Kolets kemi Kolfreningar alkoholer syror estrar kolhydrater fett

Kolets kemi Kolföreningar, alkoholer, syror, estrar, kolhydrater, fett, proteiner…

Kolets kemi – Kallas även ”livets kemi” eftersom allt som är eller har varit levande, är uppbyggt av kolföreningar – Exempel: Djur, växter, plast, blommor, fett, bensin, hudkräm, stearin, alkohol, naturgas/biogas – Det finns nästan 20 miljoner kända kolföreningar

Unika egenskaper hos kol Kol är det enda ämne som kan binda till sig maximalt fyra andra atomer… C …och kan bilda näst intill oändligt många olika sorters molekyler!

Hur fungerar det? 1. Kolets kretslopp börjar med att koldioxid i luften tas upp av en växt och omvandlas till socker i fotosyntesen. Växten äts av ett djur som förbränner sockret och andas ut koldioxid. En växt tar upp koldioxidet och allt börjar om igen. 2. En del av kolet som djuret få i sig blir byggstenar i djurets kropp. När djuret dör, omvandlar nedbrytare (maskar, svampar, bakterier) byggstenarna till koldioxid. Koldioxiden kommer ut i luften och tas upp av en växt. 3. Om döda växter och djur inte äts upp av nedbrytare, kan kolet lagras under jorden under lång tid som t. ex. olja. När vi förbränner oljan bildas koldioxid som kommer ut i luften och tas upp av en växt. 4. Koldioxid finns också löst i hav och sjöar.

Tänkvärt… Eftersom kolet aldrig förstörs utan går runt i olika kretslopp, kan det hända att när du åt din frukost idag, fick du i dig en kolatom suttit i en dinosaurie!

Ämnen som bara består av kol

Kol finns i tre naturliga former i naturen: • Grafit • Diamant • Fulleren

Grafit • • Ett svart och mycket mjukt ämne. Används i blyertspennor Leder elektricitet Bra som smörjmedel

Hur ser grafit ut? Varje kolatom binder till tre andra kolatomer i ett sexkantigt mönster. Mönstren bildar skikt som ligger ovanpå varandra. Inom skikten binder atomerna starkt till varandra. Mellan skikten är bindningarna svaga.

Hur fungerar pennan? När du skriver går de svaga bindningarna sönder och kol fastnar på pappret!

Diamant • Diamant är det hårdaste av alla kända mineraler. • Används i smycken. • Är färglös. Att den gnistrar i smycken beror på att den slipas. • På grund av hårdheten används diamanter i borrar. • Leder inte elektricitet.

Hur ser diamant ut? Varje kolatom binder till fyra andra kolatomer. Alla bindningar är lika starka. Därför är diamant världens hårdaste ämne.

Fulleren Varje kolatom binder till tre andra kolatomer i form av ett klot.

Andra former av kol • Aktivt kol: Kol som behandlats så det kan suga upp olika ämnen, t. ex. smak-, lukt-, färg-, och vissa giftämnen. Används bl. a i kolfilterfläktar och vid akuta förgiftningar. • Träkol till grillen: Tillverkas genom att hetta upp trä utan att det börjar brinna (utan syretillförsel).

Andra former av kol forts. • Nanorör: Plana grafitskikt av vilka rullar kan formas. Användning: Starkt och lätt byggmaterial, högpresterande datorer. • Grafen: Ytterst tunna skikt av grafit (endast en(!) atom tjocka). Är otroligt starkt, böjligt och har mycket bra ledningsförmåga. Användning: Böjbara smartphones (kan fästas runt handleden), ultralätta och energisnåla flygplan, supersnabba datorer. Gav Nobelpriset i fysik 2010!

Kolväten – Ämnen som består av kol och väte

Kolväten är en grupp ämnen som består av kol- och väteatomer. Eftersom många kolväten är energirika används de i olika bränslen: T. ex. Olja, bensin, fotogen, gasol och naturgas. Vid förbränning av kolväten bildas vatten och koldioxid.

Farosymboler • Explosiva – Kan explodera om de utsätts för slag, friktion, gnistor eller värme. – Måste hanteras varsamt. • Mycket brandfarliga – Kan brinna våldsamt vid antändning eller värmetillförsel. – Vissa självantänder i luft.

Farosymboler • Miljöfarliga – Giftiga för vattenlevande organismer på kort eller lång sikt

Kolväten Består naturligtvis bara kol- (C) Kolväten används utav tex i tändare och som väteatomer (H) och lösningsmedel • Kolväten kan man rita på många sätt • Kol avbildas oftast svart • Väte avbildas oftast vitt H H C H H

Viktiga kolväten – – – – – CH 4 C 2 H 6 C 3 H 8 C 4 H 10 C 5 H 12 C 6 H 14 C 7 H 16 C 8 H 18 C 9 H 20 C 10 H 22 Metan Etan Propan Butan Pentan Hexan Heptan Oktan Nonan Dekan Metan Etan Hexan Formel för att beräkna antalet Coch H-atomer: Cn. H 2 n+2

Strukturmodeller 1 kol + 4 väte Metan 2 kol + 6 väte Etan 3 kol + 8 väte Propan 4 kol + 10 väte Butan 5 kol + 12 väte Pentan

Egenskaper och användning • Metan, propan och butan (de fyra första kolvätena) är gasformiga vid rumstemperatur. • Metan ingår i naturgas och biogas. Naturgas utvinns från källor på land eller på havsbotten. Biogas utvinns från slam i reningsverk och i hushållsavfall. Används som drivmedel för bussar och bilar. • Propan och butan ingår i gasol, en gas som används i gasolkök i t. ex. husvagnar och båtar. Du använder också gasol i labsalen!

Egenskaper och användning (forts) • Bensin består av kolväten med 5 -10 kolatomer. Är vårt vanligaste motorbränsle. • Fotogen består av kolväten med 11 -15 kolatomer. Finns i fotogenlampor och i flygplansbränsle. • Diesel består av kolväten med 10 -22 kolatomer. Används i olika typer av dieselmotorer. • Asfalt och paraffin är exempel på fasta kolväten med många kolatomer.

Oljeraffinaderier – utvinning av olika kolväten från råolja Oljeraffinaderi Mi. RO i Karlsruhe, tyskland

Fraktionerad destillation • I oljeraffinaderier bearbetas oljan: – Oljan upphettas till 400°C – Största delen förångas – Gaserna kondenserar vid olika temperaturer • • Tjockolja ≈ 370° C Diesel ≈ 300° C Fotogen ≈ 200° C Bensin ≈ 150° C – Gasol avleds i kolumnens topp – Flytande rester bearbetas vidare till smörolja, paraffin, asfalt mm

Fossila bränslen Råoljan som används för att utvinna våra vanliga bränslen, bildades för miljontals år sedan av döda växter och djur. Istället för att brytas ner omvandlades kolföreningarna i deras celler till olja, naturgas och kol. (Fossil = växter- och djurdelar som bevarats i sand och slam. ) Fossila bränslen är ingen ”hållbar energikälla”. Man beräknar att de kommer att ta slut inom överskådlig framtid. Dessutom bidrar förbränning av fossila bränslen till den globala uppvärmningen.

Alkoholer – Ämnen som består av kol, väte och syre

Egenskaper – Alkoholer är kolväten där en (eller flera) väteatomer är ersatta med OH-grupper, dvs. ett syre (O) och en väteatom (H). – I stamkolvätens namn tillfogas då ett -ol i slutet (t. ex. kolvätet metan blir alkoholen metanol). – Alkoholer är flytande eller fasta vid rumstemperatur. – De flesta alkoholer är brännbara. – Används som bränsle, bakteriedödande medel, lösningsmedel och i spritdrycker.

Viktiga alkoholer • • Metanol Etanol Glykol Glycerol CH 3 OH C 2 H 5 OH C 2 H 4(OH)2 C 3 H 5(OH)3

Metanol – Kallas också träsprit – Extremt giftigt även i små mängder: Orsakar nervskador (t. ex. blindhet) eller i värsta fall död. Kan finnas i sprit av dålig kvalitet (t. ex. hembränt). – Bränsle i bilmotorer

Etanol – I alkoholhaltiga drycker, bränsle (t. ex. E 85), T-sprit. – Giftigt/hälsoskadligt, dock inte akut giftigt i små mängder. – Framställs genom jäsning av druvor, säd eller potatis.

Glykol – Innehåller två OH-grupper. – Sänker vattnets fryspunkt. Används därför i bilars kylarvätska och för att avisa flygplan. – Mycket giftigt: Kan orsaka njurskador och död!

Glycerol - Innehåller tre OH-grupper. - Fuktbevarande. Används därför i hudvårdsprodukter. - Finns naturligt i kroppens fetter.

Organiska syror och estrar

Egenskaper – Organiska syror bildas när alkoholer oxideras (reagerar med luftens syre). – Alla organiska syror innehåller en karboxylgrupp, en COOH-grupp. – I stamkolvätens namn tillfogas då ett -syra i slutet (t. ex. kolvätet metan blir den organiska syran metansyra). – Finns i många syrliga frukter, t. ex. citron, vindruvor, äpplen. – Används vid inläggningar (t. ex. inlagd gurka) och som konserveringsmedel (t. ex. saft och sylt).

Jämför kolväte, alkohol och syra Kolvätets namn och struktur metan Alkoholens namn och struktur metanol Namn och struktur på den organiska syran metansyra eta ra nol nsy eta n eta

Jämför kolväte, alkohol och syra forts Kolvätets namn och struktur H H C H H metan Alkoholens namn och struktur Namn och struktur på den organiska syran H O H C OH H metanol metansyra

Viktiga organiska syror Några organiska syror som förekommer naturen: • • • Metansyra = Myrsyra Etansyra = Ättiksyra Butansyra = Smörsyra Oxalsyra = I t. ex. rabarber Bensoesyra = I t. ex. lingon i

Estrar • Finns naturligt i frukter men kan också tillverkas på kemisk väg. • Bildas av en syra och en alkohol • Används som lukt- och smakämnen i t. ex. glass, godis, läsk och bakverk. ester syra alkohol + + vatten