EFNAFRÆÐI
ALMENNT UM EFNAFRÆÐI
Efnafræði fjallar um efni, eiginleika þeirra, breytingar sem verða á þeim og orkubreytingar sem eiga sér stað við slík ferli. Efnafræði er undirstaða þess að skilja öll ferli sem eiga sér stað innan lífvera vegna þess að öll þau ferli gerast við efnabreytingar.
Hún leggur sterkan grunn undir fjölda annarra vísindagreina.
Efnafræðinni er skipt niður í nokkrar undirgreinar svo sem lífræna efnafræði, ólífræna efnafræði og eðlisefnafræði.
Ólífræn efni eru efni sem tengjast ekki lífheiminum með beinum hætti. Ólífræna efnafræðin hefur til skoðunar öll frumefni (önnur en helstu frumefni lífrænu efnafræðinnar).
Lífræn efnafræði fjallar sérstaklega um sameindir sem innihalda kolefni og vetni auk nokkurra annarra efna. Farið er nánar í efni lífrænnar efnafræði í áfanganum EFNA3LR05.
Eðlisefnafræði hefur til skoðunar eðlisfræðilega eiginleika allra efna sem veitir grunn undir alla aðra efnafræði.
Almenn efnafræði er grunnurinn af öllum þessum ofangreindum þáttum.
HELSTU KENNINGAR
Demokrítus og Aristoreles settu fram kenningar um samsetningu efna.
Kenning Demokrítusar var sú að öll efni væru samsett af ósýnilegum, ódeilanlegum ögnum sem lægju mjög nálægt hvor öðru með tómarými á milli fyrir hreyfingar agnanna.
Kenning Aristotelesar var sú að hægt væri að deila efninu óendanlega oft upp í smærri agnir.
Árið 1661 kom Boyle með nýja kenningu um samsetningu efna. Samkvæmt henni er hægt að skipta efninu í sundur að vissu marki í smærri einingar sem hann kallaði frumefni.
Hundrað árum seinna kom Dalton með nýja kenningu. Sú kenning studdi kenningar Demokrítusar og Boyles. Hann sagði að minnsta eining hvers frumefnis væri atóm sem væri ekki hægt að skipta frekar niður með hefðbundnum hætti. Atómkenning Daltons skýrir mörg önnur lögmál innan efnafræðinnar svo sem lögmálið um samruna efna og fasta samsetningu efnasambanda.
Kenningin byggir á fjórum atriðum
Hvert frumefni er samsett af örsmáum ögnum sem kallast atóm.
Öll atóm tiltekins frumefnis eru eins en atóm eins frumefnis eru ólík atómum allra annarra frumefna. Engin tvö frumefni hafa eins atóm.
Atómum eins frumefnis er ekki hægt að breyta í atóm annars frumefnis með efnahvörfum. Það er ekki hægt að búa til né eyða atómum með efnahvörfum.
Efnasambönd eru mynduð þegar atóm tveggja eða fleiri frumefna sameinast. Hlutfallið milli fjölda atóma innan efnasambands er fasti.
FRUMEFNI
Frumefni er safn fjölda atóma af sömu gerð.
Frumefnið er minnsta grunneining allra efna.
Frumefnum er raðað í lotukerfið á kerfisbundinn hátt eftir efnafræðilegum eiginleikum þeirra.
Nokkur frumefni eru ólík öðrum frumefnum vegna þess að þau finnast oftast sem tvíatóma sameindir í náttúrunni. Þessi frumefni eru vetni (H2), nitur (N2), súrefni (O2), flúor (F2), klór (Cl2), bróm (Br2) og joð (I2). Hér á tvisturinn að vera í lágskrift. Þessi ritháttur segir okkur að tvö atóm séu tengd saman. Ávallt er ritað táknfrumefnis og fjölda atóma þar fyrir aftan í lágskrift.
Ný efni geta myndast við samruna tveggja eða fleiri atóma. Fjöldi samsetninga frumefna er nær óendanlegur vegna þess að efnasamband getur verið samsett með tveimur atómum upp í fleiri þúsund.
LÖGMÁL PROUST
Josep Proust var fyrstur að setja fram lögmál um samsetningu efnasambanda. Lögmálið hans er oft kallað lögmálið um föst hlutföll frumefna innan efnasambanda sem byggir á að öll efnasambönd hafa fast massahlutfall. Efnasambönd hverrar gerðar hefur alltaf sömu hlutfallslegu samsetninguna af frumefnum.
EFNI
Í efnafræði eru efni skilgreind sem allt það sem hefur massa og rúmmál. Hægt er að þreifa á efnum og við getum gert okkur grein fyrir að þau hafi rúmmál og massa.
Eitt mikilvægasta grundvallar lögmál efnafræðinnar er lögmálið um varðveislu massa. Það lögmál segir að við öll efnaferli eða efnahvörf geti massi hvorki eyðst né orðið til heldur breytist aðeins samsetning efnanna.
EIGINLEIKAR EFNA
Efni hafa mismunandi eiginleika vegna þess að efni eru gerð úr mismunandi eindum. Alla eiginleika efna er hægt að nota til að lýsa eða greina ólík efni í sundur. Sem dæmi geta eiginleikar verið stærð, litir, bræðslu- eða suðumark, samsetning efnanna sem lýsir úr hverju efnið er, hvarfgirni þess sem lýsir hvernig efnið hegðar sér við tilteknar aðstæður auk fjölda annara eiginleika. Þessum eiginleikum er venjulega skipt í tvo hópa, efnafræðilega eiginleika og eðlisfræðilega eiginleika.
FASABREYTINGAR
Efni geta verið á ólíku formi eða fasa og eru þrír megin fasar í efnafræði; gas, vökvi og fast efni
Gas eða gasfasi er þegar efnið hefur ekkert fast ákveðið rúmmál né lögun heldur ráðast þessir þættir af stærð og lögun ílátsins sem gasið er geymt í. Ílátið sem gasið er geymt í getur bæði verið þjappað samað eða stækkað vegna þess að gasað aðlagast breyttu lagi ílátsins og fyllir alltaf allt rými þess.
Vökvafasi hefur breytta lögun en fast rúmmál. Vökvinn flæðir og fyllir ílátið sem hann er geymdur í eftir lögun þess. Vökvanum er aðeins hægt að þjappa saman að ákveðnu marki vegna þrýstings.
Fastur fasi hefur bæði fast rúmmál og fasta lögun og fyllir þannig ekki ílátið sem það er geymt í eða lagar sig að lögun þess.
Sem dæmi um ólíka fasa efna má nefna vatn H2O. Þegar vatn er í föstum fasa höfum við ís, þegar það er í vökvafasa höfum við vatn og þegar það er í gasfasa höfum við gufu.
EFNA- OG EÐLISFRÆÐILEGAR UMBREYTINGAR
Umbreytingar sem geta átt sér stað í efnunum eru tvenns konar. Það geta verið efnafræðilegar umbreytingar og eðlisfræðilegar umbreytingar.
Efnafræðileg umbreyting er ferli þar sem efni umraða atómum sínum þannig að ný efni myndast og orkuflutningur á sér stað.
Eðlisfræðilegar umbreytingar er ferli sem ásýnd og eiginleikar efna breytast án þess að samsetning þeirra breytist.
EFNABLÖNDUR, EFNASAMBÖND OG FRUMEFNI
Flest öll efni sem við umgöngumst daglega eru efnablöndur. Efnablöndur eru samsettar af tveim eða fleirum efnasamböndum og geta efnablöndurnar verið annað hvort einsleitar eða misleitar.
Misleit blanda er þegar efni eru ekki jafndreifð um alla blönduna. Sem dæmi ef við myndum blanda olíu í vatn værum við komin með misleitablöndu vegna þess að olían blandast ekki vatninu heldur sest hún ofan á það. Ef við myndum síðan taka sýni af vatninu neðst og svo efst væru þau sýni ekki eins sem staðfestir að blandan sé misleit.
Einsleitar efnablöndur þekkjum við sem efni leyst upp í vökva. Þær blöndur hafa engar óuppleystar agnir fljótandi í þeim. Í einsleitum blöndum eru eitt efni eða fleiri jafndreifð um lausnina. Til dæmis þá er borðsalt einsleit efnablanda því sama hvar sýnið af blöndunni væri tekið niðurstaðan væri alltaf sú sama.
Allar blöndur geta verið samsettar í öllum hlutföllum efna sem mynda hana og hafa allar blöndur sínar einstöku eiginleika.