Grunnstoff og andre begreper i undervisningen

I artikkelen har vi sett at forskere omtaler sine nyoppdagete grunnstoffer både som atomer og kjerner. Vi har videre sett at dette ofte er positive ioner med langt færre elektroner enn de ionene elevene lærer om i skolekjemien. Når forskere snakker om kjerner, er det fordi de er opptatt av kjernereaksjoner der antall protoner og nøytroner er det interessante. Ofte bruker de det mer dekkende ordet nuklider. Men hva menes med begreper som grunnstoff, atom og nuklide?

Kjemien handler om stoffer. Alt vi består av og alt i verden omkring oss er kjemiske stoffer - eller rett og slett stoffer. Mens stoff i vår dagligtale har ulike betydninger, mener naturvitere at:

Et stoff er noe som har masse og opptar plass.

En gullbarre er et eksempel på et stoff. Også et gullatom har masse og er dermed et stoff.

I skolen tenker vi gjerne på et stoff som noe i såpass store mengder at vi kan observere det, måle det og beskrive stoffets reaksjoner og egenskaper. Oksygengass, kobbermetall, kobber(II)oksidpulver og vann er fire eksempler på stoffer som elever kan beskrive på det vi kaller makronivå. Lærere forklarer stoffenes egenskaper og reaksjoner ut fra oppbygningen av molekylene, de nøytrale atomene og/eller ionene på mikronivå ³. Vi tror det er fruktbart i naturfagundervisningen å presisere hvilken form av stoffet som er i fokus i øyeblikket. Vi kan føye til slike tilleggsord som vi har gjort over − gass, metall, pulver − og også ord som atom, molekyl, ion for å presisere hvilken form av stoffet vi snakker om ⁴.

Begrepet stoff (matter) brukes i IUPACs definisjon av et grunnstoff: “An element (or elementary substance) is matter, all of whose atoms are alike in having the same positive charge on the nucleus.” I norske lærebøker formuleres begrepet grunnstoff oftest slik:

Et grunnstoff er et stoff der alle atomene har like mange protoner i kjernene.

Grunnstoffet oksygen har 8 protoner i atomkjernene, ₈O. Grunnstoffet finnes i ulike former. Både oksygenatom (O), oksygenmolekyl (O₂), ozonmolekyl (O₃), oksidion (O^2-), oksygengass (O₂(g)) og ozongass (O₃(g)) representerer grunnstoffet oksygen. Dioksygen (O₂) og trioksygen/ozon (O₃) er strukturelle modifikasjoner av grunnstoffet, eller det vi kaller allotrope former.

Da vi over sa at oksygenatom var en form av grunnstoffet oksygen, tenkte vi på et nøytralt atom. Men også ion inkluderes i IUPACs definisjon av et atom:

Et atom den minste enheten av et grunnstoff som kan eksistere enten alene eller i kjemisk binding til andre atomer av samme eller andre grunnstoffer.

Det betyr at både det nøytrale oksygenatomet (O) som danner binding til et annet nøytralt oksygenatom i O₂, og oksidionet (O²⁻) som danner binding med Cu²⁺ i CuO, regnes som atom.

I grunnstoffenes periodesystem er det oppført atomer av både naturlig forekommende grunnstoffer og av syntetiske grunnstoffer. Atomene er ordnet etter antall protoner i atomet (atomnummeret) og etter fordelingen av elektroner på skall og orbitaler i de nøytrale atomene. Antall nøytroner kommer frem i massetallet/nukleontallet (antall protoner og nøytroner) som oppgis for de syntetiske grunnstoffene. I periodesystemet er massetallet oppført til den nukliden som har lengst halveringstid. Med nuklide menes ethvert atom som er definert med et bestemt atomnummer og et bestemt massetall. For det syntetiske grunnstoffet darmstadtium, er massetallet 269 til nukliden ₁₁₀²⁶⁹Ds oppført i periodesystemet.

For de naturlig forekommende grunnstoffene blir atommassen oppført. Atommassen til kobber er oppgitt til 63,55 (u), og står for den gjennomsnittlige massen av de naturlig forekommende isotopene. Kobber forekommer naturlig som en blanding av to isotoper - nukliden ₂₉⁶³Cu (69,2 %) og nukliden 29⁶⁵Cu (30,8 %).

Vi har over nevnt en rekke begreper fra kjemien. I blant bør vi i undervisningen peke på at kjemiens definisjoner, lover og systemer er noe kjemikere har laget for å beskrive stoffene og kommunisere om dem. Naturen med stoffene er ikke slik organisert.

[3] Herron (1996): The Chemistry Classroom. Formulas for Successful Teaching. The American Chemical Society.