Se genom papper

Kemisk bakgrund

Snö och is reflekterar ljus på samma sätt

Man kan jämföra experimentet med snö och is. I snön, som innehåller mycket luft, reflekteras ljuset många gånger av de små snökristallerna, så att vitt ljus återkastas. I is därmot går ljuset rakt fram och därför ser isen klar ut.

Skulle vatten fungera?

I princip kan man använda vatten för att åstadkomma genomskinlighet. Papperet innehåller dock tillsatser som ska göra papperet starkt, hindra bläck från att flyta ut och för att göra papperet något vattenavstötande. Vattnet förmår därför inte fylla ut alla porer. Opolära lösningsmedel verkar däremot inte påverkas av tillsatserna [1].

Ett annat problem är att vattnet inte avdunstar lika lätt, så du skulle genast bli avslöjad av det fuktiga kuvertet. Vatten, som är ett polärt lösningmedel löser dessutom upp klistret som man förslutit kuvertet med. Det sker enligt reglen "lika löser lika". Klistret är nämligen också polärt. Hexan däremot är opolärt och löser därför inte upp klistret.

Opolära lösningsmedel

Många opolära lösningsmedel är uppbyggda av kolvätekedjor där ( -CH₂- )-grupper utgör ryggraden. Enklaste gruppen av kolväten kallas alkaner och har den generella formeln C_nH_2n+2. Hexan, som du ser i figuren nedan, är en alkan med 6 kolatomer.

Kolvätegrupperna attraheras endast svagt av vattenmolekylerna. Attraktionen mellan vattenmolekyerna är däremot stor. Kolväten löser sig väldigt dåligt i vatten därför att vattenmolekylerna hellre binder till varandra än till kolvätet. Kolvätet får, så att säga, inte vara med. Däremot är lösligheten för kolväten bra i fetter eftersom fetter och kolväten liknar varandra kemiskt.

Det är också vanligt med diverse olika grupper som sitter på kolvätekedjorna. En vanlig sådan är fenylgruppen. Fenylgruppen är en bensenring som saknar en väteatom. Ämnen med sådana bensenringar sägs vara aromatiska. Vanlig bensin innehåller ungefär en tredjedel aromatiska kolväten.

Fett på papper

Fetter är opolära ämnen, precis som hexan. En fettfläck på ett papper gör därför papperet genomskinligt. Fläcktest brukar faktiskt användas för att undersöka om något innehåller fett. Du kan testa mat, t ex, genom att trycka en liten bit mat mot ett papper. Om det blir en genomskinlig fläck som inte torkar så är det troligen fett. Margarin, smör och rapsolja är exempel på fetter i maten.

Fett skulle naturligtvis inte fungera i experimentet med kuvertet eftersom fetter inte avdunstar så lätt. Fläcken blir kvar.

Fläckborttagning

Hexan (liksom bensin) och fett är opolära ämnen. Därför kan man använda hexan för att ta bort fettfläckar på kläder (men använd hellre rengöringsbensin). Det bästa sättet är att fukta tyget i en ring runt fläcken och låta fukten dra med sig fettet in mot mitten. Sedan kan man lägga på potatismjöl och gnugga lite. Potatismjölet suger då upp fettet tillsammans med lösningsmedlet.

Fördjupning

Polaritet

I kemiska föreningar delas elektroner mellan atomerna som ingår i föreningen. Olika grundämnen har olika förmåga att attrahera elektronerna. Denna egenskap kallas elektronegativitet. Generellt sett har metaller låg elektronegativitet och ickemetaller hög elektronegativitet. Tittar man på ickemetallerna så är elektronegativiteten högst hos kväve (N), syre (O) och fluor (F). Lägst elektronegativitet, dvs. de mest elektropositiva grundämnena, finns i grupp 1 nedtill i periodiska systemet.

Polaritet hos molekylföreningar

Elektronegativitet förskjuter elektronmolnet i molekylen

Molekylföreningar är ämnen där ickemetaller har bundits till varandra. Bindningarna är kovalenta bindningar, så kallade elektronparbindningar. Elektronparen bildar elektronmoln som binder samman de två atomerna i bindningen. På grund av olika elektronegativitet hos de olika atomslagen, så förskjuts elektronmolnet mot det mer elektronegativa atomslaget. Om till exempel syre och väte bind till varandra, så är elektronmolnet förskjutet mot syre på grund av dess höga elektronegativitet.

I vätefluorid (HF) är fluor den mer elektronegativa atomen till höger.

CC Benjah-bmm27

Elektronerna är bara förskjutna i bindningen, men flyttar inte över helt och hållet. Men förskjutningen av elektronmolnet gör att en del av molekylen kan vara mer negativ. Eftersom den totala laddningen för en molekyl är noll, så finns motsvarande positiva laddning på den atom som har lägre elektronegativitet. Man säger att bindningen är polär.

Molekylen blir en dipol

Den polära bindningen kan göra att molekylen som helhet blir polär. En sådan molekyl kallas för dipol. Exempelvis är vätefluorid en dipol där fluoret har ett negativt laddningsöverskott (rött) och vätet ett positivt (blått).

Vatten är ett starkt polärt ämne på grund av syrets höga elektronegativitet.

CC

Ett annat exempel är vattenmolekylen där syret har ett negativt laddningsöverskott och vätena ett positivt. Här är det två bindningar till syret, en till vardera väteatomen. Den negativa laddningen på syret är därför summan av de positiva laddningarna på vätena. På grund av att den är vinklad är vattenmolekylen en dipol med den negativa änden vid syret och den positiva mitt emellan väteatomerna.

I koldioxid (CO2, O=C=O)är båda bindningarna mellan kolet i mitten och syret i änden polära, men motsatt riktade. Molekylen som helhet blir därför opolär.

CC

Symmetri kan släcka ut polariteten hos bindningarna

Koldioxid innehåller bindningar mellan kol och syre. Syreatomerna i var sin ända är mer elektronegativa än kolatomen i mitten. Bindningarna är alltså polära.

Koldioxid är en rak molekyl, till skillnad från vattenmolekylen. Dessutom är den polära bindningen mellan kol och syre i den ena änden motriktad motsvarande bindning i den andra änden. De motsatt riktade bindningarna släcker ut varandras polaritet, så att molekylen som helhet blir opolär, trots att de ingående bindningarna är polära.

Detta är exempel på att man måste känna till den tredimensionella strukturen hos en molekyl för att veta om den faktiskt är polär.

I kvävgas (N2) är båda atomerna lika elektronegativa. Bindningen mellan atomerna är därför opolär.

CC

En bindning mellan samma atomslag är opolär

Mellan olika atomslag finns det alltid en viss skillnad i elektronegativitet. Skillnaden kan vara stor eller liten, men inga atomslag av två olika grundämnen har exakt samma egenskaper. Däremot är två atomer av samma atomslag exakt likadana. Det betyder också att bindningen mellan dem är helt opolär. Exempel på sådan molekyl är kvävgas.

Förening mellan metall och ickemetall

I en kristall natriumklorid är den positiva Na+-jonen (lila) omgiven av negativa Cl–-joner (grön) och vice versa.

CC Benjah-bmm27

Joner är alltid polära

I föreningar mellan metall och ickemetall är skillnaden i elektronegativitet så stor att en eller flera elektroner hoppat över helt och hållet från metallen till ickemetallen. Kvar blir då positiva metalljoner och negativa ickemetalljoner. Polär betyder ”laddad”. Det innebär att joner, som ju alltid har en laddning, alltid är polära.

Ett typiskt exempel på en jonförening är natriumklorid, dvs. vanligt koksalt. Saltkristallerna är uppbyggda av tätt sammanpackade positiva natriumjoner och negativa kloridjoner. Varannan jon är positiv och varannan negativ för att plus- och minusladdningar ska komma så nära varandra som möjligt. Positiv och negativa laddningar attraherar nämligen varandra.

Några föreningar mellan metall och ickemetall är gränsfall

Några metaller är inte så elektropositiva, dvs. deras elektronegativitet är inte så låg. De finns i periodiska systemen i gränsområdet mellan metaller och ickemetaller. Halvmetallerna är sådana, men även några som betecknas som metaller är ändå inte så elektropositiva.

Ett sådant exempel är silver (Ag). När silver och klorid reagerar till silverklorid (AgCl), så är skillnaden i elektronegativitet för liten för att det ska bildas joner. Men bindningen är ändå starkt polär. Därför är bindningen i silverklorid polär kovalent. Silverklorid är visserligen ett polärt ämne, men inte så starkt polärt. Lösligheten i vatten är därför dålig.