Organisk kemi

Nedanstående innehåll är skapat av Mimers Brunns besökare. Kommentera arbete

Organisk kemi

Organisk kemi är den del av kemin som behandlar ämnen från djur och växtriket och infördes av Jöns Jacob Berzelius på 1800-talet. Då trodde man att det behövdes en livskraft för att ämnena skulle bildas, men idag så kan vi laborera med organiska föreningar utan någon livskraft. När man säger organisk kemi idag så vet vi att det är den del av kemin som behandlar kol och kolföreningar.

Kol

Kol är ett av våra viktigaste grundämnen. Rent kol förekommer i naturen i två olika former – grafit och diamant. Kol förekommer bl.a. i kläder, i smink, i mat, i trä och i plast. Det är kol som gör så att vi lever. Kol är grunden till allt liv på jorden.

Diamant, grafit och träkol

Kol förekommer i tre olika former diamant, grafit, och fulleren. Det som skiljer de här tre åt är att de är ihopkopplade på olika sätt. Diamantens nätverk är stelt och stadigt och alla kolatomer sitter ihop med varandra så att så att diamanten blir en jättemolekyl. Det är anledningen till att diamanten är det hårdaste ämnet som finns. Grafit är däremot ett mjukt ämne. Grafit är en kristall av kol där atomerna bildar sexkantiga former med raka ytor.
Inom lagren sitter atomerna ihop hårt men mellan lagren sitter de ihop lösare. Det behövs alltså ingen större kraft för att lagren ska lossna från varandra. Detta gör att när man drar en grafit bit mot någonting så lämnar det ett svart streck efter sig. T.ex. när vi skriver så pressar vi inte pennan så hårt men grafiten faller av i alla fall och så bildas det svart text eller svarta streck. Träkol är ett svart och poröst material som framställs genom upphettning av trä i en syrefattig miljö, det som kallas torrdestillation. Träet börjar inte brinna utan det glöder om man däremot använder syretillförsel så sker en förbränning. Det är luften som underhåller denna förbränning. Vid torrdestillation får man brännbara vätskor och gaser som kan samlas upp och tas till vara. De används till framställning av tjära, träsprit och ättiksyra. När man torrdestillerar så blir det träkol över. Det används som bränsle. Grillkol framställs också på detta sätt.

Kolatomens kretslopp

Kolets naturliga kretslopp börjar i atmosfären där kol finns i formen koldioxid (CO2). Atmosfären innehåller ca: 0,037 % koldioxid. Växterna tar upp koldioxid och omvandlar det till kolhydrater tack vare fotosyntesen. Vid denna process frigörs syre från växten. Växterna äts i sin tur av levande varelser och när födoämnena förbränns, bildas koldioxid som vi andas ut. Koldioxiden når senare atmosfären och är tillbaka där det hela började.
När döda växter och djur förmultnar bildas koldioxid som sedan förs tillbaka till atmosfären. Allt kol förs inte tillbaka till atmosfären utan en hel del går ner i marken där de lagras under en mycket lång tid. Det är när kolet har överlagrats av andra jordlager där det börjar bildas bl.a. gas och olja. Detta tar flera miljoner år

Fossila bränslen

Fossila bränslen är råolja, stenkol, och brunkol, och alla dessa har bildats av djur och växter som dog för hundratals miljoner år sedan. Först dog djuren eller växterna, sedan samlades de som slam på botten av hav, sjöar eller i träskmarker. Resterna av de döda djur och växter hamnade på ett ställe där det inte fanns syre. De pressades samman av ett stort tryck och utsattes för värme. De omvandlades inte till koldioxid utan förvandlades på andra sätt.

Råolja

Råolja innehåller många olika sorters kolväten och för att kunna använda råoljan så måste man först raffinera den ( dela upp den i ”grupper”). Varje sådan grupp kan användas till speciella syften t.ex. bensin, eldningsolja eller asfalt. Reningen av råolja görs i ett oljeraffineri.
Destillation är en bra separerings metod eftersom de olika kolvätena har olika kokpunkter. Separationsmetoden går till så att man först hettar upp oljan så att alla kolväten blir till gasform. Gasen förs till ett stort ”torn” där temperaturen sänks ju högre upp man kommer. Stora kolväten med hög kokpunkt kondenseras till vätska redan på botten av ”tornet”. Små kolväten med låg kokpunkt blir till vätska högre upp i tornet. Ju högre upp gasen kommer desto lägre kokpunkt har den. Genom denna metod så får man nu upp en rad olika grupper (fraktioner) av kolväten. Metoden kallas för fraktionerad destillation.

Asfalt och paraffin

I tornets botten får man ut de kolväten som är tyngst med minst 20 kolatomer. Efter ytterligare några steg kan man dela upp fraktionen i bl.a. asfalt och paraffin. Asfalt används självklart till vägbeläggning men det används till andra saker också t.ex. för att tillverka takpapp, för vattenisolering av husgrunder och som rostskydd av järnrör. Paraffinets kolväten är mindre än asfaltens. Råparaffin används impregnering av träfiberplattor och presenningar. Paraffin kan användas som vax utanpå ostar och används som en vanlig ingrediens i hudkrämer och andra kosmetikaprodukter. Man kan även använda det för att skydda det mot mögel och bakterier genom att gjuta ett tätt lock på sylten.

Tunga oljor

Smörjolja har 17-21 kolatomer. Man använder den bl.a. för att smörja maskiner och motorer och man kan även använda det för dörrar som gnisslar när man öppnar och stänger dem. Ur smörjoljans fraktion kan man även få ut tunga eldningsoljor. Skillnaden mellan tung och lätt eldningsolja är den att tung eldningsolja har större molekyler och att den är mer förorenad av svavel och det gör så att det bildas svaveldioxid när man eldar med den.

Diesel

Dieseloljans kolväten har 13-17 kolatomer och den används i dieselmotorer som bränsle i båtar, lastbilar och i bussar.

Fotogen

På 1800-talet var bara lampfotogen intressant bland människor men idag så används det bl.a. för lampfotogen, flygbränsle i jetplan och lösningsmedel för färger och medel för insektsbekämpning.

Gasformiga kolväten

Högst upp i tornet så kommer de gasformiga kolvätena som har 1-4 kolatomer. De kondenserar inte ens vid rumstemperatur.



Bensin

Bensin anses vara den viktigaste och värdefullaste fraktionen sedan 100 år tillbaka i tiden. Bensin har 5-12 kolatomer men man måste jobba ytterligare på den för att få fram den bensin som passar alla moderna användningsområden. Bensin används bl.a. i bilar, som flygplansbränsle och i kemisk tvätt.

Kolväten

Kolväten består endast av grundämnena kol (C) och väte (H). Kolväten finns i fast form som t.ex. asfalt, vax och paraffin. Så finns det även i flytande form och i gasform och ex. för flytande form är bensin och ex. för gasform är metan (CH4) och etan (C2H6). Kolväten används för uppvärmningsändamål eftersom det innehåller stora mängder med energi och så brinner det lätt i luft. Vid förbränning av kolväten så bildas koldioxid (CO2). Metan är en illaluktande och färglös gas som är väldigt brännbar. Metan bildas då organiskt material förmultnar. Det förekommer ofta i sopptippar och sumpmarker och därför så kallas den även för sumpgas. Den största betydelsen metan har är som bränsle inom industrin och för uppvärmning av hus. Etan är också ett kolväte men i gasform. Det finns i naturgaser och i råolja. Den kemiska formeln för etan är CH2H6. I etan så binder två kolatomer som samtidigt binder tre väteatomer vardera. Propan är en annan gas som också förekommer tillsammans med butan i råolja och naturgas. Propan har den kemiska formeln C4H10. Propan brinner mycket lätt med en varm låga så därför används den som bränsle.

Metanserien

Efter de fyra första kolvätena i metanserien så kommer man till de grekiska räkneorden. T.ex. Pentan = fem, hexa = 6, hepta = 7, okta = 8 och så vidare.

Långa kedjor

Ämnets kokpunkt och smältpunkt blir högre ju längre kolkedjan är. Om kolkedjorna blir ännu längre så bildas det fasta ämnen och det kan man hitta i asfalt och paraffin.



Kolkedjans grenar

Kolkedjor brukar oftast vara raka men det finns även grenade kolkedjor. Men eftersom molekylerna har olika form så får de också olika egenskaper. Det är t.ex. svårare att få grenade molekyler till fast form eftersom det är svårare att stapla ihop de. N-butan (normalbutan) har rak kolkedja och kokar vid 0°C men den grenade formen av butan (isobutan) kokar redan vid -17°C. Butan används som bränsle i cigarettändare. Butan och isobutan används som förpackningsgas i livsmedel.

Alkohol

Metanol har den kemiska formeln CH3OH

Metanol och metan är nästan uppbyggda på samma sätt, skillnaden är bara att metan har fyra väteatomer (H) och en kolatom (C) medan metanol har bytt ut en väteatom mot en OH-grupp så att den har tre väteatomer, en kolatom och en OH-grupp. Det man gör med alla alkoholer är att man tar bort en väteatom och sätter dit en OH-grupp.
Man kan framkalla träsprit från metanol genom torrdestillation, men det krävs hög värme, högt tryck och många hjälpämnen. Metanol är en färglös och giftig vätska. Många har druckit metanol och trott att det var ”vanlig” alkohol, etanol.
Om man dricker metanol så kan man dö eller bli blind pga. att hjärnan och levern skadas. Själva metanolen är inte det skadlig utan det farliga är att kroppen försöker bryta ner den och då bildas formalin som skadar ögonen och nervsystemet. Det enda motgiftet som finns om man har druckit metanol är ren alkohol. Varje gång man dricker alkohol så ändras leverns reaktion så att den kan bryta ner alkoholen. Men när levern försöker bryta nej alkoholen så bildas även fett. När man dricker mycket alkohol så förstörs levern och ersätts av fett och ärrvävnad. Metanol används till mycket saker bl.a. vid framställning av vissa plaster, och som lösningsmedel i lacker och som råvara vid framställning av formalin. Både etanol och metanol används som lösningsmedel för många färger och lacker.
Nästa ämne i metanserien är etan och eftersom man sätter dit – ol på alla alkoholer så heter den etanol.
Samma sak på etanol som på alla alkoholer man tar bort en vätejon och lägger till en OH-grupp.
Visste du att alkohol uppfanns av en persisk kemist för ca 1000 år sen.

Glykol

Glykol är en söt, färglös, vattenlöslig, trögflytande och giftig vätska. Den används bl.a. för att framställa polyesterfibrer, kylmedel och även som frostskyddsvätska i motorer. Glykol har etan som stamkolväte. Glykol används mycket inom flygbranschen där den skyddar vingarna från is på vintern. Glykol är som etanol fast med två OH-grupper istället för en. Det är en OH-grupp bunden till två stycken kolatomer. Den kan kallas för etandiol och man kan genom det namnet höra hur glykol är uppbyggd: Etan står för att två kolatomer har en enkelbindning mellan sig, di står för två och -ol står för OH-förening. Etandiol har alltså två kolatomer och två OH-föreningar och då blir formeln C2H4(OH)2. Glykol har en lägre fryspunkt och kan därför blandas i bilarnas kylarvatten för att inte kylaren ska frysa sönder på vintern. Glykol är mycket giftigt och det räcker att dricka små mängder för att döda en människa. Även de luktfria ångorna är giftiga. Kokpunkten är 197°C och fryspunkten är -17°C

Glycerol

Glycerol är en av de mycket få alkoholer som inte är giftiga. Det bildas inne i kroppen för att bearbeta fetter och kolhydrater. Det är en söt, trögflytande, lukt- och färglös vätska som har förmågan att binda fukt. Därför används den i livsmedel, tobak, salvor och hudkrämer. Den används även till dynamittillverkning. Ett av glycerolens största tillverkningsområde är sprängämnet nitroglycerin. Nitroglycerin är en ester som exploderar väldigt lätt. Tack vare denna egenskap kan den användas som blodkärlsvidgande medicin för människor med trånga blodkärl. Glycerol har tre OH-föreningar. Den kallas också propantriol eftersom den har tre kolatomer och tre OH-grupper. Varje kolatom har i sin tur en OH-förening bunden till sig. Formeln blir då C3H5(OH)3. Glycerol har propan som stamkolväte. Kokpunkten är 290°C och fryspunkten 18°C.

Syror

Den enklaste syran är myrsyra, också kallad metansyra och har formeln HCOOH. När vätejonen släpps iväg kallas myrsyran formiatjon och får då formeln HCOO-.
Efter myrsyra kommer ättiksyra (etansyra) som finns i ättika. Ättiksyran är en färglös syra med skarpt stickande lukt. Det är en viktig råvara vid framställning av plast och konstfiber. Ättiksyra har en likadan kolatom som myrsyran, men den har också en till kolatom som binder tre väteatomer. Molekylformeln blir därför CH3COOH.
Det finns två sätt att framställa ättiksyra: industriellt eller naturligt. På det industriella sättet låter man etanol reagera med syre eller så låter man eten reagera med syre och vatten. Men i båda fallen måste andra ämnen användas för att få dem att reagera med varandra. På det naturliga sättet låter man vin stå öppet. Alkoholen reagerar då med syret i luften och det bildas vinäger. Vill man ha ren ättiksyra destillerar man vinägern. Koncentrerad ättika (isättika) stelnar vid +17°c. Andra exempel på karboxylsyror (syror med två syreatomer på samma kolatom) är parfym, stearin och härsket smör.
Ska man framställa en karboxylsyra utgår man oftast från dess alkoholmotsvarighet. En karboxylsyra har oftast två namn, ett kemiskt namn som berättar hur den är uppbyggd och ett annat som visar var den förekommer.
När karboxylsyror har över 10 kolatomer kallas de för fettsyror och har syran fler än 6 kolatomer är den i fast form.

Ester

Estrar bildas av att en karboxylsyra och en alkohol blandas. Då får man samtidigt vatten (H2O). Om man blandar t.ex. etansyra (CH3COOH) med etanol (C2H5OH) så får man eyylacetat (CH3COOC2H5) och vatten. Estrar är färglösa vätskor som påminner om frukt. Estrar avdunstar väldigt lätt och har oftast god lukt och smak. Man använder oftast estrar för att smaksätta karameller och bakverk och även i fruktdrycker som inte innehåller kolsyra som t.ex. ”mer” och ”festis”.

Näringsämnen

Proteiner, kolhydrater och fetter bygger upp din kropp och finns i din mat. I magen delas de här upp i mindre molekyler som blodet sedan tar med runt i kroppen. Cellerna använder molekylerna för att bygga upp din kropp så att kroppen ska få energi.

Fetter

Fetter är viktiga för kroppen bl.a. för att kroppen ska få energi och för att kroppen ska kunna få de fettlösliga vitaminerna som är livsviktiga. Fetter används bl.a. till energireserver, värmeisolering och som byggstenar i kroppen. Kroppen använder fett som energireserv eftersom fett innehåller mest energi av alla näringsämnena (mer än dubbelt så mycket som proteiner och kolhydrater). Fett finns även i djur och växter. Djurets fetter kallas för animaliska fetter och växternas fetter brukar kallas för vegetabiliska fetter. Animaliska fetter finns i bl.a. kött, smör, ost och mjölk. Vegetabiliska fetter finns i bl.a. bönor, oliver, jordnötter och majskorn. Varje fettsyra innehåller en lång kolvätekedja. Feta ämnen har en lång kolvätekedja. Glycerol är alltid den alkohol som ingår i fettestern. Glycerol har tre OH-grupper och kallas därför för trippelalkoholen. Alla tre OH-grupperna esterbindas med var sin karboxylsyra, och då blir resultatet ett fett. Karboxylsyrorna kan vara olika men det brukar handla om de långa syrorna, fettsyror som har 16-30 kolatomer. Det vanligaste är oljesyra som har 18 kolatomer och en dubbelbindning.

Kolhydrater

Kolhydrater som strösocker, potatismjöl och trä är uppbyggda av samma byggstenar. De är uppbyggda av olika sockermolekyler till längre eller kortare kedjor. Kolhydrater är en väldigt viktig grupp kolföreningar som bildas i växter. De flesta kolhydrater omvandlas till glukos i kroppen och det behövs för att kroppen ska få energi. När man får energibrist så bildar kroppen glukos från aminosyror, glycerol och mjölk syra. De långsamma kolhydraterna får vi bl.a. från pasta, ris och baljväxter och de snabba kolhydraterna får vi bl.a. från sockerrika drycker, godis och marmelad.

Druvsocker (glukos)

Druvsocker har inte lika samma söthet som vårt vanliga strösocker som vi använder till vardags. Druvsocker(glukos) hittar man i söta frukter och bär och självklart i druvor. Druvsocker fungerar ungefär som växelpengar för energi i kroppen mellan olika celler och kroppsdelar. Glukos transporteras i blodet för att ge energi från en del i kroppen till en annan.

Disackarider

Disackarider är gjorda på så sätt att två molekyler av enkla sockerarter sitter fast i varandra och bildar en större molekyl. Den kemiska formeln blir då C12H22O11 eftersom det samtidigt lossnar en vattenmolekyl. Ex. på disackarider är det viktiga rörsockret och mjölksockret. Den viktigaste är rörsockret eller sackaros som är vårt vanliga socker. Varje rörsockermolekyl är byggd av en druvsockermolekyl och en fruktsockermolekyl. På 1800-talet upptäckte bi sockerbetor här i Sverige som innehöll lika mycket socker som sockerrör. Innan det så fick vi sockret genom sockerrör som bara finns i varma klimat.

Stärkelse

När växterna har fått för mycket energi så sparar de energin i form av stärkelse. Det får palts mer energi i fett än stärkelse men stärkelse är så praktiskt eftersom den är byggd direkt av glukos byggstenar. Det gör att det lätt går att omvandla glukos till stärkelse och omvandla stärkelse till glukos när växterna behöver energi. Glukosenheterna i stärkelsen sitter ihop i väldigt långa kedjor och det kan vara upp till 1000 bitar i varje molekyl. Polysackarider kallas alla sådana stora kolhydrater och poly betyder ”många” så det blir alltså många sackarider. Det finns även mycket stärkelse i potatis och potatismjöl är nästan helt ren stärkelse.

Cellulosa

Cellulosa är väldigt viktigt för att det är cellulosa som stödjer alla träd och växter. Cellulosa är som trädets skelett eftersom det är cellulosa som får trädet att stå och inte falla ihop. Cellulosa är ett stödjande ämne som träden använder i sina cellväggar. Cellulosa består av druvsockermolekyler i väldigt långa kedjor där syreatomerna är åt alla håll så att den ska hålla sig rak. Cellulosa består precis som stärkelse av långa kedjor med glukosmolekyler. Stärkelse kan få upp till 1000 bitar i varje molekyl medan cellulosa kan få ända upp till 3000 bitar i varje molekyl. Men den viktigaste skillnaden mellan de här två är att cellulosamolekylens bindningar som håller ihop glukos delarna är vända bak och fram jämfört med stärkelsens bindningar. Det gör att de får olika egenskaper. Vår tarm kan inte lösa upp de bak och framvända bindningarna. Det gör att den cellulosa som vi får med oss i maten inte kan delas sönder till glukos och då går det inte att använda den som bränsle. Växtcellerna i trä är döda och kvar finns cellväggarna som är byggda av cellulosafibrer. De klistras ihop av vedämnet lignin.
Bomull och lin består nästan av ren cellulosa. Cellulosa används bl.a. till papper och bomull.

Proteiner

Proteiner gör två mycket viktiga saker. Proteiner används till att bygga upp kroppens delar, och enzymerna som sköter om de k...