1.2 Efnishamir og flokkun efnis

Efni (e. matter) er skilgreint sem allt sem tekur rúm og hefur massa, og það er allt í kringum okkur. Föst efni og vökvar eru augljóslega efni: Við sjáum að þau taka upp pláss og þyngd þeirra segir okkur að þau hafi massa. Gös eru líka efni; ef gös tækju ekki upp pláss myndi blaðra ekki blásast upp (auka rúmmál sitt) þegar hún er fyllt með gasi.

Föst efni, vökvar og gös eru þrír efnishamir efnis sem almennt finnast á jörðinni (Mynd 1.6). Fast efni (e. solid) er stíft og hefur ákveðið form. Vökvi (e. liquid) flæðir og tekur lögun íláts síns, nema hvað hann myndar flatt eða örlítið bogið yfirborð þegar þyngdarafl verkar á hann. (Í þyngdarleysi taka vökvar kúlulaga form.) Bæði sýni af vökva og föstu efni hafa rúmmál sem eru nánast óháð þrýstingi. Gas tekur bæði lögun og rúmmál íláts síns.

A beaker labeled solid contains a cube of red matter and says has fixed shape and volume. A beaker labeled liquid contains a brownish-red colored liquid. This beaker says takes shape of container, forms horizontal surfaces, has fixed volume. The beaker labeled gas is filled with a light brown gas. This beaker says expands to fill container. — Mynd 1.6 Þrír algengustu efnishamir eða ástand efnis eru fast efni, vökvi og gas.

Fjórði efnishamur efnis, plasma, kemur náttúrulega fyrir í iðrum stjarna. Plasma er gasástand efnis sem inniheldur umtalsverðan fjölda rafhladdra einda (Mynd 1.7). Tilvist þessara hlöðnu einda gefur plasma einstaka eiginleika sem réttlæta flokkun þess sem efnisham sem er aðskilinn frá gösum. Auk stjarna finnast plasma í sumum öðrum háhitaumhverfum (bæði náttúrulegum og manngerðum), svo sem í eldingum, ákveðnum sjónvarpsskjám og sérhæfðum greiningartækjum sem notuð eru til að greina snefilmagn málma.

A cutting torch is being used to cut a piece of metal. Bright, white colored plasma can be seen near the tip of the torch, where it is contacting the metal. — Mynd 1.7 Plasmabrennara má nota til að skera málm. (Heimild: „Hypertherm“/Wikimedia Commons)

Sum sýni af efni virðast hafa eiginleika fastra efna, vökva og/eða gasa á sama tíma. Þetta getur gerst þegar sýnið er samsett úr mörgum litlum bútum. Til dæmis getum við hellt sandi eins og hann væri vökvi vegna þess að hann er samsettur úr mörgum litlum kornum af föstum sandi. Efni getur einnig haft eiginleika fleiri en eins efnishams þegar það er efnablanda, eins og með ský. Ský virðast haga sér nokkuð eins og gös, en þau eru í raun efnablöndur af lofti (gasi) og örsmáum eindum af vatni (vökva eða föstu efni).

Massi (e. mass) hlutar er mælikvarði á magn efnis í honum. Ein leið til að mæla massa hlutar er að mæla kraftinn sem þarf til að hraða honum. Það þarf mun meiri kraft til að hraða bíl en reiðhjóli vegna þess að bíllinn hefur mun meiri massa. Algengari leið til að ákvarða massa hlutar er að nota vog til að bera massa hans saman við staðlaðan massa.

Þótt þyngd sé tengd massa er það ekki það sama. Þyngd (e. weight) vísar til kraftsins sem þyngdarafl beitir á hlut. Þessi kraftur er í beinu hlutfalli við massa hlutarins. Þyngd hlutar breytist þegar þyngdaraflið breytist, en massi hans gerir það ekki. Massi geimfara breytist ekki þótt hann fari til tunglsins. En þyngd hans á tunglinu er aðeins einn sjötti af þyngd hans á jörðinni vegna þess að þyngdarafl tunglsins er aðeins einn sjötti af þyngdarafli jarðar. Hann kann að finna fyrir „þyngdarleysi“ á ferð sinni þegar hann verður fyrir hverfandi ytri kröftum (þyngdarafli eða öðrum), þótt hann sé auðvitað aldrei „massalaus“.

Lögmálið um varðveislu efnis (e. law of conservation of matter) dregur saman margar vísindalegar athuganir á efni: Það segir að engin greinanleg breyting verði á heildarmagni efnis sem er til staðar þegar efni breytist úr einni tegund í aðra (efnabreyting) eða breytist milli fasts, fljótandi eða loftkennds ástands (eðlisbreyting). Bjórgerð og virkni rafhlaðna eru dæmi um varðveislu efnis (Mynd 1.8). Við bjórgerð breytast innihaldsefnin (vatn, ger, korn, malt, humlar og sykur) í bjór (vatn, alkóhól, kolsýra og bragðefni) án nokkurs raunverulegs taps á efni. Þetta sést best við átöppunarferlið, þegar glúkósi breytist í etanól og koldíoxíð, og heildarmassi efnanna breytist ekki. Þetta má einnig sjá í blýsýru rafgeymi í bíl: Upprunalegu efnin (blý, blýoxíð og brennisteinssýra), sem geta framleitt rafmagn, breytast í önnur efni (blýsúlfat og vatn) sem framleiða ekki rafmagn, án þess að raunverulegt magn efnis breytist.

Mynd 1.8 (a) Massi hráefna í bjór er sá sami og massi bjórsins sem framleiddur er: Sykur hefur breyst í alkóhól og koldíoxíð. (b) Massi blýs, blýoxíðs og brennisteinssýru sem eyðist við framleiðslu rafmagns er nákvæmlega jafn massa blýsúlfats og vatns sem myndast.

Þótt þetta varðveislulögmál gildi um allar umbreytingar efnis eru sannfærandi dæmi fágæt, því utan stýrðra aðstæðna á rannsóknarstofu söfnum við sjaldan öllu efninu sem myndast við tiltekna umbreytingu. Þegar þú borðar, meltir og tileinkar þér mat varðveitist til dæmis allt efnið í upprunalega matnum. En þar sem hluti efnisins verður hluti af líkama þínum og mikið er skilið út sem ýmiss konar úrgangur er erfitt að sannreyna þetta með mælingum.

Flokkun efnis

Efni má flokka í nokkra flokka. Tveir meginflokkar eru efnablöndur og hrein efni. Hreint efni (e. pure substance) hefur fasta samsetningu. Öll sýni af hreinu efni hafa nákvæmlega sömu samsetningu og eiginleika. Öll sýni af súkrósa (borðsykri) samanstanda af 42,1% kolefni, 6,5% vetni og 51,4% súrefni miðað við massa. Öll sýni af súkrósa hafa einnig sömu eðliseiginleika, svo sem bræðslumark, lit og sætleika, óháð því hvaðan það er einangrað.

Hreinum efnum má skipta í tvo flokka: frumefni og efnasambönd. Hrein efni sem ekki er hægt að brjóta niður í einfaldari efni með efnabreytingum eru kölluð frumefni (e. elements). Járn, silfur, gull, ál, brennisteinn, súrefni og kopar eru kunnugleg dæmi um rúmlega 100 þekkt frumefni, þar af koma um 90 fyrir náttúrulega á jörðinni og um tveir tugir hafa verið búnir til á rannsóknarstofum.

Hrein efni sem samanstanda af tveimur eða fleiri frumefnum eru kölluð efnasambönd (e. compounds). Hægt er að brjóta efnasambönd niður með efnabreytingum og fá annaðhvort frumefni eða önnur efnasambönd, eða hvort tveggja. Kvikasilfurs(II)oxíð, appelsínugult, kristalkennt fastefni, er hægt að brjóta niður með varma í frumefnin kvikasilfur og súrefni (Mynd 1.9). Þegar efnasambandið súkrósi er hitað án lofts brotnar það niður í frumefnið kolefni og efnasambandið vatn. (Upphafsstig þessa ferlis, þegar sykurinn verður brúnn, er þekkt sem karamellumyndun – það er þetta sem gefur karamellueplum, karamelluðum lauk og karamellu einkennandi sætt og hnetukennt bragð). Silfurs(I)klóríð er hvítt fastefni sem hægt er að brjóta niður í frumefni sín, silfur og klór, með ljósgleypni. Þessi eiginleiki er grundvöllur notkunar þessa efnasambands í ljósmyndafilmur og ljósnæm gleraugu (þau með linsum sem dökkna þegar þau verða fyrir ljósi).

This figure shows a series of three photos labeled a, b, and c. Photo a shows the bottom of a test tube that is filled with an orange-red substance. A slight amount of a silver substance is also visible. Photo b shows the substance in the test tube being heated over a flame. Photo c shows a test tube that is not longer being heated. The orange-red substance is almost completely gone, and small, silver droplets of a substance are left. — Mynd 1.9 (a) Efnasambandið kvikasilfurs(II)oxíð, (b) þegar það er hitað, (c) brotnar niður í silfurlitaða dropa af fljótandi kvikasilfri og ósýnilegt súrefnisgas. (heimild: breyting á verki eftir Paul Flowers)

Eiginleikar samsettra frumefna eru frábrugðnir eiginleikum þeirra í frjálsu eða óbundnu ástandi. Til dæmis er hvítur kristallaður sykur (súkrósi) efnasamband sem myndast við efnafræðilega samsetningu frumefnisins kolefnis, sem er svart fastefni í einu af óbundnu formum sínum, og frumefnanna tveggja, vetnis og súrefnis, sem eru litlaus gös þegar þau eru óbundin. Frjálst natríum, frumefni sem er mjúkt, glansandi, málmkennt fastefni, og frjálst klór, frumefni sem er gulgrænt gas, sameinast og mynda natríumklóríð (borðsalt), efnasamband sem er hvítt, kristalkennt fastefni.

Efnablanda (e. mixture) er samsett úr tveimur eða fleiri tegundum efnis sem geta verið til staðar í breytilegu magni og hægt er að aðskilja með eðlisfræðilegum breytingum, svo sem uppgufun (þú munt læra meira um þetta síðar). Efnablanda með samsetningu sem er breytileg frá einum stað til annars er kölluð misleitur (e. heterogeneous mixture) efnablanda. Ítölsk dressing er dæmi um misleita efnablöndu (Mynd 1.10). Samsetning hennar getur verið breytileg því hún getur verið útbúin úr mismunandi magni af olíu, ediki og kryddjurtum. Hún er ekki eins frá einum stað til annars í blöndunni – einn dropi getur að mestu verið edik, á meðan annar dropi getur að mestu verið olía eða kryddjurtir vegna þess að olían og edikið skiljast að og kryddjurtirnar setjast til. Önnur dæmi um misleitar efnablöndur eru súkkulaðibitakökur (við getum séð aðskilda bita af súkkulaði, hnetum og kökudeigi) og granít (við getum séð kvars, gljástein, feldspat og fleira).

Einsleitur (e. homogeneous mixture) efnablanda, einnig kölluð lausn (e. solution), sýnir einsleita samsetningu og virðist sjónrænt eins út í gegn. Dæmi um lausn er íþróttadrykkur, sem samanstendur af vatni, sykri, litarefni, bragðefni og salta sem eru blandað saman á einsleitan hátt (Mynd 1.10). Hver dropi af íþróttadrykk bragðast eins vegna þess að hver dropi inniheldur sama magn af vatni, sykri og öðrum íhlutum. Athugaðu að samsetning íþróttadrykks getur verið breytileg – hann gæti verið gerður með aðeins meiri eða minni sykri, bragðefni eða öðrum íhlutum og samt verið íþróttadrykkur. Önnur dæmi um einsleitar efnablöndur eru loft, hlynsíróp, bensín og lausn af salti í vatni.

Diagram A shows a glass containing a red liquid with a layer of yellow oil floating on the surface of the red liquid. A zoom in box is magnifying a portion of the red liquid that contains some of the yellow oil. The zoomed in image shows that oil is forming round droplets within the red liquid. Diagram B shows a photo of Gatorade G 2. A zoom in box is magnifying a portion of the Gatorade, which is uniformly red. — Mynd 1.10 (a) Salatsósa úr olíu og ediki er misleitur efnablanda vegna þess að samsetning hennar er ekki einsleit út í gegn. (b) Íþróttadrykkur úr búð er einsleitur efnablanda vegna þess að samsetning hans er einsleit út í gegn. (heimild a „vinstri“: breyting á verki eftir John Mayer; heimild a „hægri“: breyting á verki eftir Umberto Salvagnin; heimild b „vinstri“: breyting á verki eftir Jeff Bedford)

Þótt aðeins séu til rúmlega 100 frumefni, leiða mismunandi samsetningar þessara frumefna af sér tugi milljóna efnasambanda. Hvert efnasamband hefur sérstaka samsetningu og býr yfir ákveðnum efna- og eðliseiginleikum sem aðgreina það frá öllum öðrum efnasamböndum. Og auðvitað eru óteljandi leiðir til að sameina frumefni og efnasambönd til að mynda mismunandi efnablöndur. Yfirlit yfir hvernig á að greina á milli hinna ýmsu meginflokka efnis er sýnt í (Mynd 1.11).

This flow chart begins with matter at the top and the question: does the matter have constant properties and composition? If no, then it is a mixture. This leads to the next question: is it uniform throughout? If no, it is heterogeneous. If yes, it is homogenous. If the matter does have constant properties and composition, it is a pure substance. This leads to the next question: can it be simplified chemically? If no, it is an element. If yes, then it is a compound. — Mynd 1.11 Það fer eftir eiginleikum tiltekins efnis hvort það er flokkað sem einsleitur efnablanda, misleitur efnablanda, efnasamband eða frumefni.

Ellefu frumefni mynda um 99% af jarðskorpunni og lofthjúpi jarðar (Tafla 1.1). Súrefni er næstum helmingur og kísill um fjórðungur af heildarmagni þessara frumefna. Meirihluti frumefna á jörðinni finnst í efnasamböndum við önnur frumefni; um fjórðungur frumefnanna finnst einnig í hreinu formi.

Tafla 1.1
Frumefnasamsetning jarðar
Frumefni	Tákn	Massahlutfall (%)	Frumefni	Tákn	Massahlutfall (%)
súrefni	O	49,20	klór	Cl	0,19
kísill	Si	25,67	fosfór	P	0,11
ál	Al	7,50	mangan	Mn	0,09
járn	Fe	4,71	kolefni	C	0,08
kalsíum	Ca	3,39	brennisteinn	S	0,06
natríum	Na	2,63	baríum	Ba	0,04
kalíum	K	2,40	nitur	N	0,03
magnesíum	Mg	1,93	flúor	F	0,03
vetni	H	0,87	strontíum	Sr	0,02
títan	Ti	0,58	allt annað	-	0,47

Frumeindir og sameindir

Frumeind (e. atom) er minnsta eind frumefnis sem hefur eiginleika þess frumefnis og getur tekið þátt í efnahvarfi. Tökum frumefnið gull sem dæmi. Ímyndaðu þér að skera gullmola í tvennt, skera svo annan helminginn aftur í tvennt og endurtaka þetta ferli þar til eftir stendur gullstykki sem er svo lítið að ekki er hægt að skera það í tvennt (hversu pínulítinn sem hnífurinn þinn kynni að vera). Þetta minnsta mögulega gullstykki er frumeind (úr grísku atomos, sem þýðir „ódeilanlegt“) (Mynd 1.12). Þessi frumeind væri ekki lengur gull ef henni væri skipt frekar.

Figure A shows a gold nugget as it would appear to the naked eye. The gold nugget is very irregular, with many sharp edges. It appears gold in color. The microscope image of a gold crystal shows many similarly sized gold stripes that are separated by dark areas. Looking closely, one can see that the gold stripes are made of many, tiny, circular atoms. — Mynd 1.12 (a) Þessi ljósmynd sýnir gullmola. (b) Með smásjá af gerðinni STM (scanning-tunneling microscope) er hægt að búa til myndir af yfirborði fastra efna, eins og þessa mynd af gullkristal. Hver kúla táknar eina gullfrumeind. (heimild a: breytt útgáfa af verki United States Geological Survey; heimild b: breytt útgáfa af verki „Erwinrossen“/Wikimedia Commons)

Fyrsta hugmyndin um að efni sé samsett úr frumeindum er eignuð grísku heimspekingunum Levkipposi og Demókrítosi, sem þróuðu hugmyndir sínar á 5. öld f.Kr. Það var þó ekki fyrr en í upphafi nítjándu aldar sem John Dalton (1766–1844), breskur skólakennari með brennandi áhuga á vísindum, studdi þessa tilgátu með magnbundnum mælingum. Síðan þá hafa ítrekaðar tilraunir staðfest marga þætti þessarar tilgátu og hún er orðin ein af meginkenningum efnafræðinnar. Aðrir þættir frumeindakenningar Daltons eru enn notaðir en með minni háttar breytingum (nánar er fjallað um kenningu Daltons í kaflanum um frumeindir og sameindir).

Frumeind er svo smá að erfitt er að ímynda sér stærð hennar. Eitt af því smæsta sem við getum séð með berum augum er einn þráður úr kóngulóarvef: Þessir þræðir eru um 1/10.000 úr sentímetra (0,0001 cm) í þvermál. Þótt þversnið eins þráðar sé nánast ómögulegt að sjá án smásjár er það risastórt á mælikvarða frumeinda. Ein kolefnisfrumeind í vefnum hefur um 0,000000015 sentímetra þvermál og það þyrfti um 7000 kolefnisfrumeindir til að ná yfir þvermál þráðarins. Til að setja þetta í samhengi, ef kolefnisfrumeind væri á stærð við tíkall, væri þversnið eins þráðar stærra en fótboltavöllur, sem þyrfti um 150 milljónir kolefnisfrumeinda-„tíkalla“ til að hylja. (Mynd 1.13) sýnir sífellt nánari smásjár- og frumeindasjónarhorn af venjulegri bómull.

Figure A shows a puffy white cotton boll growing on a brown twig. Figure B shows a magnified cotton strand. The strand appears transparent but contains dark areas within its interior. Figure C shows the surface of several crisscrossing and overlapping cotton fibers. Its surface is rough along the edges but smooth near the center of each strand. Figure D shows three strands of molecules connected into three vertical chains. Each strand contains about five molecules. Figure E shows that the cotton molecule contains about a dozen atoms. The black carbon atoms form rings that are connected by red oxygen atoms. Many of the carbon atoms are also bonded to hydrogen atoms, shown as white balls, or other oxygen atoms. — Mynd 1.13 Þessar myndir sýna sífellt nánari sýn: (a) bómullarhnoðri, (b) einn bómullarþráður skoðaður í ljósmásjá (stækkaður 40 sinnum), (c) mynd af bómullarþræði tekin með rafeindasmásjá (mun meiri stækkun en með ljósmásjánni); og (d og e) líkön af þræðinum á frumeindastigi (kúlur í mismunandi litum tákna frumeindir mismunandi frumefna). (heimild c: breyting á verki eftir „Featheredtar“/Wikimedia Commons)

Frumeind er svo létt að einnig er erfitt að ímynda sér massa hennar. Milljarður blýfrumeinda (1.000.000.000 frumeindir) vegur um 3 ${\times}$ 10⁻¹³ grömm, massi sem er allt of léttur til að vega hann á jafnvel næmustu vogum heims. Það þyrfti yfir 300.000.000.000.000 blýfrumeindir (300 billjónir, eða 3 ${\times}$ 10¹⁴) til að vega þær, og þær myndu aðeins vega 0,0000001 gramm.

Sjaldgæft er að finna safn stakra frumeinda. Aðeins fá frumefni, eins og gösin helíum, neon og argon, samanstanda af safni stakra frumeinda sem hreyfast óháð hver annarri. Önnur frumefni, eins og gösin vetni, nitur, súrefni og klór, eru samsett úr einingum sem samanstanda af pörum frumeinda (Mynd 1.14). Eitt form frumefnisins fosfórs samanstendur af einingum sem eru samsettar úr fjórum fosfórfrumeindum. Frumefnið brennisteinn er til í ýmsum myndum, þar af ein sem samanstendur af einingum sem eru samsettar úr átta brennisteinsfrumeindum. Þessar einingar eru kallaðar sameindir. Sameind (e. molecule) samanstendur af tveimur eða fleiri frumeindum sem eru tengdar saman með sterkum kröftum sem kallast efnatengi. Frumeindirnar í sameind hreyfast um sem eining, líkt og gosdósir í sex-pakka eða lyklakippa sem er tengd saman á einum lyklahring. Sameind getur samanstaðið af tveimur eða fleiri eins frumeindum, eins og í sameindunum sem finnast í frumefnunum vetni, súrefni og brennisteini, eða hún getur samanstaðið af tveimur eða fleiri mismunandi frumeindum, eins og í sameindunum sem finnast í vatni. Hver vatnssameind er eining sem inniheldur tvær vetnisfrumeindir og eina súrefnisfrumeind. Hver glúkósasameind er eining sem inniheldur 6 kolefnisfrumeindir, 12 vetnisfrumeindir og 6 súrefnisfrumeindir. Eins og frumeindir eru sameindir ótrúlega litlar og léttar. Ef venjulegt vatnsglas væri stækkað í stærð jarðarinnar, væru vatnssameindirnar í því á stærð við golfkúlur.

The hydrogen molecule, H subscript 2, is shown as two small, white balls bonded together. The oxygen molecule O subscript 2, is shown as two red balls bonded together. The phosphorous molecule, P subscript 4, is shown as four orange balls bonded tightly together. The sulfur molecule, S subscript 8, is shown as 8 yellow balls linked together. Water molecules, H subscript 2 O, consist of one red oxygen atom bonded to two smaller white hydrogen atoms. The hydrogen atoms are at an angle on the oxygen molecule. Carbon dioxide, C O subscript 2, consists of one carbon atom and two oxygen atoms. One oxygen atom is bonded to the carbon’s right side and the other oxygen is bonded to the carbon’s left side. Glucose, C subscript 6 H subscript 12 O subscript 6, contains a chain of carbon atoms that have attached oxygen or hydrogen atoms. — Mynd 1.14 Frumefnin vetni, súrefni, fosfór og brennisteinn mynda sameindir sem samanstanda af tveimur eða fleiri frumeindum sama frumefnis. Efnasamböndin vatn, koldíoxíð og glúkósi samanstanda af samsetningum frumeinda mismunandi frumefna.

Efnafræði í daglegu lífi

Niðurbrot vatns / Framleiðsla vetnis

Vatn samanstendur af frumefnunum vetni og súrefni sem eru sameinuð í hlutfallinu 2 á móti 1. Hægt er að brjóta vatn niður í vetnis- og súrefnisgas með því að bæta við orku. Ein leið til að gera þetta er með rafhlöðu eða aflgjafa, eins og sýnt er á (Mynd 1.15).

Mynd 1.15 Niðurbrot vatns er sýnt á stórsæju, smásæju og táknrænu stigi. Rafhlaðan gefur straum (smásætt) sem brýtur niður vatn. Á stórsæju stigi skiptist vökvinn í gösin vetni (vinstra megin) og súrefni (hægra megin). Táknrænt er þessi breyting sýnd með því að sýna hvernig fljótandi H₂O skiptist í H₂ og O₂ gös.

Niðurbrot vatns felur í sér umröðun frumeindanna í vatnssameindum yfir í aðrar sameindir, þar sem hver samanstendur af tveimur vetnisfrumeindum og tveimur súrefnisfrumeindum, í sömu röð. Tvær vatnssameindir mynda eina súrefnissameind og tvær vetnissameindir. Framsetningin á því sem gerist, ${2{\text{H}}_{2}\text{O}(l)\, \longrightarrow \, 2{\text{H}}_{2}(g)+{\text{O}}_{2}(g)\text{,}}$ , verður könnuð nánar í síðari köflum.

Gösin tvö sem myndast hafa greinilega mismunandi eiginleika. Súrefni er ekki eldfimt en er nauðsynlegt fyrir bruna eldsneytis og vetni er mjög eldfimt og öflugur orkugjafi. Hvernig mætti nýta þessa þekkingu í okkar heimi? Eitt notkunarsvið felur í sér rannsóknir á sparneytnari samgöngum. Efnarafalsbílar (FCV) ganga fyrir vetni í stað bensíns (Mynd 1.16). Þeir eru skilvirkari en farartæki með brunahreyflum, eru mengunarlausir og draga úr losun gróðurhúsalofttegunda, sem gerir okkur minna háð jarðefnaeldsneyti. Efnarafalsbílar eru þó ekki enn fjárhagslega hagkvæmir og núverandi vetnisframleiðsla byggir á jarðgasi. Ef við getum þróað ferli til að brjóta niður vatn á hagkvæman hátt, eða framleiða vetni á annan umhverfisvænan hátt, gætu efnarafalsbílar verið framtíðin.

Mynd 1.16 Efnarafall framleiðir raforku úr vetni og súrefni með rafefnafræðilegu ferli og framleiðir aðeins vatn sem úrgangsefni.

Efnafræði í daglegu lífi

Efnafræði farsíma

Ímyndaðu þér hversu ólíkt líf þitt væri án farsíma (Mynd 1.17) og annarra snjalltækja. Farsímar eru gerðir úr fjölmörgum hreinum efnum sem eru unnin úr jörðu, hreinsuð og sett saman með víðtækum og ítarlegum skilningi á lögmálum efnafræðinnar. Um 30% þeirra frumefna sem finnast í náttúrunni eru í dæmigerðum snjallsíma. Umgjörðin/húsið/ramminn samanstendur af blöndu af sterkum, endingargóðum fjölliðum sem eru aðallega samsettar úr kolefni, vetni, súrefni og nitri [akrýlónítríl bútadíen stýren (ABS) og pólýkarbónat hitaplast], og léttum, sterkum burðarmálmum eins og áli, magnesíum og járni. Skjárinn er gerður úr sérstaklega hertu gleri (kísilgleri sem er styrkt með álagningu áls, natríums og kalíums) og húðaður með efni til að gera hann leiðandi (eins og indíumtinoxíði). Rásaborðið notar hálfleiðaraefni (venjulega kísil); algenga málma eins og kopar, tin, silfur og gull; og ókunnuglegri frumefni eins og yttríum, praseódým og gadólín. Rafhlaðan byggir á litíumjónum og ýmsum öðrum efnum, þar á meðal járni, kóbalti, kopar, pólýetýlenoxíði og pólýakrýlónítríli.

Mynd 1.17 Næstum þriðjungur náttúrulegra frumefna er notaður til að framleiða farsíma. (Heimild: breyting á verki eftir John Taylor)

Námsmarkmið