Opetus: Kemia

Arviointi

Yleistä

7. lk: Aineet

Turvallisuus

Ominaisuuksia

Mohsin asteikko

Talkki 1
Kipsi 2
Kalsiitti 3
Fluoriitti 4
Apatiitti 5
Maasälpä 6
Kvartsi 7
Topaasi 8
Korundi 9
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
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 $7,5\times 10^{18}$

Vesi

7. lk: Kemiallinen reaktio

Puhtaat aineet ja seokset

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

Liuos

Seos ja erotusmenetelmät

Prinsessa Pei Pei

Kemiallinen reaktio

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

Palaminen

Rauta, rautaoksidi.

Rakettimoottorissa

Mustaruuti

hiili C (polttoaine)
Kaliumnitraatti (salpietari) KNO3
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 =

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

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

Oksidi ja pH

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).

Au, Pt
Ag
Cu
H
Pb
Ni
Fe
Zn
Al
Mg
Na
Ca
K
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

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

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

Sokerit

Proteiinit

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) - 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.

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. 1. 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.

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)

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

Lukio

Vanhoja kemian yo-kokeita.

Anonymous

Search