admin

Mistä johtuu alumiinin passivoituminen vahvassa typpihapossa? Eikö pinnalle syntyvä alumiinioksidi, joka on amfoteerinen oksidi, voisi aivan hyvin reagoida hapettavankin hapon kanssa? Mitään ei kuitenkaan tapahdu. Miksi?

Typpihappo on hapettava happo, siksi pinnan hapettuminen ei ole ihme. Alumiinioksidin pitäisi liueta happoihin, ja näin tapahtuukin. Alumiini siis liukenee typpihappoon, mutta hitaasti.

Pinnan passivoituessa syntyy oksidi-hydroksidipeitto, joka ei ole vain yhtä faasia. Mekanismia synnylle ei tarkkaan tunneta. Tämä hieman epämääräinen pinta liukenee sitten hitaasti, ja uutta oksidia syntyy. Alumiinin liukeneminen vetykloridihappoon (pH < 2) on muuten yhtä hidasta kuin typpihappoon liukeneminen.

Markku Leskelä, professori
Kemian laitos, Helsingin yliopisto

Miten kahvista saadaan kofeiinitonta? Kofeiini on vesiliukoista, joten onnistuuko poisto vedellä, pakastekuivauksella? Onko se mahdollista kotikonstein?

Kofeiinin poistamiseen käytetään eri menetelmiä. Niistä on kirjoitettu kymmenisen patenttia.

Yksinkertaisin tapa on aktiivihiilikäsittely. Papuja liotetaan ensin vedessä, jolloin kofeiini ja muut kahvin sisältämät aineet siirtyvät liuokseen. Sitten pavut poistetaan ja lisätään aktiivihiili. Aktiivihiileen tarttuu kofeiinin lisäksi myös makuaineita. Aktiivihiili suodatetaan pois ja liuos haihdutetaan pieneen tilavuuteen.

Teollisuudessa yleisesti käytetty tapa on hiilidioksidiuutto. Hiilidioksidi on ylikriittisessä tilassa, eli paine ja lämpötila ovat yli hiilidioksidin kriittisen pisteen (7 MPa, 31 °C).

Kofeiini voidaan myös uuttaa orgaanisilla liuottimilla, kuten etyyliasetaatilla. Se on vähemmän myrkyllinen yhdiste verrattuna aiemmin käytettyihin aromaattisiin ja halogenoituihin hiilivetyihin.

Mikä ero on protolyysireaktiolla ja neutralointireaktiolla? Milloin happo ja emäs reagoivat protolyysireaktiolla ja milloin neutralointireaktiolla? Onko veden (tai muiden amfolyyttien) ja hapon tai emäksen välinen reaktio aina protolyysireaktio eikä neutralointireaktio?

Protolyysireaktiolla ja neutralointireaktiolla on pieni vivahde-ero, mutta käytännössä ne ovat melkeinpä synonyymeja. Kun molekyyli luovuttaa toiselle molekyylille protonin, kyseessä on protolyysireaktio.

Neutralointireaktiossa happo luovuttaa emäkselle protonin. Se on siis myös protolyysireaktio.

Vesi voi toimia sekä happona että emäksenä, eli se voi olla joko heikko happo tai heikko emäs. Veden protolyysissä syntyy joko hapan oksoniumioni tai emäksinen hydroksidi-ioni. Tällaista protolyysiä ei voi kutsua neutraloinniksi, koska siinä heikosta emäksestä syntyy vahva happo tai heikosta haposta syntyy vahva emäs.

Ilmassa on happea noin 21 %. Voidaanko hapen määrä mitata luotettavasti polttamalla kynttilää suljetussa astiassa, jonne vesi pääsee nousemaan kuluneen hapen tilalle? Eikö samalla synny hiilidioksidia ja vesihöyryä? Liukeneeko hiilidioksidi veteen niin nopeasti, ettei sen määrää tarvitse huomioida mittauksessa?

Kynttilän palaessa syntyy pääasiassa hiilidioksidia ja vettä. Vesi tiivistyy astian reunoille, mutta hiilidioksidi jää kaasumuotoon, koska se ei liukene kovin hyvin veteen. Polton aikana itse asiassa veden pinta lämpenee, mikä vapauttaa nesteestä hiilidioksidia. Kuluvan hapen tilavuutta ei siten voi tällä koejärjestelyllä määrittää. Veden pinnan nousun selittää se, että astian sisällä oleva ilma tiivistyy jäähtyessään.

Hapen määrää ilmassa voi mitata erityisillä mitta-antureilla. Vaihtoehtoisesti voisi yrittää järjestää koe metallin palamiselle. Palamisessa on kuitenkin kaasujen laajeneminen ongelmallinen virhelähde.

Suunnittelen tulevassa remontissa laittavani wc:n seinään aitoa pikkukiveä, jota kaakeliliike myy. Kivet on myyjän mukaan ennen kiinnitystä käsiteltävä öljyllä, joka tiivistää huokoisen pinnan ja estää laastin tarttumisen näkyville jäävään pintaan. Valmistajan antama käyttöturvallisuustiedote kertoo seuraavaa: Aliphatic hydrocarbons 5–50 %, Mineral oil 50–100 %. Myyjän mukaan aine ei sisällä akrylaattia, jolle olen allerginen. Onko alifaattisissa hiilivedyissä mahdollisesti samoja komponentteja kuin akrylaatissa?

Hiilivety tarkoittaa yhdistettä, joka sisältää vain hiiltä ja vetyä. Alifaattinen yhdiste taas on yhdiste, joka ei sisällä aromaattista rengasta. Koska akrylaatissa on hiilen ja vedyn ohella happea, sitä ei ainakaan huolellisessa kielenkäytössä voi sanoa hiilivedyksi. Aine siis tuskin sisältää akrylaattia, mutta täysin varmaksi asiaa ei ylimalkaisen tuoteselosteen perusteella uskalla sanoa. Jos et usko myyjää, sinun on parasta ottaa yhteyttä aineen valmistajaan.

Miksi meret ovat suolaisimpia vesistöjä? Miksi vesistöjen suolapitoisuus vaihtelee? Kasvaako suolapitoisuus vähitellen kaikissa vesistöissä? Miten ruokasuolaa saadaan, ei kai se ole kuitenkaan merisuolaa?

Vesistöjen suolaisuudella tarkoitetaan niihin liuenneiden suolojen määrää. Näitä suoloja ovat epäorgaaniset yhdisteet, kuten natriumkloridi, magnesiumsulfaatti ja erilaiset kaliumsuolat. Suolat liukenevat meren, joen tai järven pohjassa olevista suolaesiintymistä, jotka sijaitsevat kallioperässä. Vedessä ne ovat ioneina (Na⁺, Mg²⁺, K⁺, Ca²⁺, Cl⁻, SO₄²⁻).

Meret ovat järviä suolaisempia, koska merten pohjassa suolaesiintymiä on ylivoimaisesti eniten. Poikkeuksena on Lähi-idässä sijaitseva Kuollutmeri, jossa suolapitoisuus on korkeampi kuin valtamerissä. Senkin suolaisuus johtuu pohjassa olevista suolaesiintymistä.

Merisuolasta yli 90 prosenttia on natriumkloridia. Loppu on pääasiassa magnesiumsulfaattia ja muita suoloja. Ruokasuolaa saadaan kallioperästä louhimalla tai merivedestä haihduttamalla.

Vesistöjen suolapitoisuuden nousu tai lasku on lähinnä alueellista. Jos jollain suolavesialtaalla veden haihtuvuus lisääntyy, suolapitoisuus nousee. Jos taas jollain alueella sademäärät nousevat, ne laimentavat vesistön suolapitoisuutta. Käytännössä nämä ilmiöt ovat marginaalisia.

Miksi typpihappo värjää ihon ja muutkin valkuaisainetta sisältävät aineet keltaiseksi? Mikä reaktio siinä tapahtuu?

Proteiinit ovat pitkiä aminohappoketjuja. Ketjuissa voi olla kiinnittynyt toisiinsa jopa tuhansia aminohappomolekyylejä peptidisidoksin. Luonnon tärkeimpiä aminohappoja on 20 erilaista.

Väkevä typpihappo tosiaan värjää sormien ihon proteiinit keltaisiksi. Ilmiö on havaittavissa kaikissa proteiineissa. Värjäytyminen johtuu tyrosiini-nimisestä aminohaposta. Typpihappo nitraa tyrosiinin fenyyli-renkaaseen nitroryhmän. Tämä pieni lisäys tekee nitratusta tyrosiinista keltaisen.

Yhdessä aminohappoketjussa voi olla kymmeniä tyrosiinitähteitä, ja aminohappoketjuja voi olla satojatuhansia yhden typpihappopisaran alueella. Siksi väri näkyy voimakkaan keltaisena

Mistä saan kobolttikloridia? Tarkoituksena on tehdä valinnaiskurssin oppilaitten kanssa ilmankosteuteen reagoiva ”sääukko”, jonka korkkipää kastettaisiin kobaolttikloridiin ja joka reagoisi sen jälkeen väriä vaihtamalla. Ohjeen löysin vanhasta ala-asteen kemianmateriaalista. Kobolttikloridia vain ei enää saa apteekista. Mistä saisi tai miten tekisi vastaavaa?

Yleisesti turvallisia kemikaaleja voi tilata maahantuojilta. Kannattaa ottaa yhteyttä heihin ja keskustella, mitä kouluihin voi tilata.

Kobolttikloridin kanssa tulee hankaluuksia, sillä se aiheuttaa syöpää. Sitä saa käyttää ainoastaan tutkimuskäyttöön. Oppilastöissä kobolttikloridia ei siten saisi käyttää ollenkaan. Kobolttikloridin voisi ehkä vaihtaa johonkin värilliseen tai väriä vaihtavaan adsorptiosilikageeliin.

Kaliumpermanganaatti reagoi näyttävästi glyserolin kanssa. Mihin muuhun kaliumpermanganaattia tai glyserolia voisi sekoittaa, jotta syntyisi jotakin näyttävää? (Johonkin mitä saisi hankittua helposti.)

Kaliumpermanganaatti on voimakas hapetin. Kun permanganaatin mangaani alkaa pelkistyä, liuoksen väri häviää hiljalleen, kunnes kaikki permanganaatti on reagoinut.

Glyserolin kanssa reagoidessaan permanganaatti hapettaa glyserolin hydroksyyliryhmät ensin aldehydeiksi ja ketoniksi sekä suotuisissa olosuhteissa vielä aldehydit karboksyylihapoiksi. Permanganaatin värin häviämistä voi kokeilla esimerkiksi sokereihin ja kasveihin.

Mitä ovat älykkäät materiaalit ja hybridimateriaalit? Miten niitä valmistetaan? Mitä käyttökohteita niillä on teollisuudessa?

Käytännössä älykkäiden materiaalien erikoisuus on siinä, että niillä on ”muisti”. Ne voivat palautua alkuperäiseen muotoon, väriin tai lämpötilaan. Esimerkiksi muistipolymeeri voi palautua alkuperäiseen muotoonsa jopa 400 prosentin muodonmuutoksen jälkeen.

On myös rakenteita, jotka vaimentavat niihin kohdistuvan värähtelyn. Sitä voidaan hyödyntää esimerkiksi talonrakennuksessa maanjäristysalueilla. Autoteollisuudessa käytetään magnetoreologisia nesteitä, joiden viskositeetti eli sisäinen kitka muuttuu magneettikentässä. Esimerkiksi Cadillac käyttää tätä uusissa iskunvaimentimissa, sillä ne menevät aikaisempaa pienempään tilaan. VTT on luokitellut jo 14 eri materiaaliryhmää, joista voi sanoa löytyvän älyä.

Hybridimateriaalit ovat materiaaleja jossa on yhdistetty kahta ainetta, joilla on eri ominaisuudet. Esimerkkinä voidaan mainita Nanonitro-jääkiekkomaila, jossa hiilen muodostama nanoputki on liitetty kovalenttisin sidoksin epoksimatriisiin. Hybridimateriaaleja käytetään myös muun muassa näytöissä, aurinkokennoissa, kaasuantureissa ja mikro-optiikan sovelluksissa.

Materiaaleja valmistetaan erilaisin epäorgaanisin ja orgaanisin synteesein. Tavoitteena on etsiä oikeanlaiset materiaalit, jotka reagoisivat toivotulla lailla tietyissä olosuhteissa, jotta tuotettu materiaali olisi odotusten mukainen.