Väte

Väte eller hydrogen (latin: Hydrogenium) är det enklaste, lättaste, vanligaste och tidigast bildade grundämnet i universum efter Big Bang. Vid standardtryck och -temperatur är väte en tvåatomig, lukt-, färg- och smaklös men mycket lättantändlig gas. Väte förekommer i form av ett flertal isotoper. Vätejonen, som är grunden för bland annat syrabaskemin, kan förekomma som både anjon och katjon. Den enkla väteatomen har varit mycket viktig för framväxten av kvantmekaniken. Vanligtvis brukar väte placeras ovanför alkalimetallerna i det periodiska systemet eftersom det bara har en valenselektron. En mindre vanlig placering är att sätta det ovanför halogenerna eftersom det bara krävs en till elektron för ädelgaskonfiguration.[11]

Väte
Nummer
1
Tecken
H
Grupp
1
Period
1
Block
s

H

Li
VäteHelium
   
1s1
1H

Lila glöd i sitt plasmatillstånd

Lila glöd i sitt plasmatillstånd
Emissionsspektrum

Emissionsspektrum
Generella egenskaper
Relativ atommassa1,008 (1,00784–1,00811)[1][2] u
UtseendeFärglös i gasform
AllotroperDiväte (H2)
Fysikaliska egenskaper
Densitet0,08988[3] g/dm3 (0 °C; 101,325 kPa)
– flytande, vid smältpunkten70 g/dm3 (fast: 76,3 g/dm3)
– flytande, vid kokpunkten70,99 g/dm3
AggregationstillståndGas
Smältpunkt13,99 K (−259,16 °C)
Kokpunkt20,271 K (−252,879 °C)
Trippelpunkt13,8033 K (−259,3467 °C)
7,041 kPa
Kritisk punkt32,938 K (−240,212 °C)
1,2858 MPa
Molvolym22,42 × 10−3 m3/mol
Smältvärme0,05868 kJ/mol
Ångbildningsvärme0,44936 kJ/mol
Specifik värmekapacitet14304 J/(kg × K)
Molär värmekapacitet28,836 J/(mol × K)
Ångtryck
Tr. (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
Te. (K) 15 20
Atomära egenskaper
Atomradie28 pm
Kovalent radie31 ± 5 pm
van der Waalsradie120 pm
Elektronaffinitet72,8[4] kJ/mol
JonisationspotentialFörsta: 1312 kJ/mol
(Lista)
Elektronkonfiguration
Elektronkonfiguration1s1
e per skal1
Electron shell 001 Hydrogen - no label
Kemiska egenskaper
Oxidationstillstånd−1, +1
Oxider (basicitet)H2O (amfoterisk)
Elektronegativitet2,2 (Paulingskalan)
2,3 (Allenskalan)
Normalpotential0 V
Diverse
Hexagonal
Kristallstruktur
Ljudhastighet1270 m/s
Värmeledningsförmåga0,1805 W/(m × K)
Elektrisk resistivitet1 × m (20 °C)
MagnetismDiamagnetisk[5]
Magnetisk susceptibilitet−2,2 × 10−9[6]
van der Waals-konstant0,02476 Pa m6 mol−2 (a)
26,61 × 10−6 m3 mol−1 (b)
Permittivitet1,228 (flytande vid tv)
1,000264 (0 °C)
Brytningsindex1,10974 (nD vid tv)
1,00001396 (nD)
Identifikation
CAS-nummer1333-74-0
EG-nummer215-605-7
Pubchem783
InChIYZCKVEUIGOORGS-UHFFFAOYSA-N
RTECS-nummerMW8900000
Historia
UpptäcktHenry Cavendish, 1766 [7][8]
NamngivareAntoine Lavoisier, 1783 [9]
Stabilaste isotoper
Nuklid NF t1/2 ST SE (MeV) SP
1H / P
99,9885(70) % Stabil
2H / D
0,0115(70) % Stabil
3H / T
10−15 % 12,33 a β 0,01861 3He
Säkerhetsinformation
Säkerhetsdatablad: Sigma-Aldrich
Globalt harmoniserat system för klassifikation och märkning av kemikalier
GHS-märkning av farliga ämnen enligt EU:s förordning 1272/2008 (CLP) på grundval av följande källa: [10]
02 – Brandfarlig
Brandfarlig
04 – Gasflaska
Gasflaska
H-fraserH220, H280
P-fraserP210, P377, P381, P403
EU-märkning av farliga ämnen
EU-märkning av farliga ämnen enligt EU:s förordning 1272/2008 (CLP) på grundval av följande källa: [10]
Mycket brandfarlig
Mycket brandfarlig
(F+)
R-fraserR12
S-fraserS2, S9, S16, S33
NFPA 704

NFPA 704

4
3
0
SI-enheter och STP används om inget annat anges.

Väteatomen

En väteatom är en atom av grundämnet väte. Den består av en ensam negativt laddad elektron som befinner sig runt en positivt laddad proton. Eventuellt kan det även finnas en eller flera neutrala neutroner tätt bundna till protonen. Bohrs atommodell ger att atomens diameter är ungefär 10−10 m, hundratusen gånger så stor som kärnan. Väteatomen är den enda atom som är så enkel att det finns lösningar till både den icke-relativistiska Schrödingerekvationen och den relativistiska Diracekvationen, vilka bestämmer elektronens beteende och var man kan tänkas hitta den. Inom fysik och kemi talar man även om "väteliknande" atomer. En väteliknande atom utgör ett två-partikelsystem bestående av en kärna med en positivt laddad partikel (inte nödvändigtvis en proton) och en elektron. Exempel på väteliknande atomer är positronium och myonium.

Isotoper

Väte är det enda atomslag förutom radon och torium som har egna namn för några av sina isotoper. Symbolerna D och T används ibland, inofficiellt, för deuterium (2H) respektive tritium (3H). Protium, deuterium och tritium finns naturligt. Ytterligare några kortlivade isotoper har producerats i partikelacceleratorer, nämligen 4H, 5H och 7H.

Vanligtvis brukar inte ett grundämnes kemi ändras nämnvärt beroende på vilken isotop som används, men eftersom väte är såpass lätt så påverkas dess massa betydligt då en eller fler neutroner finns i kärnan och bindningarna blir starkare. Deuterat vatten kokar till exempel vid 101,42 grader celsius, i stället för vid 100,00 grader som vanligt vatten. Bindningsentalpin för H2 är 436 kJ/mol medan den för D2 är 444,3 kJ/mol. I kemiska reaktioner kan en D-atom reagera upp till tio gånger långsammare än en H-atom. Bindningar med tungt väte kan i IR-spektroskopi skiljas från vanligt väte genom att de vibrerar med en lägre frekvens.[12]

1H

1H är den allra vanligaste isotopen. Den kallas ibland för protium. Den är stabil och har en kärna som endast består av en proton. Inom NMR och MRI är det vanligt att 1H används att göra mätningar på. Eftersom de allra flesta organiska molekyler innehåller väte och 1H är mycket vanligare förekommande än 13C (12C, den vanligaste kolisotopen går inte att göra mätningar på då den inte har något kärnspinn) så är 1H den vanligaste atomkärnan som studeras med tekniken.

2H

Den andra stabila isotopen är deuterium, vilken utöver protonen har en neutron i atomkärnan. Deuterium utgör ungefär 0,015 % av allt väte på jorden. Rent deuterium framställs genom långvarig elektrolys av vatten, detta beror på att bindningarna mellan deuterium och syre är starkare än de mellan vanligt väte och syre, vilket gör att det vanliga vattnet försvinner och lämnar kvar tungt vatten. Inom NMR används deuterade lösningsmedel för att signalerna från lösningsmedlet inte helt skall överrösta den molekyl som studeras.[13] Detta beror på att deuteriums kärna har spin 1, och inte spin en halv, som protonen har.

3H

Den tredje isotopen som förekommer naturligt är tritium som är radioaktiv och sönderfaller med en halveringstid på 12,33 år. Dess kärna består av två neutroner förutom protonen. Den produceras genom inverkan av kosmisk strålning på deuterium i de övre skikten av atmosfären. Tritium är populär i vissa forskningssammanhang eftersom det går att märka en kemisk förening med tritium och sedan påvisa spår av den eftersom den är radioaktiv.

4H

Väte-4 är en mycket kortlivad isotop som har en halveringstid på 7,54*10-10 sekunder.

5H

2001 upptäcktes för första gången väte-5, som man framställde genom att bombardera ett mål av väte med tunga joner.

Aggregationstillstånd för rent väte

Väte förekommer normalt i gasform. Vid låg temperatur/högt tryck förekommer väte som vätska. Fast väte förekommer vid ännu högre tryck och lägre temperatur har hittills hittats i 3 olika faser. Någon trippelpunkt för väte är ännu inte experimentellt bestämd. (år 2004)

Tvåatomiga vätemolekyler kan förekomma i två olika tillstånd beroende på atomkärnornas spinn.[14] Detta gäller för alla vätets tvåatomiga aggregationstillstånd. I ortoväte har båda protonerna samma spin och i paraväte har protonerna olika spin. Fördelningen mellan orto- och paraväte beror på temperaturen. Eftersom ortoväte är ett exciterat tillstånd går det inte att isolera rent ortoväte. Omvandlingen från ortoväte till paraväte är exoterm och kan förånga flytande väte.

Gasformigt väte

Renframställd vid normalt tryck består vätgas av diatomära molekyler (H2). Vätemolekylen binds samman av en kovalent sigmabindning.

Flytande väte

Vid normalt tryck är väte flytande mellan 14,025 K (−259 °C) och 20,268 K (−253 °C).[15] Flytande väte används bland annat i bubbelkammare och som kylmedel i laboratorier. Dessutom är det lättare att transportera i flytande form än i gasform då flytande väte tar upp betydligt mindre volym.[15] Ibland transporteras det flytande vätet tillsamman med fast väte likt en issörja där inträngande förlustvärme först smälter det fasta vätet innan det flytande vätet börjar förångas.

Fast väte

Precis som att fast kol kan uppträda både som diamant och grafit uppvisar fast väte olika egenskaper vid olika tryck och temperatur. Dessa olika tillstånd kallas faser. Experimentella data har visat att fast väte inte leder elektricitet och därmed är icke-metalliskt, och detta motsäger tidigare teorier om metalliskt väte. Fast väte är ett spännande forskningsområde, men problemen med studiet av fast väte är dels att det krävs höga tryck för att överhuvudtaget få väte i fast form, och dels att de lätta atomkärnorna ogärna växelverkar med röntgenstrålning, vilket resulterar i diffraktionsmönster med låg upplösning.

Teorier om fast metalliskt väte

1926 föreslog forskaren J.D. Bernard att alla ämnen vid tillräckligt högt tryck kommer att anta en metallisk form. 1935 föreslog två forskare att väte borde övergå i metallisk form vid ett tryck på omkring 250 000 atmosfärer.[16] Metalliskt väte har antagits vara supraledande vid normal rumstemperatur, och detta i kombination med en nyfikenhet över vad som sker inuti de stora gasplaneterna (som till stor del består av väte under väldigt högt tryck) har gjort metalliskt väte till ett intressant forskningsområde.

Icke-metalliskt fast väte i olika faser

Det som hänt då väte pressats ihop under högt tryck är att ett icke-metalliskt fast ämne, fas I, bildas där de tvåatomiga vätemolekylerna sitter i ett hexagonalt tätpackat kristallgitter och roterar fritt. Vid temperaturer under 120K fryses molekylerna i en (slumpvis) bestämd riktning. Detta kallas fas II. Vid tryck över 1,5 miljoner atmosfärer uppstår en fas III av fast väte där växelverkan med infraröd strålning antyder att den tvåatomiga molekylen polariseras till en permanent dipol. Om någon mer fasändring kommer att ske vid ännu högre tryck råder det delade meningar om. Vissa tror att polariseringen kommer att ökas så att strukturen kan beskrivas av joner av typen H+ och H-, medan andra tror att vätet kommer att bli en fast metall.[16] Ett tredje förslag är att vätet vid högre tryck och låg temperatur kommer att omvandlas till en vätska som beroende på omgivningens magnetiska fält kan vara antingen en supervätska eller en supraledare.[17] En teoretisk studie från 2007 förutsäger att en modell för fast väte som överensstämmer med empiriska data för fas III bör vara stabil upp till 4,2 miljoner atmosfärer.[18]

Användning

Väte är lätt brännbart och bildar tillsammans med syre den explosiva gasen knallgas. Precis som namnet antyder så blir det en stor knall när gasblandningen antänds, restprodukten från den våldsamma reaktionen är vattenånga. Vid förbränning av väte i luft bildas förutom vatten en del andra ämnen, främst kväveföreningar.[19]

I en bränslecell kan man omhänderta energin som bildas vid reaktionen med luftens syre utan att få andra restprodukter än vatten. Bränsleceller har en spridd användning, ett exempel är i bilar, så kallade bränslecellsbilar, som tack vare bränslecellen tankas på vätgas och inte har några andra utsläpp än vatten. Exempel på bränslecellsbilar är Toyota Mirai och Hyundai iX35 Fuel Cell .

Flytande väte används i raketmotorer, med flytande syre som oxideringsmedel.

En hel del väte används inom petroleumindustrin när man "uppgraderar" fossila bränslen. I Fischer-Tropsch-processen framställs kolväten från vätgas och kolmonoxid. Ett annat stort användningsområde för väte är vid produktion av ammoniak, i den så kallade Haber-Boschprocessen blandar man kväve och väte som utsätts för högt tryck och hög temperatur varvid ammoniak bildas.

N2 + 3H2 → 2NH3 Ammoniaken kan sedan användas för att tillverka till exempel gödsel. Väte används även när man producerar saltsyra, metanol och när man härdar fetter.

Vätes mer sällsynta isotoper har också enskilda användningar. Deuterium i form av tungt vatten används inom vissa kärnkraftverk för att bromsa snabba neutroner som uppstå vid fission av uran. Deuterium absorberar inte neutroner lika starkt som vanligt väte (vanligt vatten) och ger därför en bättre neutronekonomi som passar för natururan eller svagt isotopanrikat uran. Deuterium kanske kan få stor användning i framtiden inom fusion, för när deuterium och tritium kolliderar vid höga temperaturer bildas helium, en neutron och mycket energi.

2H + 3H → 4He + 1n + energi

Tritium behövs också vid fusionen som beskrivs ovan. Men tritiums vanligaste användningsområde är i självlysande färg (tidigare användes radium men det visade sig vara farligt och förbjöds på 1950-talet). I färgen blandas tritium och fosfor för när fosforn träffas av beta-strålningen exciteras en elektron i fosforns elektronskal och när den sedan snabbt hoppar tillbaka utsänds en foton i form av synligt ljus.

Väte som energibärare

Väte är ingen energikälla eftersom det inte finns några större naturliga förekomster och det krävs energi för att producera gasen men vätet kan användas för att "lagra energi" som sedan kan användas i till exempel en bilmotor. Flera olika sätt att använda vätgas i motorer är under utveckling, men flera av sätten har komplikationer. Om man bara har vätgasen i en trycktank skulle man inte kunna frakta större mängder gas åt gången. Om man istället fraktar vätet i flytande form kommer det behövas en så stark behållare att behållarens tyngd ger problem på bilens energiförbrukning och dessutom behöver man släppa ut lite av vätgasen då och då så att behållaren inte exploderar. Ett alternativ är att frakta vätet i form av natriumborhydrid (NaBH4) som med vatten bildar vätgas. När väte förbränns bildas i princip bara vatten som till skillnad från utsläpp av koldioxid inte har någon förstärkande verkan på växthuseffekten fastän vattenånga är den växthusgas som ännu (2017) står för den största temperaturhöjningen. Den totala miljöbelastningen avgörs dock av vilken primärenergi som används vid framställning av vätgasen. Vid produktion av vätgas med naturgas eller olja som råvara förekommer dock koldioxidutsläpp.

Vätgasens främsta nackdelar är förknippade med lågt energiinnehåll per volymenhet (ca en tredjedel jämfört med biogas) vilket ger upphov till stora kompressionsförluster vid högtryckslagring och -distribution, att den ger upphov till vätgasförsprödning vilket ställer höga och kostnadskrävande materialkrav vid lagring, distribution och användning av vätgasen, att den är lättantändlig, har ett stort brännbarhetsområde i luft och brinner med osynlig låga vilket ur olycksrisk- och säkerhetssynpunkt ej är gynnsamt. Vidare krävs det utveckling av i princip hela kedjan: produktion, lagring, distribution och användning.

Förekomst

Under extremt lågt tryck, i den interstellära rymden, kan enatomig "gas" finnas eftersom sannolikheten för att två atomer ska kollidera och därmed kunna reagera med varandra är så liten. Vid extremt högt tryck, exempelvis i gasjättarna Jupiters och Saturnus inre tros förhållandena vara sådana att det finns flytande metalliskt väte. I universum som helhet utgör väte 90 % av antalet atomer, motsvarande 75 % av den sammanlagda massan. Större delen av resterande del utgörs av helium. Stjärnorna består till en överväldigande del av väte, som även är det ämne som står för stjärnornas energiproduktion genom fusion.

Föreningar

jorden förekommer väte mest bundet i vatten (diväteoxid H2O) och inte till så stor del i atmosfären. Orsaken är att den lätta vätgasen troligen åkte iväg från planeten när denna bildades. Men på till exempel Jupiter och Saturnus finns troligen väte i metallisk form på grund av det höga trycket. Organiska föreningar består till stor del av väte och till metaller binder sig väte främst i hydrider och hydroxider. Deuterium finns i liten halt bland vanligt väte. I vatten finns tungt vatten (D2O) det vill säga deuteriumoxid men det finns också halvtungt vatten (HDO) det vill säga en blandning av deuteriums och vanligt vätes oxid. Väte förekommer även i kolväte.

Produktion

Väte produceras ofta i laboratorier som biprodukt vid framställning av kemiska föreningar och inom industrin för bland annat att mätta omättade fettsyror.

Produktion i laboratorier

I laboratorier produceras ofta vätgas genom reaktion mellan en metall som till exempel zink eller aluminium och en ganska stark syra som till exempel saltsyra eller svavelsyra (svavelsyra är bättre eftersom saltsyra ger gasformig väteklorid).

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

Vätgas kan också produceras genom elektrolys av vatten.

2H2O + elektricitet → 2H2 + O2

Eller genom reaktion mellan natriumhydroxid och aluminium som producerar natriumaluminat och vätgas.

2Al + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2

Produktion i industrin

Industriellt produceras vätgas genom sönderdelning av kolväten, oftast genom sönderdelning av naturgas med vattenånga och en nickelkatalysator vid 800 °C.

CH4 + H2O → CO + 3H2

Kolmonoxiden som bildas kan också användas för att tillverka vätgas tillsammans med vattenånga över en järnoxidkatalysator.

CO + H2O → CO2 + H2

Historia

År 1766 framställde engelsmannen Henry Cavendish en brännbar gas genom att lösa metaller, till en början kvicksilver, i syra. 1783 visade han att denna förbränning bildade vatten; 1784 gick fransmannen Antoine Lavoisier omvända vägen genom att framställa vätgas från vattenånga som han ledde genom ett glödande järnrör. Lavoisier gav den brännbara gasen namnet hydrogène (från grekiska ὕδορ [hydor], vatten, och γεννάω [gennaô], jag bildar). Pehr von Afzelius och Anders Gustaf Ekeberg föreslog 1795 det svenska namnet väte.

Ett av dess första användningsområden var ballonger, och den producerades då i stor skala genom att blanda svavelsyra med järn. Deuterium påvisades först av Harold C Urey, som framställde det genom att destillera en mängd vatten flera gånger om. Han fick 1934 ett nobelpris för denna upptäckt. Samma år upptäcktes tritium av Ernest Rutherford.

Se även

Bilder

Liquid hydrogen bubblechamber

Spår av partiklar i flytande väte i en bubbelkammare.

Nursery of New Stars - GPN-2000-000972

NGC 604 är ett moln av väte i triangelgalaxen.

Hindenburg burning

Väte brinner explosivt i luften. 1937 havererade luftskeppet Hindenburg till marken i ett stort eldhav efter att vätgasen hade antänts.

Photo praxair plant.hydrogen.infrastructure

En lagringsanläggning för väte.

Toyota mirai trimmed

Bränslecellsbilen Toyota Mirai.

Källor

  1. ^ Här anges det av IUPAC rekommenderade standardvärdet. Se: Michael E. Wieser, Tyler B. Coplen: Atomic weights of the elements 2009 (IUPAC Technical Report). I: Pure and Applied Chemistry. 2010, S. 1, doi:10.1351/PAC-REP-10-09-14.
  2. ^ IUPAC, Standard Atomic Weights Revised 2013.
  3. ^ Väte i substansdatabasen GESTIS-Stoffdatenbank hos IFA (Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung). Läst 12 juli 2009. (JavaScript krävs)
  4. ^ ”Technical data for Hydrogen” (på engelska). periodictable.com. http://periodictable.com/Elements/001/data.html. Läst 3 november 2015.
  5. ^ ”Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (81st). CRC Press.
  6. ^ Robert C. Weast (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC (Chemical Rubber Publishing Company), Boca Raton 1990, ISBN 0-8493-0470-9, S. E-129 bis E-145. De angivna värdena har här räknats om enligt SI.
  7. ^ ”Hydrogen”. Van Nostrand's Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. 2005. ss. 797–799. ISBN 0-471-61525-0.
  8. ^ Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. Sid. 183–191. ISBN 0-19-850341-5.
  9. ^ Stwertka, Albert (1996). A Guide to the Elements. Oxford University Press. Sid. 16–21. ISBN 0-19-508083-1.
  10. ^ [a b] Ur CLP-förordningen gällande CAS-Nr. 1333-74-0 i substansdatabasen GESTIS-Stoffdatenbank hos IFA (Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung) (Kräver JavaScript) (ty, en).
  11. ^ D. F. Shriver, P. W. Atkins Inorganic Chemistry, sidan 253, 3rd edition 1999 Oxford University Press ISBN 0-19-850331-8
  12. ^ D. F. Shriver, P. W. Atkins Inorganic Chemistry sidan 254-255, 3rd edition 1999 Oxford University Press ISBN 0-19-850331-8
  13. ^ ”Arkiverade kopian”. Arkiverad från originalet den 31 augusti 2006. https://web.archive.org/web/20060831170638/http://www.cem.msu.edu/~reusch/VirtualText/Spectrpy/nmr/nmr1.htm. Läst 8 februari 2016.
  14. ^ ”Hydrogen: Orto and Para Hydrogen”. http://nautilus.fis.uc.pt/st2.5/scenes-e/elem/e00140.html. Läst 20 november 2008.
  15. ^ [a b] ”About Liquid Hydrogen”. technifab.com. Arkiverad från originalet den 18 april 2018. https://web.archive.org/web/20180418144838/http://dev.technifab.com/cryogenic-resource-library/cryogenic-fluids/liquid-hydrogen/. Läst 9 december 2015.
  16. ^ [a b] Peter P. Edwards and Friedrich Hensel "Will solid hydrogen ever be metal?, artikel i Nature sidorna 621 - 622 (14 Aug 1997)"
  17. ^ Egor Babaev, Asle Sudbø, N. W. Ashcroft "A superconductor to superfluid phase transition in liquid metallic hydrogen" Nature 431, 666 - 668 (07 Oct 2004)
  18. ^ Chris J. Pickard1, Richard J. Needs2"Structure of phase III of solid hydrogen" artikel i Nature Physics 3, sidorna 473 - 476 (2007)
  19. ^ ”effekterna av vätgas vid förbränning”. www.give2all.org. http://www.give2all.org/5/2011/12/effekterna-av-vUtgas-vid-forbrUnning.html. Läst 9 december 2015.
  • Los Alamos National Laboratory's Chemistry Division: Periodic Table of the Elements, hydrogen
  • WebElements Periodic Table: Hydrogen, Historical information
  • Per Enghag: Jordens grundämnen och deras upptäckt, del 3. Byggstenar för marken och vattnet – luften och livet. ISBN 91-7548-590-7 (2000, Industrilitteratur).
Alkalimetall

En alkalimetall (av arabiska: al-qaly, aska, soda) är ett metalliskt grundämne som ingår i det periodiska systemets grupp 1.

Alkalimetallerna är litium, natrium, kalium, rubidium, cesium och francium. Icke-metallen väte ingår också i grupp 1 eftersom den bara har en valenselektron, men är ingen alkalimetall. Väte skulle också kunna ha placerats i grupp 17 – halogenerna.

Det som utmärker alkalimetallerna är att de alla är silverfärgade med metallglans (när snittytan är färsk), har en hög elektrisk ledningsförmåga och är mjuka med en låg densitet, alltså liten mängd massa per volymenhet. Litium, natrium och kalium har till och med lägre densitet än vatten så de flyter.

De har bara en valenselektron som de gärna vill bli av med och reagerar då väldigt lätt med halogenerna och bildar vita salter, eller med vatten då de bildar en starkt basisk alkalimetall-hydroxidlösning, under vätgasutveckling.

Gruppnamnet alkalimetaller hänvisar just till att deras vattenlösningar blir basiska. Ordet alkali kommer från arabiska al-qaly vilket betyder soda. En sodalösning reagerar basiskt, och ordet alkalisk är då en synonym för basisk.

Ett annat kännetecken för alkalimetallerna och deras föreningar, är de karakteristiska färger de ger lågan när man eldar dem, de används därför ofta i fyrverkerier för att få olika färger.

Reaktiviteten med andra ämnen stiger ju längre ned i gruppen man kommer. Därför finns de inte i naturen som fria grundämnen, utan bara som joner i vattenlösning eller i fasta föreningar. Både kok- och smältpunkten sjunker ju längre ned i gruppen ämnet är, med undantag för väte.

Varje alkalimetall ger upphov till en speciell lågfärg, vilket betyder att man kan få vägledning om vilka alkalimetaller en kemisk förening innehåller och dess mängd.

Atom

En atom, från grekiskans ἄτομος, átomos, vilket betyder "odelbar", är den minsta enheten av ett grundämne som definierar dess kemiska egenskaper. Namnet skapades i den antika atomteorin och avsåg då de minsta enheter som tillsammans med tomrum bildade universum. Preciseringen till kemins grundämnen gjordes på 1800-talet. Den definitionen är fortfarande giltig, även om det sedan länge är känt att atomer inte är odelbara utan har en inre struktur bestående av positivt laddade protoner, neutrala neutroner, samt negativt laddade elektroner. Protonerna och neutronerna befinner sig i atomkärnan och kallas nukleoner vilka är uppbyggda av kvarkar. Atomkärnan utgör nästan hela atomens massa, då protonen och neutronen båda är cirka 1800 gånger tyngre än elektronen. Elektronerna befinner sig i elektronmolnet som omger kärnan och detta elektronmoln är många gånger större än kärnan. En atom är ungefär 0,1 nanometer (1 ångström) i diameter.

Atomers massa mäts av praktiska skäl ofta i atommassenheten (u), som är ungefär 1,66·10−27 kg. Den lättaste atomen är väte, som väger cirka 1 u, vilket innebär att det går nära 6·1023 väteatomer på ett gram väte. De tyngsta atomerna som har studerats väger nära 300 u.

Antalet protoner i kärnan kallas atomnummer och bestämmer vilket grundämne det rör sig om. Den enklaste atomen är väte som har atomnummer 1 och består av en proton och en elektron.Antalet protoner och neutroner är atomens masstal. Antalet protoner i atomkärnan är atomens atomnummer. Atomer med samma atomnummer men olika masstal kallas isotoper. Deuterium är en isotop av väte med masstalet 2 och består av en proton, en neutron och en elektron. Antalet elektroner i en atom är lika med antalet protoner, så totalt sett är atomen oladdad. Om en atom får fler eller färre elektroner bildas en jon, som är elektriskt laddad.

Bäcks

Bäcks är ett naturreservat i Väte socken i Region Gotland på Gotland.

Området är naturskyddat sedan 2012 och är 24 hektar stort. Reservatet består av gammal högstammig barrblandskog.

Deuterium

Deuterium, av grekiska deuteros ("den andre"), vanligen kallat tungt väte, är en stabil isotop av väte, där atomkärnan innehåller en neutron, utöver den proton som kännetecknar den vanliga väteisotopen protium. Deuterium utgör 0,0156 procent av vätet på jorden.

Isotopen betecknas 2H eller D. Deuterium har vissa egenskaper, till exempel låg absorption av neutroner, som gör den användbar som moderator i kärnreaktorer som använder icke-anrikat uran, då i form av tungt vatten (D2O). Deuterium kan även användas som bränsle i fusionreaktorer, både rent och blandat med tritium. Eftersom deuteriumkärnor är bosoner finns andra tillämpningar inom kärnmagnetisk resonans än för protium.

Deuterium upptäcktes av Harold Urey 1931, vilket gav honom Nobelpriset i kemi 1934.

En deuteriumkärna kallas också för deuteron.

Grundämne

Grundämne är en substans där alla atomer har samma antal protoner i atomkärnan.

Några vanliga exempel på grundämnen är väte, syre, svavel och guld i alla dess former. Alla ämnen som inte är grundämnen består av atomer eller joner från flera olika grundämnen i kemisk förening eller annat kompositionssätt.

Ett grundämne kan uppträda i olika faser, men även i olika allotropa former. Syre i den vanliga allotropen O2 är exempelvis gasformigt vid normal temperatur och tryck, flytande under −183 °C och fast under −218 °C. Syre förekommer även som allotropen ozon, O3.

Huvudserien

Huvudserien i ett Hertzsprung-Russell-diagram är en kurva längs med vilken de flesta stjärnor befinner sig. En stjärna i huvudserien kallas huvudseriestjärna. Kurvan är jämförelsevis skarpt avgränsad, eftersom både spektralklassen och luminositeten hos en stjärna bestäms nästan enbart av stjärnans massa så länge den fortfarande förbränner väte genom fusion till helium – vilket de flesta stjärnor gör.

Solen, med spektralklass G2V, är ett exempel på en huvudseriestjärna: den har varit det i ungefär 4,5 miljarder år och kommer att fortsätta så i ytterligare ungefär 4,5 miljarder år. Efter att vätet i solens kärna förbrukats kommer den att börja förbränna helium, svälla upp och bli en röd jättestjärna.

Isotop

Isotoper [Isotop] är varianter av atomer med olika antal neutroner av ett och samma grundämne. De har därmed samma antal protoner men olika masstal.

Atomslaget bestäms av antalet protoner i kärnan, atomnumret, och är avgörande för elektronkonfigurationen, och därmed de kemiska egenskaperna hos ett ämne. I kärnan finns också för de flesta grundämnen neutroner, vilka påverkar de kemiska egenskaperna i långt mindre grad. Olika isotoper av samma ämne har därför vanligen nästan helt identiska kemiska egenskaper.

Skillnaderna i masstal kan dock innebära att vissa fysikaliska egenskaper, som densitet, smältpunkt och kokpunkt, är olika. För väte, där atommassan är låg från början, påverkar också skillnaden i massa mellan vanligt och tungt väte de kemiska egenskaperna något. Dessutom varierar atomkärnans stabilitet kraftigt mellan olika isotoper, varför man vanligen bara kan hitta ett fåtal olika isotoper i naturen. Andra isotoper kan skapas i laboratorier, men är då radioaktiva.

För lättare atomslag är antalet neutroner i kärnan ungefär lika med antalet protoner. Tyngre grundämnen har en högre andel neutroner vilket ses i nuklidkartan.

Ordet isotoper används ibland oegentligt i stället för nuklider. Begreppet nuklid syftar i första hand på nukleära egenskaper framför kemiska egenskaper, medan begreppet isotop främst syftar på kemiska egenskaper framför nukleära. När man fokuserar på en bestämd typ av atomkärna och dess egenskaper t.ex. i kärnreaktioner väljer man lämpligast nuklid. När det handlar om att gruppera olika slags atomer av ett visst grundämne är isotop det mer adekvata begreppet.

Som exempel visar nuklidkartan att grundämne nummer 50 – tenn - har 7 stabila isotoper (svarta rutor) och ytterligare 31 instabila isotoper (orange och blå rutor). Kartan visar också att det finns 3 stabila nuklider (88Sr, 89Y och 90Zr) med neutronantalet 50. För de två sistnämnda finns det dock även de radioaktiva kärnisomererna 89mY och 90mZr vilket inte markeras i kartan.

Kolföreningar

Kolföreningar är kemiska föreningar där kol ingår. De flesta kolföreningar räknas till den organiska kemin. Själva grundämnet kol, koloxider, karbider, karbonatsalter med mera räknas till oorganisk kemi. Några välkända kolföreningar är etanol (vanlig sprit) (C2H5OH) och kolväten som metan (CH4). Allt material från växt- och djurlivet innehåller kol. I luften finns 0,03–0,04 % koldioxid (CO2).

Organisk kemi kan man vidare indela i undergrupper, till exempel:

Kolväten det vill säga ämnen av bara kol och väte.

Alkaner - har endast enkelbindningar mellan kolatomerna i kedjan, exempelvis butan (C4H10)

Alkener - har minst en dubbelbindning mellan två kolatomer i kedjan, exempelvis buten (C4H8)

Alkyner - har minst en trippelbindning mellan två kolatomer i kedjan, exempelvis butyn (C4H6)

Alkoholer, det vill säga kolväten där minst ett väte blivit utbytt mot en hydroxylgrupp (-OH), exempelvis (C2H5OH) Etanol

Ketoner

Kolväte

Ett kolväte är en kemisk förening av enbart kol och väte. Kolväten har en ryggrad bestående av kolatomer, på vilka väteatomerna sitter. Denna kedja kan vara ogrenad, grenad eller ringformad. Kolväten är opolära ämnen – de är svårlösliga i vatten, särskilt de större molekylerna, medan de däremot löses väl i fetter.

Metallicitet

För andra betydelser av ordet Metall, se Metall (olika betydelser).

Metallicitet avser inom astronomin ett objekts halt av "metall", grundämne, som inte är väte eller helium. Distinktionen är viktig eftersom väte, helium plus spår av litium antas vara de enda grundämnen som kan förekomma i universum utan föregående fusionsprocess i någon stjärna. Detta betyder att förekomst av metaller indikerar att stjärnor tidigare bildats och dött i en galax eller nebulosa.

En studie som gjorts på 754 närliggande solliknande stjärnor har visat att ju fler metaller stjärnan innehåller desto sannolikare är det att den har planeter. Astronomer har uppskattat att 5 procent av alla stjärnor har planeter, medan motsvarande siffra för de stjärnor som har rikligt med tyngre metaller är 20 procent.

Norrbys i Väte

Norrbys i Väte i Väte socken är ett kulturreservat på Gotland, som inrättades 2002.

Organisk kemi

Organisk kemi är vetenskapen om kolföreningarnas kemi. Organiska föreningar innehåller alltid kol och ofta väte, och ofta även andra grundämnen. Atomer som ofta ingår i organiska föreningar är syre, kväve, halogener, och ibland fosfor eller svavel. Organiska molekyler som består av enbart kol och väte benämns kolväten.

En stor del av den organiska kemin som ämne och forskningsområde handlar om de organiska föreningarnas kemiska reaktioner, och särskilt sådana reaktioner som kan användas för syntes av organiska föreningar.

Planetarisk nebulosa

En planetarisk nebulosa är ett astronomiskt objekt som består av materia som små och medeltunga stjärnor i slutfasen av sitt liv stöter ut. En stjärna balanseras hela sin livstid av två krafter, gravitationen som försöker komprimera stjärnan och det mottryck som kärnreaktionen i stjärnans centrum skapar. Kärnreaktionen uppstår när väte under gravitationens tryck upphettas och övergår i helium. När vätet i stjärnans centrum tar slut, kommer stjärnan i obalans och börjar pulsera och under dessa konvulsioner kastas en stor del av stjärnans massa ut i rymden. Den återstående varma och ljusstarka kärnan avger ultraviolett strålning som joniserar de utkastade delarna, vilka då strålar som en planetarisk nebulosa.

I en stor stjärna fortsätter däremot kärnreaktionen förbi väte/helium-stadiet och den slutar sina dagar som en supernovaexplosion.

Namnet "planetarisk" fick denna nebulosatyp när de först upptäcktes på 1700-talet, eftersom deras utseende påminner om gasjättar då de observeras genom ett mindre optiskt teleskop, någon annan koppling till planeter finns inte.

Exempel på planetariska nebulosor är

Ringnebulosan (M57) i Lyran

Kattögenebulosan (NGC 6543) i Draken

Hantelnebulosan (M27) i Räven

NGC 3132 i Luftpumpen

Stingrocknebulosan (Hen 3-1357) i Altaret

Silikat

Silikat, kemisk förening av kisel och syre (SixOy), en eller flera metaller och ibland väte. Silikat kan också syfta på salter av kiseldioxid (SiO2), en kiselsyra (H4SiO4) eller (inom mineralogi och astronomi) en bergart som främst består av silikatmineral.

Silikater bildas genom att man i kiselsyran byter ut väte mot en eller flera metaller. Bland de naturligt förekommande silikaterna är fältspat, glimmer och hornblände de vanligaste.

Under normala betingelser är kiseldioxid i form av mineralet kvarts, som alltid innehåller en liten mängd kiselsyra, den mest stabila formen av silikater. Kemister betraktar kvarts som olöslig under normala atmosfäriska förhållanden. Under basiska förhållanden förekommer H2SiO42−.

Tritium

Tritium (av grekiskans tritos = den tredje) är en isotop av väte med två neutroner förutom protonen, alltså totalt tre kärnpartiklar (nukleoner). Isotopen betecknas 3H eller T. Det upptäcktes 1934 av M. L. E. Oliphant, Paul Harteck och Ernest Rutherford.

Väte distrikt

Väte distrikt är ett distrikt i Gotlands kommun och Gotlands län.

Distriktet ligger på centrala delen av Gotland.

Väte församling

Väte församling är en församling i Klinte pastorat i Medeltredingens kontrakt i Visby stift i Svenska kyrkan. Församlingen ligger i Gotlands kommun i Gotlands län.

Väte kyrka

Väte kyrka är en kyrkobyggnad på Gotland som tillhör Väte församling i Visby stift.

Väte socken

Väte socken ingick i Gotlands södra härad, ingår sedan 1971 i Gotlands kommun och motsvarar från 2016 Väte distrikt.

Socknens areal är 33,93 kvadratkilometer, varav 33,83 land. År 2010 fanns här 327 invånare. Sockenkyrkan Väte kyrka ligger i socknen.

Periodiska systemet

Språk

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.