Forskerspiren og Energi for fremtiden.

Printed in Norway by PDC Tangen, 2006

ISBN 13: 978-82-05-34829-5

ISBN 10: 82-05-34829-4

Redaktør: Ellen Semb og Klaus Anders Karlson

Bilderedaktør: Anita R. Seifert og Hege Blom

Design: CMYKDESIGN

Sats og layout: Brødrene Fossum AS

Omslagsdesign: CMYKDESIGN

Omslagsbilde: GV-Press, fotograf Raymond de Berquelle

Bilder, illustrasjoner:

Alle tegninger er utført av Anne Langdalen, unntatt:

John Arne Eidsmo: Det periodiske system på forsats og baksats

GV-press: 9 øv, 30 nede (David Parker/SPL), 33 t.v. (David Parker/SPL),

33 t.h. (Charles D. Winters/SPL), 45 (Martin Bond/SPL),

80 og 81: (James Lauritz/age fotostock), 101, 102, 104, 111

Ole Moksnes AS: 8, 39, 42 (begge), 48 t.v.

Samfoto: 9 nede (Leif Rustand), 24, 25 (Harri Tahvanainen/Gorilla),

26 (Jan Djenner/BAM), 28 (Tor Wuttudal), 29 (Dag Røttereng), 82 (Paul Sigve Andersen),

86 (Espen Bratlie), 88 (Tor Wuttudal), 106 (Bård Løken),

Scanpix: 30 (Pedro Armestre/AP), 85 (Andrew Gombert/EPA)

Statskraft: 100 (nede)

Det må ikke kopieres fra denne boken i strid med åndsverkloven eller avtaler om kopiering inngått

med KOPINOR, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Kopiering i strid med lov eller

avtale kan medføre erstatningsansvar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel.

Alle henvendelser om forlagets utgivelser kan rettes til:

Gyldendal Undervisning

Postboks 6860 St. Olavs plass

0130 Oslo

E-post: undervisning@gyldendal.no


Til deg som skal bruke læreverket

Dette læreverket dekker kompetansemålene Forskerspiren og Energi for

fremtiden i læreplanen i naturfag for Vg1. Alt fagstoff, oppgaver og forslag

til aktiviteter er samlet i denne boka. Det er utviklet et eget nettsted til

læreverket med utfyllende stoff, oversikt over egnede nettsteder, forslag til

feltarbeid og andre elevaktiviteter.

Nettstedadressen er: http://www.gyldendal.no/senit.

I starten av hvert kapittel finner du en kort innledning og en oversikt over

hva du skal jobbe med i dette kapitlet. Læreplanen står samlet bak i boka.

Kompetansemålene denne boka er skrevet etter, er markert med rød skrift.

Det er skrevet tilsvarende bøker for de andre kompetansemålene i

læreplanen.

Kapitlene veksler mellom to typer tekst. Hovedteksten presenterer og

forklarer det naturfaglige lærestoffet. «Blåteksten» tar opp ulike

problemstillinger, eksempler og annet aktuelt stoff med tilknytning til

innholdet i hovedteksten. De vekker nysgjerrighet og knytter faget til

hverdagsopplevelser. Mange av momentene i læreplanen er tatt opp i

«blåteksten».

For å gjøre arbeidet med stoffet lettere har vi tatt med noe repetisjonsstoff

fra grunnskolen der du kan ha bruk for det. Dette stoffet er markert i teksten

som repetisjonsstoff og på grønn bakgrunn. Hvert kapittel avsluttes med et

sammendrag. Kontrolloppgavene er plassert der det er naturlig å stoppe opp

og oppsummere hva du har fått med deg så langt i kapittelet. Bakerst finner

du oppgaver som er tydelig merket med fargekode for vanskelighetsgrad.

Oppgaver med rødt nummer er vanskeligere enn de andre. Gruppe- og

nettoppgaver stimulerer til både muntlig og skriftlig aktivitet. En oppgave

med overskriften «Utfordring» er en større oppgave som tester naturfaglig

tekstforståelse. Til slutt kommer forslag til elevforsøk.

Arbeidet med naturfag vil gi deg grunnleggende kunnskaper som skal

hjelpe deg til å forstå erfaringer du selv gjør, og informasjon du tar imot om

kropp og helse, om teknologi og naturvitenskap og om naturen omkring

deg. De grunnleggende kunnskapene skal også sette deg i stand til å erobre

ny kunnskap, enten det er i programfagene innenfor utdanningsprogrammet

ditt, i arbeidslivet eller i senere studier. Arbeidet med naturfag skal dessuten

gi deg et kunnskapsgrunnlag for å kunne vurdere informasjon, være med i

diskusjoner og ta stilling til viktige samfunnsspørsmål.

Det er vårt ønske at dette naturfagverket vil hjelpe deg i læringsarbeidet,

og at det bidrar til å vekke interesse og glede mens du arbeider med faget.

Trondheim og Stjørdal, februar 2006

Peter van Marion Hilde Hov Tone Thyrhaug Øyvind Trongmo


Innhold

1 Naturvitenskap og naturfag 6

Naturfaglig kunnskap 6

Hvem skal ta valgene? 6

Undersøkelser 7

Hypotese 7

Observasjoner 7

Eksperimenter 8

Sikre observasjoner 8

Feil og usikkerhet 9

Å måle med samme mål 10

Modeller av virkeligheten 11

Oppgaver 12

Nett- og gruppeoppgaver 17

Forslag til korte foredrag 17

Forsøk 18

2 Energi fra kjemiske reaksjoner 23

2.1 Redoksreaksjoner 25

2.2 Forbrenning 25

Energi fra sola 28

Forbrenning i cellene 29

Fullstendig og ufullstendig forbrenning 30

2.3 Elektronoverføringer 34

Reaksjonen mellom natrium og klor 34

Reaksjonen mellom magnesium og oksygen 35

Reaksjonen mellom karbon og oksygen 36

2.4 Elektrokjemiske reaksjoner 38

Et enkelt batteri (1) 38

Et enkelt batteri (2) 39

Ulike batterityper 40

Brenselceller 42

Elektrolyse 44

Opplading av batterier 46

Vannspalting 47

Sammendrag 49

Oppgaver 50

Nett- og gruppeoppgaver 65

Utfordring 66

Forsøk 68

Forslag til korte foredrag 77


3 Energi og framtid 79

3.1 Energi 81

Kraft, arbeid og energi 81

Enheter for energi 82

3.2 Energiformer 82

Potensiell energi 82

Bevegelsesenergi eller kinetisk energi 83

Varmeenergi er indre bevegelsesenergi 83

Kjemisk energi er indre potensiell energi 83

Det finnes egentlig bare to energiformer 84

3.3 Energilovene 85

Energioverføring 86

En energikjede er en kjede av energikilder

og energimottakere 89

Virkningsgraden forteller hvor effektivt energien utnyttes 90

3.4 Energikilder og energibærere 92

Hva er en energikilde? 92

Fornybare og ikke-fornybare energikilder 92

Hva er en energibærer? 93

3.5 Energiomforming 94

Solceller 94

Energiverk 96

3.6 Energisituasjonen 101

Verdens energisituasjon 101

Norges energisituasjon 103

3.7 Energiløsninger for framtiden 104

Hvilke krav må vi stille til energiløsninger

for framtiden? 104

Energiløsninger for framtiden: energikilder 104

Energiløsninger for framtiden: lagring, transport og bruk 107

Sammendrag 112

Oppgaver 114

Nett- og gruppeoppgaver 132

Utfordring 135

Forsøk 137

Forslag til korte foredrag 144

Fasit 145

Stikkord 149

Læreplan 150


1

Naturvitenskap og

naturfag

Naturfaglig kunnskap

Vi vet av erfaring at melken holder seg lenger når vi setter den i kjøleskapet.

Vi vet at vi kan bli smittet når noen som er forkjølt, hoster eller

nyser mot oss. Vi vet også at en flaske brus som står ute i mange kuldegrader,

kan fryse i stykker. Dette er eksempler på kunnskap vi har skaffet

oss gjennom erfaringer og opplevelser. Men mange vil ikke nøye seg med

dette, de vil vite mer. «Hvorfor er det slik? Hvordan kan det forklares?»

Mennesker har alltid undret seg over det de kunne observere rundt

seg. Undringen er en viktig drivkraft i vår søken etter kunnskap. Uten

menneskets undring og nysgjerrighet hadde den naturvitenskapelige

kunnskapen vi har i dag, ikke kunnet vokse fram.

Men undring og nysgjerrighet er ikke den eneste drivkraften i

menneskets søken etter naturvitenskapelig kunnskap. Kunnskap om hva

som skjer i melk og andre matvarer som blir bedervet, har satt oss i

stand til å velge de beste transport- og oppbevaringsmåtene. Kunnskap

om forkjølelsesviruset har gjort det mulig å forstå hvordan vi kan unngå

å bli smittet. Jakten på kunnskap om forkjølelsesviruset og andre virus

har satt oss i stand til å bekjempe mange sykdommer der virus er

årsaken. Naturvitenskapelig kunnskap er med andre ord nyttig for oss.

Hvem skal ta valgene?

Vi må stadig velge, både i vår egen hverdag og som samfunnsmedlemmer.

Hva skal vi spise for å holde oss friske? Skal vi bygge gasskraftverk i

Norge? Hvor skal vi legge den nye veien, og hvor skal det være tillatt å

bygge hytter?

Vi kan la andre velge for oss. Eller vi kan være med og velge selv. Hvis

vi vil velge selv, trenger vi mer kunnskap enn den vi kan skaffe oss

gjennom erfaringer og opplevelser. Vi må ha kunnskap som setter oss i

stand til å vurdere følgene av de valgene vi gjør. Det mangler sjelden

gode råd fra mange hold, enten det gjelder hvilken mat som er sunnest,

om vi bør satse på gasskraft, eller hvilken veitrasé som skader miljøet

minst. For å kunne gjøre de beste valgene trenger vi kunnskap. Uten

grunnleggende kunnskap i naturfag må vi overlate mange valg til andre.


Undersøkelser

Undersøkelser er grunnlaget for all naturvitenskapelig tenkning. Vi kan

for eksempel undersøke hvordan temperaturen virker inn på yteevnen

til batterier, og vi kan undersøke hvordan kjøttmeisen finner mat om

vinteren. Vi kan også undersøke hva som gjør at vannlopper vi har i et

akvarium, først formerer seg og blir mange, men så plutselig går ned i

antall.

Hypotese

Vi starter med å tenke ut mulige hypoteser, eller antakelser vi har. Et

eksempel på en hypotese kan være at kjøttmeisen gjemmer mat på faste

steder, og at den henter maten fra disse gjemmestedene om vinteren. Et

annet eksempel på en hypotese er at vannloppene i akvariet blir færre

fordi maten tar slutt. Vi tester hypotesene ved hjelp av observasjoner.

Dersom observasjonene våre stemmer med antakelsen vår, hypotesen,

styrker det hypotesen. Dersom observasjonene ikke stemmer med

hypotesen, kan det bety at hypotesen ikke er riktig og må forkastes.

Observasjoner

I undersøkelsene vi gjør, er det viktig at

vi sørger for systematiske observasjoner.

Vi kan for eksempel videofilme en

kjøttmeis mens den leter etter mat, og

registrere nøyaktig hvor den finner

mat.

Vi kan observere hvordan antallet

vannlopper endrer seg ved å ta

vannprøver og ved å telle antallet

individer i prøvene. Vi kan måle ved

hjelp av instrumenter og samle data om

næringsinnholdet, oksygeninnholdet

og andre fysiske forhold i akvariet. Å

samle data er altså det samme som å

gjøre observasjoner. Observasjonene

eller dataene vi samler, må

systematiseres. Framstillinger i tabeller

og diagrammer gjør det ofte lettere å se

sammenhenger i datamaterialet.

naturvitenskap og naturfag


kapittel 1

Vi finner antallet vannlopper

i et akvarium ved å telle

antallet individer i en

vannprøve av en kjent

størrelse.

Eksperimenter

Ofte må vi gjennomføre eksperimenter for å kunne gjøre de observasjonene

vi trenger. Vi utfører eksperimenter for å skaffe oss observasjoner

under forhold som vi selv bestemmer og kontrollerer.

Vi tenker oss et eksperiment der vi skal undersøke hvilken betydning

næringstilgangen har for vannloppene. Vi velger å bruke fire akvarier,

med like mange vannlopper i hvert av dem. Næringsmengden i

akvariene er forskjellig. Vi samler data (observerer) og finner ut hvordan

individantallet utvikler seg i akvarier med ulike næringsmengder. Det er

næringsmengden som er parameteren i eksperimentet vårt. Vi må være

sikre på at de forskjellene vi observerer, skyldes at vi varierer denne

parameteren, og ikke noe annet. Derfor er det viktig at de andre

forholdene i akvariet, som temperatur og lysforhold, er helt like. Vi må

også sørge for at avfallsstoffene ikke hoper seg opp i akvariene. Vi

varierer altså én parameter, næringsmengde, mellom ulike akvarier,

mens de andre forholdene holdes likt hele tiden.

Vi kan også utføre et eksperiment for å se på effekten av for eksempel

oksygeninnholdet på antallet vannlopper i akvariet. Da velger vi

oksygeninnholdet som parameter. Nå er det oksygeninnholdet vi

varierer mellom akvariene, de andre forholdene holdes helt likt i alle

akvarier.

Sikre observasjoner

Det kan være vanskelig å telle alle vannlopper i akvariet. Det ville ta lang

tid, og hvordan måtte det i så fall foregå i praksis? For å finne ut hvor

mange vannlopper det er i akvariet, tar vi en vannprøve på for eksempel

100 milliliter. Vi teller antallet individer i prøven. Hvis akvariet er på

100 liter, kan vi gange antallet vi telte i vår prøve, med 1000. Da får vi et


omtrentlig tall på mengden av vannlopper i akvariet. Men er vi sikre på

at det antallet vi har kommet fram til ved å gange med 1000, ligger nær

opp til det virkelige antallet vannlopper i akvariet? Hva om vannloppene

i akvariet «klumper seg»? Da fikk vi kanskje med oss for mange eller for

få vannlopper i prøven vår. Vi må altså først forsikre oss om at prøven vi

tar, er en representativ prøve. For å være sikker på at tilfeldighetene ikke

spiller oss et puss, kan vi ta flere vannprøver. Når vi tar gjennomsnittet

fra flere prøver, kan vi redusere risikoen for at vi ved en tilfeldighet har

fått et for lavt eller for høyt antall.

Feil og usikkerhet

Når vi gjør observasjoner, kan det oppstå feil. Det kan være en tilfeldig

feil, for eksempel fordi vi teller feil eller leser av en feil verdi på et

måleinstrument. Ved feil bruk av et måleinstrument kan vi få feil

verdier. Når et instrument vi bruker, ikke er riktig innstilt, får vi en feil i

alle de målingene vi gjør. Vi snakker da om en systematisk feil.

Mange ganger vet vi at vi gjør feil. Når vi vet at det er snakk om små

feil som ikke vil få betydning for det endelige resultatet, kan vi se bort

fra dem. I enhver undersøkelse bør det være med en vurdering av

mulige feilkilder og av den betydningen de kan ha for resultatet.

Usikkerhet i målinger er ikke det samme som feil. Det vil alltid være

en usikkerhet i alle målinger vi gjør, selv om det ikke er feil. La oss anta

at vi vil gjøre nøyaktige målinger av temperaturen i en væske i en kolbe.

Vi bruker et digitalt termometer som gir oss måleverdier med to

desimaler, altså to siffer etter komma. Fem målinger gir følgende resultat

i grader celsius:

Måling nr. 1 2 3 4 5

Målt temperatur i o C 11,26 11,20 11,22 11,21 11,25

Vi regner ut gjennomsnittsverdien: (11,26 + 11,20 + 11,22 + 11,21 + 11,25): 5 = 11,228

Vi runder av til 11,23. Hvor stor er usikkerheten i denne verdien?

Et mål for usikkerheten er hvor stort avvik det er mellom gjennomsnittsverdien

og de verdiene som ligger lengst fra gjennomsnittsverdien.

Forskjellen mellom den største verdien og den minste verdien

vi har målt, er 11,26 – 11,20 = 0,06. Halvparten er 0,03. Når vi oppgir

måleverdien vår, kan vi oppgi dette som et mål for usikkerheten:

Den målte verdien er 11,23 ± 0,03

naturvitenskap og naturfag


10

kapittel 1

Hvor stor usikkerhet vi kan akseptere, er avhengig av hva vi måler, og

med hvilken hensikt. Måler vi avstanden fra jorda til månen og finner at

usikkerheten dreier seg om noen centimeter, regner vi denne

usikkerheten som svært liten. Men får vi en usikkerhet på flere

centimeter når vi måler lengden av et bord, er usikkerheten altfor stor til

at vi kan akseptere den.

Får vi et måleresultat som avviker mye fra de andre, kan det tyde på

at vi har gjort en feil. Da bør vi kontrollere ved å gjøre flere målinger.

Å måle med samme mål

Tidligere var det vanlig å oppgi lengde eller avstand i fot. Det er fortsatt

vanlig å bruke denne lengdeenheten for båter og for flyhøyde i luftfarten.

Opprinnelig svarte en fot til lengden av foten til en voksen mann.

En fot ble delt inn i tolv tommer. Men fotlengden varierer som kjent, og

derfor ble målenheten fot satt til 31,375 cm. I Storbritannia og USA ble

det imidlertid bestemt at en fot skulle være 30,48 cm. I en verden med

stadig økende kontakt var dette uholdbart. Derfor ble meter (m) innført

som internasjonal enhet for lengde. Tilsvarende er det innført internasjonale

målenheter for tid, masse og temperatur.

Størrelse Internasjonal enhet Forkortelse

lengde meter m

masse kilogram kg

tid sekund s

temperatur kelvin K


Modeller av virkeligheten

Når vi studerer naturen, oppdager vi hvor sammensatt ting kan være, og

hvor vanskelig det er å forstå alt. Vil vi danne oss et bilde av den sammensatte

virkeligheten, kan en modell være til hjelp. Modeller er alltid

en forenkling av virkeligheten. Vi utelater detaljer som vi ikke trenger

eller ikke er sikre på. Modeller har derfor begrensninger. Mange av

figurene og beskrivelsene i denne boka er modeller av virkeligheten.

Digitale simuleringer av naturfaglige fenomener bruker også modeller.

naturvitenskap og naturfag

En skjematisk modell av et

atom.

11


1 kapittel 1

Oppgaver

1

Vi tenker oss at klassen har fått i oppdrag å avgjøre hvor lang en alen skal være. Hvordan vil dere gå fram?

2

Hva er den minste temperaturforskjellen du klarer å registrere ved å stikke hånden ned i vann med ulike

temperaturer? Har temperaturen på vannet noe å si for temperaturforskjellen du klarer å registrere? Hvordan ville

du legge opp en undersøkelse som kan gi svar på disse spørsmålene?

3

Sett strek mellom det som hører sammen.

lengde temperatur

K en fot

usikkerhet forenkling av virkeligheten

30,48 cm tolv tommer

modell meter

en fot ikke det samme som feil


4

naturvitenskap og naturfag

Vi tenker oss at fire elevgrupper skal forsøke å finne ut hvor mange vannlopper det er i et akvarium. Akvariet er på

200 liter. Tabellen viser hvordan gruppene gikk fram, og hvilke resultater de fant. Kommenter arbeidet til hver av

gruppene.

5

Gruppe Framgangsmåte

I

II

Prøver fra ulike steder

i akvariet

Prøver fra ulike steder

i akvariet

Antall

prøver

Prøvestørrelse

Antall individer

i prøven(e)

3 200 ml 40, 72, 47

5 100 ml 31, 28, 18, 40, 22

III Prøver fra overflaten 5 100 ml 35, 41, 30, 40, 38

IV

Prøver fra ulike steder

i akvariet

Sett ordene på riktig plass:

5 100 ml 34, 20, 29, 41, 17

Beregning av antall individer

i akvariet

(40 + 72 + 47) : 3 = 53

53 · 1000 = 53 000

(31 + 28 + 18 + 40 + 22) : 5 =27,8

27,8 · 2000 = 55 600

(35 + 41 + 30 + 40 + 38) : 5 = 36,8

36,8 · 2000 = 73 600

(34 + 20 + 29 + 41 + 17) : 5 = 28,2

28,2 · 200 = 5 640

forstørret protonene kuler modeller kjernen elektronskall

Vi tegner ofte av atomer. I en atommodell er ofte markert med plusstegn og

plassert i midten av atomet, i . Elektronene er tegnet som små prikker på sirkler rundt kjernen.

Sirklene skal illustrere . Modellen er kraftig i forhold til virkeligheten. På

modellen ser atomene ut som flate sirkler, mens de i virkeligheten kan sammenlignes med små .

1


1 kapittel 1

6

Gjør ferdig begrepskartet.

Figurer Hva er det?

Egenskaper

Begrepet

Eksperimenter

Eksempler


7

a Er fargen i det midtre feltet lik i begge ender? Dekk

ytterfeltene med papir. Hvordan ser det midtre feltet ut

nå?

c Når du ser på dette bildet, vil hjernen din fylle ut den

manglende informasjonen slik at du ser en firkant selv om

sidene mangler.

naturvitenskap og naturfag

b Klarer du å se både ansiktene og vasen?

d Hvilken av de vertikale linjene er lengst?

1


1 kapittel 1

8

Svaralternativ Rett svar

Hva gjør en A B C A B C

Botaniker studerer bier studerer fisker studerer planter

Astronom skriver horoskop

studerer

verdensrommet

Geolog studerer jordskorpa kartlegger gener

er en astrolog

studerer

verdensrommet

Arkeolog daterer gamle funn jobber på et arkiv tegner hus

Zoolog studerer blåveis studerer dyr studerer alger

Glasiolog studerer galakser studerer isbreer studerer fjell

Fysiolog

masserer vonde

muskler

studerer fysikk

studerer hvordan

kroppen virker

Meteorolog melder været studerer meteorer studerer metropoler

Toksikolog jakter på giftstoffer lager medisiner lager E-stoffer

Radiograf lager grafer tar røntgenbilder bruker radiobølger

Farmasøyt lager turbiner lager fargestoffer lager medisin

Astrolog er en astronom skriver horoskop

studerer

verdensrommet


Nett- Og gruppeOppgaver

Nettressurser til flere av disse oppgavene finner du på www.gyldendal.no/senit.

9

Temperaturskalaer

Temperatur oppgis vanligvis i grader celsius. I noen land bruker de grader fahrenheit. Etter det internasjonale

SI-systemet skal vi bruke målenheten kelvin. Finn ut litt om hver av disse måleenhetene og om sammenhengen

mellom dem.

10

Måleenheter

a Hvor stort er et mål?

b Hvor stor er en favn?

c Hvor mye er en gallon?

d Finn flere eksempler på gamle måleenheter som fortsatt er i bruk.

11

Reklame

I reklamen vises det ofte til såkalte vitenskapelige undersøkelser for å overbevise kjøperen om hvor fortreffelig et

produkt er. Finn eksempler på dette blant ulike produkttyper.

Forslag til korte foredrag

• Historien til en av enhetene i SI-systemet

• Gamle måleenheter

• Prefikser

• Naturvitere i arbeidslivet

• Aristoteles

• Galileo Galilei

• Placeboeffekt

naturvitenskap og naturfag 1


1 kapittel 1

Forsøk

KOpper

UTSTyR:

• Termometer

• Varmt vann

• Ulike kopper

(pappbeger

med og uten

hank,

isoporbeger,

plastkopp osv.)

Gjennomfør forsøket.

Hvilken kopp egner seg best?

Til videre arbeid:

Du har fått i oppgave å arrangere fotballturnering. Under denne fotballturneringen skal det

selges varme drikker. Før du går til innkjøp av kopper, bestemmer du deg for å undersøke

hvilke kopper du bør kjøpe inn. Du ønsker at koppene skal holde drikken varm lengst mulig.

Hvordan vil du gå fram for å undersøke det?

Tenk deg at du får i oppgave å konstruere en super kopp. Hvordan vil den se ut?


vI Ser pÅ BLaDCeLLer I LYSMIKrOSKOpet

UTSTyR:

• Lysmikroskop

• Objektglass

• Dekkglass

• Dråpeteller

• Pinsett

• Fagermose

naturvitenskap og naturfag

Hensikten med denne øvelsen er å bli kjent med hvordan lysmikroskopet er bygd opp og

virker. Vi skal lære å lage et mikroskopipreparat. Vi skal se på celler som inneholder

kloroplaster. Det er i slike celler fotosyntesen foregår.

1


0 kapittel 1

1 Se på mikroskopet. Finn alle delene som er navngitt på figuren.

2 Slå på lyset til mikroskopet. Drei på revolveren til det minste objektivet peker nedover. Du kjenner et klikk når

objektivet er på plass. Se gjennom okularet og vri på blenderen. Du ser at du kan regulere lysstyrken.

3 Lag et vannpreparat av et moseblad slik figuren nedenfor viser.

Vann utenfor dekkglasset kan du tørke bort med et stykke tørkepapir. Har du for mye vann under dekkglasset,

kan du få sugd opp noe ved å stikke et stykke tørkepapir inntil kanten av dekkglasset.

4 Legg objektglasset med vannpreparatet på objektbordet med dekkglasset og bladet rett over hullet i

objektbordet. Det minste objektivet skal fortsatt peke nedover. Begynn alltid undersøkelsene gjennom

mikroskopet med det minste objektivet!

5 Se på bladet gjennom mikroskopet. Flytt på objektglasset til bladet ligger midt i synsfeltet. For å få et skarpt

bilde må du skru objektbordet ned eller opp ved hjelp av grovinnstillingsskruen. Vær forsiktig når du skrur

objektbordet oppover, slik at objektivet ikke berører dekkglasset.

6 Du får et helt skarpt bilde ved å skru på fininnstillingsskruen. Finn en passende lysstyrke ved å skru på

blenderen.

Hva ser du? Kan du se om bladet har tenner og annerledes celler i bladkanten? Kan du se hva som gir bladet

grønnfarge?

7 Utenpå okularet står det hvor mange ganger det forstørrer. På siden av objektivet står det hvor mange ganger

objektivet forstørrer. For å finne ut hvor mye bladet er forstørret, ganger du de to verdiene med hverandre.

Hvor mange ganger er preparatet ditt forstørret?


naturvitenskap og naturfag

8 Når bladet er midt i synsfeltet og bildet er skarpt, kan du forstørre mer ved å dreie revolveren til det neste

objektivet er på plass. Du må ikke endre på grovinnstillingen, men du vil se at du må justere litt med

fininnstillingen. Du kan også justere lysstyrken.

Hvor mange ganger er bladet forstørret nå? Kan du se strukturer som du ikke så ved den minste forstørrelsen?

Se også på bladranden.

9 Forstørr så mye som mulig. Hvor mange ganger er bladcellene forstørret nå? Kan du se cellevegg, cellekjerne og

kloroplaster?

1


Energi fra kjemiske

reaksjoner

2.1 Redoksreaksjoner

2.2 Forbrenning

2.3 Elektronoverføringer

2.4 Elektrokjemiske reaksjoner

Dette kapitlet handler om hvordan vi kan hente energi fra

kjemiske reaksjoner, og om hvordan vi kan lagre energi i

kjemiske forbindelser. For å skaffe oss viten om dette trenger

vi grunnleggende kjemikunnskap. Eksempler på spørsmål vi

skal finne svar på i dette kapitlet, er:




Hva er redoksreaksjoner?

Hva vil det si at noe brenner?

Hvordan er energien lagret i de kjemiske forbindelsene

vi bruker som brennstoff?

På hvilke måter kan vi utnytte energien i kjemiske

forbindelser?

Hva er elektrolyse?

Hvordan virker batterier, og hvordan virker brenselceller?


kapittel 2

Take away energy

Vi har vent oss til å ta med oss den energien vi trenger – nesten

hvor vi vil. Med batterier får vi strøm langt unna nærmeste

stikkontakt, maten vi tar med oss, gir kroppen det påfyllet av

energi vi måtte trenge, og med drivstoff på tanken har vi energi

som gjør at vi kan forflytte oss langt og raskt uten store

anstrengelser.

Vi kan hente ut energien som er lagret i batterier, i maten og

i drivstoffet på tanken – når som helst og hvor som helst.

Hemmeligheten bak dette er kjemiske reaksjoner som settes

i gang når vi tar ut energien. Når du slår på mobiltelefonen,

starter en kjemisk reaksjon i batteriet som gir fra seg energi

i form av elektrisk strøm. Når du slår av telefonen, stopper

reaksjonen. Når du spiser mat, er det kjemiske reaksjoner i

cellene dine som henter ut den energien som cellene trenger.

Forbrenning av bensin er en kjemisk reaksjon som avgir energi.

Men energien vi tar ut, må komme et steds fra, den må ha blitt

lagret. Også det skjer gjennom kjemiske reaksjoner. Hvordan kan

energi lagres gjennom kjemiske reaksjoner?

Forskere over hele verden er på jakt etter nye måter å lagre

energi på. Mange leter også etter nye måter å utnytte energien

fra kjemiske reaksjoner på. Hvor langt har de kommet? Vil de

noen gang finne opp et batteri som du ikke trenger å lade opp?

Hvordan vil den nye energiteknologien påvirke vår hverdag?


2.1 Redoksreaksjoner

Eksempler på redoksreaksjoner er jern som ruster, sølv og messing som

blir blankt og fint når vi pusser det, batteriet i mobiltelefonen som lades

opp, hår som bleikes, og mat som blir bedervet. Mange av de kjemiske

reaksjonene i kroppen vår er også redoksreaksjoner. Ved noen av

redoksreaksjonene avgis energi. Det er redoksreaksjoner som gir oss

varme fra ved som brenner, energien fra bensin, elektrisk energi fra

batterier og energien fra maten vi spiser!

Ordet redoks kommer av reduksjon og oksidasjon. Ved redoksreaksjoner

er det alltid et stoff som blir oksidert, og et stoff som blir redusert. Før

ble begrepet oksidasjon brukt når et stoff bandt seg til oksygen, og

reduksjon når oksygen ble fjernet fra et stoff. I dag brukes begrepene

oksidasjon og reduksjon for alle kjemiske reaksjoner der elektroner

overføres fra ett stoff til et annet stoff.

Elektronet har negativ ladning, og et stoff som tar opp elektron(er),

blir mer negativt ladd. Stoffet får altså redusert sin ladning. Vi sier at

stoffet blir redusert. Stoffet som gir fra seg elektron(er), får mindre

negativ ladning. Vi bruker fortsatt oksidert som det motsatte av

redusert, og sier at stoffet som avgir elektroner, blir oksidert.

I redoksreaksjoner blir elektroner overført fra ett atom til et annet.

Et stoff som tar opp elektroner, blir redusert. Et stoff som avgir

elektroner, blir oksidert.

Vi skal se spesielt på redoksreaksjoner som avgir energi. De kan avgi

energi på ulike måter:

1 Vi snakker om forbrenning når det meste av energien fra

redoksreaksjonen avgis som varme.

2 Vi snakker om elektrokjemiske reaksjoner når elektronoverføringene

kan gi en elektrisk strøm. Elektrokjemiske reaksjoner kan også gå

motsatt vei, men krever da tilførsel av energi.

2.2 Forbrenning

Kroppens energibehov dekkes gjennom forbrenning av energirike

forbindelser. Store deler av samfunnets behov for energi dekkes også

gjennom forbrenning av energirike forbindelser. Ved forbrenning

reagerer et stoff med oksygen. Alle stoffer som reagerer med oksygen,

avgir energi. I forbrenningsprosessene avgis det meste av energien til

omgivelsen som varme.

Et stoff som brenner, reagerer med oksygen. Det nye stoffet som

dannes, er et oksid. Det frigjøres energi under reaksjonen.

energi fra kjemiske reaksjoner


kapittel 2

Grillkull består av nesten rent

karbon. Når grillkull brenner,

dannes det karbondioksid, og

det avgis varme.

Forbrenning av karbon kan skrives slik:

C + O 2 g CO 2 + energi

Når metallet magnesium brenner, dannes det et hvitt pulver,

magnesiumoksid (MgO):

2 Mg + O 2 g 2 MgO + energi

Når ved brenner, reagerer både karbonet og hydrogenet i veden med

oksygen i lufta. Det dannes karbondioksid og dihydrogenoksid (vann):

C + O 2 g CO 2 + energi

2 H 2 + O 2 g 2 H 2 O + energi

For at en forbrenningsreaksjon skal starte, må stoffets temperatur være

høy nok (tenntemperaturen).

I fyr og flamme

For at en forbrenning skal starte, må noe av stoffet varmes opp til stoffets

tenntemperatur. En flamme fra en enkelt fyrstikk kan være nok til å tenne

opp et vedbål. Når forbrenningen har startet, kan vi ta bort fyrstikken.

Forbrenningsreaksjonen gir fra seg den varmen som trengs for opptenning

av mer av det brennbare materialet. Det er som en stein som har fått et

puff og deretter ruller av seg selv nedover fjellsiden.


Tenntemperaturen for ulike stoffer varierer og er også avhengig av

fuktigheten. Noen organiske løsemidler, for eksempel aceton og white

spirit, kan antennes ved lav temperatur, og kluter med slike løsemidler må

oppbevares i spesialbeholdere som kan tåle eventuell selvantennelse. En

liten gnist kan være nok til å antenne tørt strå og være begynnelsen på en

stor brann.

For at en forbrenningsreaksjon skal kunne fortsette, må det være nok

av det brennbare stoffet, og det må være oksygen til stede.

For å slukke en brann eller hindre en brann i å spre seg, gjelder det

derfor først og fremst

1 å hindre at mer av det brennbare materialet tar fyr. Temperaturen

må ikke nå opp til materialets tenntemperatur. Ved at man

sprøyter på vann, kan temperaturen holdes nede.

2 å hindre at oksygen kommer til. En begynnende brann innendørs

kan slukkes med et teppe. CO 2 -pulver fra et brannslukningsapparat

legger seg som et lokk over brannen og kan kvele en mindre brann.

3 å fjerne det brennbare materialet. For å stoppe store skogbranner

hugges skogen ned i brede gater. Når brannen når fram dit, er det

ikke noe brennbart materiale, og brannen slukner.

energi fra kjemiske reaksjoner

Eksempler på

tenntemperaturer.

Å tenne noe er å sørge for

at noe av det brennbare

materialet varmes opp til

tenntemperaturen.


kapittel 2

Skogbrann i Portugal.

I produsentenes klorofyllkorn

bindes og lagres solenergi.

Energien kan frigjøres senere

gjennom forbrenning.

Energi fra sola

Alt brennstoff vi bruker (ved, olje, gass, karbohydrater, fett i maten osv.),

er kjemiske forbindelser som avgir mye energi når de reagerer med

oksygen. Energien som er lagret i alle disse molekylene, kommer

opprinnelig fra sola.

Det er produsentene (de grønne plantene) i jordas økosystemer som

står for oppbyggingen av de energirike organiske forbindelsene. Selve

lagringen av solenergi skjer i klorofyllkornene i plantenes grønne deler.

Prosessen kalles fotosyntese. Utgangspunktet for fotosyntesen er

karbondioksid (CO 2 ) og vann (H 2 O). Ingen av disse molekylene er

energirike. For å få dem til å reagere med hverandre trengs det energi.

Energien kommer fra sollyset. Det energirike molekylet som bygges opp

i fotosyntesen, er druesukker (glukose).

Reaksjonsligningen for fotosyntesen kan skrives slik:

6 CO 2 + 6 H 2 O + solenergi g C 6 H 12 O 6 + 6 O 2

Karbondioksid + vann + solenergi g druesukker + oksygen


Druesukkeret er energikilden for alle energikrevende prosesser i plantene.

Plantene kan lage andre energirike forbindelser av druesukker. Når plantene

produserer mer energirike forbindelser enn de trenger umiddelbart, kan

overskuddet lagres i for eksempel frø eller røtter. Dyr og mennesker er

avhengige av produsentene for å få energi. Alt liv på jorda er avhengig av

energien som produsentene lagrer i druesukkermolekylene.

Olje og gass er rester av liv på jorda for millioner av år siden.

Gjennom en kjemisk reaksjon, fotosyntesen, som fant sted for millioner

av år siden, ble energien fra sollyset lagret i druesukkermolekyler og

andre energirike forbindelser. De energirike molekylene er blitt

omdannet i årenes løp, men solenergien som ble lagret den gangen, er

der fortsatt!

Produsentene lagrer solenergi som kjemisk energi i organiske

forbindelser. Ved forbrenning omdannes denne energien, blant

annet til varme.

Forbrenning i cellene

Lufta vi puster ut, inneholder mer karbondioksid og vanndamp enn

den lufta vi puster inn. Det viser at det skjer en forbrenning i kroppen.

Ved forbrenningen i kroppens celler er det de energirike organiske

forbindelsene i maten som reagerer med oksygen. Energien som avgis

ved forbrenningen, brukes av cellene til energikrevende prosesser. I de

energikrevende prosessene omdannes etter hvert all energi til varme.

Forbrenningen i cellene skjer ved lave temperaturer. Det sørger

spesielle enzymer for. Enzymer er biologiske katalysatorer som bidrar til

at reaksjonene går lettere. Enzymene blir ikke selv forbrent.

Enzymer sørger for at forbrenningsprosessene i cellene kan foregå

ved kroppstemperatur.

energi fra kjemiske reaksjoner

Kjemiske forbindelser som

bærere av solenergi.


0 kapittel 2

a) Fullstendig forbrenning

av karbon

b) Ufullstendig forbrenning

av karbon

Reaksjonsligningen for forbrenning av druesukker (glukose) kan skrives slik:

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 g 6 CO 2 + 6 H 2 O + energi

Druesukker + oksygen g karbondioksid + vann + energi

Fullstendig og ufullstendig forbrenning

Når vi brenner karbon eller karbonforbindelser, kan det skje to ting:

1 Når det er nok oksygen til stede, er forbrenningen fullstendig,

og det dannes karbondioksid (CO 2 ).

2 Når det er lite oksygen, er forbrenningen ufullstendig, og det

dannes karbonmonoksid (CO).

Det blir frigjort mest energi ved fullstendig forbrenning.

Ved forbrenningsprosessene i cellene er det også to muligheter:

1 Druesukker reagerer med oksygen. Etter en rekke delreaksjoner

dannes CO 2 og H 2 O, og det avgis energi. Prosessen er aerob, og

forbrenningen er fullstendig.

2 Når oksygen ikke er tilgjengelig, kan druesukkermolekylet

omdannes til melkesyre. Noen celler, for eksempel gjærceller,

kan omdanne druesukkeret til etanol og CO 2 . Bare en liten del

av energien i druesukkermolekylet blir frigitt. Prosessen er

anaerob, og forbrenningen er ufullstendig.

Cellenes energiutbytte er mye større når prosessen er aerob enn når den

er anaerob.

Kullosforgiftning

Karbonmonoksid, eller kullos (CO), er en fargeløs og luktfri gass. Den

dannes når karbon forbrennes ufullstendig. Det kan skje når en legger en

vedkubbe i ovnen eller peisen og stenger nesten helt for lufttilførselen.


Mange tilfeller av kullosforgiftning skyldes fyring uten tilstrekkelig

gjennomtrekk. Bileksos inneholder også kullos, og innånding av bileksos,

for eksempel i en lukket garasje, kan føre til kullosforgiftning. Fordi gassen

er luktfri, er det vanskelig å merke noe til forgiftningen før det er for sent.

Karbonmonoksid binder seg til hemoglobinet i blodet vårt og hindrer

dermed blodet å frakte oksygen fra lungene til cellene rundt omkring i

kroppen. Hvis en puster inn luft som inneholder 1 % karbonmonoksid, kan

en dø etter få minutter.

renere bileksos

Bensin er en blanding av ulike karbonforbindelser (hydrokarboner).

Ved forbrenning av bensin i for eksempel en bilmotor, er det viktig at

motoren er justert riktig slik at forbrenningen er så fullstendig som mulig.

Alle nyere biler har dessuten en katalysator i eksosanlegget. Katalysatoren

sørger for en mer fullstendig forbrenning. Det gir mindre utslipp av CO.

Katalysatoren sørger også for en fullstendig forbrenning av hydrokarbonrester

(HC). Myndighetene har satt øvre grenseverdier for innholdet av CO

og HC i avgassene fra bilmotorer.

atomnummer

De 116 grunnstoffene har hvert sitt atomnummer (se periodesystemet

bakerst i boka). Atomnummeret forteller hvor mange protoner det er i

atomkjernen. I et atom med nøytral ladning er det like mange protoner

(positive ladninger) som elektroner (negative ladninger). For eksempel

har et atom av grunnstoff nr. 2, helium, to protoner og to elektroner.

Grunnstoff nr. 8, oksygen, har 8 protoner og 8 elektroner.

energi fra kjemiske reaksjoner

Temperaturen i en flamme.

1

Vi kan se på flammen

til en gassbrenner om

forbrenningen er fullstendig

eller ufullstendig. Blå flamme

viser fullstendig forbrenning.

Gul flamme viser ufullstendig

forbrenning. Gulfargen

skyldes glødende sotpartikler

som ikke er forbrent.

(r)

repetisjon


(r)

kapittel 2

Elektronfordeling for

neonatomet, oksygenatomet

og kaliumatomet.

repetisjon

elektronskall

Elektronene kretser rundt atomkjernen. De er fordelt på elektronskall som

svarer til energinivåer i atomet. Det er plass til to elektroner i det innerste

skallet. Hydrogen (H) og helium (He) har bare ett elektronskall. De andre

grunnstoffene har flere elektronskall. Det ytterste skallet kan maksimalt

inneholde åtte elektroner. Grunnstoffet oksygen har atomnummer åtte.

I det innerste skallet er det to elektroner, i det ytterste skallet er det seks

elektroner.

periodesystemet

I periodesystemet (se bakerst i boka) er grunnstoffene ordnet etter antallet

elektronskall de har, og antall elektroner de har i det ytterste skallet.

Grunnstoffer med samme antallet elektroner i ytterste skall er plassert

i samme gruppe (de er plassert under hverandre). Grunnstoffer med

samme antall skall er plassert i samme periode (de står ved siden av

hverandre). Hvert grunnstoff som finnes, har på denne måten en plass

i periodesystemet.

Kjemiske egenskaper

Grunnstoff nummer 9, fluor, reagerer lett med de fleste andre

grunnstoffer. Neon derimot, som er grunnstoff nummer 10, reagerer ikke

med andre grunnstoffer. De to grunnstoffene har helt ulike kjemiske

egenskaper. Klor, grunnstoff nummer 17, har kjemiske egenskaper som

ligner egenskapene til fluor. Argon, grunnstoff nummer 18, har kjemiske

egenskaper som ligner egenskapene til neon. Hva er grunnen til at

grunnstoffer har like eller ulike kjemiske egenskaper?

elektroner i ytre skall

Når et atom støter mot et annet, kommer elektronene i de ytterste

skallene i kontakt med hverandre. Det er spesielt antallet elektroner i det


ytterste skallet som bestemmer hvordan et atom vil reagere med andre

atomer. Atomkjernen og de andre elektronene spiller en mindre rolle. Det

betyr at ulike grunnstoffer med samme antall elektroner i ytre skall vil ha

kjemiske egenskaper som ligner hverandre. Fluor og klor har begge sju

elektroner i det ytterste skallet, mens neon og argon begge har åtte

elektroner i det ytterste skallet.

gruppene i periodesystemet

Det er åtte hovedgrupper i periodesystemet. Grunnstoffene som tilhører

samme gruppe, har samme antall elektroner i det ytterste skallet. De har

derfor kjemiske egenskaper som ligner på hverandre. For eksempel har

alle grunnstoffer i gruppe VII sju elektroner i det ytterste skallet, og de

reagerer alle lett med andre stoffer.

Oktettregelen

Edelgasser i gruppe VIII består av enkeltatomer fordi atomene ikke binder

seg til hverandre eller til atomer av andre grunnstoffer. Elektronfordelingen

i edelgassene gir en spesielt stabil tilstand. Atomer til andre

grunnstoffer vil, når de støter sammen med andre atomer, gjerne reagere

slik at de får ytterskallet fullt av elektroner. Vi sier at de får edelgassstruktur.

Som regel vil det da være åtte elektroner i ytterste skall. Vi kaller

dette for oktettregelen, eller åtteregelen.

Ioner

Grunnstoffene til venstre i periodesystemet har få elektroner i ytterste

skall. Slike atomer oppnår lett edelgasstruktur ved å gi fra seg elektronene

i det ytterste skallet. Kalium (K) har ett elektron i det ytterste skallet. Når

kalium reagerer med et stoff i gruppe VII, som har sju elektroner i ytterskallet,

vil kalium gi fra seg det ene elektronet. Da får kalium ett skall

mindre, men i skallet som nå er ytterst, er det åtte elektroner. Kaliumatomet

har fått edelgasstruktur. I atomet er det nå bare 18 elektroner, mens antallet

protoner fortsatt er 19. Det betyr at det er 18 negative ladninger og

energi fra kjemiske reaksjoner

Et kaliumatom blir til et

kaliumion.

(r)

repetisjon


(r)

repetisjon

kontrolloppgaver

kapittel 2

Et oksygenatom blir til et

oksidion.

19 positive ladninger. Kaliumatomet har altså fått en netto positiv ladning

på 1+.

Oksygen, som har seks elektroner i ytre skall, vil få edelgasstruktur hvis

det tar opp to elektroner fra et stoff det reagerer med. Da har oksygenatomet

fått en ladning på 2–.

Ladde atomer eller atomgrupper kalles ioner. I eksemplene ovenfor er

det dannet et kaliumion og et oksidion. Vi skriver K + og O 2– .

Avsnitt 2.1 og 2.2:

1 Forklar hva som skjer ved reduksjon og oksidasjon.

2 Gi eksempler på ulike forbrenningsreaksjoner.

3 Hvordan kan vi slukke en brann eller hindre at den sprer seg?

4 Hva skjer i fotosyntesen?

5 Hva er forskjellen på ufullstendig og fullstendig forbrenning?

6 Forklar begrepene elektronskall og oktettregelen.

7 Gi eksempler på ulike ioner.

2.3 Elektronoverføringer

Reaksjonen mellom natrium og klor

Varmer vi opp en bit av metallet natrium sammen med klorgass, får vi

en så kraftig kjemisk reaksjon at det flammer opp. Etter reaksjonen er

det dannet et hvitt stoff. Det hvite stoffet er koksalt (natriumklorid).

Hva skjer når natrium og klor reagerer med hverandre?

Natrium vil få edelgasstruktur dersom det kan kvitte seg med elektronet

i det ytterste skallet. Klor vil få edelgasstruktur dersom det kan ta opp et

ekstra elektron i det ytterste skallet. Det skjer en elektronoverføring fra

natrium til klor. Vi får dannet natriumioner (Na + ) og kloridioner (Cl – ).

Begge ioner får edelgasstruktur. Natrium blir oksidert, og klor blir redusert.

More magazines by this user
Similar magazines