Kol och kolföreningar

1. Kol och kolföreningar Varför är kolatomer så viktiga ? Alla levande varelser är uppbyggda av kemiska föreningar med kol i. Kol kan förena sig med fyra andra atomer samtidigt. Därför kan kol bilda så många olika kemiska föreningar. Det finns ca 20 miljoner kemiska föreningar. 19 miljoner av dem innehåller kolatomer.

2. Grundämnet kol, dvs enbart kolatomer, finns i fyra olika former: Diamant Grafit Fullerener (bl.a. kolnanorör) Grafen

3. Jämför grafit och diamant: Båda ämnena består av enbart kolatomer. I diamant är varje kolatom bunden till fyra andra kolatomer med lika korta och starka bindningar. Därför är det så hårt. I grafit sitter kolatomerna i skikt. Inom skiktet är bindningarna korta och starka. Mellan skikten är bindningarna långa och svaga. De bryts lätt. Därför är grafit mjukt. I skikten finns lättrörliga elektroner, och därför leder grafit ström, i skiktets riktning. Jfr metaller.

4. Diamant: • Det hårdaste ämnet som finns i naturen. Det enda ämne som kan repa en diamant är en annan diamant. • Diamanter bryts framförallt i Sydafrika och Brasilien. Diamanterna förekommer mycket glest. Därför måste man gräva jättestora hål i marken. • Används till smycken, borrkronor, slipmedel. Grafit: • ett mycket mjukt material. • Blyerts består av grafit och lera. • Det som händer när du skriver med en blyertspenna är att du gnider av grafitlager, dvs. skikt av kolatomer.

5. Nya former av rent kol: Det forskas mycket kring nya former av rent kol, som kan användas inom medicin, datorer, mobiler m.m Fullerener: • Upptäcktes på 80-talet. Upptäckten belönades med Nobelpriset i kemi 1996. • Finns som ihåliga ”bollar”, ellipsoider (ihålig oval boll) eller rör. • Kolnanorör är den sortens fulleren som det forskas mest på just nu.

6. Vad kan man använda kolnanorör till? Ja, allt som man vill ha smått kan man nästan säga! Inom elektroniken är det svårt att göra detaljerna för små eftersom det då blir för varmt när strömmen går igenom dem. Men med kolnanorör går det att göra mycket mindre delar. De håller också längre. Elektronerna åker ”gräddfil ” genom röret = mindre värme. • Små papperstunna batterier • Långa fibrer av kolnanorör kan göra starka tyg, t.ex. skottsäkra västar eller kläder som skyddar mot strålning • Starka kompositmaterial, som finns i innebandyklubbor och tennisracketar, men som också är ett lätt och starkt material att ha i t.ex. flygplan.

7. Grafen • 2010 års nobelpris i fysik tilldelades två forskare som tagit fram grafen. • Grafen är ett platt nät av kolatomer i sexkanter. Det är bara en enda atom tjockt! • Leder ström lika bra som koppar • Leder värme bättre än alla andra kända material • Nästan helt genomskinligt • Är så tätt att inte ens helium, den minsta gasatomen, kan ta sig igenom.

8. Framtida användning • Snabbare datorelektronik • Hållbara kompositmaterial • Genomskinliga pekskärmar, eftersom grafen både är genomskinligt och leder ström • Effektivare solceller (av samma skäl) • Plast som leder ström

9. Kolföreningar • 95 % av alla ämnen vi känner till är kolföreningar. • Kolatomer kan bilda långa kedjor och bildar då ”skelett” i en mängd olika ämnen som finns i djur, människor, växter m.m • Några ex.: muskler, DNA, fett, proteiner, tvål, bensin…och 19 miljoner ämnen till !  • På detta ”skelett” kan en massa olika andra atomer bindas. • Kolföreningar innehåller alltid kol, oftast väte. Vanligt är också syre och kväve

10. Kolväten • Består av enbart kolatomer och väteatomer. • Mellan kolatomerna finns enkelbindningar, dubbel -bindningar eller trippelbindningar. • Antalet kol och typen av bindning bestämmer namnet. • Propyn Propen

11. Några viktiga kolväten: Metan = biogas, naturgas. Enklaste kolvätet CH4. Många bussar i Uppsala körs på biogas. Bensin: Blandning av kolvätekedjor med 5-10 kolatomer Propan och butan =gasol, som finns i våra brännare. Etyn= acetylen, som används vid svetsning.

12. Andra grupper av kolföreningar: De innehåller kol-, väte- och syreatomer. Alkoholer: Organiska syror Estrar t.ex etanol t.ex myrsyra t.ex butylacetat smakar banan!

13. Metanol: CH3OH. Träsprit. Kan finnas i hembränt. Mycket giftig. Bränsle (spritkök, modellflygplan, isracing) Glycerol: I hudkrämer. När man gör nitroglycerin. Etanol: CH3CH2OH. I öl, vin, sprit. T-röd (denaturerad). Bränsle till bilar. Glykol: I bilarnas kylsystem. Av-isar flygplan Alkoholer innehåller alltid en OH-grupp

14. Organiska syror /Karboxylsyror Acetylsalicylsyra Myrsyra Ättiksyra Smörsyra Äppelsyra Vinsyra Mjölksyra

15. Estrar Luktar oftast gott, som frukter eller blommor. Alkohol + syra → ester + vatten

16. BRÄNSLEN BENSIN OLJA BIOGAS ETANOL GLOBAL UPPVÄRMNING

17. Ur råolja utvinner vi olika typer avfossila bränslen

18. Olja Fördelar Energiinnehåll Många användningsområden Raffinering av olja Här finns olja • Nackdelar • Höga utsläpp av CO2 • Ändlig resurs Utgör idag stommen i det moderna samhället

19. Kol Fördelar Tillgång Energiinnehåll • Nackdelar • Fossilt bränsle • Höga utsläpp av CO2 • Rubbar naturens balans i stor skala (växthuseffekt)

20. Naturgas Fördelar Energiinnehåll – energität Låga utsläpp av CO2 Inga fordonstransporter krävs Många användningsområden Naturgasdistribution • Nackdelar • Fossilt bränsle • Rubbar naturens balans i stor skala

21. Biobränslen – biodrivmedelenergiresurs som erhålls från biomassa Fördelar Vi lever av naturen – inte på naturen En återkommande naturresurs Inget nettoutsläpp av CO2 Tillgång Inhemskt bränsle som skapar arbetstillfällen • Nackdelar • Energiinnehåll • Kräver mycket transporter • Exempel • Ved • Flis • Pellets • Salix • Säd • Raps • Olivkärnor

22. Global uppvärmning • Den naturliga växthuseffekten gör att jordens medeltemperatur är +15 grader, istället för -18 grader. • Människan orsakar ökade utsläpp av växthusgaser: koldioxid CO2. Det leder till global uppvärmning.

23. Kolets kretslopp

24. Global uppvärmning • Orsaker? största orsaken är utsläpp av koldioxid från fossila bränslen. • Vad leder det till? Ändrat klimat! Högre medeltemperatur. Torrare på vissa ställen, mer regn på andra ställen. Översvämningar i länder som ligger nära havsytan, t.ex. Bangladesh. Klimatflyktingar! Sämre odlingsmöjligheter på vissa platser.

25. Vad gör vi åt den globala uppvärmningen ? • Vad tycker du? Diskutera två och två! En av er ger tre förslag på hur vi kan stoppa den globala uppvärmningen, och argumenterar för dem. Den andre är kritisk till dina förslag och argumenterar emot. Byt roller efter en stund.

26. LIVSMEDELSKEMI • Vi behöver: • Protein • Fett • Kolhydrater (tre grupper: socker, stärkelse, cellulosa) Dessutom: vatten, mineraler, vitaminer

27. Socker består av enkla sockerarter och sammansatta. De sammansatta sockerarterna består av två sockermolekyler som sitter ihop. De måste först sönderdelas i kroppen innan de kan tas upp av blodet. Ex. Enkla sockerarter:Sammansatta sockerarter Glukos (druvsocker) Sackaros (”vanligt” socker) Fruktos (fruktsocker) Laktos (mjölksocker)

28. STÄRKELSE Stärkelse: är flera tusen druvsockermolekyler som sitter ihop. De bildar långa, snurrade molekyler. Finns i t.ex. pasta, bröd, potatis. Ger energi. CELLULOSA Är också många druvsockermolekyler som sitter ihop. De sitter ihop på ett annat sätt så att det blir långa raka molekyler. De är skelettet i växterna. Kallas också för fiber. Ger ingen energi, men mättnadskänsla. Finns i grovt bröd, och grönsaker.

29. FETT Fett är uppbyggt av alkoholen glycerol och olika fettsyror. De är alltså estrar. Olika fett har olika fettsyror. De kan vara: mättade (bara enkelbindningar) omättade ( en dubbelbindning) fleromättade (flera dubbelbindningar). Fett är en viktig energikälla.

30. PROTEIN Protein är uppbyggt av aminosyror. Det finns 20 olika aminosyror som kan kopplas ihop på olika sätt. Därför finns det många olika proteiner. I magen sönderdelas proteinerna till aminosyror igen. De transporteras ut till kroppens olika delar där de kopplas ihop till de proteiner som behövs där. Proteiner i kroppen: t.ex. muskler, enzymer, hemoglobin, hormoner. En kedja av aminosyror