Organisk kemi

1. Organisk kemi Kemi direkt Organisk kemi – kolets kemi: sid. 82 – 116 Fotosyntes och cellandning: sid 119 – 121

2. Organisk kemi • Betyder kolets kemi, • Handlar om grundämnena kol (C), väte (H) men även om syre (O) i de tillämpningar vi kommer att gå igenom.

3. Kolets fyra former Diamant • Atomerna sitter ihop i ett stelt och stadigt nätverk. • Är det hårdaste materialet på jorden. • Används till slipning och i borrkronor. Grafit • Atomerna sitter ihop i olika lager. • Varje lager är kemiskt stabilt, medan plattorna sitter ihop med svaga krafter. • Används i blyertspennor och som smörjmedel till låskolvar. • Leder elektrisk ström Fulleren • 5- och 6-hörningar av kolatomer har satt ihop sig till något som liknar en fotboll. • Leder ström, kommer förmodligen användas inom nanotekniken. Grafen • Liknar grafit men består bara av ett lager kolatomer. • Leder ström. • Kommer finnas i supertunna, genomskinliga bildskärmar i framtiden.

4. Upphettat trä blir träkol • Träkol består till största delen av grafit, men lagren ligger huller om buller. • Bildas genom att trä upphettas utan tillgång till syre. • Förr i tiden användes kolmilor där ved täcktes över med mossa och sand och tändes på utan tillgång till syre – då bildas alltså träkol och tjära.

5. Kolväten • Kolföreningar finns i allt, tack vare att kol kan skapa 4 starka bindningar till andra atomer. • De kan vara ensamma, i par eller kolkedjor som kan vara raka, grenade eller ringformade och innehålla flera tusen kolatomer. • Består av enbart kol och väte. • Egenskaper: • Går inte att lösa i vatten • Brinner lätt i luft • Egenskaperna bestäms av antalet kolatomer.

6. Fossila bränslen och förnybara energikällor • All energi kommer från solen och även den energi som finns lagrad i de fossila bränslena kommer från början från solen. • Fossila bränslen kommer att ta slut förr eller senare och därför är det viktigt att vi söker efter nya alternativa energikällor, så kallade förnybara energikällor ex solenergi, energiskog, vindkraftverk, vattenkraftverk etc.

7. Tre former av fossila bränslen Fossila bränslen delas alltså in i tre olika former: • Råolja • Naturgas • Torv, brunkol och stenkol

8. Olja • Kallas också för: Bergolja/Råolja/mineralolja • En blandning av olika kolväten, allt från metan till asfalt. • Fraktionerad destillering är att man separerar kolvätena m.a.p. kokpunkt, dvs. man kokar ämnena så att de övergår till gasform. • För att kunna få ut mer bensin kan man sönderdela (krackning) långa molekyler till bensinmolekyler.

9. Raffineringstorn • Råoljan hettas upp och de olika delarna separeras tack vare sina olika kokpunkter. • Ju högre kokpunkt desto längre ned i tornet. • Asfalt består av minst 22 stycken kolatomer. • Paraffin består av lite färre kolatomer än asfalt.

10. Naturgas • Gas som finns i berggrunden. • Är en blandning av flera olika kolväten, mest metangas. • Finns i samma områden som oljan • Men det finns områden med enbart naturgas och där kan man utvinna gasen m.h.a. metoden ”fracking”.

11. Torv, brunkol och stenkol • Stenkol: • Består framförallt av döda växter som hamnat under sand och slam för miljoner år sedan. • Omvandlingen går i 3 steg: • Det bildas torv på ex en sjöbotten – tar några tusen år. • Torv täcks av sand och lera, pressas ihop = bildar brunkol efter 10-20 miljoner år. • Brunkolet omvandlas efter ytterligare några 100 miljoner år till stenkol.

12. Förbränning av fossila bränslen • Vid förbränning av fossila bränslen bildas koldioxid, vattenånga och värme. • Den koldioxid som bildas har inte funnits i atmosfären på lång tid och därför bidrar den till ökad medeltemperatur på jorden. Förbränning • Tex förbränning av bensin (oktan)i en bilmotor: Eller i ord: druvsocker + syrgas blir till koldioxid, vatten och energi Cellandning • Sker inuti kroppens celler = förbränning av mat: Eller i ord: druvsocker + syrgas blir till koldioxid + vatten + energi Fotosyntes • Sker i alla gröna växter: Eller i ord: koldioxid + vatten + energi blir till druvsocker och syrgas

13. Kolets kretslopp

14. Alkanserien enkelbindningar mellan kolen De första 4 kolvätena är gaser. De som har 5-15 långa kolkedjor är vätskor och de som är 16 kol eller längre är i fast form vid rumstemperatur. Alltså ju längre kolkedja – desto högre kokpunkt!

15. Metan – det enklaste kolvätet • Är en färglös och illaluktande gas. • Utvinns ur naturgas. (naturgas = blandning av flera olika kolväten) • Används som bränsle och som råvara för tillverkning av andra organiska ämnen. • Finns i träskmarker. • Är tillsammans med koldioxid och vattenånga en av de viktigaste växthusgaserna.

16. Etan • Är en brännbar färglös gas. • Finns i små mängder i naturgas och upplöst i råolja.

17. Propan och butan • Är färglösa och brännbara gaser. • Används i bordsbrännare och campingkök. • Kallas i vanligt tal för gasol.

18. Vanlig Butan = n-butan Grenad Butan = isobutan H H H H H C C C C H H H H H H H C H H H H C C C H H H H Kolkedjan kan ha grenar • Alla kolväten är inte ”raka” utan de kan faktiskt ha ”grenar” som går ut från huvudstammen. • Ex kan vara det enklaste förgrenade kolvätet Butan:

19. Kolkedjan kan ha grenar forts. • Det är alltså ingen skillnad i antal atomer mellan vanlig butan och den grenade butanmolekylen. • Men denna skillnad av kolatomernas placering gör att egenskaperna hos den grenade molekylen förändras så att den får en annan kokpunkt, kokar vid -17 C (grenad butan), jämfört med en vanlig butan som kokar vid 0 C. • Två sådana här molekyler, som innehåller lika många atomer av alla atomslag, men där atomerna sitter ordnadepå olika sätt, kallas för isomerer.

20. Dubbelbindningar och syreatomer ger nya ämnen • Kolatomer kan använda sina fyra bindningar på olika sätt. De kan nämligen göra dubbel- eller trippelbindningar till andra kolatomer och vips så har vi 2 nya serier att lära oss = alkenserien och alkynserien. • Båda dessa serier innehåller omättade kolväten.

21. Alken- och alkynserien

22. Eten och etyn Eten • En brännbar gas som framställs ur råolja. • Är den organiska kemikalie som det tillverkas och säljs mest av. Etyn • Brinner med en mycket het låga i syrgas som kan smälta stål, etyn används därför vid svetsning. • Kallas i dagligt tal för acetylen. • Används också för att tillverka plast.

23. alkoholer

24. alkoholer • Alkoholer är i grunden alkaner som fått ett väte utbytt mot en OH-grupp istället. • Men till skillnad från baser är inte alkoholer i sig basiska eftersom OH-gruppen sitter fast på en alkan och simmar inte runt på egen hand och ger basiska lösningar. • Alla alkoholer har i slutet av sitt namn ändelsen -ol.

25. metanol • Exempel på den enklaste alkoholen är Metanol (träsprit) som kommer från alkanen Metan men fått OH-gruppen och då blivit en alkohol. • Kan framställas genom torrdestillation av trä, men framställs idag industriellt från kolmonoxid och vätgas under högt tryck, hög värme och vissa hjälpämnen för att det ska fungera. • Är en färglös vätska som är mycket giftig. • När kroppen försöker bryta ned metanolen förstörs njurarna och levern. Synen påverkas också så att man blir blind. En person som druckit detta dör slutligen om han inte får motmedlet Etanol.

26. metanol Formeln är CH3OH

27. Etanol • Vanlig alkohol som finns i vin, öl, sprit. • Är faktiskt ett gift för kroppen då det dövar det logiska tänkandet och vår reaktionsförmåga. • När levern bryter ned etanol tillverkar den också fett, så om man dricker för mycket och ofta ersätts levern av fett och ärrvävnad så kallad skrumplever (fettlever också). • Bildas faktiskt när vi bakar bröd eftersom jästsvampar äter upp sockret i degen och bildar koldioxid och etanol. Men etanolen avdunstar pga ugnens höga temperatur. • Används idag även som drivmedel till bilar.

28. etanol • Formeln är C2H5OH

29. Två- och trevärda alkoholer De alkoholer som hittills har pratats om är de som har en OH-grupp. Men det kan naturligtvis bytas ut fler väte så att man får två eller trevärda alkoholer. Exempel på sådana är: • Glykol • Glycerol

30. 1. Glykol • Grunden är en etan men har två OH-grupper istället och det korrekta namnet är alltså etandiol, där distår för två. • Används i bilarnas kylarvatten för att det inte ska frysa på vintern. • Är mycket giftigt, skadar både njurarna och nervsystemet hos människor.

31. 2. glycerol • Är då i grunden en propan men här har tre väte bytts ut mot OH-grupper. Den heter då egentligen propantriol, där tristår för tre. • Kallas också för glycerin. • Är inte giftig – skapas även inne i kroppen på naturlig väg. • Är mycket bra på att behålla fukt och används därför i salvor, hudkrämer, tvålar, livsmedel, tobak.

32. karboxylsyror

33. karboxylsyror • Om ett extra syre plockas in på samma kol där en OH-grupp redan sitter då får vi en karboxylsyra. • Denna sorts syror är mycket vanlig och är svaga syror. De finns i naturligt i din kropp och i frukt och grönsaker. • Karboxylsyror med fler än sex kolatomer blir fasta ämnen. • En blandning av två långa syror är ex stearin (en blandning av palmitinsyra och stearinsyra). Stearinet smälter vid ca 70 C, sugs upp av veken och förångas till en gas som brinner = värmeljus och vanliga ljus. • Stearin används även för tvåltillverkning och som grund för olika salvor.

34. Etansyra = ättiksyra • Färglös vätska med skarpt stickande lukt. • En viktig råvara vid framställning av plast (polyeten) och konstfibrer. • Vin som får stå i öppna kärl omvandlas med hjälp av ättiksyrabakterier till vinäger. Denna vinäger kan man sedan destillera och få ut ren ättiksyra.

35. estrar • Om man blandar en alkohol med en karboxylsyra samt en katalysator får man en ester och vatten. • Det är estrarna som ger godis deras lukt och smak. Alkohol + Karboxylsyra Ester + Vatten

36. Katalysator • En katalysator är ett ämne som påskyndar en kemisk reaktion utan att själv förbrukas. • För att kunna tillverka en ester krävs att du även har en katalysator. • Vanligt i estertillverkningen är att katalysatorn är koncentrerad svavelsyra. • Katalysatorer finns ju även i bilar där de fungerar på samma sätt.

37. H H H O C C H C C H OH OH H H H H C H Estrar + Esterbindning H H O H2O H + H C C C O H H