kjemiske bindinger og karbonkjemi Flashcards
atom
er den minste delen av et grunnstoff som fortsatt har de kjemiske egenskapene til grunnstoffet. Byggesteinene i atomet er tre partikler: elektronet, protonet og nøytronet. Atomet består av en positivt ladd atomkjerne og negativt ladde elektroner som beveger seg rundt kjernen i stor avstand fra den.
Grunnstoffer
Et grunnstoff er et stoff som består av én type atomer (det vil si atomer som inneholder kjerner med samme antall protoner). I dag kjenner vi til 118 forskjellige grunnstoffer.
Periodesystemet
I periodesystemet er grunnstoffene ordnet etter økende antall protoner i kjernen. Periodesystemet er inndelt i loddrette grupper og vannrette perioder
I periodesystemet finner du informasjon om de 118 forskjellige grunnstoffene vi kjenner i dag. De 92 første grunnstoffene finner vi i naturen, mens resten er laget i laboratorier.
Edelgasstruktur
Når et atom har åtte elektroner i det ytterste skallet, sier vi at det har edelgasstruktur. Åtteregelen er at atomene skaffer seg åtte elektroner i det ytterste skallet ved å danne bindinger med andre atomer.
metaller, ikke-metaller, halvmetaller
Til venstre i periodesystemet finner du alle metallene. Ikkemetallene står til høyre. Mellom metallene og ikke-metallene finner du halvmetallene.
de 20 første grunnstoffene i periodesystemet
HåHe (1. hydrogen, 2.helium)
LiBeB (3.litium, 4.beryllium, 5. Bor)
CNOFNe (6. karbon, 7.Nitrogen, 8. Oksygen, 9. fluor ,10. Neon)
NaMgAl (11. natrium, 12. Magnesium, 13. aliminuim)
SiPSClAr (14. silisium, 15. fosfor, 16. svovel, 17. klor, 18. Argon)
KåKe (19. kalium, 20. Kalsium)
Skallmodellen
er en modell som forklarer at et atom har en kjerne innerst. Rundt kjernen beveger elektroner seg i baner, eller elektronskall. skall nr 1 har plass til 2 elektroner og resten av skallet har plass til 8.
elektronskymodell
atomet er oppbygd med en kjerne av protoner og nøytroner med elektroner som beveger friere og som viser hvor det er mest sannsynlig å finne elektronene
Elektronprikkmodell
modell som viser ytterelektronene i kovalente bindinger med prikker eller kryss rundt atomsymbolene.
Strukturformel
illustrering av ytterelektroner med streker i en binding
strukturformel Metan
CH4
strukturformel Etan
C2H6
strukturformel propan
C3H8
strukturformel Butan
C4H10
strukturformel pentan
C5H12
strukturformel Heksan
C6H14
Alkaner, Alkener og Alkyner
De ulike typene hydokarboner. Alakner = enkeltbinding. Alkener = dobbeltbindinger. Alkyner = trippelbindinger.
metan
alkan. Metan er en kraftig drivhusgass (21 ganger sterkere enn Co2). kalles for tørrgass, fordi den er vanskelig å gjøre til væske. Metan kan også framstilles av biologisk avfall, og kalles da biogass. Drøvtyggere slipper ut metan. Det gjør også myr/ permafrost hvis oksygen kommer til.
Etan, propan og butan
Etan, propan, butan kalles våtgasser fordi de lett lar seg komprimere til væske.
Pentan og heksan
væsker ved romtemperatur, og brukes som organiske løsemidler i bl.a white sprit.
eten, propen og buten
alkener. inneholder en dobbeltbinding mellom to C-atomer. Reagerer lett med andre stoffer.
PE-plast
Med eten kan vi lage det som heter polyeten (PE). Polyeten er en plast og er en polymer, som er sammensatt av mange monomer ‘er. PE lages ved at eten molekyler får reagere med hverandre slik at de binder seg sammen i lange kjeder
Etyn, Propyn, butyn
inneholder en trippelbinding mellom to C-atomer. Reagerer extra lett med andre stoffer.
alkoholer
Alkaner som har en eller flere OH-grupper istedenfor et H-atom. navnet ender på -ol.
etanol strukturformel
C2H5OH. Gjærcellene skaffer seg energi ved å omdanne sukker (her: glukose) til etanol og CO2. prosessen stopper når etanolkonsentrasjonen når 15%. for høyere etanolkonsentrasjon, må væsken destilleres.
Dette sukkeret (les: karbohydratene) kan også komme fra f.eks. skogsavfall, som flis ¢(cellulose). Dette brukes som drivstoff i 2. generasjons bioetanol. Drivstoffet E95
Inneholder 95% bioetanol, og bare 5% diesel/ bensin. Eksempler på biodrivstoff er blant annet bioetanol, som hovedsakelig framstilles av mais.
Toverdig alkohol
Alkohol med to OH-grupper. feks glykol C2H4(OH)2 (i bl.a frostvæske)
Treverdig alkohol
Alkohol med tre OH-grupper. feks glyserol C3H5(OH)3 (i fettstoffer, triglyserider, kosmetikk, sprengstoff)
Organiske syrer
Organisk forbindelser som inneholder en eller flere COOH-grupper.
strukturformel metansyre/maursyre
HCOOH
strukturformel Etansyre/ Eddiksyre
CH3COOH
eplesider, gjær, epleeddikk
Gjæring av sukker: C6H12O6 (aq) + gjærceller -> C2H5OH (aq) + CO2 (g). Gjærcellene skaffer seg energi ved å omdanne sukker (her: glukose) til etonal og CO2.
prosessen stopper når etanolkonsentrasjonen når 15%. for høyere
etanolkonsentrasjon, må væsken destilleres. etanol kan danne eddiksyre hvis den reagerer med oksygen i lufta. Etanol C2H5OH + oksygen O2 -> eddiksyre CH3COOH + Vann H20
molekyl
Når to eller flere atomer bindes sammen av kjemiske bindinger. vi kan dele bindingene i to: sterke bindinger (kovalente bindinger, metallbindinger, og ionebindinger) og svake bindinger (hydrogenbindinger)
Kovalente bindinger
bindinger mellom to ikke metaller. bindingen mellom atomer som deler elektronpar (elektroner som blir delt mellom atomer)
dobbelt-/trippelbinding
hvis atomene deler to eller tre elektronpar.
Ionebinding
Kjemisk binding som skyldes gjensidig tiltrekning mellom positive og negative ioner
salter egenskaper
Et salt er et stoff som er bygd opp av ioner. I fast form danner saltene krystaller. Egenskaper:
Saltene har høye smeltepunkter og kokepunkter.
Faste salter leder ikke elektrisk strøm. Det gjør derimot salter i smeltet tilstand og i vannløsninger.
Faste salter er sprø og ofte gjennomsiktige eller gjennomskinnelige. De har ikke metallglans.
Metallbinding
skyldes en felles, negativ elektronsjø av ytterelektroner som holder metallionene sammen
Metall egenskaper
Metaller er gode ledere av både elektrisitet og varme.
Metaller har metallglans. Noen metaller mister fort metallglansen fordi metalloverflaten reagerer med stoffer i lufta (for eksempel oksygen) eller vann.
Metaller er formbare og kan trekkes ut til tråder og valses til plater.
To eller flere metaller kan smeltes sammen og danne legeringer. Legeringene har andre egenskaper enn metallene hver for seg.
De fleste metaller har høyt smeltepunkt. Det forteller oss at en metallbinding er en sterk binding. Men det finnes unntak, for eksempel kvikksølv, Hg, og natrium, Na.
Metaller danner positivt ladde ioner. Metallionene inngår sammen med negativt ladde ioner i salter.
legering - stål
Vi bruker sjelden metaller i ren form. Oftest har vi tilsatt små mengder av andre grunnstoffatomer i det vi kaller legeringer. Det setter oss i stand til å dra nytte av egenskapene til flere stoffer på samme tid. For eksempel kaller vi jern som er tilsatt litt karbon (mindre enn 2%), for stål, mens rustfritt stål også inneholder krom(mer enn 11%).
Framstilling av aluminium
Aluminium er et lettmetall og mye brukt som konstruksjonsmateriale i biler, bygninger og emballasje. Det er om lag 8,1 % aluminium i jordskorpa, men mye av dette aluminiumet er vanskelig å utvinne. Aluminium framstilles av mineralet bauxitt, som inneholder ca. 50 % aluminiumoksid.Aluminium framstilles fra bauxitt ved smelteelektrolyse. aluminium er svært energikrevende og har framstillingen av aluminium ført til utslipp av en del miljøfarlige stoffer, for eksempel fluorider. Aluminium kan imidlertid resirkuleres og det kreves ikke like mye energi. Dessuten blir miljøpåvirkningen langt mindre. At aluminium er så mye i bruk, gir god økonomisk gevinst ved resirkulering av metallet. I prinsippet kan alt aluminium gjenvinnes i et uendelig kretsløp.Aluminium som forlater kretsløpet, går tilbake til naturen i form av aluminiumoksid.
Hydrogenbinding
den sterkeste av de svake bindingene. Forekommer mellom molekyler som er ekstra sterke dipoler.
vann
vannmolekyler, H2O er et polart molekyl. det er en svak negativ ladning i området rundt oksygenatomet, og en svak positiv ladning i området rundt hydrogenatomene. Dette kalles en dipol.
vann løsemiddel
siden vann er et polart stoff vil det også kunne løse opp andre polare stoffer som feks salt. Når salt blandes i vann, vil vannmolekylene kunne trekke disse ionene fra hverandre og omringe dem. Vi sier at saltet har blitt løst i vann.
Varmekapasitet
Det skal mye energi til for å varme opp vann(4,2 KJ for 1L vann), vannet kan holde på varmen og gir fra seg mye energi når det avkjøles.
fordampningsvarme
For å få 1 L vann til å fordampe kreves det hele 2260 kJ.Ved kokepunktet er alle hydrogenbindingene brutt, og vannmolekylene kan fritt bevege seg over i gassform. Den høye fordampingsvarmen gjør vann til et effektivt kjølemiddel for kroppen vår. Når vann i svette fordamper, tas energien fra huden, og den blir avkjølt.
Karbonkretsløpet
Vi finner karbon i atmosfæren (lufta), hydrosfæren (havet), litosfæren (jorda) og biosfæren (biologisk materiale). Karbonet inngår i mange forskjellige forbindelser og vandrer mellom disse sfærene i et kretsløp.
Havforsuring
Når Co2 løses i vann, dannes det karbonsyre. Karbonsyre (H2Co3) vil avgi H- Ioner til vannet og gjøre vannmiljøet surere. Det skjer hele tiden en utveksling mellom Co2 i lufta og Co2 i havvannet. Noe tas opp i vannet, og noe slippes ut i lufta igjen. Kaldt vann kan ta opp og binde mer Co2, enn varmt vann. det betyr at det kalde havvannet i nord er mer utsatt for forsuring enn tropisk havvann. Endring i pH-verdien i havvann kan få konsekvenser for livet i havet, særlig for organismer som bygger skjell og skjelett av kalsiumkarbonat. surere havvann fører til at noe karbonat vil gå over til hydrogenkarbonat. alle skalldyr og koraller er avhengige av karbonat som byggesteiner i skall og skjelett. Når skalldyr danner skall skiller de ut et protein som det fester seg kalsiumkarbonat på. Dette stivner et skall.
raske- og langsomme karbonkretsløpet
Vi skiller gjerne mellom det lange og det korte karbonkretsløpet. Det er nemlig ikke slik at alt karbon som er lagret i biomasse slippes ut igjen til atmosfæren. Alle levende organismer, både planter og dyr, er bygd opp av karbon, og når de dør så brytes de ned igjen. Mesteparten av karbonet forblir i det korte kretsløpet enten i form av CO2 i atmosfæren, det tas opp i andre organismer eller det lagres i jorda. En
liten del synker derimot til havbunnen hvor det akkumulerer. Det samme skjer i myrer. Det er dette karbonet som etter hvert blir til det vi kjenner som fossile ressurser, altså olje, kull og gass. Vi omtaler gjerne dette som svart karbon. Prosessen med dannelse av fossile ressurser tar tusenvis til millioner av år, og vi sier derfor at dette karbonet «fjernes» fra systemet, og blir en del av det lange karbonkretsløpet. Fra tid til annen tilføres noe av dette karbonet tilbake til det korte kretsløpet gjennom
vulkanutbrudd, men i det lange løp er CO2-nivået i atmosfæren stabilt.
Fotosyntese
Prosess hvor karbondioksid og vann blir omdannet til oksygen og druesukker/glukose. Fotosyntese skjer hos planter, alger og noen bakterier som alle inneholder klorofyll.
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
Celleånding
Prosess som danner vann og karbondioksid fra sukker og oksygen.
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
norges og mine utslipp
hver Nordmann slipper ut ca. 10 tonn CO2 pr år og hvis alle skulle levd som oss ville vi trengt 3.7 jordkloder. totalt slipper Norge ut 50 millioner tonn Co2. fra dette slipper oljeutvinningen ca 14 millioner tonn co2. men oljen vi utvinner og selger skal jo forbrennes, derfor tilsvarer oljen vi selger for 580 millioner tonn co2. Norges utslipp siden 1969 er 19,5 mrd tonn. I 2019 var de samlede globale CO2-utslippene på 43 gigatonn, og vi kan bare slippe ut 420 gigatonn etter 2018 («restkapasitet») hvis vi skal kunne nå 1,5-gradersmålet. Verdens resterende olje- og gassreserver er på 1300 gigatonn; det aller meste av dette må altså bli liggende.
fossilt karbon
Siden den industrielle revolusjonen har vi gjennom forbrenning av fossile ressurser tatt karbon ut fra det lange kretsløpet og ført det inn i det korte. Dette har gitt en økning av CO2 i atmosfæren. Siden CO2-tilførselen har foregått over unaturlig kort tid, har ikke naturen klart å tilpasse seg endringene raskt nok.
reaksjonslikning metan, glukose, hydrogen
metan: CH4 + 2O2 = 2H2O + CO2 + energi
glukose: C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + energi
hydrogen: 2H2 + O2 = 2H2O + energi
Naturgass
Blanding av brennbare gasser som finnes i jorda, ofte sammen med råolje. Vi kan dele naturgass i to Tørrgass som feks metan. Tørrgassene er ikke så lett kan presses sammen til en væske. Våtgasser som feks etan propan og butan. Våtgasser lar seg relativt presse samme til en væske.
olje raffinering
For å kunne nyttiggjøre oss råoljen må den derfor deles inn i hovedfraksjoner. Det skjer i store raffinerier med en metode som kalles fraksjonert destillasjon. Oljen går ved oppvarming( om lag 400 °C) over til gass som fortettes igjen ved forskjellige temperaturer til blant annet smøreolje, brenselolje, råpetroleum, og råbensin
kull
En fellesbetegnelse på en rekke karbonholdige organiske bergarter. Brukes til å drive dampmaskinen som også var en viktig maskin under industrielle revolusjon.
Industrielle revolusjon
Revolusjon i samfunnet som kommer av en rekke viktige oppfinnelser på slutten av 1700-tallet og 1800-tallet. Bearbeiding av metall ved hjelp av kull la grunnlaget for teknologien som ble brukt under den industrielle revolusjon. “før industriell tid” var CO2-konsentrasjonen i atmosfæren på 278 ppm og det er nesten 50 prosent mer karbondioksid (CO₂) i atmosfæren nå enn i førindustriell tid
Drivhuseffekten
Mye av solinnstrålingen passerer uhindret gjennom atmosfæren og varmer opp jorda. Det er vanskeligere for varmestrålingen fra jorda å passere ut gjennom atmosfæren. Det har med bølgelengden til strålingen å gjøre. Varmestråling er langbølget stråling (se kapittel 6). På vei fra jorda blir denne strålingen absorbert av drivhusgassene i jordas atmosfære. Gassene sender så varmestrålingen ut igjen, men nå i alle retninger. Noe stråling er rettet tilbake mot jorda, mens noe har retning bort fra jorda. Resultatet er at jordoverflaten varmes opp både av sola og av atmosfæren. Fenomenet kalles drivhuseffekten, og gassene i atmosfæren som gir denne effekten, kaller vi drivhusgasser. De viktigste drivhusgassene er vanndamp (H2O), karbondioksid (CO2), metan (CH4),og lystgass (N2O). Vi oppgir mengden av drivhusgasser i atmosfæren i ppm. Ppm står for “parts per million”. Mengden co2 i atmosfæren er 419 ppm. Det betyr av at 1 million molekyler i atmosfæren er 419 co2. dette er nesten en dobling sammenlignet med 1850. Uten drivhusgassene i atmosfæren ville gjennomsnittstemperaturen på jorda vært −19 °C. Takket være drivhuseffekten er gjennomsnittstemperaturen +15 °C. En økning av innholdet av disse drivhusgassene i atmosfæren har ført til en varmere jordklode og en atmosfære som inneholder mer energi. Konsekvensene er alvorlige, både for mennesker og natur. Snø og is smelter, havet stiger og blir surere, nedbørsmønstrene endres og vi får flere tilfeller av ekstremvær med blant annet hetebølger, ekstremnedbør og kraftige stormer.
Karbonbudsjett
I klimaavtalen som ble inngått i Paris i 2015, var målet å begrense temperaturøkningen i 2100 til under 2 °C i forhold til temperaturen slik den var i 1850, aller helst 1,5 °C, for å unngå de alvorligste konsekvensene av et varmere klima.
Karbonbudsjettet forteller oss hvor mye karbondioksid vi har sluppet ut til nå, og hvor mye vi kan tillate oss å slippe ut i framtiden hvis vi skal ha en temperaturøkning på under 1,5 °C i forhold temperaturen slik den var i 1850. mengden co2 i atmosfæren er 419 ppm som er nesten en dobling samenlignet med 1850. parisavtalen sier at tallet 419 ikke må overstige 440 ppm, og at det over ti bør stabilisere seg på 350 ppm. I 2019 var de samlede globale CO2-utslippene på 43 gigatonn, og vi kan bare slippe ut 420 gigatonn etter 2018 («restkapasitet») hvis vi skal kunne nå 1,5-gradersmålet. Verdens resterende olje- og gassreserver er på 1300 gigatonn; det aller meste av dette må altså bli liggende
CCS- forkortelse for det engelske begrepet carbon Capture and Storage som på norsk er karbonfangst og -lagring. det er en teknologi som kan fange, transportere og lagre Co2-en trygt under jordskorpa.
