Opetus: Kemia

7. lk: Aineet

Ominaisuuksia

Mohsin asteikko

• 1 Talkki 1
• 1.5 Tina, lyijy, kynttilävaha
• 2 Kipsi, puu 2
• 2.5 muovi, kulta, hopea, kynsi, kupari, alumiini
• 3 Kalsiitti, pronssi 3
• 4 Fluoriitti, rauta, teräs 4
• 5 Apatiitti, hammaskiille 5
• 5.5 lasi
• 6 Maasälpä, titaani, uraani 6
• 7 Kvartsi, posliini 7
• 8 Topaasi, kovateräs 8
• 9 Korundi 9
• 9.5 karbidit
• 10 Timantti 10

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
• H_2O
• NO₂
• CO₂

• Hiilihappo H₂CO₃
• Natrium(bi)karbonaatti eli sooda Na₂CO₃
• Natriumhydroksidi NaOH

• Ammoniakki NH₃
• Suolahappo HCl
• Glukoosi, fruktoosi C₆H₁₂O₆
• Etanoli C₂H₆OH
• Metanoli CH₃OH

• Bleach NaOCl

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

Taistelukaasut

• Kyynelkaasu
  • harvoin tappavaa
• Kloorikaasu
  • voi vahingoittaa keuhkoha kuolettavasti
  • vihreän väristä
• Fosgeenikaasu COCl2
• Sinappikaasu diklooridietyylisulfidi, rikkisinappikaasu, (ClC2H4)2S

II Maailmansota

• Tabuuni https://en.wikipedia.org/wiki/Tabun_(nerve_agent).
• Sariini https://en.wikipedia.org/wiki/Sarin
• Somaani https://en.wikipedia.org/wiki/Soman
• VX-kaasu https://en.wikipedia.org/wiki/VX_(nerve_agent)

Yhdisteitä on ehkä 10¹⁸-10²⁰⁰ kpl. Hiekanjyviä maapallolla on $7,5\times 10^{18}$

7. lk: Kemiallinen reaktio

Puhtaat aineet ja seokset

Emulsio: kananmunan keltuainen (öljy vedessä; lesitiini), maito (rasva vedessä), voi (vesi öljyssä),

Seos ja erotusmenetelmät

Prinsessa Pei Pei

Kemiallinen reaktio

Palaminen: C + O₂ → CO₂

Vähähappinen palaminen: 2C + O₂ → 2CO

Yhteytttäminen: 6CO₂ + 6H₂2 → C₆ H₁₂O₆ + 6 O₂

Leivinjauhe NaHCO₃ kohottaminen: NaHCO₃ + H → Na + CO₂ + H₂O

HCOOH + Ca(OH)2 = (HCOO)2Ca + H2O

Palaminen

Rauta, rautaoksidi.

Rakettimoottorissa

Mustaruuti

• hiili C (polttoaine)
• Kaliumnitraatti (salpietari) KNO₃ Lantasalpietari
• rikki S laskee sytytyslämpötilaa (katalyytti ja myös polttoaine).

2 KNO₃ + S + 3 C → K₂S + N₂ + 3 CO₂. or 10 KNO₃ + 3 S + 8 C → 2 K₂CO₃ + 3 K₂SO₄ + 6 CO₂ + 5 N₂.

Rocket Candy

• Sukroosi ja kaliumnitraatti KNO3.

Ammoniakki perkloraatti (AP) NH4ClO4. Komposiittimoottori. https://en.wikipedia.org/wiki/Ammonium_perchlorate_composite_propellant

• valmistetaan ammoniakista ja perkloorihaposta HClO4 (vahva happo): on siis suola. Happo on tarkasti säädelty, koska voi reagoida hyvin äkäisesti metallien tai palavien aineiden, kuten puun/ muovin/ öljyn kanssa.
• Single stage solid fuel rocket, utilizing Cesaroni ProX-29 motors. ProX-29 -moottori polttaa n- 85 g polttoainetta 3s polton aikana.
• Hapettimena ammoniakki perkloraatti.
  • AP:n palaminen on monimutkaista, mutta paljon tutkittu.
  • Kevyt lämmittäminen tuottaa reaktion: 4 NH4ClO4 → 4 HCl + 2 N2 + 5 O2 + 6 H2O
• Jos AP sekoitetaan sopivan polttoaineen kanssa (esimerkiksi alumiinijauhe tai "elastomeeri"), se tuottaa itseään ylläpitävän palamisprosessin, eli kts kohta 2.
• Alumiinilla dopattua kumikomposiittia polttoaineena:
  • Alumiini on hyvä polttoaine, koska sillä on melko korkea energiatiheys ja sitä on vaikea sytyttää vahingossa.
  • Metalli nostaa palamislämpötilaa.
• Polybutadieeni­akryyli­nitriili (PBAN) Polybutadiene acrylonitrile

• Komposiittimoottorit valetaan muotoon

Composite propellants are cast, and retain their shape after the rubber binder, such as Hydroxyl-terminated polybutadiene (HTPB), cross-links (solidifies) with the aid of a curative additive.

Palaminen: -> Al₂ O₃

• ionisaatioenergiat kJ/mol: Al aluminium 577.5 1816.7 [Al2O3] 2744.8 // 11,577 14,842 18,379 23,326 27,465 31,853 38,473
• Deflagraatio: palaminen yliäänen nopeudella
• Palamisnopeus
  • partikkeleiden koko
  • palamispaine / palotilan paine
  • lämmönsiirto
  • "eroosiopalaminen": nopeasti liikkuva vuo polttoaineen edestä
  • alkulämpötila (> -5 oC)

8. lk: Jaksollinen järjestelmä =

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

Johdanto

Muutama video:

• NileRed Making fuming nitric acid
• Cody's Lab Homemade Nitric Acid For Rocket Fuel
• Periodic Videos The Prof watches Breaking Bad (at last) The Acid Bathtub in Breaking Bad (reviewed by The Professor)

Happamuus

Eksperimentti: punakaali ja pH].

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

2Al + 6NaOH → 3H₂ + 2Na₃AlO₃

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?

Ruokasooda eli natriumvetykarbonaatti eli natriumbikarbonaatti NaHCO₃. Sopii mm mahalaukun happoisuuden vähentämiseen ja hampaiden puhdistukseen. Vaatii siis happoa (esim piimää, sitruunaa).

NaHCO₃ + H⁺ → Na⁺ + CO₂ + H₂O

Leivinjauhe koostuu pääasiassa ruokasoodasta, natriumpyrofosfaatista (hapan) ja tärkkelyksestä. Tuottaa hiilidiksidia veteen sekoitettuna (alla on yksinkertaistettu reaktio, koska oikea on niin vaikea):

NaHCO₃ + H⁺ → Na⁺ + CO2 + H₂O

Ilmakehä

Rakettimoottori:

Ammoniakki perkloraatti (AP) NH4ClO4. Komposiittimoottori. https://en.wikipedia.org/wiki/Ammonium_perchlorate_composite_propellant Valmistetaan ammoniakista ja perkloorihaposta HClO4 (vahva happo): on siis suola. Happo on tarkasti säädelty, koska voi reagoida hyvin äkäisesti metallien tai palavien aineiden, kuten puun/ muovin/ öljyn kanssa.

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?

Katana

Myös Damascus-teräs https://en.wikipedia.org/wiki/Damascus_steel

Korroosio

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

Ruostuminen:

• Fe → Fe^{2+} + 2e^-
• 4e^- + O_2 + H_2 O→ 4OH^-
• Fe^{2+} + 2OH^{-} → Fe(OH)_2
• 4Fe(OH)_2 + O_2 → 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

File:KaasujenOminaisuudet.odt

File:KaasujenOminaisuudet tyhja.odt

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

Fermentoituminen: C₆H₁₂OH → 2C₂H₅OH + 2CO₂.

• Myös muutamat kalat: karppi, kultakala, ötökät.

Palamisreaktiot

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

Experimentit

• Hiiva + sokeri/ vehnäjauho + vesi. Ilmapallo.

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

• Bentsoehappo C₆H₅COOH E210
• Maitohappo CH₃CHOHCOOH E270
• Omenahappo E296
• L-askorbiinihappo (C-vitamiini) E300
• Sitruunahappo CH₂(COOH)·COH(COOH)·CH₂(COOH) E330
• Viinihappo E334

9. lk: Ravintoaineita

https://en.wikipedia.org/wiki/Maillard_reaction

Rasvat

Rasvat: Glyseroli + rasvahappo

Sokerit

Sokerit: Esim C6H12O6, tärkkelys, selluloosa, kitiini

Proteiinit

Unfold Your World

aminohappoja (ihminen tarvitsee n 20 erilaista)

• väh sata aminohappomolekyyliä -> kymmeniä tuhansia
• Aminoryhmä NH2
• Karboksyyliryhmä COOH
• proteiinien ryhmä O=C-N-H

Punasolujen hemoglobiini

• 574 aminohappoa, jotka tekevät neljä kierrettä joiden sisällä on happimolekyyli

Oleelliset ovat

• histidine
• isoleucine
• leucine
• lysine
• methionine
• phenylalanine
• threonine
• tryptophan
• valine

• GLY glysiini (C₂H₅NO₂)
• ALA alasiini
• Treoniini (C₄H₉NO₃)

Kananmuna

https://www.ruokatieto.fi/ruokakasvatus/ruokaketju-ruuan-matka-pellolta-poytaan/keittio/ruuanvalmistus

Lesitiini; kananmunan keltuainen muta nykyään soijasta:

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

Raketti

Palaminen (rakettimoottorissa)

---

Mustaruuti

• hiili C (polttoaine), sometimes empirically described as C₇H₄O
• Kaliumnitraatti (salpietari) KNO₃
• rikki S laskee sytytyslämpötilaa (katalyytti ja myös polttoaine).
• A sample reaction for sulfur-free gunpowder would be:

6 KNO₃ + C₇H₄O → 3 K₂CO₃ + 4 CO₂ + 2 H₂O + 3 N₂ + Energiaa

• A simple, commonly cited, chemical equation for the combustion of gunpowder is:

2 KNO₃ + S + 3 C → K₂S + N₂ + 3 CO₂.

• A balanced, but still simplified, equation is

10 KNO₃ + 3 S + 8 C → 2 K₂CO₃ + 3 K₂SO₄ + 6 CO₂ + 5 N₂.

Rocket Candy

• Sukroosi ja kaliumnitraatti KNO₃.

Ammoniakkiperkloraatti (AP) NH₄ClO₄. Komposiittimoottori. https://en.wikipedia.org/wiki/Ammonium_perchlorate_composite_propellant

• valmistetaan ammoniakista ja perkloorihaposta HClO₄ (vahva happo): on siis suola. Happo on tarkasti säädelty, koska voi reagoida hyvin äkäisesti metallien tai palavien aineiden, kuten puun/ muovin/ öljyn kanssa.
• Single stage solid fuel rocket, utilizing Cesaroni ProX-29 motors. ProX-29 -moottori polttaa n- 85 g polttoainetta 3s polton aikana.
  1. Hapettimena ammoniakki perkloraatti.
  2. AP:n palaminen on monimutkaista, mutta paljon tutkittu.
  3. Kevyt lämmittäminen tuottaa reaktion: 4 NH₄ClO₄ → 4 HCl + 2 N₂ + 5 O₂ + 6 H₂O
• Jos AP sekoitetaan sopivan polttoaineen kanssa (esimerkiksi alumiinijauhe tai "elastomeeri"), se tuottaa itseään ylläpitävän palamisprosessin, eli kts kohta 2.

• 1. Alumiinilla dopattua kumikomposiittia polttoaineena:
  2. Alumiini on hyvä polttoaine, koska sillä on melko korkea energiatiheys ja sitä on vaikea sytyttää vahingossa.
  3. Metalli nostaa palamislämpötilaa.

• Polybutadieeni­akryyli­nitriili (PBAN) Polybutadiene acrylonitrile

• Komposiittimoottorit valetaan muotoon
  1. Composite propellants are cast, and retain their shape after the rubber binder, such as Hydroxyl-terminated polybutadiene (HTPB), cross-links (solidifies) with the aid of a curative additive.

• Palaminen:
  • Al₂ O₃
  • ionisaatioenergiat kJ/mol: Al aluminium 577.5 1816.7 [Al₂O₃] 2744.8 // 11,577 14,842 18,379 23,326 27,465 31,853 38,473
  • Deflagraatio: palaminen yliäänen nopeudella

• Palamisnopeus
  • partikkeleiden koko
  • palamispaine / palotilan paine
  • lämmönsiirto
  • "eroosiopalaminen": nopeasti liikkuva vuo polttoaineen edestä
  • alkulämpötila (> -5 oC)

Palamisgeometria https://en.wikipedia.org/wiki/Solid-propellant_rocket

---

- raketin suutin muuttaa termisen energia "suunnatuksi kineettiseksi energiaksi": palamistuotteet lentävät palokammiosta suuttimen kautta pihalle, aikaa yleensä kuluu n 1 ms. Rotaatio- ja vibraatioenergia häviää: pienemmillä molekyyleillä on yleensä vähemmän värähtely- ja rotaatiotiloja "annetulla" energiamäärällä => enemmän kineettistä energiaa.

Polttoaineen muoto

• pyöreä reikä: progressive-regressive thrust curve
• End burner: propellant burns from one axial end to other producing steady long burn, though has thermal difficulties, center of gravity (CG) shift.
• C-slot: propellant with large wedge cut out of side (along axial direction), producing fairly long regressive thrust, though has thermal difficulties and asymmetric CG characteristics.
• Moon burner: Pyöreä reikä, mutta ei keskellä: progressive-regressive long burn, though has slight asymmetric CG characteristics
• Finocyl: Yleensä 5- tai 6-sakarainen tähti: producing very level thrust, with a bit quicker burn than circular bore due to increased surface area.

Suuttimen muoto https://en.wikipedia.org/wiki/Rocket_engine_nozzle

Työntövoima https://en.wikipedia.org/wiki/Thrust_curve

• Cesaroni ProX-29 motors
• thrustcurve.org
• klima rocket motors

Rakettitehtävät

Moottoreita löytyy mm. https://www.raketenmodellbau-klima.de

• Selvitä moottorin tyyppi
  1. Selvitä moottorin kokonaisimpulssi
  2. Selvitä moottorin paloaika.
  3. Laske keskimääräinen työntövoima
  4. Selvitä moottorin polttoaineen massa
  5. Laske keskimääräinen polttoaineen kulutus (grammaa/ sekunti)
  6. Laske moottorin ominaisimpulssi

• Raketin lentorata
  1. Laske raketin nopeus heti moottorin sammumisen jälkeen ilman ilmanvastusta ja ilman gravitaatiota (raketti avaruudessa).
  2. Ammutaan raketti pystysuoraan maan pinnalta ylöspäin. Mikä on raketin nopeus moottorin sammuessa?
  3. Mikä on edellisessä tapauksessa raketin korkeus?
  4. Laske vapaan lennon kesto moottorin sammumisesta lakipisteeseen. Vertaa aikaa moottorin viivepanoksen palamisaikaan.
  5. Kuinka pitkän matkan raketti kulkee vapaassa lennossa ylöspäin?

Lukio

Vanhoja kemian yo-kokeita.