1.3 Eðlis- og efnaeiginleikar

Einkennin sem greina eitt efni frá öðru eru kölluð eiginleikar. Eðliseiginleiki (e. physical property) er einkenni efnis sem er ekki tengt breytingu á efnasamsetningu þess. Kunnugleg dæmi um eðliseiginleika eru eðlismassi, litur, hörku, bræðslu- og suðumark og rafleiðni. Suma eðliseiginleika, eins og eðlismassa og lit, má greina án þess að breyta eðlisástandi efnisins. Aðra eðliseiginleika, eins og bræðsluhitastig járns eða storknunarhitastig vatns, er aðeins hægt að greina þegar efnið gengst undir eðlisbreytingu. Eðlisbreyting (e. physical change) er breyting á ástandi eða eiginleikum efnis án þess að efnasamsetning efnanna sem það inniheldur breytist. Eðlisbreytingar sjást þegar vax bráðnar, þegar sykur leysist upp í kaffi og þegar gufa þéttist í fljótandi vatn (Mynd 1.18). Önnur dæmi um eðlisbreytingar eru segulmögnun og afsegulmögnun málma (eins og gert er með algengum þjófavarnarmerkjum) og að mala föst efni í duft (sem getur stundum leitt til áberandi litabreytinga). Í öllum þessum dæmum verður breyting á eðlisástandi, formi eða eiginleikum efnisins, en engin breyting á efnasamsetningu þess.

Figure A is a photograph of butter melting in a pot on a stove. Figure B is a photograph of something being heated on a stove in a pot. Water droplets are forming on the underside of a glass cover that has been placed over the pot. — Mynd 1.18 (a) Vax gengst undir eðlisbreytingu þegar fast vax er hitað og myndar fljótandi vax. (b) Gufa sem þéttist inni í potti er eðlisbreyting, þar sem vatnsgufa breytist í fljótandi vatn. (Heimild a: breyting á verki eftir „95jb14“/Wikimedia Commons; heimild b: breyting á verki eftir „mjneuby“/Flickr)

Hæfileikinn til að breytast úr einni tegund efnis í aðra (eða vanhæfileikinn til að breytast) er efnaeiginleiki (e. chemical property). Dæmi um efnaeiginleika eru eldfimi, eiturhrif, sýrustig og margar aðrar tegundir hvarfgirni. Járn, til dæmis, sameinast súrefni í návist vatns og myndar ryð; króm oxast ekki (Mynd 1.19). Nítróglýserín er mjög hættulegt vegna þess að það springur auðveldlega; neon er nánast hættulaust vegna þess að það er mjög óhvarfgjarnt.

Figure A is a photo of metal machinery that is now mostly covered with reddish orange rust. Figure B shows the silver colored chrome parts of a motorcycle. One of the parts is so shiny that you can see a reflection of the surrounding street and buildings. — Mynd 1.19 (a) Einn af efnaeiginleikum járns er að það ryðgar; (b) einn af efnaeiginleikum króms er að það gerir það ekki. (Heimild a: breyting á verki eftir Tony Hisgett; heimild b: breyting á verki eftir „Atoma“/Wikimedia Commons)

Efnabreyting (e. chemical change) framleiðir alltaf eina eða fleiri tegundir efnis sem eru frábrugðnar efninu sem var til staðar fyrir breytinguna. Myndun ryðs er efnabreyting vegna þess að ryð er annars konar efni en járnið, súrefnið og vatnið sem voru til staðar áður en ryðið myndaðist. Sprenging nítróglýseríns er efnabreyting vegna þess að lofttegundirnar sem myndast eru mjög ólíkar upprunalega efninu. Önnur dæmi um efnabreytingar eru efnahvörf sem framkvæmd eru á rannsóknarstofu (eins og þegar kopar hvarfast við saltpéturssýru), allar tegundir bruna og þegar matur er eldaður, meltur eða rotnar (Mynd 1.20).

Figure A is a photo of the flask containing a blue liquid. Several strands of brownish copper are immersed into the blue liquid. There is a brownish gas rising from the liquid and filling the upper part of the flask. Figure B shows a burning match. Figure C shows red meat being cooked in a pan. Figure D shows a small bunch of yellow bananas that have many black spots. — Mynd 1.20 (a) Kopar og saltpéturssýra gangast undir efnabreytingu og mynda koparnítrat og brúnt, loftkennt niturdíoxíð. (b) Við bruna eldspýtu gangast sellulósi í spýtunni og súrefni úr loftinu undir efnabreytingu og mynda koldíoxíð og vatnsgufu. (c) Eldun á rauðu kjöti veldur ýmsum efnabreytingum, þar á meðal oxun járns í mýóglóbíni sem leiðir til hinnar kunnuglegu litabreytingar úr rauðu í brúnt. (d) Banani sem verður brúnn er efnabreyting þar sem ný, dekkri (og bragðminni) efni myndast. (Heimild b: breyting á verki eftir Jeff Turner; heimild c: breyting á verki eftir Gloria Cabada-Leman; heimild d: breyting á verki eftir Roberto Verzo)

Eiginleikar efnis falla í annan af tveimur flokkum. Ef eiginleikinn fer eftir magni efnisins sem er til staðar er hann magnbundinn eiginleiki (e. extensive property). Massi og rúmmál efnis eru dæmi um magnbundna eiginleika; til dæmis hefur lítri af mjólk meiri massa en bolli af mjólk. Gildi magnbundins eiginleika er í beinu hlutfalli við magn efnisins sem um ræðir. Ef eiginleiki sýnis af efni fer ekki eftir magni efnisins sem er til staðar er hann eðlisbundinn eiginleiki (e. intensive property). Hitastig er dæmi um eðlisbundinn eiginleika. Ef lítrinn og bollinn af mjólk eru hvor um sig við 20 °C (stofuhita), þegar þeim er blandað saman, helst hitastigið 20 °C. Sem annað dæmi má nefna hina aðskildu en skyldu eiginleika hita og hitastigs. Dropi af heitri matarolíu sem skvettist á handlegginn veldur stuttum, minniháttar óþægindum, en pottur af heitri olíu veldur alvarlegum bruna. Bæði dropinn og potturinn af olíu eru við sama hitastig (eðlisbundinn eiginleiki), en potturinn inniheldur augljóslega mun meiri hita (magnbundinn eiginleiki).

Efnafræði í daglegu lífi

Hættudemantur

Þú gætir hafa séð táknið sem sýnt er á Mynd 1.21 á ílátum með efnum á rannsóknarstofu eða vinnustað. Þessi hættudemantur fyrir efni, stundum kallaður „eldemantur“ eða „hættudemantur“, veitir verðmætar upplýsingar sem draga stuttlega saman hinar ýmsu hættur sem ber að vera meðvitaður um þegar unnið er með tiltekið efni.

Mynd 1.21 Hættudemantur Landssambands brunavarna í Bandaríkjunum (NFPA) sýnir í stuttu máli helstu hættur sem fylgja hreinu efni.

Hættugreiningarkerfið NFPA 704 var þróað af Landssamtökum brunavarna í Bandaríkjunum (NFPA) til að veita öryggisupplýsingar um tiltekin efni. Kerfið lýsir eldfimi, hvarfgirni, heilsufari og öðrum hættum. Innan demantstáknsins í heild sinni tilgreinir efsti (rauði) demanturinn stig eldhættu (hitastigssvið fyrir blossamark). Blái (vinstri) demanturinn gefur til kynna stig heilsufarsáhættu. Guli (hægri) demanturinn lýsir hvarfgirnihættum, svo sem hversu auðveldlega efnið mun gangast undir sprengingu eða ofsafengna efnabreytingu. Hvíti (neðsti) demanturinn bendir á sérstakar hættur, svo sem hvort það sé oxari (sem gerir efninu kleift að brenna án lofts/súrefnis), gangist undir óvenjulegt eða hættulegt hvarf við vatn, sé ætandi, súrt, basískt, líffræðileg hætta, geislavirkt og svo framvegis. Hver hætta er metin á kvarðanum 0 til 4, þar sem 0 er engin hætta og 4 er mjög mikil hætta.

Þótt mörg frumefni séu verulega ólík hvað varðar efnafræðilega og eðlisfræðilega eiginleika, hafa sum frumefni svipaða eiginleika. Til dæmis leiða mörg frumefni vel varma og rafmagn, á meðan önnur eru lélegir leiðarar. Hægt er að nota þessa eiginleika til að flokka frumefnin í þrjá flokka: málma (frumefni sem leiða vel), málmleysingja (frumefni sem leiða illa) og hálfmálma (frumefni sem hafa millistig leiðni).

Lotukerfið er tafla yfir frumefni sem setur frumefni með svipaða eiginleika nálægt hvort öðru (Mynd 1.22). Þú munt læra meira um lotukerfið eftir því sem þú heldur áfram í efnafræðináminu.

On this depiction of the periodic table, the metals are indicated with a yellow color and dominate the left two thirds of the periodic table. The nonmetals are colored peach and are largely confined to the upper right area of the table, with the exception of hydrogen, H, which is located in the extreme upper left of the table. The metalloids are colored purple and form a diagonal border between the metal and nonmetal areas of the table. Group 13 contains both metals and metalloids. Group 17 contains both nonmetals and metalloids. Groups 14 through 16 contain at least one representative of a metal, a metalloid, and a nonmetal. A key shows that, at room temperature, metals are solids, metalloids are liquids, and nonmetals are gases. — Mynd 1.22 Lotukerfið sýnir hvernig hægt er að flokka frumefni eftir ákveðnum svipuðum eiginleikum. Athugaðu að bakgrunnsliturinn gefur til kynna hvort frumefni er málmur, hálfmálmur eða málmleysingi, en litur tákns frumefnisins gefur til kynna hvort það er fast efni, vökvi eða gas.

Námsmarkmið