perspektiv

Ända från stenåldern har vi människor lärt ossmer om att använda kemin för att få ett bättreoch friskare liv. Vet du några viktiga sätt som vianvänder kemi på idag?Först blev kemisten Dan Shechtmanutskrattad av andra kemister, mensedan fick han Nobelpris. Hur kundedet bli så?Allting runt omkring dig är byggt avatomer. Kan du hitta några likhetermellan atomer och legoklossar?1.KEMINS GRUNDERAtomer, reaktioner och blandningarTänk så smart naturen är! Den använder bara ungefär 100 olika sorters byggstenar, somvi kallar atomer. Men eftersom atomerna kan sättas ihop på en massa olika sätt finns detmiljontals olika ämnen, som skapar hela den värld vi lever i. Men det räcker inte med det.Ämnena kan dessutom byggas om och förvandlas till andra ämnen. Det är det som kemihandlar om.HÄR FÅR DU LÄRA DIGanvända centrala kemiska begrepp för attbeskriva kemiska sammanhang och förklaramateriens uppbyggnad och oförstörbarhetanvända partikelmodeller för att förklara fasersegenskaper och fasövergångarfundera över hur kemin som vetenskap växtefram och resonera kring hur detta påverkademänniskans levnadsvillkorsamtala om och diskutera betydelsen avkunskaper i kemiargumentera för återvinning som ett sätt attskapa hållbar utvecklingINNEHÅLL1.1 Atomer – naturens egna byggstenar1.2 Molekyler är grupper av atomer1.3 Grundämnen och kemiska föreningar1.4 Kemiska reaktioner1.5 Fast, flytande och gas1.6 Kemiska formler1.7 Joner och jonföreningar1.8 Det mesta du ser är blandningar1.9 Hur separerar vi ämnen?1.10 Från stenåldersbröd till kvasikristallerPERSPEKTIV Kemikunskaper räddar liv7

1. KEMINS GRUNDER1. KEMINS GRUNDER1.1Atomer – naturens egnabyggstenarTack vare de smålegobyggstenarna kan detstora huset förvandlas tilltvå andra hus.VäteTänk dig att du ska skapa en ny värld. Det behövs miljontals olikaämnen för att allting i världen ska fungera. Men det blir väldigtjobbigt att skapa så många olika ämnen. Kan det finnas något knepför att göra det enklare?SyreKväveKolKlorSvavelJärnKvicksilverSå här avbildar vi någravanliga atomslag här iboken.Med ett elektronmikroskopkan vi faktiskt se atomer.Här är sju uranatomer i 20miljoner gångers förstoring.Atomerna bygger miljontals ämnenVi kan beskriva ämnen med hjälp av deras egenskaper, om de till exempelär vattenlösliga, sura eller magnetiska. Det är en bra början föratt förstå kemi, men det räcker inte.Det finns många miljoner olika ämnen. Hur är det möjligt attbygga så många olika? Hemligheten är att de alla är sammansatta avungefär 100 olika kemiska byggstenar. Vi kan jämföra dem med bokstävernai alfabetet. Av de 29 olika bokstäverna kan vi sätta sammanhundratusentals olika ord.På samma sätt använder naturen sina byggstenar för att sätta ihopen mängd olika ämnen. Naturens egna byggstenar kallar vi för atomer.De olika sorterna av atomer kallar vi för atomslag. De vanligasteatomslagen i din kropp heter kolatomer, väteatomer och syreatomer.Atomerna hjälper oss att förstå världenAtomerna är så små att de måste vara väldigt många om vi ska kunnase dem. För att få en rad som är 1 millimeter lång behövs det 10 miljoneratomer.Behöver vi verkligen bry oss om atomerna när de är så små? Voredet inte lättare att bara titta på stora bitar av ämnen? Vi ser ju ändå vadämnena har för egenskaper och om de förändras på något sätt.Det är klart att man kan resonera så. Men då blir det mycket svårareatt förstå vad som verkligen händer. Titta på bilden med de trehusen av lego. Det är nästan precis samma legobitar i dem, så det gåratt plocka isär det stora huset och bygga om det till två små hus.Men om du inte visste att det finns legobitar skulle det verka somrena trolleriet när det stora huset förvandlas till de båda andra. Duskulle inte förstå hur det kunde gå till. Lika svårt är det att förstå hurkemi fungerar om man inte vet att det finns atomer.Demokritos och Dalton kom på atomenIdén att allting är uppbyggt av atomer är mycket äldre än mankan tro. Redan för 2 400 år sedan sa den grekiske filosofenDemokritos att världen består av väldigt små byggstenar, sominte går att dela. Han kallade dem för ”atomos”, eftersom detbetyder ”odelbar” på grekiska.Demokritos gjorde aldrig några experiment för att bevisa attdet finns atomer. Det gjorde däremot den engelske kemisten JohnDalton. Runt år 1800 lyckades han visa att atomer finns och att Demokritosfaktiskt hade rätt.TESTA DIG SJÄLV 1.1FÖRKLARA BEGREPPEN atom atomslag1. Ungefär hur många olika atomslag finns det?2. Vilka är de tre vanligaste atomslagen i din kropp?3. Varifrån kommer ordet atom?4. Vem bevisade att det finns atomer?Demokritos (nederst) var förstmed idén om atomer. Men detvar John Dalton som visade attde verkligen finns.89

1. KEMINS GRUNDER1. KEMINS GRUNDERFeVarje grundämne har ett kemiskt teckenI matte använder vi vissa speciella tecken. Istället för ”är lika med”skriver vi ”=” som är ett matematiskt tecken. Det går fortare och dessutomkan människor från olika länder förstå det.På samma sätt finns det ett internationellt kemispråk. Varje grundämneoch atomslag har ett eget kemiskt tecken med en eller två bokstäver.Bokstäverna kommer från grundämnenas latinska namn. Syreheter till exempel oxygenium på latin och har det kemiska tecknet O.Berzelius införde tecknenDet var den svenske vetenskapsmannen Jacob Berzelius som infördebokstavsbeteckningar för grundämnena. Han levde 1779–1848 ochupptäckte bland annat grundämnena kisel och selen.Berzelius hjälpte också till att bevisa att John Dalton hade rätt närhan sa att allt är byggt av atomer.GRUNDÄMNE LATINSKT NAMN KEMISKT TECKENVäte Hydrogenium HSyre Oxygenium OKväve Nitrogenium NKol Carbo CKlor Chlorum ClSvavel Sulfur SJärn Ferrum FeC1H3 411LiNaKRbCsFrBe12Mg19 20 21 22 23 24CaSrBaRaScYLaAcTiVCr37 38 39 40 41 42MnZr Nb Mo Tc55 56 57 72 73 74HfRfTaDbW87 88 89 104 105 106Sg25 26 27 28 29 30ReBhFeRuOsHsCoRhIrMtNiPdPtCu43 44 45 46 47 48AgAuZnCd75 76 77 78 79 80107 108 109Hg5 6 7 8 9 10BAlGaInTlCSiGeSnPbNPAsSbBiOSSeTePoF13 14 15 16 17 18Cl31 32 33 34 35 36Br49 50 51 52 53 5481 82 83 84 85 86En kemisk förening innehåller flera atomslagOm det bara fanns grundämnen skulle kemin inte vara särskilt spännande.Då skulle det bara finnas ungefär 100 olika ämnen. Men iverkligheten finns det också väldigt många ämnen som är sammansattaav flera olika atomslag. Sådana ämnen kallas kemiska föreningar.En vattenmolekyl innehåller till exempel två atomslag – två väteatomeroch en syreatom. Alltså är vatten en kemisk förening.De olika atomslagen kan sättas ihop till molekyler på väldigtmånga olika sätt. Hittills känner kemisterna till ungefär 20 miljonerolika kemiska föreningar. Det är alla de här kemiska föreningarnasom tillsammans med grundämnena bygger upp världen omkring ossoch allt levande som finns i den.IAt2HeNeArKrXeRnDe gråa ämnena isystemet är metaller, degula är icke-metaller.Eftersom vattenär uppbyggt av tvåatomslag är det enkemisk förening.HKvicksilver Hydrargyrum HgOClPeriodiska systemetPeriodiska systemet är en praktisk tabell där grundämnena är sorteradeefter sina egenskaper. På bilden ser du ett förenklat periodiskt system.Det innehåller nästan alla grundämnen och deras kemiska tecken.TESTA DIG SJÄLV 1.3FÖRKLARA BEGREPPEN grundämne metall icke-metall kemiskt tecken periodiska systemet kemisk förening1. Ungefär hur många grundämnen finns det?2. Nämn några exempel på grundämnen.3. Beskriv hur syrgasmolekylen är uppbyggd.4. Vilka är de kemiska tecknen för väte, syre, kväve och kol?5. Beskriv hur vattenmolekylen är uppbyggd.14 15

5. JONFÖRENINGAR 5. JONFÖRENINGARPERSPEKTIVKROPPEN BEHÖVERLAGOM MYCKET SALTFör mycket salt kan ge livsfarligvätskebristEn6 veckor gammalpojke kom till barnaku-ten vid AstrtridLindgrens barnsjukhus. Hanhadehafaft magsjuka i knappt två dagagar, menhan var mycket sjukare än vad han borde hablivit av baradiarrén.Läkaren tog blodprover. De visade attpojkens blodinnnnehöll alldeles förmycketsalt. Nu gälälldlde det för läkaren att komma påvarförör.Sjukukvårdsrådgigivnvningen hadesagt tillför-äldrarnaattge pojkjkenvätätskskeeeersättning.Detär vatatteten med litesocker och litesalt.Detärväldigigt viktigt att den som har magsjujukafåri sig vätska, och det är väldigtviktigt attdetfinnsn lagagommycycket salti den.Men pojkjkenfick intnte vätstskekeerersättning.Iställetfickhansinvananligamat: bröst-mjölksersättningng. Det är ettpulvever som manblandar med vatttten. Spädbarn kandrickablandningen iställetförbröstmjmjölk.Menförör-äldrarnatogdubbeltså mycketpulver somman ska. De läste på paketetatt”överdose-ringkange trög mage”ochde troddede attdeskullele kunna stoppa diarrén på detsättet.t.Blodetblev saltare och saltare och krop-pen reagerade med ännu värrere diarré.Denlille pojken fickså svårvätskebristatthanvar nära attdö. Men läkarenkom på vad somvar felet och räddade livet på hononomom.Man kan köpa vätskeersättning som ett färdigt pulver på apoteketeller i en del mataffärer, men man kan också blanda den själv. Ivätskeersättningen måste det finnas lagom mycket salt, och detär viktigt vilken sorts salt det är. Det får inte vara kaliumklorid,som finns i mineralsalt. Vilket recept skulle du helst använda föratt göra en så bra vätskeersättning som möjligt? Varför tycker duatt det receptet är bäst?A:Recept på hemmagjord vätskeersättning (om man intehar vätske ersättning hemma eller jourapotek och livsmedelsaffärär stängda):1 liter vatten6 teskedar (= 30 ml) socker eller druvsocker½ tesked (= 2,5 ml) = 2 kryddmått saltVarning: Högre koncentration av salt kan vara skadligtför barnet! Var noga vid tillredningen.C:Om man inte har tillgång till affär eller apotek där vätskeersättningsäljs kan man behöva blanda den själv. Detär viktigt att man inte tar för mycket salt och att mananvänder vanligt koksalt, natriumklorid, inte örtsalt. Detär mycket viktigt att proportionerna blir rätt. Smaka pålösningen innan barnet får den. Man ska bara ana saltsmaken– som tårar.1 liter vatten6 teskedsmått strösocker (1 tesked = 5 ml)½ teskedsmått saltB:Vätskeersättning finns att köpa på apoteket, vilket är detenklaste, men går också att blanda själv. OBS! var nogamed måtten, framförallt saltmängden får inte vara förstor. Smaka helst på ersättningen innan ni ger det till barnetså att ni inte råkat blanda ihop salt och socker.En liter vatten (behöver i Sverige inte vara kokt, däremotär ljummet skonsammast för magen)2 matskedar socker½ tesked (struken) salt (måste vara ”vanligt” salt)130 131

5. JONFÖRENINGAR5. JONFÖRENINGARRöda stugor finnsdet gott om i Sverige,och väldigt många avdem är målade medFalu rödfärg. Denheter så därför attden innehåller rödjärnoxid som man fårsom avfall från Falukoppargruva.5.2 MetalloxiderI Sverige finns det väldigt många röda stugor, som är målade medFalu rödfärg. Men varifrån kommer egentligen det röda i färgen?Vad händer när järn brinner?När kol brinner bildas koldioxid och närväte brinner bildas väteoxiden vatten.Men kan järn brinna?Ja, det kan det. Lättast går det omtunna järntrådar får brinna i ren syrgas.Då bildas framförallt en röd järnoxid somkallas hematit, Fe 2O 3. Det är den som gerden röda färgen i Falu rödfärg.4 Fe + 3 O 2→ 2 Fe 2O 3Om järnet istället brinner i luft får detinte lika mycket syre. Då bildas en svartjärnoxid som kallas magnetit, Fe 3O 4.FÖRDJUPNINGNGJärntråd kan brinnaintensivt i syrgas.Då bildas järnoxidenhematit.SyreHär hittar du syre (O) i detperiodiska systemet. När deblåmarkerade icke-metallernabildar oxider blir det molekyler,men när de gulfärgademetallerna bildar oxider blir detjonföreningar.Metalloxider är jonföreningarOxider av olika metaller är jonföreningar, precis som salter. Därför ärde fasta ämnen. På det viset skiljer de sig från oxider av icke-metallersom oftast är gaser. Ett exempel är koldioxid.En oxid är en kemisk förening därsyreatomer sitter ihop med någotannat atomslag.Metalloxider är jonföreningardär positiva metalljoner sitterihop med negativa oxidjoner.Här ser du en formelenhet avmagnesiumoxid.3 Fe + 2 O 2→ Fe 3O 4I de flesta järnmalmer finns både hematitoch magnetit. Om det är mest hematitkallas malmen blodstensmalm, och om detär mest magnetit kallas den svartmalm.Järn behöver inte brinna för att bildajärnoxid. Samma sak händer när järn rostar,men då går det mycket långsammare.RENA GREKISKANDet hörs på namnet att järnoxiden magnetit är magnetisk.Precis som magneter har oxiden fått sitt namn från det gamlagrekiska landskapet Magnesia, där grekerna hittade svartmalmför 2 500 år sedan.Fast det finns en annan historia om namnet också. Denhandlar om en grekisk herdepojke som hette Magnes. Han varute och gick på berget Ida och märkte då hur järndubbarna påhans sandaler ibland sögs fast vid berget. Det berodde på attberget innehöll magnetit.Järnoxiden hematit har fått sitt namn från det grekiskaordet för blod, ”haima”. Hematit som man hittar i naturen är oftastsvartglänsande, men om man gör en repa i hematiten såfår repan blodröd färg. Det är därför den heter som den gör.132 133

5. JONFÖRENINGAR5. JONFÖRENINGARAluminiumoxid kan bli vackra ädelstenarMetallen aluminium kan reagera med syret i luften precis som järn.SAMMANFATTNINGFeAl5.1Salter vattenlösning. Om vattnet får avdunsta får man det rena saltet. Ett salt är enjonförening. Salter kan även bildas på andra sätt.Här hittar du aluminium och järni det periodiska systemet.4 Al + 3 O 2→ 2 Al 2O 3Då bildas det en tunn hinnaav aluminiumoxid som skyddarmetallen, så att den inte fortsätteratt reagera med syret. Men ijordens inre är det så hett att alltaluminium omvandlas till aluminiumoxidoch blir en sorts stensom kallas korund.AluminiummetallRen korund är färglös och kan slipas till vackra ädelstenar. Fastmest populär är den när den innehåller små mängder av andra metalljonersom ger den färg. Kromjoner gör den röd och då kallas stenenrubin. Med titanjoner blir den en blå safir.Det finns många andra metalloxider i marken. I själva verketär det som vi kallar för sten till största delen olika metalloxider.Vi använder de metalloxiderna för att få frammetaller. Först bryter vi oxiderna i gruvor. Sedan användervi kemiska metoder för att ta bort syrejonerna och fåfram ren metall.AluminiumoxidAluminiAluminiumoxidSaker av aluminium täcks av ett tuntoxidskikt som hindrar att resten avmetallen reagerar med syret i luften.5.2 saltet natriumklorid. sammansatt av flera atomer slutar oftast på -at eller -it, som sulfat och nitrit. salt från havet och från avlagringar av stensalt nere i marken. man gjuter saker av gips dras det in vattenmolekyler i kristallerna så att gipset stelnar. kalksten och marmor. Om man tror att en lösning innehåller silverjoner kan man droppa i lite koksaltlösning.Då bildas det en fällning av silverklorid.Metalloxider byggda av atomer och är ofta gaser. Oxider av metaller är byggda av joner och är fastaämnen. reagera med syre. I jordens inre kan hela aluminumklumpar reagera med syre och bildaädelstenar.BildtextBildtextBildtext oxiderna i gruvor och omvandlar dem sedan till rena metaller med kemiska metoder.Rubiner och safirer är olikavarianter av aluminiumoxidenkorund.TESTA DIG SJÄLV 5.2FÖRKLARA BEGREPPEN oxidjon hematit magnetit aluminiumoxid1. Ge exempel på skillnader mellan metalloxider och icke-metalloxider.2. Beskriv hur metalloxider är uppbyggda.3. Både järn och aluminium kan omvandlas till oxider. Men saker av aluminium håller mycketlängre än saker av järn. Vad beror det på?134135

10. KOL OCH FÖRBRÄNNING10. KOL OCH FÖRBRÄNNINGHär hittar du kol i detperiodiska systemet.C10.1Det finns många formerav kolFotbollsmolekyler, grafen och nanorör – det är ämnen med litespeciella namn som vi kommer att få väldigt stor nytta av. Bättreläkemedel och supersnabba datorer är några exempel på vad de kanhjälpa oss med. Och ändå är de bara olika former av grundämnet kol!Kolatomer kan sitta ihop på många olika sättDu vet redan att kolatomer kan ingå i många miljoner organiska föreningar.Men dessutom finns det flera olika former av grundämnetkol. Allesammans är helt byggda av kolatomer, men atomerna sitterihop i molekyler med olika form. I det här avsnittet ska vi titta pådiamant, grafit, amorft kol (till exempel träkol), fullerener och grafen.Så här sitterkolatomerna ihop idiamant.DiamantI en diamant sitter alla kolatomerna ihop hårt i ett tredimensionelltnätverk. De bildar en enda jättemolekyl, en kristall.Att atomerna sitter ihop på det här sättet gör diamant till världenshårdaste ämne. Därför används det i borrar och när man skär glas.Dessutom kan man slipa diamanten till en vacker form och användaden i smycken.GrafitI grafit sitter atomerna ihop i platta skikt. Varje sådant skikt är enegen molekyl. De olika skikten hålls bara ihop av svaga krafter ochkan lätt glida längs varandra. Därför är grafit ett mjukt ämne. Detsmetar lätt av sig och används bland annat som stift i blyertspennor.Det är därför det har fått namnet grafit. Det grekiska ordet ”grafein”betyder nämligen skriva.Grafit blir diamant – som blir grafit igenVid högt tryck och hög temperatur kan grafit faktiskt omvandlas tilldiamant. Så har alla naturliga diamanter bildats i jordens inre. Under1900-talet kom forskare på hur man kan tillverka konstgjorda diamantergenom att härma förhållandena inne i jorden.Man skulle kunna tro att diamant är den mest stabila formen avkol eftersom den är så hård. Men det stämmer inte. Vid vanlig temperaturoch vanligt tryck förvandlas en diamant långsamt till grafit,även om det tar tusentals år.De vackra diamanternaär faktiskt inget annatän rent kol.Så här sitter kolatomerna ihop i grafit.246247

10. KOL OCH FÖRBRÄNNING10. KOL OCH FÖRBRÄNNINGFullerenerDiamant, grafit och amorft kol har vi människor känt till i mångahundra år. Men från 1985 och framåt har forskarna upptäckt flera nyaformer av grundämnet kol.Fotbollsmolekyler är ämnen där 5- och 6-hörningar av kolatomersitter ihop i en molekyl som är formad som en fotboll.Nanorör är också byggda av 6-hörningar, men här bildar varje molekylett smalt rör. Rören är väldigt starka och kan dessutom ledaelektricitet. Fotbollsmolekyler och nanorör kallas tillsammans förfullerener.En fotbollsmolekyl.Kolarna på bilden använde kemi för att tillverka träkol i så kallade kolmilor. En poet skrevså här om deras liv: ”Vi ha eld, vi ha kött, vi ha brännvin till tröst, här är helg, djupt iskogarnas ro”. De lade trä i en stor hög och täckte över med gräs och sand. Sedan tändede på. Men träet brann inte upp eftersom syrgasen i luften inte kunde komma åt det.Istället förvandlades det till träkol.Träkol är amorft kolI grafit och diamant sitter kolatomerna i bestämda mönster. Men detfinns också kol där atomerna ligger huller om buller. Det kallas amorftkol. Ordet amorf betyder formlös.Träkol är ett vanligt exempel. Det används bland annat när mangrillar eftersom det är lätt att tända, glöder bra och ger hög värme.Aktivt kol är korn av amorft kol. I kornen finns det små hål somgör att kolet får en väldigt stor yta där andra ämnen kan absorberas(”sugas fast”). Därför används aktivt kol för att ta bort föroreningarav olika slag.Tänk dig till exempel att ett litet barn har hittat en medicinburkoch stoppat i sig farlig medicin. Då kan en läkare låta barnet sväljaaktivt kol som suger åt sig medicinen.Aktivt kol används även i gasmasker, eftersom det kan absorberagiftiga gaser.GrafenEn molekyl av grafen (uttalas grafén) är ett enda mycket tunt skiktav 6-hörningar av kolatomer. Molekylen ser alltså ut som ett enstakaskikt av grafit, men grafen har ändå helt unika egenskaper. Det berorpå att molekylen är väldigt tunn, och att den inte påverkas av någraandra skikt, som i grafit. Därför är materialet genomskinligt och 200gånger starkare än stål. Dessutom är det formbart och kan leda elektricitetmycket bra. Fastän det är så tunt, är det ogenomträngligt förgaser och vätskor.Ett nanorör.Ett skikt av grafen.248 249

10. KOL OCH FÖRBRÄNNING10. KOL OCH FÖRBRÄNNINGDen här kupolen ser lite grann ut som en fotbollsmolekyl avkol. Arkitekten Buckminster Fuller ritade kupolbyggnadentill världsutställningen i Montreal 1967 . När forskarna på1980-talet upptäckte den allra första fotbollsmolekylen döptede den därför till buckminsterfulleren. Senare började mananvända namnet ”fullerener” om alla fotbollsmolekyler ochnanorör.10.2De fossila bränslenabörjar ta slutDet hörs på namnet att vi kan förbränna fossila bränslen –för attvärma hus, driva bilar eller skapa elektricitet i kraftverk. Dessutomanvänder vi dem som råvaror till en mängd viktiga saker – från plasttill kosmetika. Men nu börjar de fossila bränslena ta slut, så forskarnamåste hitta något vi kan använda istället.Det verkar som om vi kommer att få stor nytta av de nyupptäcktaformerna av kol. De kanske kommer att användas i snabbare och mindredatorer, bildskärmar som är tunna och böjliga som ett papper,starkare plastmaterial och nya läkemedel mot virussjukdomar.Några forskare har till och med sett tecken på att fotbollsmolekylerkan förlänga livet på djur, så att de kan bli nästan dubbelt sågamla som normalt. Om det stämmer, beror det förmodligen på attfotbollsmolekylerna skyddar djuren mot fria radikaler. Men det behövsmycket mer forskning för att visa om det verkligen fungerar.TESTA DIG SJÄLV 10.1FÖRKLARA BEGREPPEN diamant grafit amorft kol aktivt kol fotbollsmolekyler nanorör fullerener grafen1. Vad används grafit och diamant till? Vilka egenskaper är viktiga då?2. Berätta lite om vad de nyupptäckta formerna av kol kan komma att användas till. Vilkaegenskaper hos dem kan vara till nytta då?Stenkol, olja och naturgas är fossila bränslenKommer du ihåg att kolväten är organiska föreningar som bara innehållerkolatomer och väteatomer? Den största delen av de kolvätensom vi använder kommer från fossila bränslen som finns djupt nere imarken. Det finns tre huvudtyper av fossila bränslen – stenkol, oljaoch naturgas.Bränslena är rester av djur och växter som dog för miljontals årsedan. En del djur och växter hamnade på botten i hav, sjöar och träsk.Där var det brist på syre, och det gjorde attde inte kunde förmultna helt.Med tiden utsattes djur- och växtdelarnaför högt tryck och hög temperatur. Olikakemiska reaktioner förvandlade dem saktatill kolväten. Det som avgjorde om det blevstenkol, råolja eller naturgas var bland annattemperaturen.Det har tagit enorm tid för de fossilabränslena att bildas. Nu förbrukar vi dem imycket snabbare takt än det kan bildas nya.Därför kommer de fossila bränslena så småningomatt ta slut. Dessutom är koldioxidfrån de fossila bränslena den viktigaste orsakentill den ökande växthuseffekten. Detfinns alltså flera skäl till att vi måste hittaalternativa energikällor.En kemisk reaktion är närämnen förvandlas till nyaämnen.Stenkol var för miljontals år sedan gröna växter. Att bryta kolet i djupagruvor är ett hårt arbete.250251

10. KOL OCH FÖRBRÄNNING10. KOL OCH FÖRBRÄNNINGTraktorn gräver upp torv på entorvmosse. Marken blir ful efteråt, mendet är lag på att den som har grävt upptorven måste bearbeta marken så attden blir fin igenNaturgasNaturgas är en blandning av olika gasformiga kolväten, framför alltmetan. I Sverige använder vi inte så mycket naturgas, men i hela världenstår den för ungefär en femtedel av energin. Den kan användasi gaskraftverk för att få elektricitet men också i industrier och värmepannor.Dessutom kan den driva bilar och bussar. I Göteborg ochMalmö går en stor del av stadsbussarna på naturgas.RåoljaDet fossila bränsle som vi använder mest är råolja. Det är en blandningav många olika kolväten. De flesta är mättade, men det finnsäven en del omättade.Innan vi kan använda råoljan måste vi först dela upp kolvätena iolika grupper. I varje grupp har kolvätena liknande egenskaper. Deolika grupperna används sedan till olika saker, som bensin, eldningsoljaeller asfalt. Uppdelningen av råoljan görs i en industrianläggningsom kallas oljeraffinaderi. Ordet raffinera betyder förädla eller rena.KanadaRysslandVenezuelaLibyenSaudiarabienNigeriaKuwaitKazakstanIrakIranQatarFörenadeArabemiratenDet här är de länder ivärlden som har de störstakända oljefyndigheterna.Eftersom oljan är så viktigför oss, har den flera gångervarit en bidragande orsaktill krig.Stenkol och torvStenkol är en blandning av amorft kol och omättade kolväten medmånga dubbel- och trippelbindningar.I Sverige använder vi inte så mycket stenkol, men i världen somhelhet kommer 25–30 % av energin från det. Framför allt eldar manmed stenkol i kolkraftverk för att få elektricitet.På sätt och vis kan man säga att torv är en yngre form av stenkol,ett slags ”baby-stenkol”. Torv är växtrester från våtmarker som barahar förmultnat delvis, men inte pressats ihop under högt tryck. Omtorven fick många miljoner år på sig skulle den också omvandlas tillstenkol.Torv och stenkol har använts som bränsle i flera hundra år. Det varförst i mitten av 1900-talet som olja blev det allra viktigaste bränslet.Oljan destillerasEftersom de olika kolvätena har olika kokpunkt är destillation en braseparationsmetod.Först hettas oljan upp så mycket att alla kolväten blir till gas. Sedanleds gasen in längst ner i ett högt torn där den får stiga uppåt. Denblir kallare ju högre upp den kommer. Eftersom de stora kolvätemolekylernahar hög kokpunkt, kondenserar de till vätska redan vidtornets botten. De mindre kolvätena har lägre kokpunkt och kondenserarhögre upp i tornet.På det här sättet delas oljan upp i grupper av kolväten. Gruppernakallas fraktioner och hela metoden kallas fraktionerad destillation.Kondensera betyder att engas blir vätska.Kokpunkten för en vätska ärden temperatur när den börjarkoka. Men det är också dentemperatur när den gas somhar bildats av vätskan börjarkondensera och bli vätska igen.252 253

10. KOL OCH FÖRBRÄNNING10. KOL OCH FÖRBRÄNNINGSå här ser destillationstornet ut i verkligheten.RåoljaI ett sådant här torn skiljer man de olika kolvätena i råoljan åt.Asfalt och paraffinLängst ner i tornet kondenserar stora kolväten, med mer än 40 kolatomer.Från den fraktionen får vi till exempel asfalt och paraffin.Asfalt används framför allt som vägbeläggning. Då är kolvätenauppblandade med grus.Paraffin består av lite mindre kolväten än asfalt och används blandannat i hudvårdsprodukter.20°CGaser170°C220°C300°CBensinFotogenDieselolja ochlätt eldningsolja350°CTung eldningsoljaoch smörjoljaAsfalt och paraffin400°CFotogen och bensinAtt fotogen används i fotogenlampor känner du nog till. Men den allrastörsta delen av den här fraktionen blir faktiskt bränsle i jetplan.När man på 1800-talet började ta fram råolja ur marken var detbara lampfotogen man ville ha. Resten av oljan eldades upp utan attenergin togs till vara. Det här ändrades kring år 1900. Då fick bilensitt genombrott och behovet av bensin ökade snabbt.Sedan dess har den viktigaste och mest värdefulla fraktionen varitbensin. Den består av både raka och grenade kolväten med 5–10 kolatomer.Bensin används inte bara i bilar, utan även i propellerflygplanoch till kemtvätt.Högst upp kommer gaserna utHögst upp i destillationstornet kommer det ut kolväten som inte harblivit till vätska. Det är de gasformiga kolvätena med 1–4 kolatomer.Framför allt är det propan och butan, som används som gasol i brännare.Från början var de upplösta i råoljan, men vid destillationen blirde en egen fraktion.Krackning ger mer bensinFör att vi ska få tillräckligt mycket bensin räcker det inte att baraseparera råoljan. Den innehåller för lite av de lagom långa kolvätena.Därför använder raffinaderierna en metod för att slå sönder störrekolvätemolekyler så att de blir 5–10 kolatomer långa. Metoden kallaskrackning efter det engelska ordet ”crack” som betyder ”slå sönder”.Fotogen ger ett stämningsfulltvarmt ljus – en kontrast till våradagars energisparlampor ochlysrör.Smörjolja, eldningsolja och dieseloljaSmörjolja används till att smörja maskiner och motorer.Från samma fraktion får vi även eldningsolja. Den används i industrieroch för att värma upp bostadshus.Dieselolja används som bränsle i dieselmotorer i lok, båtar, bussar,lastbilar och personbilar.Långa kolväten kan ”slås sönder” till kortare. På så sätt kan vi fåmer bensin, det vill säga kolväten med 5–10 kolatomer.254 255

10. KOL OCH FÖRBRÄNNING10. KOL OCH FÖRBRÄNNINGAv råoljan gör vi plast och läkemedelDet allra mesta av de oljefraktioner som vi får fram använder vi sombränsle – i bilar, flygplan, värmepannor och kraftverk. Men en del användsockså som råvaror till andra ämnen och material. Till exempeltillverkas de allra flesta plaster av ämnen som kommer från råolja.Kosmetika, rengöringsmedel och vissa läkemedel är andra exempel.Eftersom råoljan börjar ta slut, är det förstås viktigt att vi kan hittanya råvaror för sådan tillverkning. En del av lösningen blir förmodligenatt använda råvaror från växter. En annan viktig del blir säkert såkallad bioteknik, där forskarna förändrar bakterier så att de tillverkarkolväten och andra användbara ämnen.10.3Kolets kretsloppKolatomerna på jorden vandrar runt i ett kretslopp mellan luft, växter,människor och djur. Och det är verkligen tur, för annars skulle livet påjorden ha tagit slut för länge sedan.När vi eldar frigörs det energiDet finns många olika former av energi. Ljusenergi, värmeenergi ochrörelseenergi är några exempel.En annan typ av energi är kemisk energi. Den finns i alla kemiskaämnen. Man kan säga att energin är lagrad i molekylernas bindningar.När vi eldar ett bränsle bryts bindningarna och då frigörs den lagradeenergin.Energi kan aldrig försvinna. Däremot kan en viss energiform omvandlastill en annan. När vi eldar ett bränsle frigörs den kemiskaenergin i bränslet och förvandlas till värmeenergi och ljusenergi.Värmen kan sedan omvandlas till rörelseenergi, till exempel i en bilmotor.Den amerikanske forskaren CraigVenter specialdesignar bakterier såatt de tillverkar produkter som kanersätta fossila bränslen. Bilden tillhöger visar bakterien XTESTA DIG SJÄLV 10.2FÖRKLARA BEGREPPEN fossila bränslen naturgas gaskraftverk stenkol kolkraftverkFotosyntesen fångar solenergiDet finns två typer av kemiska reaktioner. Det vanligaste är att ämnenafår mindre energi efter reaktionen, som vid förbränning. Mendet finns också reaktioner där energin i ämnena ökar. För att en sådanreaktion ska kunna ske måste det tillföras energi utifrån.Fotosyntesen är ett viktigt exempel på en reaktion där energin i ämnenaökar. Växterna använder solenergi för att bygga om de energifattigaämnena koldioxid och vatten till energirik glukos. Vi kansammanfatta det så här:De gröna växterna är världensbästa solfångare. De fångar uppenergin i solljuset och lagrar densom kemisk energi i glukos. torv råolja oljeraffinaderi fraktion fraktionerad destillation6 CO 2+ 6 H 2O + solenergi → C 6H 12O 6+ 6 O 2 asfalt paraffin smörjolja eldningsolja dieselolja fotogen bensin gasformiga kolväten gasol krackning1. Varför håller de fossila bränslena på att ta slut, och vilka problem kan det ge?Koldioxid Vatten → Glukos SyrgasVäxtcell256 257