Kolets kemi
Ämnet kol återfinns i många, för oss människor, livsviktiga molekyler. Till exempel är kolhydrater, som vi behöver för att få energi, en molekyl med många kolatomer. Ämnet kol har fått sin helt egna nisch inom kemin, organisk kemi.
Organisk kemi handlar om kolföreningar. Namnet kommer från att kol är väldigt vanligt i organiska material (levande material), så som djur och växter. Alla organiska molekyler är kolföreningar, men alla kolföreningar tillhör inte den levande världen. Till exempel koldioxid (CO2) är nog en kolförening, men inte en organisk molekyl.
Orsaken till att kol är så viktigt för livet på jorden är att molekylen är väldigt flexibel. Den har fyra elektroner i sitt yttersta elektronskal, och kan därför binda till 4 andra molekyler. En kemisk bindning innebär att två atomer delar på två elektroner, en från varje atom, och båda "låtsas" att de har två elektroner. Kol skapar alltid 4 bindningar till sin omgivning.
Om kolatomer endast binder till andra kolatomer kallas produkten för rent kol. Men kolatomerna kan binda till varandra på många olika sätt. Därför finns det ett antal olika former av rent kol. Här nedan räknar jag upp de vanligaste formerna, de ni bör kunna.
Olika typer av rent kol
1. Diamant (a)
Diamant är den ädlaste typen av rent kol. Trots att diamant består av kol är detta inte en organisk molekyl, utan denna kolförening hör till den oorganiska kemin. I en diamant sitter varje kolatom starkt bunden till en annan kolatom, åt alla fyra håll. Alla 4 bindningar är starka, och håller ihop materialet i ett nätverk. Detta gör att diamanter är naturens absolut starkaste material.
Diamanter bildas naturligt av olika kolföreningar som utsätts för hög värme och högt tryck. Detta kan ta många miljoner år, och kolatomerna som finns i våra diamanter härstammar från urgamla organismer. Naturliga diamanter kallas ofta för äkta diamanter eftersom man faktiskt kan skapa diamanter i laboratorier också. Nu för tiden är processen för att skapa diamanter i laboratorier så bra att endast experter kan se skillnad på en äkta diamant och en konstgjord.
2. Grafit (b)
Grafit är en annan form av rent kol. Kolatomerna binder starkt ihop sig i sexhörningar och många sexhörningar fogas ihop till stora nät. Ett sådant här nät är endast en atom tjockt. Men varje kolatom har nu endast bundit ihop sig med två (eller tre) andra kolatomer. Den fjärde bindningen sker uppåt eller neråt. Men denna fjärde bindning är mycket svagare än de andra. Detta gör att man kan skrapa av ett lager från de andra. Detta är vad som händer i din blyertspenna, det är nämligen grafit som utgör stora delar av blyertsen. När du drar pennan mot pappret slits några lager av och fastnar på pappret.
3. Fullerener (d - f)
Nätverket av sexhörningar kan också forma sig på annat sätt än i grafit. På 1980-talet upptäckte man en ny form av rent kol. Denna form finns ex. i det sot som bildas när man bränner ved, men finns främst i stoftmoln kring stjärnor. Här har kolatomerna format sig till ett klot, eller en fotboll. När sexhörningarna binder till varandra lossar ibland en kolatom, och en fulleren är således ett klot bestående av både sexhörningar och femhörningar (60 - 70 atomer).
4. Grafen (h - böjt till ett nanorör)
Tänk tillbaka på grafit igen. Många lager ovanpå varandra. Två ryskfödda forskare har blivit tilldelade Nobelpriset i fysik år 2010 för att de lyckades isolera ett enda sådant lager, och använda det. Materialet, som fick namnet grafen, är endast en atom tjockt, leder ström och är många gånger starkare än stål. Dessutom är materialet genomskinligt, något som gör att vi antagligen kommer att tillverka ex. bildskärmar av det i framtiden. Man kan också rulla ihop detta tunna skikt till rör, så kallade nanorör som man tror att kommer att visa sig mycket användbara i framtiden.
5. Amorft kol (g)
I alla ovanstående former av kol ligger kolatomerna i ordnade, regelbundna mönster. Men detta gäller inte alltid. Om kolatomerna istället binder ihop sig i oregelbundna mönster kallar vi det för amorft kol. När jag nämner ordet kol tänker ni antagligen först på exempelvis träkol (grillkol), och detta är ett exempel på amorft kol. Ett annat exempel är stenkol, som förbränns i kolkraftverk för att ge oss värme. Det finns många typer av amorft kol med många olika egenskaper.
Uppgifter:
1. Vilka olika typers rent kol finns det?
2. Vad är det för skillnad på rent kol och andra kolföreningar?
3. Vad skiljer amorft kol från de övriga typerna?
4. Ta reda på vad man kan använda aktivt kol till.
Organisk kemi handlar om kolföreningar. Namnet kommer från att kol är väldigt vanligt i organiska material (levande material), så som djur och växter. Alla organiska molekyler är kolföreningar, men alla kolföreningar tillhör inte den levande världen. Till exempel koldioxid (CO2) är nog en kolförening, men inte en organisk molekyl.
Orsaken till att kol är så viktigt för livet på jorden är att molekylen är väldigt flexibel. Den har fyra elektroner i sitt yttersta elektronskal, och kan därför binda till 4 andra molekyler. En kemisk bindning innebär att två atomer delar på två elektroner, en från varje atom, och båda "låtsas" att de har två elektroner. Kol skapar alltid 4 bindningar till sin omgivning.
Om kolatomer endast binder till andra kolatomer kallas produkten för rent kol. Men kolatomerna kan binda till varandra på många olika sätt. Därför finns det ett antal olika former av rent kol. Här nedan räknar jag upp de vanligaste formerna, de ni bör kunna.
Olika typer av rent kol
1. Diamant (a)
Diamant är den ädlaste typen av rent kol. Trots att diamant består av kol är detta inte en organisk molekyl, utan denna kolförening hör till den oorganiska kemin. I en diamant sitter varje kolatom starkt bunden till en annan kolatom, åt alla fyra håll. Alla 4 bindningar är starka, och håller ihop materialet i ett nätverk. Detta gör att diamanter är naturens absolut starkaste material.
Diamanter bildas naturligt av olika kolföreningar som utsätts för hög värme och högt tryck. Detta kan ta många miljoner år, och kolatomerna som finns i våra diamanter härstammar från urgamla organismer. Naturliga diamanter kallas ofta för äkta diamanter eftersom man faktiskt kan skapa diamanter i laboratorier också. Nu för tiden är processen för att skapa diamanter i laboratorier så bra att endast experter kan se skillnad på en äkta diamant och en konstgjord.
2. Grafit (b)
Grafit är en annan form av rent kol. Kolatomerna binder starkt ihop sig i sexhörningar och många sexhörningar fogas ihop till stora nät. Ett sådant här nät är endast en atom tjockt. Men varje kolatom har nu endast bundit ihop sig med två (eller tre) andra kolatomer. Den fjärde bindningen sker uppåt eller neråt. Men denna fjärde bindning är mycket svagare än de andra. Detta gör att man kan skrapa av ett lager från de andra. Detta är vad som händer i din blyertspenna, det är nämligen grafit som utgör stora delar av blyertsen. När du drar pennan mot pappret slits några lager av och fastnar på pappret.
3. Fullerener (d - f)
Nätverket av sexhörningar kan också forma sig på annat sätt än i grafit. På 1980-talet upptäckte man en ny form av rent kol. Denna form finns ex. i det sot som bildas när man bränner ved, men finns främst i stoftmoln kring stjärnor. Här har kolatomerna format sig till ett klot, eller en fotboll. När sexhörningarna binder till varandra lossar ibland en kolatom, och en fulleren är således ett klot bestående av både sexhörningar och femhörningar (60 - 70 atomer).
4. Grafen (h - böjt till ett nanorör)
Tänk tillbaka på grafit igen. Många lager ovanpå varandra. Två ryskfödda forskare har blivit tilldelade Nobelpriset i fysik år 2010 för att de lyckades isolera ett enda sådant lager, och använda det. Materialet, som fick namnet grafen, är endast en atom tjockt, leder ström och är många gånger starkare än stål. Dessutom är materialet genomskinligt, något som gör att vi antagligen kommer att tillverka ex. bildskärmar av det i framtiden. Man kan också rulla ihop detta tunna skikt till rör, så kallade nanorör som man tror att kommer att visa sig mycket användbara i framtiden.
5. Amorft kol (g)
I alla ovanstående former av kol ligger kolatomerna i ordnade, regelbundna mönster. Men detta gäller inte alltid. Om kolatomerna istället binder ihop sig i oregelbundna mönster kallar vi det för amorft kol. När jag nämner ordet kol tänker ni antagligen först på exempelvis träkol (grillkol), och detta är ett exempel på amorft kol. Ett annat exempel är stenkol, som förbränns i kolkraftverk för att ge oss värme. Det finns många typer av amorft kol med många olika egenskaper.
Uppgifter:
1. Vilka olika typers rent kol finns det?
2. Vad är det för skillnad på rent kol och andra kolföreningar?
3. Vad skiljer amorft kol från de övriga typerna?
4. Ta reda på vad man kan använda aktivt kol till.
Kommentarer
Skicka en kommentar