KOLFÖRENINGARNAS KEMI

Kolföreningarnas och livets kemi             

Lektion 1 och 2                                                                                                 2010-11-25

KOL, C:

·         Är ett grundämne som utgör grundstommen i de molekyler som bygger upp cellerna.

·         Finns i naturen i REN form som diamant och grafit, som koldioxid eller kolmonoxid i luften, som metangas i fickor under havsytan, osv

DIAMANT

·         I diamant är varje kolatom omgiven av fyra andra kolatomer

·         Diamant hålls samman av mycket starka bindningar, elektronparbindningar

·         De starka bindningarna gör att diamant blir ett extremt hårt material

·         Används i borrar, både tandläkarborrar och bergborrar

·         Leder ej ström

GRAFIT

·         Är mjuk

·         Leder ström

·         Används som ritkol och blyertspennor

·         Kan omvandlas till diamant om man utsätter grafit för väldigt hög tryck och temperatur

·         Kol finns i luften som koldioxid

·         Växterna tar upp koldioxiden för att via fotosyntes tillverka socker

·         Sockret i sin tur omvandlas till andra energirika kolföreningar som bygger upp levande organismer

·         Lagras som torv i syrefattigt vatten där temperaturen är låg

·         Om växt och djur rester packas och utsätts för högt tryck under lång tid får man stenkol, bergolja och naturgas

·         Fossila bränslen används för att elda med, dessa består av brännbara kolföreningar

·         Alla kolföreningar är brännbara och vid reaktion med syre fås koldioxid som samlas i atmosfären

Kolets kretslopp

Kolets kretslopp är en av de två viktigaste faktorer vi behöver för att leva– den andra faktorn är sötvatten. Varje växt, djur och mikroorganism är en del av kolets kretslopp. Jag skall börja med att berätta om det korta kretsloppet, vilken inte stäcker sig mer än något sekel.

När en växt tar upp kolet ur koldioxiden och binder det i sig (fotosyntes) bildas kolhydrater (socker). När vi människor äter växten (eller ifall växten dör och mikroorganismerna äter upp den) bränner vi sockret i våra celler så att kolet friges och omvandlas till koldioxid. Kolet kan färdas i fler steg som ifall vi skulle äta en oxe vilken ätit växterna.

Det långa kretsloppet rör sig om flera hundratusentals år. När växter och djur dör på speciellt syre fattiga områden kan inte mikroorganismerna bryta ner cellerna eftersom det behövs syre för att det skall kunna vara en förbränning. Istället för att brytas ner lagras då kolet i jorden. Med hjälp av trycket vilket uppstår av att alla lager av jord, lera och sand vilka ligger ovanpå det döda djur- och växtmaterialet och jordvärmen omvandlas det efter tusentals år till olja, naturgas och stenkol. Det finns en till del i det långa kretsloppet. Mikrodjur och andra fiskar i havet binder kol i deras kalkskal. När de sedan dör och skalen sjunker till bottnen lagras det där och bildar efter lång tid kalksten. Efter ännu några hundra till några tusen år pressas kalkstenen sakta men säkert ner under jordskorpan där den sedan omvandlas till koldioxid pga. lavan. Koldioxiden hittar sedan ut i aktiva vulkaner.

Vi människor har tyvärr rubbat detta kretslopp genom att vi har släppt ut alldeles för mycket koldioxid i atmosfären, detta är det vi kallar växthuseffekten. Koldioxid har en egenskap att den släpper igenom solljus (vilket efterhand blir energi och värme) men den släpper inte ut den igen (ungefär som med ett växthus). När värmen inte ”avdunstar” från jorden stiger jordens temperatur sakta, vilket leder till att de stora glaciärerna (våra största sötvatten förråd) smälter. Eftersom glaciärerna ligger på land (vilken nordpolen inte gör) stiger även havsvatten nivån vilket kommer skapa översvämningar. Detta skulle inte behöva bli ett så stort problem som det är ifall vi människan inte skulle förgifta haven och hugga ner skogarna så att alla växter (framförallt plankton) skulle frodas med dem skulle ta tillvara på kolet och tillslut skulle koldioxid halten i luften återgå till normalt.

I dagsläget kommer våran oljeanvändning inte sluta innan våra råoljareservrar ta slut. Olja magnaterna har tillräckligt mycket pengar och makt för att få det att gå som de vill. Vi konsumenter kan göra en skillnad i användandet, inte främst genom att använda mindre kemiska framställda produkter från oljan (plastprodukter) vilket bara står för 6 % av oljeindustrin. Vi kan även försöka minska på vår energianvändning genom att använda bilen mindre och spara på strömförbrukningen hemma. Vi behöver även hitta alternativa råvaror som vi kan använda istället för råoljan. Det kommer att ta hundratusentals år för naturen att få en balans i kretsloppet och få tillbaka våran viktigaste råvarukälla igen.

Råolja (bergolja) består av flera olika sorters kolföreningar, som har olika kokpunkter. För at skilja dessa åt destillerar de råoljan. De värmer upp oljan tills den kondenserar (över 400°c), de leder den förångande råoljan till ett torn vilket har olika plan i sig. När de olika kolvätena stiger kyls de av och kondenseras efterhand. De stora tunga kolvätena (kolväten med många kolatomer i strukturen) med en hög kokpunkt kondenseras långt ner, medan butan (4 kol i strukturen) och propan(3 kol i strukturen) vilka är i gasform i rumstemperatur (20°c) kommer längst upp i tornet. Detta kallas för en ”Fraktionerad destillation”.

Den stora skillnaden mellan fossila och förnyelsebara energikällor är att de fossila kommer att ta slut en dag, de förnyelsebara går det vilket man hör på namnet att få mer av. De fossila ämnena är rester av döda organismer vilka dog för flera hundratusen år sedan, det tar en väldig tid för naturen att skapa nya fossila bränslen. Ifall vi fortsätter att använda våra fossila bränslen i samma takt som idag kommer de vara nästintill helt slut tills nästa sekelskifte. Vi måste dra ner på förbrukningen av våra fossila bränslen och istället ersätta dem med förnyelsebara ämnen. Problemet är det att vi inte har utvecklat den tekniken att vi kan utnyttja energin ur de förnyelsebara ämnena ännu. Det kommer att dröja några årtionden innan vi kommer ha den teknologin vi behöver för att helt kunna övergå till förnyelsebara ämnen. I de asiatiska länderna bl.a. Kina har det blivit en enorm efterfråga på råolja till bensin och annat. Detta gör det bara ännu viktigare eftersom de är i de asiatiska länderna en stor del av jordens befolkning lever.

När nu de också behöver råolja kommer konsumtionen av de fossila bränslena skjuta i höjden och våra fossila reserver kommer att försvinna mycket snabbare än vad de redan gör. Det vi behöver göra idag är att försöka dra ner på vår konsumtion av fossila bränslen och lägga ut mer resurser på utvecklingen för konsumtionen av förnyelsebara ämnen.

Polymer (poly = många, mer = del) består av massa molekyler vilka har bundit sig med varandra. Det finns två sorters polymerer, naturliga polymerer och syntetiska polymerer, De naturliga polymererna kan du bl.a. hitta i proteiner (äggviteämnen) och cellulosa (trä). Det som händer i en polymerisation är att dubbel och trippel bindningarna ändras och de olika molekylerna sätts ihop till en jättemolekyl– en polymer. Se bild. Skillnaden mellan en naturlig polymerisation och en syntetiskt är att de tillsätter en del kemikalier för att processen skall skyndas på. De naturliga polymererna har funnits från livets början. De har med takt med djurens och växternas utveckling också utvecklas, de har anpassat sig för att fungera bättre inom deras egna områden. De syntetiska polymererna är en ny produkt, inte ens 200år gammal. Utvecklingen av syntetiska polymerer har gått väldigt fort I-jämförelse med de naturliga

Ordet plast kommer från ordet plasticus (plastiskt) vilket betyder formbart. Alla plaster består av en polymer. Beroende på vad för slags molekyler det finns i polymererna och vad de tillsätter kan plasternas egenskaper variera stort. Plasterna delas upp i två olika kategorier, Termoplast (mjuka plaster som smälter vid upphettning) och Härdplast (hårda plaster som förkolnar vid upphettning).

De flesta plaster vi använder i vardagen är termoplaster, plastkassar, vissa slags kläder (nylon bl.a.) och förpacknings plaster. Termoplaster går väldigt bra att återvinna eftersom de vid uppvärmning smälter, när de sedan stelnar får de tillbaka sina egenskaper igen. Termoplasterna går att dela upp i två olika grupper, delkristallina plaster och amfora platser.

Delkristallina plaster egenskaper är att de är mjuka och mycket hållbara. Etenplast som används i bl.a. plastpåsar är ett exempel.

Kolets fyra ”armar”

·         Kol befinner sig i huvudgrupp 4, vilket innebär att den har 4 valenselektroner

·         Därför utgår 4 elektronparbindningar för varje kolatom som ingår i en molekyl (sid 55)

·         Kol bildar många olika kolföreningar

·         Föreningar där endast kol och väte ingår kallas KOLVÄTEN

·         Föreningar som innehåller kol, väte och syre, kallas: ALKOHOLER, ORGANISKA SYROR, ESTRAR OCH

           KOLHYDRATER

·         Föreningar som innehåller kol, väte, syre, kväve, svavel och fosfor kallas: PROTEINER

KOLVÄTEN

* mättade - endast enkelbindningar mellan kolatomerna

* omättade - mellan kolatomerna kan finnas dubbel eller trippelbindning

Exempel på mättade kolväten: metan, etan, propan, butan, pentan osv (namnet slutar på AN)
Exempel på omättade kolväten med en dubbelbindning: eten, propen, buten, penten osv (namnet slutar på EN)
Exempel på omättade kolväten med en trippelbindning: etyn, prpyn, butyn, pentyn osv  (namnet slutar på YN)

Svara på frågorna 1-15 sidorna 203 - 204