Organisk kemi Kolföreningarnas kemi

Transkript

1 Organisk kemi Kolföreningarnas kemi

2 Organisk kemi kallas också för kolföreningarnas kemi Växter och djur är uppbyggda av kolföreningar. Fram till början av 1800-talet trodde kemisterna att det var omöjligt att tillverka sådana ämnen i laboratorium. Livskraft. År 1828 lyckades kemisten Friedrich Wöhler tillverka ett organiskt ämne på konstgjord väg. Än idag gör vi uppdelningen organisk kemi (ämnen som innehåller kolföreningar) och oorganisk kemi (ämnen utan kolföreningar) Det finns dock lite undantag. Det här föreningarna innehåller kol men räknas till oorganisk kemi, koldioxid, koloxid och kolsyra.

3 Vad är organisk kemi? Kolföreningarnas kemi dvs föreningar som innehåller kol. Men det finns lite undantag. Det här föreningarna innehåller kol men räknas till oorganisk kemi, koldioxid, koloxid och kolsyra. Den del av kemin som handlar om ämnen utan kolatomer kallas oorganisk kemi.

4 Kol - Vad kan du få reda på om kol genom det periodiska systemet? Kemiskt tecken Period Grupp Atommassa Atomnummer Aggregationstillstånd Metall/icke-metall Protoner, neutroner och elektroner Rita upp kolatomen + dess elektronskal

5 Det finns fyra sorters kol Diamant Grafit Fullerener (Grafen)

6 Kol finns i många former alla är uppbyggda av kolatomer, men atomerna sitter ihop på olika sätt Nanorör

7 Diamant Sitter ihop i ett stadigt och stabilt nätverk. En diamant är en enda jättemolekyl, en kristall. Är det hårdaste ämne som finns i naturen Används till smycken, att slipa och borra med samt skära i glas med.

8 Grafit Finns i blyertspennor. De sitter ihop i lager och varje lager är en molekyl. De har svaga bindningar mellan sig. Varje lager glider isär när du t ex skriver med en blyertspenna. Grafit leder elektrisk ström. Högt tryck och temperatur - grafit kan omvandlas till diamant. Grafit mer stabilt än diamant.

9 Grafén En molekyl av grafén är ett enda mycket tunt skikt av 6- hörningar av kolatomer. Molekylen är väldigt tunn, materialet är genomskinligt och 200 ggr starkare än stål. Det är formbart och leder elektricitet mycket bra.

10 Fullerener Ser ut som fotbollar. Under 1980-talet lyckades kemister skapa fullerenmolekyler på konstgjord väg. Fullerener finns naturlig i sot och ute i rymden. Molekylen består av 5- och 6-hörningar. Forskare har också upptäckt nanoröret.

11 En kort film om ämnet kol: v=tzksdslg3vc

12 Förklara kolets kretslopp med hjälp av ord och bild Tips på begrepp: Koldioxid Fotosyntes (formel) Förbränning (formel) Fossila bränslen (kol, olja och naturgas) Nedbrytning av döda växter och djur Fundera även på: Kolets kretslopp är inte i balans. Varför ökar mängden koldioxid i atmosfären? Vad går för fort och vad går för långsamt?

13 Kolets kretslopp

14 7. ORGANISK KEMI BILD 1. ORGANISK KEMI

15 Kolväten är grunden i organisk kemi Det finns idag över 20 miljoner kemiska föreningar, 95 % är kolföreningar. Anledningen till det, varje kolatom kan binda sig till fyra andra atomer. Den har fyra bindningar. Metan CH4 En färglös och luktlös gas, sumpgas Kolväten - De enklaste organiska molekylerna innehåller bara väte och kol.

16 Beskriv det enklaste kolvätet metan på fyra olika sätt Molekylformel: visar antalet atomer i molekylen CH4 Pinn-kulmodell Kulmodell Strukturformel: Visar antalet atomer samt hur de binder till varandra Molekylmodeller: Visar antalet atomer samt formen på molekylen

17 Hur binder kolväten till varandra? Ett kolväte t ex etan, använder en av sina fyra bindningar till att binda till sig ytterligare en kolvätekompis. De hälsar och morsar och tar varandra i hand. De använder var sin bindning.

18 Alkaner Är en serie av kolväten. Alkaner slutar på -an. T ex metan, etan, propan, butan. Det finns också alkener som slutar på -er och alkyner som slutar på -yn. Alkaner har enkelbindningar mellan sina kolatomer. Den enklaste och första alkanen i alkanserien är metan. CH 4 Ju högre upp du kommer i serien ökar antalet kol med 1 och antalet väte med två. Så eten som kommer på tur har C 2 H 6.

19 Alkanserien Metan Etan Propan Butan Pentan Betyder fem på grekiska Hexan Heptan Oktan Nonan Dekan

20

21 Uppgift Rita strukturformeln för metan CH 4 Rita strukturformeln för C 4 H 10 Skriv molekylformeln för hexan Träna dig på att lära dig alkanserien utantill

22 Uppgift, skriv strukturformel samt molekylformel för alkaner, alkener och alkyner Alkener Namn och molekylformel Strukturformel Alkyner Namn och molekylformel Metan Etan Eten Propan Strukturformel Alkoholer Namn och molekylformel Metansyra Etanol Etansyra Propyn Propansyra Butansyra Penten Hexan Pentanol Hexyn Nonan Strukturformel Heptan Oktan Organiska syror Namn och molekylformel Metanol Butan Pentan Strukturformel 7.6 Strukturformel 13. ORGANISKA FÖRENINGAR EN ÖVERSIKT Spektrum Kemi Lärarhandledning Författaren och Liber AB Alkaner Namn och molekylformel Okten Nonyn Dekan Kopiering tillåten! 7. ORGANISK KEMI 499

23 Isomerer - molekyler med olika form Kolväten är inte alltid raka kedjor i en lång rad. Ibland kan en eller flera kolatomer sticka ut som en gren från den raka delen. De olika molekylerna har fortfarande exakt lika många koloch väteatomer dvs de har samma molekylformel, här C5H12. Sådana ämnen kallas för isomerer. Isomer kommer från grekiskan och betyder samma delar. Eftersom molekylerna har olika form får ämnena olika egenskaper.

24 Alkener Kolväten med dubbelbindningar En kolatom fyra bindningar, men den behöver inte alltid binda till fyra olika atomer. Istället kan bindningarna gå till en och samma atom. Det kallas då för en dubbelbindning. Ett kolväte som innehåller dubbelbindning kallas för en Alken och deras namn slutar alltid på - en. Molekylformeln blir C2H4 och ämnet heter då eten.

25 Alkyner kolväten med trippelbindning Två kolatomer kan också använda tre av sina bindningar för att koppla ihop sig med varandra. Det kallas för en trippelbindning. Då får varje kolatom bara en bindning kvar till en väteatom. Kolväten med trippelbindning kallas för alkyner. Deras namn slutar alltd på -yn t ex etyn, butyn.

26 Dagens uppgift Träna på att skriva namn, molekylformel och rita strukturformel för Alkaner, Alkener och Alkyner

27

28 Omättade och mättade kolväten Kolvätena i Alkanserien binder alla kolatomer till så många väteatomer som det går. Därför kallas alkanerna för mättade kolväten. Alkener och alkyner är omättade kolväten. En kolatom vill helst ha enkelbindningar. Därför reagerar omättade ämnen lätt med andra ämnen. De tar till sig nya atomer och bli på så sätt mättade.

29

30 Olja- peak oil watch?v=-5s1nttrlco

31 filmsalen/program/sol7118

32 Diskutera mha filmen samt s i boken Hur har olja bildats? Vad gör ett oljeraffinaderi? Vad innebär att oljan destilleras? Tag reda på några användningsområden för de olika fraktionerna. Vad innebär krackning? Hur länge kommer oljan att finnas kvar på jorden? Vad är det för skillnad på 95 och 98 oktan? Hur påverkar användningen av fossila bränslen t ex olja, kol och naturgas miljön?

33 Olja Råolja är en blandning av många olika kolväten. Den anses ha bildats ur mikropiska alg- och djurlämningar (fossila bränslen) som sjönk till botten för miljontals år sedan. De täcktes sedan av lera och andra avlagringar. Under högt tryck och hög temperatur omvandlades växt- och djurlämningarna till bergolja och naturgas. Idag kan vi utvinna olja och gas på stort djup i jordskorpan. De kolväten som ingår i råoljan har olika höga kokpunkter beroende på molekylernas storlek. Man kan därför skilja dem åt med fraktionernad destillation. Genom uppvärmning förgasas råolja och leds in i ett destillationstorn där gasblandningen stiger uppåt och avkyls. Kolvätena med de högsta kokpunkterna blir till vätska redan längst ner i tornet. Ur bergoljan separeras alltså flera fraktioner. Fabriksanläggningarna kallas för oljeraffinaderier och ligger ofta vid hamnstäder.

34 Användningsområden: gasolbrännare, bensin, flygbränsle, dieselolja, eldningsolja, smörolja, asfalt. Produkter som består av långa kolvätekedjor har inte så stor användning som t ex bensin. De är inte så värdefulla och därför sönderdelar man dem till kortare molekyler, bensinmolekyler med 5-9 kolatomer. Metoden kallas krackning. Den senaste rapporten säger att världens oljereserver är lite över 1000 miljarder fat. Räknar man med att det nuvarande tempot i utvinningen fortsätter betyder det att det finns olja i 43 år till. Värt att notera är dock att oljereserverna varit konstanta sedan (illvet) Bensin ska brinna inne i motorn för att sätta fart på den. Men den får inte antändas för tidigt. Olika bensinsorter antänds olika lätt. För att tala om hur lätt bensinen antänds använder man sk oktantal. 95-oktanig bensin självantänder som en blandning med 95% trimetylpentan och 5% heptan, 98-oktanig bensin som 98% trimetylpentan och 2% heptan, osv. Skillnaden mellan bensin med olika oktantal är mängderna av de olika ämnen, kolväten, som bensinen består av.vissa motorer behöver bensin med högre oktantal, men idag räcker 95 oktan bra till många vanliga bilar. Om oktantalet är för lågt kan effekten av självantändningar börja höras, så kallad "knackning". Det är ingen vinst med att tanka bensin med högre oktantal än vad motorn behöver.

35 Förbränning av fossila bränslen kan förorena miljön. Vi använder mer och mer energi till olika saker t ex värma våra hus och driva fordon. En stor del av energin kommer från fossila bränslen. När vi eldar med fossila bränslen kommer en rad olika föroreningar ut i luften. Det påverka miljön både i i luften och nere i marken. De gaser som bildas är koldioxid, svaveloxider och kväveoxider. Växthuseffekten ökas, försurning i sjöar Förnybara energibränslen löser många av problemen.

36 Alkoholer En kemisk alkohol är inte samma sak som man i vardagen menar när man pratar om alkohol. Sprit, eller etanol som kemister ofta kallar det, är snarare en slags alkohol. Kemiskt är alkohol kolväten (alkan, alken, alkyn) där en eller flera H atomer är ersatta med en OH-grupp. Dvs ett syre (O) och ett väte (H). I stamkolvätets namn lägger man till ett -ol i slutet t ex metanol.

37 Alkoholer Viktiga namn: Metanol, etanol, propanol, butanol osv Såhär skriver man alkoholer i dess molekylformel; CH3OH, C2H5OH osv

38 Strukturformel

39 Alkoholer - etanol Brännvin, vin och öl innehåller alkoholen etanol. Det är det vi människor dricker när vi blir berusade. Vi kan också kalla etanol för jäst fruktsaft. Etanol är bedövande för vårt nervsystem. Det är ett gift som sprids snabbt via mage och tarm.

40 forts etanol Etanol framställs genom jäsning av socker. Jästsvamparna äter socker för att få energi till att leva och fortplanta sig. Som avfallsprodukt bildas etanol och koldioxid. Samma avfallsprodukter som jäsning av en t ex bulldeg. Etanolen som bildas dödar sedan jästen. Kvar blir en vätska med en etanolhalt på som mest 13%. För högre etanolhalt får man destillera, vattnet tas bort.

41 Metanol Även kallad träsprit. Framställdes förr genom upphettning av trä i syrefattig miljö. Mycket giftig, vid litet intag blir man blind. En potentiell dödlig dos -3 cl. Nu tillverkas det genom kolmonoxid och vätgas.

42 Metanol och etanol bra lösningsmedel Alkoholmolekylen har dels en OH-grupp som liknar vattenmolekylen, dvs en polär del som löser sig i vatten. Kolvätekedjan däremot har mer gemensamt med fetter dvs opolära ämnen. De flesta korta- och medellånga alkoholmolekyler löser därför många ämnen. Den är både polär och opolär. Etanol är mer polär än oktanol.

43 Alkoholer med flera OH-grupper Glykol- mycket giftig, man får snabbt skador på njurar och nervsystem. Bilars kylarvätska innehåller glykol. Glykolen sänker fryspunkten till -40 graders C. Glykol påminner om etanol men skillnaden är att den binder ytterligare en OH-grupp till ett av sina kol. C2H4 (OH)2

44 Glycerol Glycerol - Är trögflytande och smakar sött. Den är inte giftig. Glycerol tar lätt till sig vatten och används därför ofta i hudkrämer. Glycerol används i framställning av nitroglycerin, den explosiva delen i dynamit. Nitroglycerin framställs utav glycerol och salpetersyra. Alfred Nobel lyckades tygla denna sprängolja till ett fast sprängmedel-dynamit.

45 Glycerol C3H5(OH)3

46 Uppgifter Varför ska man inte dricka träsprit/metanol? Vilket kolväte bygger metanol på? Hur framställer man vin, etanol? En av dina föräldrar klagar på att det är dyrt att köpa glykol till bilens kylarvätska och menar att det säkert ändå inte gör någon nytta. Förklara varför han/hon har fel. Rita strukturformeln för butanol skulle kunna se ut? Uppgiftspapper: strukturformel och molekylformel alkoholer

47 Organiska syror - finns bl a i frukt och din kropp Organiska ämnen kan vara syror. De syror vi stöter på i vardagen är bl a ättiksyra i gurkinläggningar, acetylsalicylsyra i magnecyltabletter, syror som ger syrligheten i frukter, myrsyra i myror och stearinsyra i stearinljus. I vår kropp finns det också många organiska syror som bl a bildas när maten förbränns för att du ska få energi.

48 Organiska syror har en COOH-grupp Alla organiska syror som nämndes innan tillhör en grupp av ämnen som kallas karboxylsyror. I en karboxylsyra ingår alltid en speciell syragrupp - COOH. I namnet tillfogas - syra tex metansyra. Många organiska syror har ett mer vardagligt namn som talar om var i naturen de finns t ex metansyra myrsyra. HCOOH

49

50 Syror kan tillverkas genom att en alkohol får reagera med syre

51 Dagens uppgift 1. Uppgiftspapper - fyll i kemiskt namn/annat namn + molekyl och strukturformel. 2. Fördjupa dig lite i följande syror: Metansyra, Etansyra, Propansyra, Butansyra, mjölksyra, salicylsyra. Ta reda på namn (även annat namn), rita upp strukturformel, molekylformel, egenskaper och vanliga användningsområden. Ta hjälp av boken s eller interntet. Allt ska skrivas ner i skrivboken eller på ipaden. 3. Skriv på din labbrapport om alkoholer.

52 Estrar Lektionsuppgift - 1. Hur bildas en ester? 2. Smak alkohol + syra = ester 3. Användningsområden (allmänt)