docopiskelumateriaalissa
download 
Report Transcription
opiskelumateriaalissa
EPÄORGAANINEN KEMIA Käsitteitä - puhtaat aineet ja seokset • Ravinto koostuu ruoka-aineista eli elintarvikkeista. esim._________________ • Ruoka-aineista ihminen saa erilaisia ravintoaineita, jotka voidaan ryhmitellä ________, _________, __________, __________, __________, ja __ ______. • Rakenteeltaan ravintoaineet ovat erilaisia yhdisteitä, paitsi __________ ja __________ ovat alkuaineita. Ravintoaineiden lisäksi ihminen tarvitsee elintoimintoihinsa ___________. • Elimistössä ravintoaineet muuttuvat monimutkaisissa kemiallisissa reaktioissa toisiksi aineiksi, jotka ihminen käyttää hyväkseen tai jotka poistuvat elimistöstä. • Harvat aineet ovat ______________, jotka koostuvat vain yhdestä aineesta. Yleensä ruoanvalmistuksessa raaka-aineet sekoitetaan keskenään, jolloin muodostuu ________. Usein raaka-aineita sekoitettaessa ja varsinkin niitä kuumennettaessa tapahtuu __________ , jotka merkittävästi vaikuttavat valmiin ruoan ulkonäköön ja makuun. • Elintarvikkeiden valmistus on yleensä eri ainesosien yhdistämistä ja seosten käsittelyä. lähde Ravitsemisalan Fyke s. 8 Puhtaat aineet ja seokset - aineiden jaottelu: lähde Ravitsemisalan Fyke s. 8 Aine Seos Puhdas aine Kemiallinen yhdiste Epäorgaaninen yhdiste Alkuaine Orgaaninen Yhdiste Metalli Epämetalli Aineiden jaottelu: Aine vesi, hiili, kulta, sitruunahappo, kermavaahto Puhdas aine alkuaineet yhdisteet tislattu vesi, alumiini Seos sekoitetaan keskenään vaahdot, emulsiot Alkuaine hiili,vety,natrium, kloori, kivennäis- ja hivenaineet Kemiallinen yhdiste vesi, sitruunahappo Epäorgaaninen yhdiste suola Orgaaninen Yhdiste rasvat, proteiinit, hiilihydraatit Metalli kulta Epämetalli hiili Seostyypit (lähde: Kefy s. 10-11; Ravitsemisalan Fyke s. 58-) Homogeeniset seokset • Todelliset liuokset • Lejeeringit Heterogeeniset seokset • Vaahdot • Lietteet eli suspensiot • Emulsiot Tehtävä: Selvitä, mitä em. käsitteet tarkoittavat ja mainitse esimerkki kustakin. Todellisuudessa aineet ovat erilaisten seostyyppien yhdistelmiä. Monet ruoanvalmistustoimet tähtäävät kullekin tuotteelle tyypillisen seosrakenteen aikaansaamiseen. Aine ja atomi lähde Ravitsemisalan Fyke s. 9 • alkuaineet rakentuvat yhdenlaisista atomeista, jotka koostuvat edelleen pienemmistä hiukkasista eli alkeishiukkasista, joita ovat elektronit, protonit ja neutronit • atomin rakennetta kuvaa atomimalli • protonit ja neutronit muodostavat atomin ytimen ja ydintä ympäröi elektroniverho Alkuaineet lähde Ravitsemisalan Fyke s. 9-10 • luonnosta löydetty n. 90 alkuainetta • maailmankaikkeudessa vety ja helium ovat yleisimmät alkuaineet; maankuoren yleisimmät alkuaineet ovat happi, pii ja alumiini; ihmisessä on eniten happea, hiiltä ja vetyä • atomissa olevien protonien lukumäärä ilmaisee mistä alkuaineesta on kyse, protonien lukumäärää kutsutaan alkuaineen järjestysluvuksi • saman alkuaineen atomeilla on ytimessään yhtä suuret määrät protoneja • neutronien lukumäärä ytimessä voi vaihdella ilman, että alkuaineen kemialliset ominaisuudet muuttuvat • atomeja, joiden ytimessä on yhtä suuret määrät protoneja, mutta eri suuret määrät neutroneja, kutsutaan alkuaineen isotoopeiksi • alkuaineita merkitään kemiallisella merkillä, joiden vasempaan alakulmaan merkitään järjestysluku ja yläkulmaan massaluku • massaluku ilmaisee protonien ja neutronien yhteenlasketun määrän • lähes kaikilla alkuaineilla esiintyy luonnossa useampi kuin yksi isotooppi esim. vedyllä on kolme eri isotooppia Jaksollinen järjestelmä • alkuaineet järjestetään kasvavan järjestysluvun mukaiseen järjestykseen siten, että päällekkäin ovat kemiallisesti samantyyppiset aineet. Ryhmiä on 18. • alkuaineet muistuttavat kemiallisesti toisiaan, koska niiden uloimmalla elektronikuorella on yhtä monta elektronia • ryhmänumeron viimeinen luku ilmaisee ryhmän alkuaineiden ulkoelektronien määrän • jaksollisen järjestelmän vaakarivejä sanotaan jaksoiksi (7) • jakson numero ilmaisee alkuaineen elektronikuorien määrän • jokainen jakso alkaa alkuaineella, jolla on yksi elektroni uloimmalla kuorellaan ja päättyy alkuaineeseen, jolla on kahdeksan elektronia uloimmalla kuorellaan • poikkeus on ensimmäisen jakson helium (kaksi elektronia uloimmalla kuorella) Jaksollinen järjestelmä • elektroniverhon rakenne määrää alkuaineen ominaisuudet, ne voidaan myös päätellä alkuaineen paikasta jaksollisessa järjestelmässä • katsottaessa jaksollista järjestelmää, nähdään että vasemmalla on enemmän metallisia alkuaineita, kuten natrium ja magnesium, ja oikealla taas epämetalleja, kuten hiili ja happi • hiilen ryhmässä alaspäin mentäessä, alkuaineiden metalliluonne kasvaa; näistä tina ja lyijy ovat tuttuja metalleja • germanium ja pii esim. puolimetalleista, joilla on sekä metallien että epämetallien ominaisuuksia • monet muutkin alkuaineiden ominaisuudet, kuten sulamis- ja kiehumispiste ja atomien koko, voidaan päätellä alkuaineen paikasta jaksollisessa järjestelmässä Elämälle tärkeitä alkuaineita • ihmiset, kasvit ja eläimet koostuvat pääasiassa vedestä ja orgaanisista yhdisteistä, jotka rakentuvat hiilestä, vedystä, typestä ja hapesta • ihminen saa näitä aineita ravinnon hiilihydraateista, proteiineista, rasvoista ja vitamiineista • lisäksi elimistö tarvitsee kivennäis- ja hivenaineita Happi O • • • • • • • • • • yleisin alkuaine. Ilman tilavuudesta 21 % on puhdasta happea väritöntä, hajutonta kaasua ilmakehän ylemmissä kerroksissa happi esiintyy kolmiatomisena otsonina: sinertävää, lievästi pistävänhajuista kaasua. Syntyy hapesta esim. ukonilmalla. Otsoni on myrkyllistä maankuoressa happi on sitoutuneena erilaisiin yhdisteisiin esim. oksideihin, jotka ovat syntyneet palamisreaktioissa. Palaminen on aineen yhtymistä happeen eli aineen hapettumista. Se voi olla nopeaa, räjähdysmäistä tai hidasta: puun hajoaminen ja raudan ruostuminen sekä ravinto-aineiden palaminen elimistössä palamisreaktioissa vapautuu energiaa ja lämpöä. Lähes kaikki alkuaineet yhtyvät happeen. vesi on vedyn palamistulos eli vetyoksidi. Vety muodostaa happen kanssa myös vetyperoksidia. Vetyperoksidin 3-prosenttista vesiliuosta käytetään haavojen puhdistamiseen ja 6-, 9- ja 12-prosenttisena hiusten valkaisuun. Vetyperoksidi on vesiliukoisenakin pysymätön yhdiste, joka muuttuu nopeasti vedeksi ja aktiiviseksi hapeksi ihmisessä on 65 % sitoutuneena veteen ja muihin yhdisteisiin ihminen tarvitsee happea hengitykseen hapen vaikutuksesta ruoka-aineet palavat ihmisen elimistössä ja luovuttavat energiaa elintoimintojen ylläpitämiseen ja lämmön tuottamiseen välttämättömät ravinto-aineet: hiilihydraatit, rasvat, ja proteiinit sisältävät runsaasti sitoutunutta happea Hiili C • epämetalli: lähes kaikkialla luonnossa • elävät organismit koostuvat lähes pelkästään vedestä ja hiilen yhdisteistä • ihmisessä hiiltä on on 18 % • maaperässä noin 0,1 painoprosenttia • maankuoressa hiili esiintyy karbonaatteina (mm. kalkkikiveä) ja muinaisaikojen kasvisten ja eläinten jäännöksistä muodostuu kivihiilikerrostumina, maaöljynä ja –kaasuna • hiiltä ilmakehässä on hiilidioksiidina 0,003 % • alkuaineena hiili esiintyy mm. grafiittina tai timanttina, molemilla on oma atomirakenne • grafiitti on pehmeää ja timantti on kovaa Vety H • hajuton, mauton, väritön ja erittäin kevyt kaasu • reagoi lähes kaikkien alkuaineiden kanssa jalokaasuja lukuunottamatta • vety muodostaa hapen kanssa herkästi räjähtävän seoksen • vedyn ja hapen reaktiossa syntyy vettä ja vapautuu lämpöä • käytetään mm. margariinin valmistukseen kasvisöljystä ja sorbitolin valmistukseen glukoosista Typpi N • ilmassa 78 tilavuusprosenttia, enemmän kuin happea • hajuton,ja väritön kaasu: voidaan nesteyttää -196 C:ssa • nestemäistä typpeä käytetään: elintarvikkeiden esim. marjojen pakastamisessa teollisuudessa • typpikaasua: suojakaasuna elintarvikepakkauksissa (ei reagoi helposti muiden aineiden kanssa normaalioloissa) • typen yhdisteitä: ammoniakki ja typpihappo. Raaka-aineina: lannoitteissa sekä väri- ja räjähdysaineina • typpihapon suolat eli nitraatit liukenevat herkästi veteen • nitraatit kerääntyvät kasviksiin: punajuureen, pinaattiin ja lanttuun • liiallinen saanti on haitallista pienille lapsille: muuttuvat elimistössä myrkyllisiksi nitriiteiksi, juomavesi voi myös sisältää nitraattia • rakenneosana elämän kannalta tärkeisä molekyyleissä mm. DNA:n nukleiinihapoissa ( elävä solu ei tule toimeen) • typpeä on tarvitsemissamme proteiineissa • eläinten ja ihmisten on saatava proteiininsa ravinnosta • kasvit ja useat mikrobit tuottavat proteiineja yksinkertaisista typen yhdisteistä Kivennäisaineet: natrium NA ja kalium K • pehmeitä ja kevyitä metalleja, joilla on matala sulamis- ja kiehumispiste • kuuluvat alkalimetallien ryhmään • reagoivat herkästi useiden alkuaineiden kanssa • ilmassa niiden pinnalle muodostuu välittömästi oksidikerros • veden kanssa muodostavat hydroksideja (voimakkaita emäksiä) • elimistössä kaliumia on: solun sisäpuolella ja natriumia solun ulkopuolella • elämän perusedellytyksiä on, että kaliumin ja natriumin pitoisuus solun ulko- ja sisäpuolella ei muutu • natrium yhdisteistä: natriumkloridi = ruokasuola, natriumhydroksidi = lipeä, natriumvetykarbonaatti = ruokasooda, natriumkarbonaatti = pesusooda Kalsium CA ja Magnesium Mg • kalsium ja magnesium: maa-alkalimetalleja • muistuttavat alkalimetalleja • kovempia kuin alkalimetallit (sulamis- ja kiehumispisteet ovat korkeampia) • Sovelluksia: Mg kevyissä metalliseoksissa, ilotulitteet, Cayhdisteet, sementin ja kipsin valmistuksessa • Kemiallisia omimaisuuksia: esiintyvät vesiliuoksissa kationeina, kalsiumfosfaatti kovaa, kevyitä, palavat kirkkaina väriliekkeinä • Merkitys elimistölle: Ca on luuston ja hampaiden rakennusaine, osallistuu sydänlihaksen ja lihasten toimintaan, osalistuu veren hyytymiseen ja entsyymitoimintaan • Mg osallistuu aineenvaihduntaan, happo-emästasapainon säätelyyn ja puolustusjärjestelmän toimintaan sekä valkuaisaineiden muodostumiseen Fosfori P • fosforia ei esiinny luonnossa vapaana alkuaineena, vaan fosfaatteina: saadaan fosforihapoista • fosforiyhdisteitä on kaikissa elävissä organismeissa • elimistön fosforista suurin osa, noin 58 % on luustossa ja hampaissa kalsiumfosfaattina • rasvoissa esiintyy fosforihapon estereitä, fosfolipidejä • fosforia on myös adenosiinitrifosfaateissa eli APT:ssa: ihmisen elimistö tarvitsee lihastyössä, eri aineiden kuljetuksessa ja proteiinien valmistuksessa • fosforiyhdisteitä käytetään: lannoitteissa, pesuaineissa, hyönteismyrkyissä ja tulitikuissa • lihavalmisteiden rakenteen parantamiseen Rikki S • • • • • • keltaista, kovaa ja haurasta ainetta luonnossa sekä vapaana alkuaineena että yhdisteinä syttyy helposti ja palaa pistävänhajuiseksi rikkidioksidiksi, myrkyllistä syntyy myös rikkipitoisten aineiden polttoaineiden palaessa ilmaan joutuessaan muuttuu rikkitrioksidiksi reagoi veden kanssa vähitellen rikkihapoksi: aiheuttaa maaperän ja vesistöjen happamoitumista • • • • • • • • • rikkihappo on maailman eniten käytetyin teollisuuskemikaali lannotteet, räjähdysaineet ja pesuaineiden valmistus rikkidioksidin liuetessa veteen syntyy rikkihapoketta rikkihapokkeen suolat, sulfiitit ja rikkidioksidi estävät homeiden hiivojen toimintaa mm. viineissä villihiivojen estoon ja kuivattujen hedelmien käsittelyyn tummumisen estämiseksi rikki muodostaa vedyn kanssa rikkivetyä rikkivety on pahanhajuinen, heikko happo. Syntyy rikkipitoisten proteiinien hajaantuessa esim. kananmunan pilaantuessa välttämätön elämälle ihmisessä rikkipitoisia proteiineja on erityisesti hiuksissa ja kynsissä sulfalääkkeet ovat rikkihapon johdannaisia Kloori CI • halogeenien ryhmässä • kellanvihreä, tukahduttavan hajuinen, myrkyllinen, ilmaa raskaampi kaasu • yhtyy räjähdysmäisesti vetyyn ja reagoi lähes kaikkien alkuaineiden kanssa • vesiliuoksissa kloori esiintyy aina negatiivisesti varautuneina atomeina eli anioneina • klooriyhdisteistä esim. natriumhypokloriittia käytetään valkaisussa, myös tehokkaita mikrobien tuhoajia, siksi käytetään desinfiointiaineena • klooriyhdisteistä yleisin on ruokasuola NaCI • liiallinen käyttö on haitallista munuaisten toiminnalle • klooria elimistö tarvitsee natriumin ja kaliumin ohella nestetasapainon säätelyyn • mahahappo on vetykloridia, joka on vahva happo Hivenaineet Alkuaine pii Kemiallinen merkki Si sinkki Zn seleeni fluori jodi Se F I rauta Fe kupari Cu mangaani Mn kromi Cr Merkitys elimistölle - luuston kovettumisessa - sidekudosaineenvaihdunnassa - entsyymeissä - säätelee kasvua ja sukupuolista kehitystä - haavojen paranemisessa - iholle tärkeä hivenaine - toimii soluissa antioksidanttina - vahvistaa luukudosta ja hammaskiilettä - aineenvaihduntaa säätelevien kilpirauhashormonien rakennusaineena - säätelee pituuskasvua ja henkistä kehitystä - hapen kuljetuksessa ja varastoinnissa - energia-aineenvaihdunnassa - entsyymitoiminnassa - veren hemoglobiinin rakennusaineena - säätelee punasolujen ikää - hemoglobiinin muodostumisessa - luukudoksen muodostumisessa - säätelee sukupuolista kehitystä - toimii soluissa antioksidanttina - glukoosin siirtämisessä kudoksiin Kemialliset sidokset Ravitsemisalan Fyke s. 15-19 • Ympäristössämme tapahtuu kaiken aikaa sekä kemiallisia, että fysikaalisia ilmiöitä (maidon muuttuminen piimäksi / jäätyminen). Kemiallisissa reaktioissa aineet muuttuvat uudenlaisiksi kemiallisiksi aineiksi. • Kemiallisten sidosten muodostumiseen osallistuvat atomien uloimmat sidoselektronit. • Reagoidessaan alkuaineet pyrkivät saamaan uloimmalle kuorelleen oktetin eli 8 elektronia, kuten jalokaasuilla • Tähän ne voivat päästä joko luovuttamalla ja vastaanottamalla elektroneja tai muodostamalla yhteisiä elektronipareja. Tehtävä: Selvitä itsellesi sidosten pääperiaatteet. Ionisidos • ionisidos: atomi luovuttaa uloimman kuoren elektroneja toiselle atomille, molemmat saavat 8 elektronia uloimmalle kuorelle • sidoselektronit siirtyvät kokonaan atomilta toiselle • syntyy silloin, kun atomien taipumus pitää kiinni elektroneistaan on hyvin erilainen • syntyy suolamaisia yhdisteitä, joiden ioneja pitää yhdessä sähköinen vetovoima • ionisidos on vahva sidos, aineet usein kiinteitä suolamaisia, kuten ruokasuola NaCl Mitä tarkoittaa elektronegatiivisuus? Metallisidos • metallit luovuttavat mielellään uloimman kuoren elektroneja; ”elektronipilvi” sitoo positiivisesti varautuneet metalli-ionit toisiinsa • metalleissa ulkoelektronit ovat vapaina metallikationien välissä = atomin ulkokuoren ionit ovat yhteisiä naapuriatomien kesken • koska sidoselektronit pääsevät liikkumaan vapaasti, metallit johtavat hyvin sähköä • metallisidos usein luja ja metalleilla on korkea sulamispiste Kovalenttinen sidos • kaksi atomia ottaa yhteisomistukseen niille kuuluvia elektroneja • kumpikin atomi luovuttaa uloimman kuoren elektronit yhteiseen käyttöön = sitoutuvat toisiinsa muodostaen yhteisiä elektronipareja atomien välille, esim. vety (H), happi (O), typpi (N) ja halogeeniryhmä • syntyy silloin, kun kumpikaan atomi ei vedä elektroneja selvästi toista enemmän • kaksi erilaista atomia luovuttaa uloimman kuoren elektronit yhteiseen käyttöön (sidoselektronit kuitenkin lähempänä elektronegatiivisempaa atomia) • kovalenttinen sidos on vahva ja niillä on korkea sulamispiste > timantti Mitä tarkoittaa, että molekyyli on dipoli? Mitä tarkoittaa, että yhdiste on polaarinen? Vesi Ravitsemisalan Fyke s. 8 • vesi on vedyn oksidi • se rakentuu kahdesta vetyatomista ja yhdestä happiatomista > H2O > • vesi on tehokas liuotin > sokeri ja suolat (ei rasvat) • veden jäätymis- ja kiehumispiste ovat korkeita molekyylikokoon verrattuna • vesi sitoo tehokkaasti lämpöä > keitto jäähtyy hitaasti • vesi on kemiallisesti passiivinen • vesi kiertää luonnossa makeista vesistöistä suolaisiin meriin • käyttökelpoisuuden vuoksi jako makeisiin ja suolaisiin vesiin on tärkeä Vesi • ravitsemukselliselta kannalta vettä tulisi nauttia päivässä 1-2 litraa • auringon haihduttama vesi tiivistyy sateeksi • kasvillisuus sitoo vettä ja tasoittaa kosteuden vaihteluita • pohjavedet ovat kovempia kuin pintavedet • veden kovuuden aiheuttaa kalsium ja magnesiumsuolat • akuissa ja PH-mittareissa käytetään puhdistettua l. tislattua vettä Vesi Tee mahdollisimman selkeä, värikäs, myyvä posteri* , jossa esittelet vettä kemian näkökulmasta. *mikä ihmeen posteri? Posteri on juliste. Se esittelee aiheensa havainnollistavin kuvin ja/tai kaavioin ja sisältää melko vähän tekstiä.
