Difference between revisions of "Opetus: Kemia"

From cod3v
Line 162: Line 162:
* NileRed https://www.youtube.com/watch?v=QmCdrDLyNXQ
* NileRed https://www.youtube.com/watch?v=QmCdrDLyNXQ
* Cody's Lab https://www.youtube.com/watch?v=NcaF2hwuwvw&feature=youtu.be
* Cody's Lab https://www.youtube.com/watch?v=NcaF2hwuwvw&feature=youtu.be
* Periodic Videos https://www.youtube.com/watch?v=89PCYdMRtjQ
* Periodic Videos https://www.youtube.com/watch?v=89PCYdMRtjQ [https://www.youtube.com/watch?v=jA_tde6lUHI The Acid Bathtub in Breaking Bad (reviewed by The Professor)]
 


=== Happamuus===
=== Happamuus===

Revision as of 00:53, 1 February 2023

Arviointi

Yleistä

7. lk: Aineet

Turvallisuus

Ominaisuuksia

Atomit

Suolakiteen synty: https://phys.org/news/2021-01-first-ever-atomic-resolution-video-salt.html

Bill Brysonin kirjasta ss 308-312 joitain huomioita:

92 “luonnollista” alkuainetta, parikymmentä labrassa tuotettua Jotkut ovat täysin tuntemattomia, esim astatiini (nro XX) koska on niin harvinainen. Kaikkein harvinaisin on frankium, alle 20 atomia maapallossa. Noin 30 alkuainetta ovat yleisiä, ja n. 6 ovat elämälle oleellisia.

Happi yleisin; n 50% maapallon kuoresta. Pii toiseksi yleisin. Titaani 10. yleisin. Kuparia on vähemmän kuin ceriumia jne. Alumiini on 4. yleisin alkuaine maapallossa; eli 10% kaikesta jalkojen alla olevasta on alumiini. Kuitenkin se keksittiin vasta 1800-luvulla (Humpry Davy), ja pitkään sen luultiin olevan hyvin harvinaista: Ranskan kuninkaalliset vaihtoivat hopea-astiat alumiinisiin. Hiili on 15. yleisin, vaikka maapallossa sitä on 0,048% kaikesta. Se on tärkeä, koska se on “party animal”, liittyy moneen muuhun atomiin, ja pysyy tiukasti kiinni: esim. proteiinit, dna.

Ihmisen 200 atomista 126 on vetyä, 51 happea, 19 hiiltä, 3 typpeä ja viimeinen atomi on joku kaikista muista. Rauta on tärkeää hemoglobiinin tekemiseen. Kobolttia tarvitaan B12-vitamiiniin. Kalium ja natrium tarvitaan hermostoon. Molybdenum, mangaani ja vanadiini tarvitaan entsyymeihin. Sinkki hapettaa alkoholin. Seleeni on hyvin tärkeää, mutta liika-annostus on tappava.

Evoluutio: Karja vaatii paljon kuparia, koska se on kasvanut siinä osissa Afrikkaa ja Eurooppaa, jossa kuparia on paljon. Lampaat ovat kasvaneet Vähä-Aasian vähäkuparisilla alueilla. Alkuaineiden sietokyky on verrannollinen niiden yleisyyteen maaperässä: tarvitsemme hyvin pieniä määriä harvinaisia alkuaineita, mutta jos niitä tulee liikaa. Huonosti tunnettua, esim. kukaan ei tiedä tarvitaanko arseenia vai ei.

Yhdisteet: happi ja vety palavat (ööh. . . ) herkästi, mutta yhdessä tulee vettä. Natrium on eräs epästabiileimmista alkuaineista (pudota pisara Na:ta veteen ja se räjähtää tappavasti) ja kloori on yksi myrkyllisimmistä (WWI:n myrkkykaasu, uimahallin silmät). Yhdessä tulee suola.

Jos alkuaine ole vesiliukoinen (ei luonnollisesti kulkeudu kehoon) se on (usein) myrkyllinen. Lyijy myrkyttää, koska emme ole tottuneet siihen kunnes se tuli lautasiin ja vesiputkiin (Pb: latinan plumbum -> plumbing). Roomalaiset maustoivat viiniä lyijyllä! Muutkin: elohopea, kadmium jne. “Ei-luonnolliset”, kuten plutonium hyvin myrkyllisiä: toleranssi plutoniumiin on nolla.

Joissain planeetoissa voi olla elohopea-meriä, ammoniakkipilviä jne.

R Feynman a posteriori -päätelmistä: “You know, the most amazing thing happened to me tonight. I saw a car with the licence plate ARW 357. Can you imagine? Of all the millions of licence plates in the state, what was the chance that I would see that particular one tonight? Amazing!”

Alkalimetallit vedessä-videoita:





Yhdisteet

Muutama yhdiste:

  • H2
  • O2
  • N2
  • Cl2
  • NO
  • H2O
  • NO2
  • CO2
  • Hiilihappo H2CO3
  • Natrium(bi)karbonaatti H2CO3
  • Natriumhydroksidi NaOH
  • Ammoniakki NH3
  • Suolahappo HCl
  • Glukoosi C6H12O6
  • Etanoli C2H6Oh
  • Bleach NaOCl

CAS-yhdistelista. https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_CAS_numbers_by_chemical_compound


Yhdisteitä on ehkä 1018-10200 kpl. Hiekanjyviä maapallolla on

Vesi

7. lk: Kemiallinen reaktio

Puhtaat aineet ja seokset

Liuos

Seos ja erotusmenetelmät

Kemiallinen reaktio

Palaminen

8. lk: Jaksollinen järjestelmä =

Atomi

Jaksollinen järjestelmä

Ionit

Suolat

Molekyylit ja kovalenttinen sidos

Yhteenveto

Atomi Ydin Elektronikuori Protoni Neutroni Elektroni Sähkövaraus Alkuaine Järjestysluku Ulkoelektroni Kuorimalli

Alkuaineiden jaksollinen järjestelmä Metalli Epämetalli Puolimetalli Ryhmä Pääryhmä Jakso Jalokaasu Oktettirakenne

Pistemalli Ioni Positiivinen ioni Negatiivinen ioni Metalli-ioni Epämetalli-ioni Ioniyhdisteen rakenneosa Kide

Ionisidos Ioniyhdiste Suola Suolan kaava Suolan nimi

Molekyyli Alkuainemolekyyli Molekyyliyhdiste Kovalenttinen sidos Elektronipari

8. lk: Hapot

Hapot ja emäkset raaka-aineina

Happo: Oksoniumioni, vedyn luovutus

Emäs: Hydroksidi-ioni, vedyn vastaanotto

Suolahappo HCl

  • - Ärsyttää silmiä, hengityselimiä
  • - tekee vaatteisiin reikiä, syövyttää ihoa
  • + mahaneste, pH = 1-2
  • + metallien puhdistaminen, kalkkiraidat
  • + paperi-, metalli- ja elintarviketeollisuus

Rikkihappo H2SO4

  • - voimakkaasti syövyttävä
  • + lannoitteet, räjähdysaineet
  • + öljynjalostus, tekokuidut
  • + lääkkeet

Typpihappo HNO3

  • - voimakkaasti syövyttävä
  • + lannoitteet, räjähdysaineet
  • + lääkkeet, väriaineet

Natriumhydroksidi (lipeä) NaOH

  • - syövyttävää
  • - liuottaa tehokkaasti rasvaa ja mm alumiinia
  • + pesu- ja puhdistusaineet
  • + selluloosa, paperi, viskoosi
  • + lääketeollisuus

Ammoniakki NH3

  • - pistävänhajuinen, väritön ja ilmaa kevyempi kaasu
  • + typpilainnoitteet
  • + jäähdytyslaitteissa, rakettien polttoaineena, metallurgia.

Neutraloituminen

Happo H3O+ pH<7
+ Emäs OH- pH>7
= happo + emäs H3O+ + OH- 2H2O

Esim. suolahappoa (HCl) + ammoniumhydroksia sekoitetaan. Mitä tulee?

Oksidi ja pH

Ilmakehä

8. lk Metallien kemia

Metallit

  • Heijastavat valoa
  • Johtavat hyvin sähköä, lämpöä (elektronien ansiosta).
  1. Au, Pt
  2. Ag
  3. Cu
  4. H
  5. Pb
  6. Ni
  7. Fe
  8. Zn
  9. Al
  10. Mg
  11. Na
  12. Ca
  13. K
  14. Li

Lejeerinkejä

  • Alpakka: Cu + Zn + Ni
  • Amalgaami
  • Auperseokset
  • Fieldin metalli: Bi + In + Sn (32,5 % : 51 % : 16,5 %).
  • Korukulta: Au + Ag + Cu
  • Lipowitzin metalli: Cd + Sn + Pb + Bi (3:4:8:15).
  • Messinki: Cu + Zn
  • Nikkelikupari: Cu + Zn + Ni
  • Pronssi: Cu + Sn
  • Rosen metalli: Sn + Pb + Bi (1:1:2).
  • Ruostumaton teräs: Fe+Cr
  • Valkokulta: Au + Ag + Pd
  • Valurauta: Fe + Cr + C
  • Woodin metalli: Cd + Sn + Pb + Bi (1:1:2:4)

Jännitesarja

Jaloin (Au, Pt) reagoi vähiten: Ei halua luopua elektroneistaan.

Epäjalompi (Li) reagoi enemmän: luovuttaa mieluusti elektronejaan.

  • Hapettuu
  • Sen (pari) pelkistyy

Esim. Pb2+ → Pb4+ + 2e-

Esim. Zn2+ → Zn2+ + 2e-

Esim. Cu2+ + 2e- → Cu

Esim. Fe + Cu2+ → Fe2+ + 2e- + Cu2+ → Fe2+ + Cu Mutta mistä tulee Cu2+-ioneja? Vaikkapa CuSO4-liuoksesta.

Esim. Fe + Cu2+ → Fe2+ + 2e- + Cu2+ → Fe2+ + Cu

Esim. Cu + 2Ag+ → Cu2+ + 2Ag

Paristo ja akku

Ilma-aukot. Metalli1 + paperieriste + metalli2.

Esim.

  • Grafiitti-sinkki -paristoja
  • Lyijyakut + rikkihappo
  • Ni-Cd
  • Ni-MH
  • Li-ioni, esim. Li-Co-O2.

Teräs

Outokummun propagandavideo:

Teräksen tuotantoa, pitkä hidas video mutta hienot kuvat:

Metallin sulattaminen sähköllä:

Järvimalmin kalastusta:

Raudan valmistusta perinteisin menetelmin:

Onko hämähäkin seitti tosiaan vahvempaa kuin metalli:

Kestääkö Iron Manin puku luotia?

Korroosio

Patinoituminen: 2Cu + O_2 → 2CuO. Sitten CuO + CO_2 → CuCO_3 patina.

Ruostuminen: Fe → Fe^{2+} + 2e^-. 4e^- + O_2 → 4OH^-. Fe^{2+} + 2OH^{-} → Fe(OH)_2. 4Fe(OH)2 + O2 → 2(Fe2O3 · H2O) + 2H2O.

Uhrimetalli:

  • Rautalaiva + sinkkiuhrit
  • Peltikatto + kuparinaulat?
  • Alumiinivene + sinkkiuhri?

Oksidikerros:

  • Alumiinioksidi: Al2O3
  • Sinkkioksidi: ZnO
  • Ruostumaton teräs: Cr2O3.

9. lk: Orgaaninen kemia

Hiili

Hiilen allotropoita:

  • Timantti
  • Grafiitti
  • Grafeeni
  • Fullereeni
  • Nanoputki

Hiilivedyt

Poolittomia.

Caption text
Metaani.

Kaasu. Eloperäisen aineksen mädäntyessä. Biokaasu. Maakaasu.

Etaani. Väritön ja hajuton kaasu. Eristetään maakaasusya ja maaöljystä. Käytetään eteenin valmistukseen. Muita ovat: vinyylikloridi, asetaldehydi, etikkahappo, kloorietaani, 1,1-dikloorietaani ja 1,1,1-trikloorietaani. Voidaan nesteyttää. Eteeni.

Väritön, hajultaan makeahko, ilmaa kevyempi erittäin helposti syttyvä kaasu. Useiden kemianteollisuuden tuotteiden raaka-aine, erityisesti muovien. Polyeteeni, maailman käytetyin muovi. Eteeniä klooraamalla saadaan 1,2-dikloorietaania (C2H4Cl2), josta valmistetusta vinyylikloridista (C2H3Cl) tehdään polyvinyylikloridi ((C2H3Cl)n). Eteenin reaktio bentseenin (C6H6) kanssa tuottaa etyylibentseeniä (C8H10), joka dehydrogenoidaan styreeniksi (eli fenyylietyleeniksi) (C6H5C2H3), joka polymeroidaan polystyreeniksi ((C8H8)n).

Käytettiin myös aikoinaan anestesiaan.

Kasvihormoni, sitä voidaan hyödyntää kasvituotannossa. Esimerkiksi hedelmäpuiden käsittely eteenillä saa hedelmät kypsymään samaan aikaan.

Etyyni eli asetyleeni. Väritön ja erittäin tulenarka kaasu, jolla on miellyttävä makea tuoksu.

Käytetään muun muassa hitsauksessa ja polttoleikkauksessa

Propaani. Väritön, hajuton ja tulenarka kaasu.

Valmistetaan tislaamalla maaöljystä tai -kaasusta. Käytetään nestekaasuna seoksena butaanin kanssa sekä joissakin spraymaaleissa.

Valmistetaan myös lukuisia yhdisteitä, kuten eteeniä, propeenia, propanolia, isopropanolia ja propanaalia.

Propaania käytetään joskus päihdetarkoituksessa imppaamalla.

Propeeni. Väritön, hajuton ja helposti syttyvä kaasu. Ilmaa raskaampaa.

Propeeni polymeroituu joutuessaan kosketuksiin muun muassa kloorin, fluorin, vetyhalidin ja metallikatalyyttien kanssa sekä lämpötilan tai paineen nousun seurauksena.

Käytetään eniten monomeerien valmistuksessä, useimmiten polypropeenin valmistuksessa. Propeenia käytetään myös muun muassa propyleenioksidin, asetonitriilin, kumeenin, isopropyylialkoholin, allyylikloridin, heptaanien, akryylinitriilin ja akroleiinin valmistuksessa.

Propeeniä käytetään polttoaineena teollisuudessa,

Propyyni. väritöntä, erittäin helposti syttyvää kaasua, jolla on tunnusomainen haju.

Suurin osa propyynistä käytetään metyylimetakrylaatin valmistukseen.

Butaani. Ilmaa raskaampi, väritön, tulenarkaa ja helposti nesteytettävä kaasu.

Yhdiste erotetaan tislaamalla maaöljystä tai maakaasusta tai krakkaustuotteista.[3]

Butaania käytetään nestekaasun (retkikeittimet, tupakansytyttimet, kaasuhellat). Myös krakkauksessa petrokemikaalien valmistusprosessissa tuotettaessa eteeniä, propeenia, butadieeniä ja isopropeenia.

Elintarvikkeissa butaania käytetään lähinnä pakkauskaasuna tai ponneaineena. Yleistynyt päihteenä

Buteeni. Väritön, hajuinen kaasu

muun muassa synteettisen kumin valmistuksessa.

Butyyni. 1-butyyni ja 2-butyyni.
Propaani. Väritön, hajuton ja tulenarka kaasu.

Tislaamalla maaöljystä tai -kaasusta.

Nestekaasuna seoksena butaanin kanssa sekä joissakin spraymaaleissa.

Valmistetaan myös lukuisia yhdisteitä (eteeniä, propeenia, propanolia, isopropanolia ja propanaalia).

Propeeni. Väritön, hajuton ja helposti syttyvä.

Suuri merkitys öljyntuotannossa.

Propeeni polymeroituu joutuessaan kosketuksiin muun muassa kloorin, fluorin, vetyhalidin ja metallikatalyyttien kanssa sekä lämpötilan tai paineen nousun seurauksena.

Propyyni. Väritöntä, erittäin helposti syttyvää kaasua, jolla on tunnusomainen haju.

Suurin osa propyynistä käytetään metyylimetakrylaatin valmistukseen. Metallien hitsauksessa ja karkaisussa.

Butaani. väritöntä, tulenarkaa ja helposti nesteytettävää kaasua.

Elintarvikkeissa isobutaania käytetään lähinnä pakkauskaasuna tai ponneaineena.

Buteeni. värittömiä, mutta niillä on ominainen hajunsa, ja ne syttyvät herkästi.

Buteenia käytetään muun muassa synteettisen kumin valmistuksessa.

Butyyni.

Tavallinen butaani on n-butaani. Haaroittunut butaani on isobutaani.


Octaani: C8H18 CH3(CH2)6CH3.

Olomuotoja

Alkoholit

Metanoli CH3OH.

  • Myrkyllinen, sokeuttaa
  • Liuotin, muovien ja liimojen valmistukseen
  • Polttoaine: Top fuel Nitrometaani CH3NO2 + metanoli.

Etanoli C2H5OH

  • Liuotin, puhdistusaine
  • Juoma, vaikuttaa keskushermostoon
  • Käymisreaktiolla: C6H12O6 -> 2C2H5OH + 2CO2

Etyleeniglykoli eli glykoli C2H5(OH)2

  • myrkyllinen (1/2 dl tappaa)
  • Jäähdytysneste

Propanoli C3H7OH

  • 1-propanoli: polttoaine
  • 2-propanoli
    • Kukissa, hajuaine
    • Pesu- ja desinfiointiaine
    • Etanolin denaturointiin
    • Sähkölaitteiden peseminen

Propyleeniglykoli eli C3H8O2 ja rakennekaava on CH3CHOHCH2OH.

  • Jäänesto ja jäänpoisto. Savukoneet
  • Ärsyttää silmiä ja voi aiheuttaa ihon herkistymisen
  • lisää ja ylläpitää lehmien ruokahalua

Glyseroli eli 1,2,3-propaanitrioli C2H5(OH)3

  • Ihovoiteissa, hammastahnoissa
  • Muovin pehmentimenä
  • Jäänestoaine

Butanoli C4H9OH

  • Myrkyllinen
  • Liuotin, ohenne, jarruneste
  • parfyymien pohja

Pentanoli: ksylitoli C5H7(OH)5

  • Koivusokeri, makeutusaine

Sorbitoli C6H14O6

  • Makeutusaine


Palamisreaktiot

2CH3OH +3 O2 = 2CO2 + 4H2 O
CH5OH +3 O2 = 2CO2 + 3H2 O

Karboksyylihapot

Metaanihappo (muurahaishappo) HCOOH

  • nokkosissa

Etaanihappo (etikkahappo) CH3COOH. E260

Etaanidihappo (oksaalihappo) (COOH)2

  • Raparperi, pinaatti, punajuuri, parsa, ketunleipä
  • (COO)2Ca eli reagoi luiden kalsiumin kanssa

Propaanihappo C2H5COOH. E280

  • Hidastaa homehtumista

Butaanihappo (voihappo) C3H7COOH.

  • Voin härskiintymisessä


Muita karboksyylihappoja

Rasvat

Sokerit

Proteiinit

Termit

  • Alkaani
  • Alkeeni
  • Alkyyni
  • Aminohappo
  • Aminoryhmä
  • Aromaattinen hiilivety
  • Bentseenirengas
  • Disakkaridi
  • Esteri
  • Esteriryhmä
  • Fruktoosi
  • Fullereeni
  • Glukoosi
  • Grafeeni
  • Härskiintyminen
  • Hemoglobiini
  • Hiilen alkuainemuodot
  • Hiilen allotroopit
  • Hiusten kihartuminen
  • Huovuttaminen
  • Kaksoissidos
  • Karboksyylihappo
  • Karboksyyliryhmä
  • Kasvihormoni
  • Käymisreaktio
  • Koageloituminen
  • Kolmoissidos
  • Laktoosi
  • Maakaasu
  • Maitosokeri
  • Mallassokeri
  • Maltoosi
  • Nanoputki
  • Orgaaninen yhdiste
  • Rasvahappo
  • Rasvaliukoiset vitamiinit
  • Ravintoaineet
  • Ruokosokeri
  • Rypälesokeri
  • Sakkaroosi
  • Selluloosa
  • Tärkkelys
  • Tyydyttämättömät hiilivedyt
  • Tyydyttyneet hiilivedyt
  • Valkuaisaine
  • Vitamiini
  • Yhteyttämisreaktio
  • Yksöissidos