Mitä kemia on?

Kemia on kemiallisten yhdisteiden tutkimista.

Kaikki ympärillämme oleva koostuu kemiallisista yhdisteistä: maaperä, meri, taivas, talot, autot, ruoka,vaatteet ja oma elimistö

Tutkimalla mistä yhdisteet koostuvat ja miten reagoivat muiden yhdisteiden kanssa kemistit voivat kehittääuusia, hyödyllisiä yhdisteitä.

Kemiaa on kaikkialla

Kemia

Aineiden jako eri ryhmiin

Metallit

Metallit ovat alkuaineita tai seoksia, joilla on seuraavia ominaisuuksista:- metallikiilto- hyvä sähkön- ja lämmönjohtokyky (vapaita elektroneja)- yleensä hyvä muokattavuus ja sitkeys- useilla metalleilla korkea sulamispiste (lähes kaikki kiinteitä huoneenlämpötilassa)- useimmat reagoivat happojen kanssa muodostaen suoloja ja vapauttaen vetyä- luovuttavat helposti elektroneja muodostaen positiivisia ioneja

Puolimetallit

Puolimetalleiksi kutsutaan alkuaineita, joilla on sekä metallien että epämetallien ominaisuuksia. Monetniistä ovat samalla puolijohteita. Puolimetalleja ovat boori (B), pii (Si), germanium (Ge), arseeni (As),antimoni (Sb), telluuri (Te) ja polonium Po. Piitä ja muita käytetään sellaisenaan ja seoksina puolijohteissa (mm. transistorit). Ne ovatmahdollistaneet nykyiset tietokoneet.

Epämetallit

Epämetallit ovat yleensä kaasuja tai kiteytyviä aineita, kuten hiili, typpi, happi, fosfori, rikki, seleeni.Jalokaasut: helium, neon, krypton, argon, ksenon ja radioaktiivinen radon. Halogeenit: fluori, bromi, jodi, astatiini. Epämetalleita esittävässä kuvassa höyryää bromi. Se onhuoneenlämmössä tummanruskea raskas neste, josta lähtee ruskeanpunaisia, limakalvoja voimakkaastiärsyttäviä ja syövyttäviä höyryjä. Se on myös nesteenä iholle haitallinen. Jodia ja bromia käytetään mmlääketeollisuudessa.

YhdisteetOrgaaninen kemia

Orgaaninen kemia on hiiliyhdisteiden kemiaa.Orgaaniset aineet sisältävät ainakin sekä hiiltä että vetyä. Esimerkiksi CH4 (metaani) on orgaaninenaine. Maakaasussa 99% metaania. Metaani on hiilivety. Muita hiilivetyjä ovat etaani janestekaasusäiliöissä myydyt butaani ja propaani. Orgaaninen kemia on nimensä mukaisesti luonnon kemiaa: esim. kasvien lehtivihreä valmistaavedestä ja hiilidioksidista auringonvalon avulla sokeria. Ilmiö on yhteyttäminen eli fotosynteesi

Vesi = H2O Hiilidioksidi = CO2 H = vety, O = happi, C = hiili

Yhteyttämisen “kaava” = 6 H2O + 6 CO2 = C6H1206 + 6O2

C6H1206 = rypälesokeri(C6H10O5)n = tärkkelys ja selluloosa, joiden pitkät molekyylirakenteet poikkeavat toisistaan.

Rypälesokerin kasvit voivat muuttaa tärkkelykseksi (esim. perunajauho) ja selluloosaksi (olki, ruoho. puuaines, paperi) .

Fotosynteesi on kaiken elämän elinehto maapallolla. Sokerimuuttuu kasveissa mm. tärkkelykseksi (peruna, vilja) ja eläimillekelpaavaksi selluloosaksi (ruoho, olki sekä puuaines). Lisäksiyhteyttämisessä vapautuu kasveista happea ilmakehään.

Kuvassa kasvien tarvitsemia ravintoaineita.

Puun kemiallinen koostumus

Puuaines muodostuu puun lehdissä tapahtuneessa fotosynteesin eli yhteyttämisessä syntyvistä jamaaperästä juurien avulla saaduista aineista. Valtaosa puusta on näin ollen vetyä, happea ja hiiltä, siissamoin kuin raakaöljy ja maakaasu.

Selluloosa ja paperiteollisuus

Puuaines sisältää 33 – 50 % selluloosaa. Puuvillan kuidut ovat lähes puhdasta selluloosaa.

Selluloosa erotetaan puuaineksesta keittämällä ja kemikaalien avulla (sooda-, sulfiitti- jasulfaattimenetelmät).

Paperiteollisuudessa selluloosa muodostaa suurimman osan paperimassan kuiva-aineesta elipuumassasta.

Paperitehdas

Biodiesel ja muita biopolttoaineita

Puu tms. kasvikunnan tuote kuten voidaan myös hajottaa molekyyleiksi, ja valmistaa niistänykyiselle dieselmoottorikannalle sopivaa polttoainetta, biodieseliä.

Biodiesel on uusiutuvista luonnon raaka-aineista jalostettu dieselöljyä vastaava polttoaine. Euroopassayleisin liikenteen biopolttoaine on biodiesel ja maailmassa bioetanoli.

Biodieselin raaka-aineetErilaisia vaihtoehtoja biopolttoaineen raaka-aineiksi ovat esimerkiksi rypsi, rapsi, sinappi, vehnä,maissi, peruna, sokerijuurikas, kookospähkinät, soija ja öljypalmun hedelmät sekäkierrätysöljyt (esimerkiksi ravintoloiden paistorasvat) ja mäntyöljy (em. selluteollisuuden sivutuote).

Bioetanolin valmistukseen käytetään perunaa, viljakasveja ja sokerikasveja ja biometanolin(polttokennojen polttoaine) valmistukseen puuta.

Porvoon jalostamo, Nestle oil

Kuivatislaus

Erilaisten aineiden erottamiseen puusta ym. käytetään kuivatislaus eli pyrolyysi jossa orgaanisiakiinteitä aineita hajotetaan kuumentamalla ilman hapen pääsemättä vaikuttamaan prosessiin.Kuivatislaus on voimakkaasti pelkistävä (aineesta happea poistava) reaktio, ja pilkkoo pitkiämolekyyliketjuja (selluloosa, tärkkelys) komponentteihinsa ja erottaa pieniä molekyylejä. Tavallisimmat kuivatislaustuotteet (alitteet) ovat koksi, terva ja sysi. Tisleenä saatuja tuotteita ovat vesi, hiilimonoksidi, erilaiset hiilivedyt, etikkahappo, metanoli,ammoniakki, fenolit ja orgaaniset emäkset.

Teollisuuden pyrolyysireaktiot tehdään pääsääntöisesti 200 - 500 °C:n lämpötilassa.

Teollisuudessa kuivatislataan muun muassa puuta, kivi- ja ruskohiiltä, turvetta ja hartsia. Entisaikaan se oli miilunpolttoa ja tervanpolttoa, jossa saatiin lähinnä tervaa, jossa oli kaikki sekaisin.Nykyään aineet erotellaan ja saadaan puutervan ohella etikkahappoa, metanolia, asetonia jatärpättiä.

Kivihiilen kuivatislauksessa saadaan valokaasua, koksia, ammoniakkia, raakaa bentseeniä sekäkivihiilitervaa.

Hiilen monimuotoisuusHiili, orgaanisen kemian perusaine

Hiilen neljä muotoa: grafiitti, timantti, nanoputki ja fulleriiniHiili voi esiintyä neljässä erilaisessa (allotrooppisessa) muodossa, mutta ne kaikki ovat pelkkää hiiltä.

1. Grafiitti on hiilen yleisin muoto. Sen kiteet ovat kuusikulmaisen levyn muotoinen. Lyijykynästäniitä irtoaa paperille. Grafiitti on siten liukasta ja kestää kovaa kuumuutta ja sopii siten voiteluaineeksi.Lisäksi se johtaa sähköä ja käytetään sähkömoottorien “harjoissa”.

2. Timantin kiderakenne on kuutiomainen, mikä tekee siitä kovimman alkuaineen. Keinotekoisesti elisynteettisesti on pystytty tekemään kaksi timanttia kovempaa ainetta.

Timantin kiderakenteen yksikkökoppi Timantin kiderakenne, yksikkökoppien liittyminentoisiinsa

Raakatimantti kivessä Hiottuja timantteja

3. Nanoputki 4. Fulleriini

Nanoputki on vuonna 1991 keksitty hiilen allotrooppinen Fulleriini eli pallohiili on 60 atomista koostuvamuoto. Se on painoon suhteutettuna kymmenestä sataan ontto hiilimolekyyli. Siinä 20 kuusikulmaistaja kertaa terästä vahvempaa. 12 viisikulmaista tahkoa kuten jalkapallossa.

Sisään voidaan sijoittaa ‘vieras’ atomi. Siitävoidaan ehkä kehittää ns. kvanttitietokone.Fulleriinia esiintyy mm. noessa.

Hiilen monipuolisuus tarjoaa yhä uusia mahdollisuuksia tekniikan ja jopa lääketiteen kehittymiselle.

Epäorgaaninen kemia

Epäorgaaninen kemia on yksi kemian osa-alueista. "Epäorgaaninen" tarkoittaa elotonta ja "orgaaninen" taas elollista.

Orgaaniset aineet sisältävät sekä hiiltä että vetyä.Epäorgaaniset aineet voivat tällöin sisältää jompaa kumpaa.

Esimerkiksi CH4 eli metaani on orgaaninen aine, kun taas C02 eli hiilioksidi on epäorgaaninen.

Muita kemian osa-alueita ovat muun muassa orgaaninen kemia, analyyttinen kemia, fysikaalinenkemia, biokemia, lääkeainekemia ja radiokemia.

Epäorgaanisen kemian tuote, ruokasuola, Suolakiteessä jokaista natriumionia sisältää kahta alkuainetta, natriumia ja klooria. ympäröi 6 kloori-ionia ja päinvastoin.Kaava on NaCl.

Varoitus:

Runsas suolankäyttö nostaa verenpainetta ja altistaa sepelvaltimotaudille, aivohalvaukselle, sydämen jamunuaisen vajaatoiminnalle ja osteoporoosille. Koska kohonnut verenpaine ei välttämättä oireile, moni

sairastaa sitä tietämättään.

Ruokasooda, natriumbikarbonaatti (NaHCO3), on valkoista veteen hyvin liukenevaa jauhetta, jostakäytetään suomen kielessä myös nimeä natriumvetykarbonaatti. Natriumvetykarbonaatti hajoaakuumennettaessa natriumkarbonaatiksi, hiilidioksidiksi (ja kakkutaikina nousee) sekä vedeksi.

LiuosLiuos on seos jossa kaksi ainetta on sekoittunut toisiinsa muodostaen yhtenäisen faasin. Liuos onkyseessä silloin, kun ainehiukkaset eivät ole havaittavissa edes mikroskoopilla eivätkä saostuliuoksen seistessä suljetussa astiassa. Yleensä liuoksesta puhuttaessa tarkoitetaan tilannetta jossaliuotin on nestemäinen aine, mutta myös kiinteän tilan liuokset ovat mahdollisia.

Suolaa tai sokeria tai molempia sekoittamalla veteen saadaanliuos. Liuos on kylläinen, kun siihen ei liukene enempää ainetta. Seriippuu nesteen lämpötilasta: lämpimämpään liukenee enempi.

Desilitraan eli 100 ml:aan vettä liukenee n.100 g sokeria.

Myös vesijohtovesi on liuos, koska se sisältää ioneja (mm.kalsium- ja magnesiumioneja, vetykarbonaatti-ioneja, kloridi- jasulfaatti-ioneja) sekä liuennutta kaasua (mm. ilmaa). Kiinteän tilanliuoksista esimerkkeinä ovat useat metalliseokset, esimerkiksipronssi.

Kahvi ei ole liuos, vaikka se vaikuttaa kirkkaalta. Kahvin seistessäastiaan jää ruskea saostuma kun liuoksessa olevat hiukkaseteroavat nesteestä. Suodatinkahvi on kolloidinen seos.

Myöskään maito ei ole liuos vaan kolloidinen seos, sillä sesisältää valkuaisaineita ja rasvaa pieninä pallosina. Pallosia ei voinähdä, mutta ne aiheuttavat valon hajoamista (punerrus)valonsäteen kulkiessa maitokerroksen läpi.

Metalliseos

Metalliseos eli lejeerinki koostuu kahdesta tai useammasta alkuaineesta, joista vähintään yksi onmetalli. Lähes kaikki tekniset metallituotteet ovat jonkinlaisia seoksia. Seostuksen avulla parannetaan esimerkiksi kuumamuokattavuutta, hitsattavuutta, kuumalujuutta,virumislujuutta ja iskusitkeyttä. Hyvinkin pienet seosainelisäykset tai epäpuhtaudet voivat aiheuttaa merkittäviä muutoksiametalliseoksen kemiallisissa ja fysikaalisissa ominaisuuksissa, esimerkiksi 0,01% boorilisäys tekeeteräksestä huomattavasti lujempaa..

Muutamia metalliseoksia (lejeerinkejä):

messinki (sisältää kuparia ja sinkkiä),pronssi (sisältää kuparia ja tinaa),uushopea (sisältää kuparia, sinkkiä ja nikkeliä)Woodin metalli (sisältää kadmiumia (Cd), tinaa (Sn), lyijyä (Pb), vismuttia (Bi) suhteessa 1:1:2:4), sulamispiste 70 °C lämpötilassa sulava metalliseos

Kaasuseos

Ilmakehä, ilma on kaasuseos. Se koostuupääasiassa seuraavista kaasuista:

typestä (78,08 %),hapesta (20,94 %),argonista (0,93 %),hiilidioksidista (0,038 %)neonista (0,001818 %)heliumista (0,000524 %)metaanista (0,0001745 %)kryptonista (0,000114 %)vedystä (0,000055 %)sekä muista kaasuista.

Ilma sisältää myös vesihöyryä (0–5 %) ja kiinteitä hiukkasia.Ilmakehä avaruudesta nähtynä

Haitalliset kaasut Maan ilmakehässä

Vanhoja CFC-yhdisteitä, kauppanimellä freoni, saattaa edelleen esiintyä vanhoissa kylmälaitteissa,sumutinpulloissa ponnekaasuna ja vaahtomuoveissa. CFC-yhdisteiden on todettu tuhoavan ilmakehänstratosfäärin otsonikerrosta. Se säilyy ilmakehässä hyvin pitkään, keskimäärin sata vuotta, tuhotenotsonia koko ajan.

Nykyisten ilmalämpöpumppujen lämpöä siirtävät ennen käytettyä freonia ‘vähemmän vaaralliset’kylmäaineet ovat fluorihiilivetyjä (HFC). Niistä kaikkein uusin kylmäaine, R-410A, onhuomattavasti vähemmän vahingollinen Edeltäjiinsä verrattuna tämä kaasuseos vahingossa putkistostakaratessaan aiheuttaa merkittävästi vähemmän haittaa otsonikehälle. Tämä otsonin hajoaminen johtaaotsonikerroksen ohenemiseen eli otsonikatoon, joka on voimakkainta maapallon navoilla ja niitäympäröivällä alueilla.

Autojen ilmastoinneissa yleisimmin käytetty HFC-kylmäaineR-134a kuuluu fluorihiilivetyihin ja on 1400 kertaa pahempikasvihuonekaasu kuin hiilidioksidi.

Ihan pikkujutusta ei ole kyse, sillä maailmassa on liikenteessäarviolta 5�� miljoonaa ilmastoitua autoa, joissa kussakin on noin600–1 500 grammaa kylmäainetta järjestelmän ollessa täynnä. Siksi synteettiset HFC-kylmäaineet kielletään lähitulevaisuudessa.Käyttöön otetaan hiilidioksidi (CO2) ilmalämpöpumpuissa. Tämänaineen ympäristöhaitat ovat olemattomat ja täysinluonnonmukaiset. Ongelmana on CO2:n nesteytymisen vaatimasuuri paine HFC-kaasuihin verrattuna.

Liete

Liete on nesteen ja hyvin pienten ainehiukkasten muodostama heterogeeninen seos. Liete näkyynesteen sameutena, koska hiukkaset vajoavat pohjaan tai nousevat pintaan hyvin hitaasti.

Geologiassa liete tarkoittaa veden ja savi- taisilttiaineksen tai molempien juoksevaa taipuolijuoksevaa seosta. Kiinteistämineraalihiukkasista koostuvan hienoaineksenrakeiden koko on alle 0,06 mm. Koska vettätiheämmät kappaleet vajoavat pohjaan sitä hitaamminmitä pienempiä ne ovat, saattaa hienoin saviainespysyä kuukausia veteen liettyneenä. Luonnonvesien pohjalle laskeutuva liete muodostaakerrostumia, sedimenttejä, kuten savea, liejua taihiesua. Kuvassa savilietettä.

Emulsio

Emulsio on kahden luonnostaan toisiinsa sekoittumattoman nesteen, kuten veden ja ruokaöljyn, seos.Nesteet eivät muodosta homogeenista seosta, vaan emulsio saadaan aikaan sekoittamalla aineetkeskenään. Esimerkiksi maito ja majoneesi ovat emulsioita. Maidossa vesi on ns. ulkofaasi ja siinämikropisaroina oleva rasva on sisäfaasi. Mitä pienempiä mikropisarat ovat, sitä stabiilimpi elivakaampi emulsio on.Emulgaattori on emulsion muodostumista edistävä aine. Tunnettu emulgaattori on munankeltuainen,jota käytetään majoneesien ja salaatinkastikkeiden valmistuksessa

Kokeita vesi-öljy-emulsiolla öljystä saastuneen veden puhdistamiseksi.Oikeanpuolimmaisessa on käytetty kemikaalia öljyn erottamiseksi.

Vaahto

Vaahto on seos, jossa nesteen tai kiinteän aineen sisälle on jäänyt kaasukuplia. Vaahtoa saadaanpuhaltamalla kaasua nesteeseen tai vatkaamalla nestettä. Veden vaahdottaminen on vaikeaa, sillätavallisesti veden pintajännitys hajottaa kuplat. Saippua alentaa pintajännitystä, joten kuplat pysyvätkoossa pidempään.

Kiinteistä aineista ja erityisesti polymeereistä tehdyillä vaahdoilla on paljon kaupallisia sovellutuksia.Esimerkiksi polyuretaanivaahtoa käytetään lämpöeristeenä. Sammutusvaahtoja voidaan käyttää myössammuttamaan tulipaloja.

Meren vaahtoa Sammutusvaahto

Savu

Savu on epätäydellisen palamisen yhteydessä syntyväpalokaasujen ja kiinteän aineen seos (aerosoli). Usein seon palamisen ei-toivottu sivutuote, mutta sitä voidaanmyös hyödyntää esimerkiksi tuhoeläinten torjunnassa,yhteydenpidossa (savumerkit), puolustuksessa sekänautintoaineena (tupakointi).Tulipalojen yhteydessä kuolonuhreja ei niinkään aiheutatuli, vaan savu. Savu tappaa kuumuutensa,myrkyllisyytensä ja tukahduttavan vaikutuksensa vuoksi.

Sumu

Sumu on pilvi, joka on kosketuksissa maahan. Näkyvyyssumussa on alle 1 km. Sumunkaltainen (kosteudenaiheuttama) mutta lievempi ilmiö on utu. Sen sijaan auerheikentää näkyvyyttä pölyn tai muun kuin vedensisältämän aineen takia.Sumua syntyy, kun ilmassa oleva näkymätön vesihöyrytiivistyy pieniksi pisaroiksi (tai joskus härmistyyjääkiteiksi). Tiivistyminen alkaa, kun ilma on tarpeeksikylmää ja kosteaa: ilman kyllästystila vesihöyryn suhteenriippuu lämpötilasta. Sumu voi muodostua useilla tavoilla,riippuen jäähtymisen tapahtumistavasta.

Alkuaineiden jaksollinen järjestelmä

Lantanoidit ovat harvinaisia maametalleja.

Aktinoidit ovat kaikki radioaktiivisia. Korkean järjestysluvun aktinoidit amerikiumista lähtien ovatsynteettisiä, eli niitä ei ole maapallolla luonnonvaraisina. Niiden puoliintumisaika on lyhyt

http://fi.wikipedia.org/wiki/Jaksollinen_järjestelmä

Oheisessa osoitteessa on taulukko, jossa alkuaineen tunnusta klikkaamalla saa tietoja koalkuaineesta.

Atomin rakenne

‘Normaalin’ vetyatomin ytimessä on yksi protoni, ja ydintä kiertää yksi elektroni.

Vedyn järjestysluku on 1, koska siinä on yksi protoni. Ratkaisevaa sille, mistä alkuaineesta (= järjestysluvusta) on kysymys, on sen ytimen protonimäärä. Vedyllä se on yksi.

On myös vetyjä, jonka ytimessä protonin lisäksi yksi tai kaksi neutronia. Kaikki kolme on vety-alkuaineen isotooppeja.

²H, deuterium, toinen, on toisiksi yleinen vedyn isotooppi, ja sitä onnoin 0,2 % Maassa olevasta vedystä. Vesimolekyyliä H20, jossatavallisen vedyn sijasta on deuteriumia kutsutaan raskaaksi vedeksi.Raskasta vettä käytetään esimerkiksi ydinvoimaloissa hidastimena.Deuteriumia tullaan käyttämään tulevaisuudessa myösfuusioreaktoreissa polttoaineena. Deuteriumia merkitään useinkirjaimella D.

³H, tritium, on vedyn hyvin harvinainen isotooppi. Kaikesta vedystäsitä on 1/10 000.

Heliumin järjestysluku on 2, joten sen ytimessä on kaksi protonia.Helium on toiseksi kevyin alkuaine vedyn jälkeen. Se tunnetaankaasuna, jota käytetään ilmapalloissa. Kuten kaikki aineet, se muuttuunestemäiseen tilaan kun se jäähdytetään hyvin matalaan lämpötilaan.Helium on ainoa aine joka esiintyy nestemäisenä jopa absoluuttisessanollapisteessä, 0 K:ssa , eli -273.15 Celsiusastetta 25 aty:n(ilmakehän) paineessa.Molemmat kaasut ovat huomattavasti ilmaan keveämpiä:kuutiometri ilmaa painaa n. 1 kg 200 g. Kuutiometri vetyä vain 90grammaa ja kuutiometri heliumia 180 grammaa. Kuutiometrinkokoinen eli tilavuudeltaan 1000 litrainen vetyilmapallo pystyynostamaan noin 1 kg:n kuorman. Litium on kevyin kaikista metalleista, ja se jopa kelluu vedessä.

Se on kemiallisesti erittäin reaktiivinen metalli, eli se reagoivoimakkaasti muiden aineiden kanssa. Litium reagoi herkästi joalhaisessa lämpötilassa hapen ja typen kanssa. Kuumennettaessailmassa n. 200 °C:ssa (itsesyttymislämpötila 179 °C) se syttyypalamaan. Litiumia käytetään muun muassa paristoissa ja akuissa, rakettienpolttoaineena ja voiteluaineena.

Alkuaineiden ominaisuuksia

Taulu 2a

Taulu 2b

Aineiden ominaisuuksiaKatalysoivat aineet

Katalyytti on aine, joka nopeuttaa kemiallista reaktiota tietyssä lämpötilassa kuitenkaan itse kulumattareaktiossa. Katalyytti osallistuu kemialliseen reaktioon, mutta ei ole reaktion alku- tai lopputuote.Katalyyttisiä aineita ovat esim. platina, palladium, cerium ja rodium.

Katalysaattori.

Auton katalysaattori on kolmitoimikatalysaattori. Katalyytteinä käytetään platinaa ja rodiumia.palladiumilla, ceriumilla tai rodiumilla.Pakokaasut puhdistuvat kolmessa vaiheessa:Hiilimonoksidi CO eli häkä hapettuu hiilidioksidiksi CO2Palamattomat hiilivedyt hapettuvat hiilidioksidiksi CO2 ja vedeksi H20Typen oksidit NOx pelkistyvät typeksi N2

Auton puhdistetuista pakokaasuista on vain hiilidioksidi, CO2, kasvihuonekaasuna haitallinen.

Katalysaattori kiinnitetään auton pakoputkeen. Katalysaattorin sisällä on keraaminen kennosto, joka onpäällystetty hyvin ohuella kerroksella jalometalleja - platinalla, palladiumilla, ceriumilla tai rodiumilla.Katalysaattorin seinämien pinta-ala on noin yksi hehtaari (10 000 m²). Metallit, joita kennostoon onkäytetty vain noin 2 grammaa, katalysoivat puhdistusreaktiot.

Kasvihuoneilmiö

Vesihöyry, hiilidioksidi, metaani ja muutkasvihuonekaasut pidättävät lämpösäteilyäilmakehässä niin kuin kasvihuoneen lasiseinät. Luonnollinen kasvihuoneilmiö pitää yllä elämäämaapallolla. Ihmisen toiminta kuitenkin lisääkasvihuonekaasujen määrää, minkä pelätään nostavannopeasti lämpötilaa maapallolla.

Maapallon keskilämmön nousu on tosiasiakasvihuonekaasujen takia.

Hiilidioksidi (CO2) on selvästi suurin ‘syyllinen’.Metaania (CH4) syntyy mm. karjanhoidossa. Senmäärä on vähäinen CO2:een verrattuna, mutta se 21tehokkaampi ‘ilmaston lämmittäjä’.

Luonnossakin on suuria hiilidioksidin tuottajia: tulivuoret ja mädäntyvä kasvillisuus. Energiantuotanto (tehtaat, sähkövoimalat, lämmitys) on suurinhiilidioksidin tuottaja. Paljon tuottaa myös liikenneeli maailman yli 400 miljoonaa kulkuneuvoa.Suomessa liikenteen osuus hiilidioksidipäästöistä onnoin 20 prosenttia. Suurin hiilidioksidin tuottaja onkuitenkin energiantuotanto:.

Hiilidioksidin määrä ilmakehässä on vain 0,03%,mutta pienikin lisäys siihen on saanut muutoksiaaikaan maapallon ilmastossa: lämpötila on ilmassa jameressä on noussut, ja mitä enempi lämpöenergiaakertyy auringosta maapallolle, se saa aikaan energianpurkautumista myrskyinä ja jäätiköiden sulamisina. Ilmaston muutos on tosiasia: Grönlannin jäät sulavatkesäisin yhä enemmän ja enemmän.

Öljynjalostus

Fossiiliset polttoaineet ovat polttoaineita, jotka ovat syntyneet muinaisten eliöiden muuttuessafossiileiksi. Tärkeimmät fossiiliset polttoaineet ovat öljy, kivihiili, maakaasu ja turve.

raakaöljy tai yksinkertaisesti öljy, on maaperässä muinaisista eliöistä muodostunut hiilivetyjen seos.Öljyä käytetään laajalti polttoaineena ja raaka-aineena synteettisiä aineita valmistettaessa. 40 %kaikesta maailmassa käytetystä energiasta ja 95 % liikenteessä käytetystä energiasta tulee öljystä.

Öljyn tislaus

Öljyn sisältämät eri hiilivety-yhdisteet saadaan erilleenjakotislauksella, koska näillä aineilla on erilainenkaasuuntumislämpötila. Öljyn tislauksessa kuumennettuöljy pumpataan tislaustorniin, jonka pohjalla on alle 400 °C krakkautumisen estämiseksi ja huipulla n. 20°Cja mahdollisimman alhainen paine. Tällaisessa tornissaon useita eri lämpötiloissa olevia tasoja, joille tiivistyvätne hiilivedyt, joiden kaasuuntumislämpötila onkorkeampi kuin tuon tason lämpötila. Tornin pohjaltakuumista alueesta saadaan ulos pohjaöljy, josta voidaantehdä bitumia ja sen avulla asfalttia, väliotoistaraskasöljy, kevytöljy ja raakabensiini. Kylmimmästähuipusta tulevat ulos kaasumaiset aineet kuten etaani jabutaani.

Muovit

Muovit ovat öljynjalostuksen tuotteita. Noin 4%raakaöljystä käytetään muovituotteidenvalmistukseen. vuosittain. Raakaöljyn ‘keveät’tuotteet (bentseeni, butadieeni, propeeni ja eteeni)muutetaan muoveiksi liittämällä niiden molekyylityhteen pitkiksi ketjuiksi prosessissa, jota sanotaanpolymeroinniksi.Polymeerien erilaiset ominaisuudet ja nimet johtuvatniiden koostumuksesta sekä muovien lisäaineista.Muoveja käytetään arkipäivän käyttötavaroistamonimutkaisiin ja vaativampiin tekniikan jalääketieteen sovellutuksiin. Ne ovat keveitä jakestäviä ja hajoavat luonnossa hyvin hitaasti.Poikkeuksena ovat biohajoaviksi kehitetyt muovit,kuten kompostipussit.

Tärkeitä metallejaRauta (Fe)

Rauta on painavin tähdissä nukleosynteesin kautta syntyvä alkuaine.Näin ollen se on yleisin raskasmetalli maailmankaikkeudessa.Jaksollisessa järjestelmässä rauta on 26. alkuaine. Se on hopeanvärinen, kiiltävä ja ferromagneettinen metalli, jolla on useitahyödyllisiä käyttökohteita. Puhtaana se on jokseenkin pehmeää,mutta monet sitä pääaineksenaan sisältävät metalliseokset ovaterittäin kovia. Niitä käytetään muun muassa työkaluihin,rakennustarvikkeisiin, koneisiin, ajoneuvoihin ja aseisiin.Tärkeimpiä rautaseoksia ovat teräkset ja valuraudat (hiiltä yli 2%) Ruostumaton teräs (merkinnältään 18/8) sisältää 18% kromia ja

Rauta-atomi, 26 elektronia. 8% nikkeliä.Ytimessä 16 protonia janeutroneita isotoopista riippuen n.30.

Raakaraudan valmistus masuunissaTärkeimmät rautamalmimineraalit ovat hematiitti Fe2O3 ja magnetiittiFe3O4. Raudan pelkistäminen rautaoksidista tapahtuu masuunissa.Masuuniin syötetään päältä rautamalmin, koksin ja kalkkikiven seosta.Alhaalta masuuniin puhalletaan kuumennettua ilmaa. Tapahtuuseuraavia reaktioita: hiili palaa C + O2 ? CO2 hiili muodostaa häkää C + CO2 ? 2CO häkä pelkistää rautaoksidin Fe2O3 + 3CO ? 2Fe + 3CO2 Raakarauta valuu sulana masuunin alaosaan. Kalkkikivi muodostaamalmissa vielä olevan kivi- ja muun aineksen kanssa kuonaa, joka jääraudan pinnalle suojaamaan sitä hapettumiselta. Puhallusilman typpi jasyntynyt hiilidioksidi kiertää vielä lämmittämässä masuuniinpuhallettavaa ilmaa.

Teräksen valmistus konvertterissa

Raakarauta on kovaa ja haurasta. Siinä on 2 - 5 % hiiltä ja lisäksi muitaepämetalleja. Näitä vähennetään raudan joukosta konvertterissa. Hiilenmäärä säädetään halutuksi 0,15 - 1,5 %. Konvertterissa sulaan rautaanpuhalletaan ilmaa tai happea. Jos lähes kaikki hiili poltetaan, lisätäänhiiltä haluttu määrä.Bessemer-konvertterissa käytetään ilmaa, happikonvertterissa puhdastahappea. Siemens-Martin-menetelmässä raakaraudan sekaan pannaanteräsromua ja rautamalmia Fe2O3 ja joukkoon puhalletaan kuumennettuailmaa. Malmin happi sitoo hiiltä hiilimonoksidiksi, joka voidaan polttaapuhallusilman kuumentamiseksi.

Alumiini, (Al)

Alumiinia (lat. aluminium) (Al) on 8 % maankuoressa, jossa se on kolmanneksi yleisin alkuainemaankuoressa (hapen ja piin jälkeen) ja samalla yleisin metalli.Alumiini kestää melko hyvin ilman ja veden vaikutusta eikä siis ole altis korroosiolle, ja siksi sitäkäytetään usein teräksen sijasta. Alumiinin korroosiokestävyys perustuu pintaan muodostuvaansuojaavaan oksidikerrokseen. Alumiinin pinta siis hapettuu, mutta pintaan muodostuva tiivisoksidikerros suojaa alempia kerroksia korroosiolta.Alumiinin tuottamiseen bauksiitista tarvitaan paljon sähköenergiaa, noin 16 000 kWh/tonni.Alumiinijätteestä palautuu uusiokäyttöön kolme neljäsosaa. Alumiinin tuotannossa käytetään Hallinprosessia, jossa alumiinia valmistetaan elektrolysoimalla bauksiitin ja kryoliitin (Na3AlF6) seosta.

Katodina toimiva elektrolyysisulatusallas on rautaa(tai grafiittia), anodi on grafiittia (= hiiltä).Voimakas sähkövirta sulattaa 1000 asteessa bauksiitin (= alumiinioksidin, Al203) ja kryoliitin(Na3AlF6) sekoituksen. Sula alumiini valetaanharkoiksi.

Kupari, (Cu)

Kuparia esiintyy monissa malmeissa, kuten kuparikiisussa jajopa puhtaana metallinakin. Se on pehmeää, mutta jovarhain huomattiin, että kuparia voi vahvistaa lisäämälläsiihen kolmannes tinaa. Tätä metalliseosta kutsutaanpronssiksi. Pronssista alettiin valmistaa erilaisia teräaseita,joiden terän sai hyvin teräväksi. Kuparin ja sinkin yhdisteon messinkiä.Ilman hapen kanssa kupari reagoi hitaasti niin, että senpinnalle muodostuu ensin hyvin ohut tummakuparioksidikerros, joka hiilidioksidin vaikutuksestamuuttuu lopulta vihreäksi kupari- karbonaatiksi elipatinaksi (CuCO3), joka suojaa kuparin enemmältäsyöpymiseltä.Kupari johtaa erittäin hyvin sähköä ja voidaan vetää hyvinohueksi langaksi. Niinpä tärkein kuparin käyttäjä onnykyisin elektroniikkateollisuus.

Jalometallit kulta (Au), hopea (Ag) ja platina (Pl)

Metallit jaetaan jaloihin ja epäjaloihin metalleihinnormaalipotentiaalin mukaan. Jalot metallit, joilla onpieni normaalipotentiaali, eivät reagoi suolahapon jasitä heikompien happojen kanssa vetyä vapauttaen.Kulta ja platina ovat jaloimpia metalleja.

Vedyn normaalipotentiaali on nolla. Nykyisin akuissa käytetyn litiumin normaalipotentiaali on -3,05

Galvaaninen sähköpari

Rikkihappoliuoksessa sinkki- ja kuparilevyt levyjenvälille muodostuu jännite, jonka suuruus on 0,76 +0,34 = 1,10 volttia

Korut ja korumetallit

Kulta on pitkään ollut tärkeä korujen valmistusaine. Muita suosittuja korumetalleja ovat hopea ja platina. Nykyisin koruissa käytettyyn kultaan on seostettu vaihteleva määrä hopeaa, mikä vaikuttaapaitsi metallin väriin myös koruesineen kovuuteen ja kulumiskestävyyteen. Metallikoruun liitetäänusein lasia, helmiä tai hiottuja jalokiviä.

Nykyaikana joudutaan korujen valmistuksessa huolehtimaan EU:n nikkelidirektiivin määräystenvuoksi, että ihoa vasten kosketuksessa käytetty koru ei saa altistaa käyttäjäänsä nikkeliallergialle.

Jalometallituotteissa pitää olla ko metallia seuraat vähimmäismäärät:kultaa 375�� = 37,5 %, hopeaa 800 �, platinaa 850 � (� = promillea = tuhannesosaa)Kultapitoisuus voidaan merkitä myös karaatteina elikahdeskymmenesneljäsosina. Esim. leima 18/24 tarkoitta, että kultasormuksessa on kultaa 75%. 25% voi olla hopeaa.

Ammoniitti-kivet istutettu 14 karaatin kultaan, timanttireunus.

Ohutkalvot

Ohutkalvon kasvatuksella tarkoitetaan kaikkia niitä tekniikoita, joilla siirretään ohut materiaalikerroskasvatusalustalle.. Ohutkalvon "ohuus" on suhteellinen käsite. Joillakin kasvatustekniikoilla päästäänatomikerroksittain kasvattamaan kalvon paksuutta, mutta useimmilla menetelmillä pieninsäädettävissä oleva paksuus on joitakin kymmeniä nanometrejä (nm = miljoonasosa millimetriä).Kalvojen paksuudesta puhuttaessa käytetään usein mittana Ångströmiä.

Ohutkalvoja käytetään:

- optiikassa heijastuksen poistokalvoina, - elektroniikassa eriste- tai johdekalvoina, - hohdekalvoina elektroluminesenssi- ja LED-näytöissä- puolijohteissa- pakkauskalvoissa (esimerkiksi alumiinikalvo PET-muovikalvolla). - korroosion estossa- passivointikerroksina parantamaan materiaalin happojen kestävyyttä tai vähentämään elimistöjen hylkimisefektiä.- työkaluissa kova nitridipinnoite antamaan kovuutta teräkselle

Ohutkalvojen kasvatustekniikat ovat kemiallinen ja fysikaalinen.

Ohutkalvo tuottaa valosta sähköä

Auringonvalo suoraan sähköksi edullisimmin.Saksan Bremeniin rakennetaan maailmanensimmäistä ohutkalvotekniikkaan perustuvaaaurinkokennovoimalaa. 10 megawatin voimalanon määrä valmistua vuonna 2011.

Ohutkalvoisten aurinkokennojen aktiivinen kerros on vain muutaman mikrometrin (mikrometri = millimetrin tuhannesosa) paksuinen, kun piipohjaisissa aurinkokennoissa kerrostetaan 300-400mikrometriä puolijohteita päällekkäin.Ohutkalvokennojen alustana voi käyttää taipuisaa muovia, joka on notkeaa ja sitkeää kuinpiirtoheitinkalvo. Kalliiden piikennojen vaivana on hauraus: ne särkyvät yhtä helposti kuin lasi.Ohutkalvokennot ovat kestäviä ja selvästi huokeampia valmistaa kuin piikennot. Toisaaltaohutkalvotekniikka ei ole yhtä tehokasta kuin pii. Hyötysuhde on 17%, mutta auringonvalo on ilmaista.

Ohutkalvoaurinkokennoja. Sähköntuotantoa pellolla

.

.

LUONNON PERUSRAKENTEET JA VUOROVAIKUTUKSET

Luonnon rakenneosia voidaan tarkastella itsenäisinä rakenteina siten, että sen muut rakenneosatmuodostavat ympäristön. Tällä tavalla muodostuu sisäkkäisten rakenteiden järjestelmä, jossa tietynrakenteet ovat ylemmän asteen rakenteiden rakenneosia.Luonnon eri asteisia rakenneyksiköitä ovat

1. galaksijoukko2. galaksi3. tähtijoukko, kaksois- ja monitähtijärjestelmä sekä aurinkokunta4. planeetta-kuu -järjestelmä5. tähti, planeetta,...6. kappale7. molekyyli... atomi8. ydin9. protonit ja neutronit10. kvarkit, elektronit.

Vaarallisten kemikaalien luokitusperusteet - yleiset vaatimuksetLuokituksessa käytettävät ominaisuudet

Ensisijaisesti aineiden luokituksessa käytettävät yleiset ympäristövaikutuksiin liittyvätluokitusperusteet ovat sosiaali- ja terveysministeriön luokitusperusteasetuksen (807/2001) liitteessä 1kohdassa 5. Yleisiä luokitusperusteita käytetään myös niissä seosten luokituksissa, joissa akuutinvesieliömyrkyllisyyden selvittämiseksi voi olla tarpeen tehdä testejä valmisteella. Seostenluokituksessa käytetään kuitenkin pääasiassa niin sanottua sopimuksenvaraista menetelmää, jokaperustuu seoksen sisältämien aineiden luokituksiin.

Luokitus perustuu pääasiassa aineen akuuttiin myrkyllisyyteen vesieliöille (kala, vesikirppu, levä),nopeaan hajoavuuteen ja kertymistaipumukseen. Näistä kolmesta muuttujasta on laadittu erilaisiayhdistelmiä, joissa tiettyjen raja-arvojen ylittäminen tai alittaminen johtaa ympäristölle vaaralliseksiluokitukseen. Lisäksi voidaan luokitella ympäristölle vaarallisiksi muitakin aineita, jos niidenhaittavaikutuksista ympäristölle on riittävästi näyttöä.

Otsonikerrokselle vaarallisiksi katsotaan aineet, jotka on lueteltu otsonikerrosta heikentävistä aineistaannetun asetuksen (EY 2037/2000) liitteessä 1 ja sen muutoksissa. Muidenkin aineiden luokittelu onperiaatteessa mahdollista mutta luokitusperusteita ei ole.

Kemikaalit ja turvallisuus

Kemikaalitapaturma

Vahvat hapot

Vahvan hapon läikkyessä pöydälle tai lattialle, se pyyhitään ensin huokoisella paperilla (esim.käsipyyhe) pois, ja tämän jälkeen pestään pinta vedellä sekä miedosti emäksisellä pesuaineella.Puhdistuksessa käytetään suojakäsineitä. Tarvittaessa käsineitä voidaan laittaa kahdet päällekäin.Vahvan hapon läikkyessä vaatteille vaate riisutaan pois ja pestään altistunut alue iholta vedellä jamiedosti emäksisellä pesuaineella. Vaatteet käsitellään samoin. Jos altistunut ihoalue on suuri tai vaurio on selvästi nähtävissä, viedään altistunut ensiapuun.Jos happoa on nielty, potilasta ei saa oksennuttaa. Juotetaan potilaalle vettä tai mielellään maitoa jamennään ensiapuun.Silmiin joutunut happo huuhdellaan mahdollisimman pian pois silmistä joko silmähuuhdepullon taisilmäsuihkun avulla. huuhtelua jatketaan 15 min ajan tai altistuksen mukaan. Mennään ensiapuun.Neutralointia ei saa yrittää itse!

Vahvat emäkset

Vahvat emäkset ovat kudokselle vahingollisempia kuin vahvat hapot. Niiden kanssa toimitaan samoinkuin vahvojen happojen, sillä erolla, että pesuliuoksena käytetään miedosti hapanta nestettä.