Artiklar i slutet av boken: Krut och sprängämnen 74
Alfred Nobel och dynamiten 74, 75 Förvaring av mat förr och nu 76, 77 Plastålderns första tid 78
Studentlitteratur AB
Box 141
221 00 LUND
Besöksadress: Åkergränden 1
Telefon 046-31 20 00
studentlitteratur.se
Kemi 2
Innehåll
Kolföreningar 4
Studieuppgifterna är indelade i tre svårighetsgrader.
Svart numrering: Uppgifter som främst ger en repetition av faktadelen. Enkla räkneuppgifter.
Blå numrering: Något svårare räkneuppgifter eller uppgifter där svaret inte direkt utläses ur faktadelen.
Röd numrering: Uppgifter som kräver betydligt mer.
Vad betyder ★ ?
Eleverna ska ofta svara på frågor av typen ”vilken slutsats kan du dra av detta försök?” Andra frågor anknyter visserligen till laborationen men svaret kan inte direkt utläsas av resultatet av försöket.
Denna typ av frågor har markerats med en blå stjärna: ★
Eleven ska försöka svara på frågan, och i andra hand söka svaret i faktadelen. Vissa uppgifter kräver dessutom att läraren hjälper till att reda ut begreppen.
Övriga foton: Pronto/Bertil Karpsten; Shutterstock
Kopieringsförbud
Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Det är ett engångsmaterial och får därför, vid tillämpning av Bonus Copyright Access skolkopieringsavtal, överhuvudtaget inte kopieras för undervisningsändamål. Inte ens enstaka sida får kopieras, dock får enstaka fråga/övning kopieras för prov/skrivning. För information om avtalet hänvisas till utbildningsanordnarens huvudman eller Bonus Copyright Access.
Vid utgivning av detta verk som e-bok, är e-boken kopieringsskyddad.
Användning av detta verk för text- och datautvinningsändamål medges ej.
Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig att erlägga ersättning till upphovsman eller rättsinnehavare.
Studentlitteraturs trycksaker är miljöanpassade, både när det gäller papper och tryckprocess.
Att
Läs på etiketter
Kontrollera alltid att du verkligen tar rätt kemikalie. Namnen på många kemikalier är lätta att förväxla. Läs varningstexten!
Använd sked
Ta aldrig kemikalier med fingrarna. Ämnet kan vara frätande eller kan ge missfärgning av huden.
Förbud att smaka
Smaka aldrig på ett ämne om inte läraren klart sagt ifrån att du kan göra det.
Vätskor
Frätande vätskor kan skada dina ögon, din hud och dina kläder.
Använd därför både skyddsglasögon och skyddskläder (förkläde eller överdragsrock) när du gör försök med frätande vätskor.
Om du får frätande vätska på huden ska du genast spola med vatten. Kontakta omedelbart din lärare om du råkar spilla ut frätande vätska!
Förbud att hälla tillbaka Häll aldrig tillbaka kemikalier i förvaringsburken.
Läraren visar var använda kemikalier ska förvaras.
Använd skyddsglasögon
De flesta kemikalier är skadliga för ögonen. Använd alltid skyddsglasögon när det finns risk att vätskor kan stänka.
Förbud mot egna experiment Hitta aldrig på egna experiment. Följ noga bokens och lärarens anvisningar.
Eld och uppvärmning
Använd provrörshållare. Se till att provrörets öppning inte är riktad mot dig själv eller någon kamrat då du värmer kemikalier i provrör.
Brandfarliga vätskor får inte användas i närheten av öppen låga!
Många vätskor avger osynliga, brännbara gaser som kan sprida sig långt från flaskan.
Var försiktig med löst hängande hår när du använder öppen låga!
Farosymboler
Några ämnen och deras farosymboler:
Ammoniak lösning 2M
Kaliumhydroxid lösning 2M
Natriumhydroxid lösning 2M
Laborationsmaterial
Salpetersyra 2M
Salpetersyra konc
Saltsyra 2M
Saltsyra konc
Svavelsyra 2M
Svavelsyra konc
Ättiksyra 2M
Ättiksyra 4M
1.Provrör
2.Provrörsställ
3.Trefot med trådnät
4.Bägare 5.Mätglas 6.Droppflaska
10.Porslinsskål
11.Dropprör
12.Glasskål
13.Triangel
14.Degel med lock
15.Spatel
16.Degeltång
17.Smältskopa
18.Provrörshållare
Kolföreningar
Organisk kemi
Under 1800-talet lades grunden till den gren av kemin som kallas organisk kemi. Inom denna undersöker man organiska ämnen, d.v.s. ämnen som kommer från växt-och djurriket. Till en början trodde man att sådana ämnen bara kunde framställas av naturen själv. Av en tillfällighet lyckades man emellertid framställa ett organiskt ämne, nämligen urinämne, från ett ammoniumsalt. Därigenom fick man bevis för att det inte behövdes någon speciell ’’livskraft’’ för att bilda organiska föreningar.
När man väl hade förstått att man kunde framställa och förändra organiska föreningar, startade en fantastisk utveckling av den organiska kemin. Nya naturliga ämnen upptäcktes och efter hand kunde man framställa en mängd nya ämnen i laboratorier och i fabriker. Material som plast, många livsmedel och läkemedel är resultat av framstegen inom den organiska kemin.
Allt levande innehåller kol
Nästan alla ämnen vi har omkring oss är kemiska föreningar. De består således av atomer från två eller flera olika grundämnen. I kemiska föreningar kan atomer bytas ut så att det uppstår nya ämnen. Allt material från växt-och djurriket innehåller grundämnet kol. Därför kallas den organiska kemin också för kolföreningarnas kemi .
I luften finns kol bundet i koldioxid. Växterna använder koldioxiden när de med hjälp av solljus ’’tillverkar’’ socker och stärkelse. Dessa ämnen, som också innehåller kol, används som föda för människor och djur. Därför kommer vår kropp, precis som allt annat levande, att innehålla kol. Koldioxidhalten i luften är inte mer än 0,03%. För att täcka växternas behov måste luften ständigt tillföras ny koldioxid. Detta sker bland annat genom utandningsluften från djur och människor. Förbränningsgaserna från fordon och eldningsanläggningar består också till stor del av koldioxid.
Träkol
När man upphettar trä sönderdelas det i sina beståndsdelar. Man får bland annat brännbara vätskor och gaser som kan antändas. Luftens syre underhåller förbränningen. Om upphettningen sker utan att luften har fritt tillträde, sker däremot ingen förbränning, d.v.s. träet börjar inte brinna. De brännbara vätskorna och gaserna kan i stället samlas upp och tas till vara för framställning av ämnen som tjära, träsprit och ättiksyra. Metoden att upphetta ett fast organiskt ämne utan lufttillförsel kallas torrdestillation. Vid torrdestillation av trä får man träkol som återstod. Träkolen kan sedan användas som bränsle. Vanligt grillkol framställs på detta sätt. Förr använde man kolmilor för att framställa träkol, men modern torrdestillation sker i stora ugnar.
Tekniskt kol - aktivt kol
Kol kan också framställas genom torrdestillation av andra organiska ämnen som exempelvis socker och slakteriavfall. Man får då sockerkol, benkol och blodkol som med ett gemensamt namn kallas tekniskt kol
Om pulveriserat tekniskt kol upphettas i vattenånga får man aktivt kol. Detta är mycket poröst och tar lätt till sig olika färg-, lukt- och smakämnen. I vissa köksfläktar finns ett filter med aktivt kol som tar till sig matos. Aktivt kol kan också ta till sig giftiga ämnen i mage och tarmkanal. Vid tillfällig diarré eller förgiftning ordineras därför ofta aktivt kol.
Gasmasker och andningsskydd har filter med aktivt kol.
Diamant
Rent kol förekommer i tre former, nämligen grafit, diamant och fullerener. Slipade diamanter är glänsande och starkt ljusbrytande. Innan en diamant är slipad kallas den rådiamant och liknar då en genomskinlig sten.
Diamant är det hårdaste ämne man känner till. Vid bearbetningen får man en stor mängd små diamantkorn. Dessa används till verktyg som kan borra och skära i hårda material som sten och glas.
Grafit
I motsats till diamant är grafit ett mjukt ämne som dessutom lätt svärtar av sig. En blandning av grafit och lera används till stiftet i blyertspennor. Grafit har god motståndskraft mot de flesta kemikalier. Om grafit blandas med olja får man ett mycket effektivt smörjmedel. Att diamant och grafit har så olika egenskaper beror på att kolatomerna inte binds på samma sätt i de båda kolsorterna.
Fullerener
I diamantkristallen är varje kolatom omgiven av fyra andra kolatomer och hålls på plats av mycket starka bindningar.
Ringar med slipade diamanter är dyrbara och eftertraktade smycken.
I grafit binds kolatomerna till varandra i plana skikt. I varje skikt ligger atomerna nära varandra och bindningen mellan dem är stark. Bindningen mellan skikten är däremot svag. Skikten glider lätt ifrån varandra. Stiftet i en blyertspenna består av grafit. Kolatomer från grafiten lossnar och fastnar på papperet.
Länge trodde man att rent kol endast kunde förekomma i formerna diamant och grafit. Så sent som 1996 delades Nobelpriset i kemi ut till en grupp forskare som upptäckt att kolatomerna kan bindas samman på ett tredje sätt, nämligen till molekyler som var och en består av 60 kolatomer. I molekylerna sitter kolatomerna i hörnen på 5hörningar och 6-hörningar. Molekylen påminner om en fotboll som är sammansatt av femkantiga och sexkantiga bitar. Molekylerna, som kallas fullerener, är mycket starka och stabila. Man har lyckats bygga samman flera molekyler inuti varandra och även sträckt ut dem i rörlika former. Forskarna försöker nu utnyttja detta för att framställa nya material med unika egenskaper. Man hoppas exempelvis kunna framställa material som är betydligt lättare än stål, men ändå flera gånger starkare.
Kolatomen i kemiska föreningar
Molekylen i en fulleren påminner om en fotboll.
Med kolföreningar menar man kemiska föreningar som innehåller kol. Förutom kol ingår ofta grundämnena väte, syre, kväve, svavel och fosfor. Kolföreningarna delas in i grupper. Vilken grupp en kolförening tillhör beror dels på vilka grundämnen som ingår, dels på hur molekylerna är uppbyggda. Bränslen som olja och naturgas tillhör en grupp som kallas kolväten. Andra exempel på kolföreningar är alkoholer, kolhydrater, organiska syror och fetter. I bland annat fisk och kött finns en grupp kolföreningar som heter proteiner
Grundämnen i några olika kolföreningarGrupp av ämnenFinns bland annat i
Att grundämnet kol ingår i så många ämnen beror på kolatomens unika förmåga att binda till sig andra atomer. En kolatom kan nämligen binda en eller flera andra kolatomer och samtidigt binda atomer från andra grundämnen. Detta ger stora variationsmöjligheter. För närvarande känner man till flera miljoner olika kolföreningar. Diskutera i klassen vilka kolföreningar som finns i klassrummet och vilka som troligen finns i ditt hem.
Kolväten
Kolväten är en stor grupp ämnen, som endast består av grundämnena kol och väte. Kolvätena förekommer både som gaser, flytande ämnen och som fasta ämnen. Asfalt, vax och paraffin är exempel på kolväten som förekommer i fast form. Gemensamt för alla kolväten är att de inte är lösliga i vatten. Eftersom kolväten innehåller stora energimängder och dessutom har lätt för att brinna i luft, används många kolväten för uppvärmningsändamål. Vid förbränningen bildas koldioxid som tyvärr bidrar till att förvärra den så kallade växthuseffekten. Även bensin och dieselolja består av kolväten. Vid förbränningen i motorerna bildas gaser som inte helt förbränns i motorn. Dessa gaser innehåller bland annat koloxid som är en farlig gas att inandas. Många kolväten avger ångor som kan ge upphov till cancer.
Metan är en färglös, illaluktande gas som är mycket brännbar. Metan, som har formeln CH4, är det enklaste av alla kolväten och bildas då organiskt material förmultnar. Gasen förekommer i stenkolslager och i råoljan som pumpas upp från oljekällorna. Metan kallas också sumpgas, eftersom den kan bildas i sumpmarker och på soptippar. Den gas som bildas på soptipparna tas ofta till vara och används som bränsle i eldningsanläggningar.
En blandning av luft och metan är mycket explosiv. Därför har svåra olyckor inträffat i kolgruvor, då metan strömmat ut i luften och antänts.
Metan är en viktig råvara vid framställning av bland annat metanol. Sin största betydelse har emellertid metan som bränsle inom industrin och för uppvärmning av bostäder.
Etan, propan och butan Etan är ett gasformigt kolväte som huvudsakligen finns i råolja och naturgas. Den kemiska formeln är C2H6. Två andra viktiga kolväten som utvinns ur råolja eller naturgas är propan (C3H8) och butan (C4H10). Båda dessa är gaser som brinner med mycket het låga och därför används de som bränslen.
Metanserien
Metan är det första ämnet i en grupp kolväten som kallas metanserien. I denna är alla ämnen uppbyggda efter ett bestämt mönster. Metanmolekylen innehåller en kolatom. Etan, som är nästa ämne i serien, har två kolatomer. Därefter kommer propan som har tre kolatomer, o.s.v. De största molekylerna i metanserien har mer än 60 kolatomer. De fyra första kolvätena i metanserien är gaser vid normal rumstemperatur. De som har mellan 5 och 15 kolatomer är vätskor. Resten är fasta ämnen.
Några kolväten i metanserien.
Kolväte Molekylformel Kokpunkt
Metan CH4 —162°C
Etan C2H6 —89°C
Propan C3H8 —42°C
Butan C4H10 0°C
Pentan C5H12 +36°C
Hexan C6H14 +69°C
Heptan C7H16 +98°C
Oktan C8H18 +126°C
HexadekanC16H34 +286°C
HeptadekanC17H36 +303°C
medel
Gasol består antingen av propan eller butan, eller en blandning av de två gaserna.
Strukturformler
Molekylformeln för ett kolväte anger bara hur många kolatomer och väteatomer som ingår i molekylen. För att visa hur atomerna binds samman kan man bygga molekylmodeller, där kulor får tjänstgöra som atomer. Svarta kulor föreställer kolatomer och vita kulor väteatomerna.
Med en molekylmodell kan man visa bindningarna mellan atomerna samt i vilka riktningar de utgår från atomerna.
Eftersom det är ganska tidsödande att bygga molekylmodeller, brukar man nöja sig med att rita en förenklad bild av molekylen, en så kallad strukturformel
När man ritar en strukturformel kan man tänka sig att kolatomen har fyra ’’armar’’.
En kolatom har nämligen alltid fyra bindningsmöjligheter. Detta betyder att varje kolatom kan binda fyra andra atomer.
Förgrenade kolkedjor
I kolväten som tillhör metanserien binds ofta kolatomerna samman som länkarna i en kedja, dvs i rad efter varandra. Hos de kolväten som har minst fyra kolatomer kan emellertid kedjorna förgrena sig i olika riktningar. Därför kan två ämnen ha samma antal kolatomer och samma antal väteatomer, men trots detta ha olika egenskaper. Ämnets egenskaper beror på om kolkedjan är rak eller grenad. Ju fler kolatomer ett kolväte innehåller, desto fler blir möjligheterna till förgreningar.
ÄmneMolekyl-Molekyl-Strukturformelmodellformel
MetanCH4
EtanC2H6
PropanC3H8
I metan binder varje kolatom fyra väteatomer.
I etan binder två kolatomer varandra. Varje kolatom binder dessutom tre väteatomer.
I propan binder tre kolatomer varandra. Dessutom binds åtta väteatomer till kolatomerna.
Rak butan (normal butan)
Grenad butan (iso-butan)
Butan har molekylformeln C4H10. Det finns emellertid två typer av butan, nämligen rak butan och grenad butan. De har olika egenskaper beroende på att bindningarna är olika. Av oktan finns inte mindre än 18 olika varianter. Kolkedjorna förgrenar sig olika, men molekylformeln är densamma, C 8H18
Mättade och omättade kolväten
De kolväten som ingår i metanserien har enkel bindning mellan kolatomerna, vilket innebär att varje kolatom binder fyra andra atomer. Det finns också kolväten där vissa kolatomer binds samman genom dubbelbindning. Dessa kolatomer använder då två av sina fyra bindningar för att binda varandra och kan därför endast binda vardera två andra atomer. I vissa kolväten binds kolatomer samman med trippelbindning. Varje kolatom binder då endast en annan atom.
Kolväten som endast har enkelbindning mellan kolatomerna kallas mättade kolväten
Kolväten som innehåller dubbelbindning eller trippelbindning kallas omättade kolväten
Eten är ett omättat kolväte med formeln C2H4. Det är en brännbar, färglös gas som framställs ur råolja. Eten är en viktig råvara vid framställning av många kemikalier och vissa slags plaster.
I omättade kolväten kan ibland någon av bindningarna mellan kolatomerna brytas upp. Då frigörs bindningar så att andra atomer kan bindas till molekylen. Etan är ett mättat kolväte som kan bildas genom att dubbelbindningen i eten bryts upp.
Etyn, C2H2, är exempel på ett omättat kolväte där kolatomerna binds samman av en trippelbindning. Etyn är en färglös gas som fås ur råolja eller naturgas. Etyngasen brukar ofta kallas acetylen
I eten binds kolatomerna samman genom dubbelbindning
Dubbelbindningen i eten kan brytas upp så att ytterligare två väteatomer kan bindas till molekylen. Det bildas då etan
I etyn binds kolatomerna samman genom trippelbindning
Acetylen vid svetsning
Acetylen brinner med starkt lysande låga. Då gasen förbränns tillsammans med rent syre får man en mycket het låga (cirka 3200°C). Därför används acetylen ofta vid svetsning och skärbränning av metaller.
Ringformiga kolväten
I de kolväten vi hittills beskrivit har kolatomerna varit bundna till varandra i raka eller grenade kedjor. Det finns emellertid kolväten där kolatomerna kopplas samman så att de bildar ringar. Exempel på sådana ringformiga kolväten
är bensen och naftalen.
Ringformiga kolväten kallas också aromatiska kolväten. Eftersom många aromatiska kolväten är cancerframkallande måste de hanteras med försiktighet. Cigarrettrök innehåller ämnen ur denna grupp och kan bidra till uppkomsten av lungcancer. Bensen, C6H6, är exempel på ett ringformigt kolväte. Det är en färglös vätska som avger giftiga ångor. Bensen framställs ur olja eller stenkolstjära och används bland annat för framställning av lösningsmedel, färger och plaster.
Naturgas
En värdefull energikälla är naturgas . Den förekommer på många håll, bland annat i Ryssland, USA, Iran och Qatar. Man har också hittat stora gaskällor under havsbottnen, bland annat i Nordsjön. Rökgaserna som bildas vid eldning med naturgas är betydligt renare än gaserna som bildas vid oljeeldning.
Naturgas är en blandning av lättare kolväten, huvudsakligen metan. Vid borrning kan gasen påträffas i enskilda gasfickor men den förekommer ofta tillsammans med råolja. På grund av höga transportkostnader lönar det sig inte alltid att ta vara på gasen som finns i oljan. Vid avlägset belägna oljekällor betraktas gasen som en biprodukt och förbränns direkt på plats. Det mest använda transportsättet för naturgas är rörledningar. Det är också möjligt, men relativt dyrt, att kyla ner och transportera naturgas i flytande form med tankfartyg. I princip all naturgas som förbrukas i Sverige kommer genom rörledningar från Danmark.
Naturgas används främst inom industrin, dels som bränsle och dels som råvara i framställningen av bland annat vissa plaster, kemikalier och isolering. Naturgas används också som energikälla i kraftvärmeverk, och i viss utsträckning som drivmedel i fordon. Naturgas är fri från svavel, vilket vanligen finns i andra motorbränslen. En annan fördel är att gaserna förbränns mycket effektivt, vilket gör att avgaserna innehåller mycket lite sot och andra föroreningar. Detta är speciellt viktigt i stadstrafik, och naturgas är därför ett populärt bränsle för stadsbussar och taxibilar.
Gasol
Vid fraktionering av råolja (se nästa sida) får man bland annat en gasblandning som huvudsakligen består av propan och butan. Dessa gaser kan pressas samman så att de blir flytande. De förvaras i stålflaskor och säljs i handeln under namnet gasol. Gasol används som bränsle och som drivmedel för exempelvis truckar inom industrin. Gasol används också till campingkök, lampor, värmeelement och liknande. Cigarretttändare innehåller ofta butan i flytande form.
Olja som bränslen
Olja är den största enskilda energikällan i världen. Olja är också en viktig råvara inom industrin vid framställning av bland annat plaster.
Petroleum – råolja
Oljan ligger djupt nere i berggrunden. Därför måste man borra för att komma åt den.
Petroleum eller råolja är en blandning av hundratals olika kolväten. Råoljan är oftast mörk och trögflytande.
Ur råoljan kan man utvinna både gaser, fasta ämnen och flytande ämnen.
Från oljekällan transporteras oljan vidare i tankbåtar eller i rör, som kallas pipelines, till raffinaderier
Eldningsolja
Smörj
Uppvärmning olja
Asfalt mm
Vid raffinaderierna delas råoljan upp i ämnen som asfalt, eldningsolja, fotogen, bensin och gasol. Metoden kallas fraktionerad destillation . Oljan värms upp så att den kokar och bildar ånga. Ångan leds sedan in i höga fraktioneringstorn där den stiger uppåt. Längst ner skiljer man ut ämnen som har hög kokpunkt. Ångan kyls av när den stiger uppåt i tornet. Högre upp i tornet skiljer man bort mer lättflyktiga ämnen som bensin och fotogen. Högst upp får man gaser som metan och etan.
Bidrar till förstärkt växthuseffekt
I olja finns mycket lagrad energi som frigörs när vi eldar den. Förbränning av olja släpper ut stora mängder koldioxid och bidrar till den förstärkta växthuseffekten.
Fram till för ungefär 300 år sedan var människans påverkan på klimatet mycket liten. Då användes inte maskiner på samma sätt som idag. De maskiner man hade drevs av vind eller vatten, inte olja och el. Det man förbrände var sådant som nyligen hade vuxit. Det ingick redan i naturens kretslopp. När människor började använda fler och större bränsledrivna maskiner blev arbetet lättare, men det krävdes mer energi. Fossila bränslen som olja blev lösningen. Koldioxid som annars hade varit kvar i marken släpptes nu ut i atmosfären. Mer koldioxid gör att växthuseffekten blir starkare. Jämfört med för 300 år sedan är det nästan 50 % mer koldioxid i atmosfären idag. Det mesta har släppts ut de senaste 80 åren.
Preemraff utanför Lysekil är Sveriges största oljeraffinaderi
Tjockolja
Råolja
Eldningsolja och dieselolja
Vid fraktionering får man flera slags kolväten. En del kolväten har små molekyler medan andra har stora molekyler (långa molekylkedjor). Eldningsolja och dieselolja tillhör de flytande kolväten som har störst molekyler. Dieselolja används som drivmedel till dieselmotorer i bilar, båtar, tåg m.m.
Som namnet anger har eldningsolja sin största användning som bränsle. All eldningsolja innehåller en viss mängd svavel, som vid förbränningen bildar svaveldioxid. Rökgaserna bidrar därför till försurning av naturen. Inom industrin och för uppvärmning av större fastigheter använder man ofta billig tjockolja. Denna innehåller emellertid mer svavel än den olja som används i villapannor. Eldning med tjockolja är tillåten endast om rökgaserna renas innan de släpps ut i luften. Röken från oljeeldade småhus får däremot släppas ut utan föregående rening under förutsättning att svavelfattig villaolja används.
Fotogen
Fotogen är en blandning av olika kolväten. De kolväten som ingår i fotogen har mindre molekyler än de som ingår i eldningsolja. Därför behövs det inte så hög temperatur för att fotogen ska förgasas och antändas. Sin största användning har fotogen som flygbränsle till jetplan. Fotogen används också för framställning av olika lösningsmedel som exempelvis lacknafta.
Bensin
Bensin är en blandning av kolväten som har ännu mindre molekyler än fotogen. I bensinmotorn finfördelas bensinen och blandas med luft innan den antänds av tändstiften. Bensin är en mycket lättflyktig vätska. Bensinångorna antänds lätt och är dessutom farliga att inandas. På bensinmackarna använder man olika anordningar för att minska utsläppen av bensinångor vid tankning.
Om bensinmotorn ska arbeta effektivt måste man välja bensin med rätt oktantal. En viktig beståndsdel i bensin är kolvätet iso-oktan. Det har en grenad kolkedja med 8 kolatomer. Begreppet oktantal kommer från detta kolväte. Iso-oktan har tilldelats oktantalet 100. Heptan är ett ogrenat kolväte med 7 kolatomer. Det har tilldelats oktantalet 0. En bensinsort som har oktantalet 98 motsvarar en blandning av 98% iso-oktan och 2% heptan.
Krackning
Den bensin som kan utvinnas direkt ur råolja räcker inte för att täcka vårt behov av drivmedel. Vid destillation får man emellertid ett överskott på tunga kolväten, d.v.s. kolväten som har långa molekyler. Dessa kan omvandlas till lättare kolväten genom en metod som kallas krackning (efter engelska crack = slå sönder). De kolväten man då får kan användas som drivmedel.
Smörjolja
Ur petroleum får man också motorolja som används i bilmotorer för att smörja alla rörliga delar. Motorolja är ganska trögflytande. Man säger att den har hög viskositet. En vätska som är lättflytande har låg viskositet. Trögflytande oljor smörjer visserligen bra, men de når inte så lätt ut till alla delar i motorn. Om oljan är för tunn, smörjer den sämre. När en olja blir varm blir den mer lättflytande. En bra motorolja ska inte ändra sin viskositet alltför mycket vid temperaturändringar. På förpackningen brukar anges inom vilket temperaturområde oljan smörjer bäst.
Tankning av jetplan. Se röda pilen.
Fasta bränslen
Även andra kolföreningar än olja och gas används som bränslen. De flesta bränslen har sitt ursprung i döda växter och djur som förmultnat och bäddats in i jord-och stenlager. Genom tyngden från marken ovanför har de utsatts för högt tryck under mycket lång tid. På detta sätt har stenkol och en mängd flytande och gasformiga bränslen bildats.
Bränslevärde
Ämnen som stenkol, olja och naturgas innehåller kemiskt bunden solenergi. Energin avges i form av värme när ämnet brinner. Ju mer värme ett ämne kan avge, desto högre är ämnets bränslevärde. Stenkol har högre bränslevärde än ved. Flytande ämnen, som olja och bensin, har högre bränslevärde än fasta ämnen.
Torv
Torv består av delvis förmultnade växtdelar som finns i vissa mossar och kärr. Råtorven innehåller cirka 90% vatten. Genom torkning sänker man vattenhalten så att torven kan användas som bränsle. I torkat tillstånd innehåller torven cirka 60% kol.
Stenkol
Av den stenkol som bryts används det allra mesta som bränsle i stora kraftstationer. Stenkolen krossas först till ett grovt pulver som blåses in i eldstaden. De rökgaser som bildas vid eldning med kol innehåller bland annat koldioxid, svaveldioxid, kväveoxider och tungmetaller. Många av dessa ämnen har en skadlig inverkan på vattendrag, skog och åkermark. Stenkol är också en viktig basråvara vid framställning av många kemisk-tekniska produkter. Ur stenkol kan man utvinna tjära, som är en viktig råvara inom plastindustrin och för tillverkning av färger.
Koks
Om stenkol upphettas utan lufttillförsel (torrdestilleras), avgår brännbara gaser. Dessa kan tas till vara och användas som bränsle. Sedan all gas lämnat stenkolen återstår nästan rent kol, som kallas koks. Koks är ett bränsle som vid förbränning bildar mindre sot och rökgaser än stenkol.
Våra järnmalmer består till stor del av olika järnoxider. Vid järnframställning används koks dels som bränsle, dels för att befria malmen från syre så att järnoxiden omvandlas till järn.
Förekomst av:
Stenkol
Olja
Naturgas
Sammanfattning
Organisk kemi kallas också kolföreningarnas kemi. Alla organiska ämnen innehåller kol.
Träkol kan framställas genom torrdestillation , dvs trä upphettas utan tillgång till syre.
Rent kol förekommer som diamant, grafit och fullerener.
De kolföreningar som endast innehåller grundämnena kol och väte kallas kolväten.
De åtta första kolvätena i metanserien är: Metan, etan, propan, butan, pentan, hexan, heptan och oktan.
De fyra första kolvätena är gaser. De med 5-15 kolatomer är vätskor. Resten är fasta ämnen.
Varje kolatom har fyra bindningsmöjligheter, d.v.s. varje kolatom kan binda fyra andra atomer.
Mättade kolväten har endast enkelbindningar mellan kolatomerna.
Omättade kolväten har minst en dubbelbindning eller trippelbindning.
Naturgas kan förekomma tillsammans med råolja, men också i egna gaskällor. Stora gaskällor finns under havsbottnen, bland annat i Nordsjön. Vid raffinaderierna delas råoljan upp i olika ämnen genom fraktionerad destillation. Man får då bland annat asfalt, eldningsolja, fotogen och bensin.
Genom krackning omvandlas tunga kolväten till lättare kolväten.
Nya farosymboler, faropiktogram för märkning
Alla farliga kemiska produkter ska vara tydligt märkta med farosymbol (faropiktogram) samt risk och skyddsinformation på svenska.
Märkningen informerar om skador som kan uppstå vid användning. Fram till 1 juni 2015 gäller två märkningssystem parallellt. På sikt ska den nya märkningen med röd ram gälla i hela världen.
Explosiv
Produkten är explosiv och kan explodera om den utsätts för slag, friktion, gnistor eller värme. Måste hanteras varsamt.
Brandfarlig
Produkten är brandfarlig och kan brinna våldsamt vid antändning eller värmetillförsel. Vissa produkter utvecklar brandfarlig gas i kontakt med vatten eller självantänder i luft.
Oxiderande
Produkten orsakar reaktion, brand eller explosion i kontakt med brännbara ämnen eller material.
Gas under tryck
Produkten är en trycksatt eller kraftigt nedkyld gas. Behållaren kan explodera vid yttre brand.
Frätande
Produkten ger frätskador på hud, matstrupe och ögon, eller andra allvarliga ögonskador. Används också för produkter som är korrosiva för metaller.
Giftig
Produkten ger livshotande skador vid inandning, hudkontakt eller förtäring.
Skadlig
Produkten är skadlig vid inandning, hudkontakt eller förtäring. Används också för produkter som ger allergi vid hudkontakt, som irriterar hud, ögon eller luftvägar eller ger narkosverkan.
Äldre farosymboler
Extremt/Mycket brandfarlig
Hälsofarlig
Produkten kan ge ärftlig genetisk skada, cancer, fosterskador eller störa fortplantningen. Används också för produkter som ger allergi vid inandning eller andra allvarliga skador vid enstaka eller upprepad exponering.
MiljöfarligExplosivMycket giftig/ Giftig
Miljöfarlig
Produkten är giftig för vattenmiljön på kort eller lång sikt. Ska förvaras och användas så att produkten och avfallet inte skadar miljön.
Kemikalier:Trästickor, olika organiska ämnen (t.ex. knäckebröd, risgryn, blad, hårstrån).
Använd utsug!
1.Lägg en liten trästicka i ett svårsmält provrör. Upphetta provröret kraftigt under några minuter. Vad händer med träet? Börjar det brinna? Redogör och förklara:
2.Häll ut provrörets innehåll på ett trådnät. Vad tror du resterna består av?
* Vad menas med torrdestillation?
* Vilket annat namn används för organiska föreningar?
Om du hinner. Upphetta på samma sätt andra organiska ämnen.
3.Spetsa en cirka 5 cm lång blyertspenna i båda ändarna. Leder pennans stift elektricitet? Undersök och redogör:
* Vad består stiftet i en blyertspenna av? ...................................................................................................................................
4.Undersök om träkol leder elektricitet. Resultat: .........................................................................................................................
1.Fyll en plastmugg till hälften med Coca Cola. Filtrera ungefär hälften av Coca Colan. Samla filtratet i en annan plastmugg. Hur ser filtratet ut jämfört med Coca Colan som inte filtrerats?
2.Häll ett par skedar aktivt kol i plastmuggen som innehåller ofiltrerad Coca Cola. Rör om med glasstaven under någon minut. Filtrera blandningen. Samla filtratet i en ren plastmugg. Hur ser filtratet ut och vad består det av? Vad finns i filtrerpapperet?
* Vilken viktig egenskap hos aktivt kol utnyttjas ovan?
* Ge exempel på var det därför kommer till användning:
trästicka
L03.
Lärardemonstration/Elevförsök
Upphettning av trä
Materiel:Svårsmält provrör med avledningsrör, E-kolv med kork och avledningsrör, stativ, brännare, skyddande skiva. Kemikalier:Små stickor av furuträ.
Använd skyddsglasögon och utsug!
1.Fyll provröret till cirka 3/4 med trästickor. Montera provrör, avledningsrör och E-kolv enligt figuren. Provröret ska luta så att bottnen är något högre än öppningen.
2. Upphetta provröret kraftigt med brännaren. Börja vid provrörets botten och flytta så småningom lågan så att alla trästickorna blir upphettade. OBS! Värm inte för nära klämmaren eller korken!
Träet kommer nu att sönderdelas, varvid det bland annat bildas gaser. Är gaserna som strömmar från E-kolvens avledningsrör brännbara?
trästickor avledningsrör
3.Släck gasolbrännaren när gasutvecklingen upphört och låt försöksanordningen svalna.
4.Häll sedan ut innehållet i provröret på en skyddande skiva. Vad består resterna av?
* Under vilket namn säljs denna produkt ofta?
* Varför började inte trästickorna brinna? .......................................................................................................................................
5.Den kemiska process som du använt i försöket kallas torrdestillation.
* De brännbara vätskorna och gaserna som bildas vid torrdestillation kan användas för att framställa andra produkter. Ge exempel på sådana produkter:
1.Lägg cirka 10g paraffin i en porslinsskål och värm försiktigt tills allt paraffin har smält.
2.Använd degeltång och doppa en bit bomullsgarn i det smälta paraffinet. Garnbiten ska du senare använda som veke i paraffinljuset.
Släck sedan lågan och låt porslinsskålen svalna.
3.När paraffinet börjar stelna formar du tre smala, platta stavar (cirka 5 cm långa).
4.Lägg ihop två av stavarna med bomullsgarnet emellan. Forma stavarna till ett ljus.
5.Håll den stav du inte använt över en skyddande skiva och försök antända paraffinet. Försök sedan antända ljuset du tillverkat. Redogör för dina tändningsförsök:
1.Läs först noga igenom hela instruktionen. Montera sedan materielen som i figuren.
2.Fyll provröret till cirka 1/4 med vatten. Tag en bit glasull lagom stor för att passa i provröret.
3.Lägg en liten bit kalciumkarbid i provröret och för sedan snabbt ner glasullen.
* Vid reaktionen bildas gasen etyn. Vilken kemisk formel har etyn? ......................................
4.Antänd gasen och beskriv lågans färg samt vad du kan se ovanför lågan:
* Ange under vilket annat namn gasen är känd samt vad den brukar användas till:
L09.Elevförsök Motorolja (smörjolja)
Materiel:Brännare, trefot, trådnät, hög smal bägare, 2 vida provrör, termometer, sax, tidtagarur. Kemikalier:Motoroljor, (med olika kvalitet), magnesiumband.
* Vad menas med att en olja har hög viskositet?
1.Klipp några 1cm långa bitar av ett magnesiumband och bocka dem på mitten i rät vinkel
2.Fyll olja i ett provrör och släpp sedan ner en av de magnesiumbitar du bockat. Håll provröret lodrätt och mät tiden det tar för magnesiumbiten att sjunka till bottnen.
3.Sätt sedan provröret i en bägare med vatten. Placera bägaren på trefoten med trådnät och värm bägaren. När oljans temperatur är cirka 80°C avbryter du uppvärmningen och släpper ner en ny bit magnesiumband. Mät tiden det tar för biten att sjunka till botten. Redogör för dina iakttagelser.
Om du hinner. Gör om försöket med oljor av olika kvalitet. Jämför hur temperaturen påverkar de olika oljornas viskositet. Diskutera resultatet i klassen och jämför med informationen som står på oljornas förpackning.
Studieuppgifter
1.Vad brukar man ibland kalla organisk kemi och varför använder man det namnet?
2. Tänk efter om det finns något ämne i luften som innehåller kolatomer och ge i så fall exempel på ett sådant :
3.Vad menas med torrdestillation?
4.a)Vad får man som återstod vid torrdestillation av trä?
b)Nämn två andra typer av ämnen som också bildas vid torrdestillationen:
5.Ge ett par exempel på användning av aktivt kol:
6.a)Ge ett exempel på vad man kan använda som utgångsmaterial för att framställa tekniskt kol:
b) Ge två exempel på tekniskt kol:
7.a)Rent kol kan förekomma i tre former. Vilka?
b)Vad påminner molekylen om hos den form som upptäcktes senast?
c) Nämn typiska egenskaper hos de två andra kolsorterna och ge exempel på vad de kan användas till:
8. Alkoholer och fetter har en sak gemensamt. Vilken?
9. Fredrik har fem skålar framför sig. De är av olika material, nämligen koppar, trä, tenn, silver och plast. Ur kemisk synpunkt har två av skålarna en sak gemensamt. Vilka skålar är det och vad har de gemensamt?
10. Vad menas med kolväten?
11.Ge exempel på ämnen som består av kolväten
a) och som är flytande vid rumstemperatur:
b)är i fast form vid rumstemperatur:
c) är i gasform vid rumstemperatur:
12.Räkna upp så många ämnen du kan ur metanserien:
13.a)Kol ingår i många kemiska föreningar. Hur många bindningsmöjligheter har varje kolatom?
b) Vad innebär detta? ........................................................................................................................................................
14. Nämn två saker man kan få veta genom att studera ett ämnes strukturformel:
15.a)Vilka grundämnen ingår i metan?
b)Skriv den kemiska formeln för metan:
c) Rita strukturformeln för metan:
16. Vad menas med mättade kolväten?
17. a) Rita strukturformeln för eten:
b) Vad kallas kolväten där kolatomerna binds på det sättet?
18. a) Rita strukturformeln för etyn:
b) Vad brukar etyn också kallas och vad kan den användas till?
19. a)Vilken fördel har naturgas jämfört med olja för uppvärmning?
b) Vad gör man med naturgasen då den ska transporteras i tankbåtar?
c) Varför tror du man gör det?
d) Vid många oljekällor förbränns naturgas till ingen nytta direkt ut i luften. Varför tillvaratar man inte gasen?
20. Ange två namn på den "råvara" man använder vid ett raffinaderi och nämn vad råvaran består av:
Studieuppgifter
21. a) På raffinaderierna utför man så kallad fraktionerad destillation. Beskriv kortfattat hur detta går till:
b) Ge fem exempel på ämnen man får vid fraktionerad destillation:
22. Ge exempel på en produkt vi får från raffinaderierna och som du ofta använder under dina laborationer i kemi:
23. Eldningsolja innehåller svavel. Rökgaserna man får vid förbränningen innehåller en kemisk förening som orsakar skador på naturen. Vad heter ämnet som bildas och vilken skadlig inverkan har det på naturen?
24.Vilket krav måste vara uppfyllt för att eldning med tjockolja ska vara tillåten?
25.Förr använde man mycket fotogen för belysningsändamål. Var har idag fotogen sin största användning?
26. a) Nämn namnen på de två kolväten som ingår i bensin och som avgör vilket oktantal bensinen har:
b) I vilka proportioner ingår dessa ämnen i 95-oktanig bensin?
27. Beskriv kortfattat hur stenkol, olja och gasformiga bränslen har bildats: ............................................................................
28.Ge tre exempel på fasta bränslen:
29. Vad kommer man fram till om man jämför bränslevärdet för fasta respektive flytande bränslen?
Fysik 1
Materia
Krafter
Tid och rörelse
Ellärans grunder
Tryck
Solen och planeterna
Kemi 1
Ämnena omkring oss
Kemiska reaktioner
Syror och baser
Salter
Fysik 2
Arbete-Energi-Effekt
Värmelära
Meteorologi
Ellära-Magnetism
Optik
Akustik
Fysik 3
Mekanik
Elektronik
Atom- och kärnfysik
Astronomi
Energikällor
Kemi 2
Kolföreningar
Alkoholer-SyrorEstrar
Vardagens kemi
Några viktiga material
Lärarhandledningarna
Kemi 3
Eld och brand
Kemiska bindningar
Elektrokemi
Från malm till metall
Vår livsmiljö
Analys och beräkningar
I lärarhandledningarna finns kommentarer till laborationerna i faktaboken samt förslag till ytterligare elevförsök/lärardemonstrationer.
Lärarhandledningarna innehåller dessutom förslag till provuppgifter.
