Kysymyksiä ja vastauksia LUMA-aiheista

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.

Miksi siirtymäalkuaineiden vesiliuokset ovat usein värillisiä? Jos liuos absorboi tiettyjä aallonpituuksia, eikö sen pitäisi myös emittoida samoja aallonpituuksia viritystilojen purkaannuttua?

Kun atomin ulkokuoren elektroni virittyy ylemmälle energiatasolle, se absorboi eli “imee” itseensä fotonin eli valokvantin. Virittävän säteilyn aallonpituuden on vastattava täsmälleen energiatasojen välistä erotusta. Ilmiötä kutsutaan energiatilojen kvantittuneisuudeksi.

Yksittäisillä atomeilla absorptioaallonpituudet näkyvät selvästi yksittäisinä juovina spektrissä. Yhdisteillä energiatiloja on paljon enemmän, joten niiden spektritkin näkyvät usein jatkuvina.

Viritystila voi purkautua usealla tavalla. Jos molekyyli vastaanottaa virittyessään 400 nm:n fotonin, se voi viritystilan purkautuessa lähettää 400 nm:n fotonin. Usein viritystila kuitenkin purkautuu välitilojen kautta. Jos molekyyli siirtyy välitilaan säteilyksellisesti (eikä esimerkiksi törmäämällä johonkin), syntyvän fotonin energia on pienempi kuin virittävän fotonin energia. Siten aallonpituus on suurempi kuin 400 nm, mikä nähdään joko erivärisenä valona tai värittömänä säteilynä.

Purkautumisessa välitilojen energiat ovat yhteen laskettuna yhtä suuria kuin absorboitunut energia. Jos viritystila purkautuu esimerkiksi kolmen välitilan kautta, taajuuksille saadaan yhtälö:

hυ₁ = hυ₂ + hυ₃ + hυ₄ + hυ₅ .

Tilannetta esittää oheinen energiakaavio. Vaakasuorat viivat kuvaavat energiatiloja.

Siirtymäalkuaineet virittyvät ionimuodossa usein näkyvän valon alueella. Nämä ionit myös muodostavat helposti komplekseja, jotka absorboivat näkyvän valon alueella ja jotka näemme siten värillisinä.

Typpikaasu on passiivista molekyylissä olevan kolmoissidoksen ansiosta. Onko kahden hiiliatomin välinen kolmoissidos erilainen kuin typpimolekyylin kolmoissidos?

Kolmoissidos on samantapainen sekä kahden typen että kahden hiilen välillä. Atomeilla on kolme yhteistä elektroniparia, joista kvanttimekaanisesti ilmaistuna yksi pari muodostaa sigmasidoksen ja kaksi paria muodostavat piisidoksen.

Vastaus typen passiivisuuteen löytyy typen ulkoelektronien lukumäärästä: niitä on viisi. Typen viidestä elektronista kolme kuluu sidoksiin, ja jäljelle jää kaksi eletronia. Tämä elektronipari ei typpimolekyylissä muodosta sidoksia herkästi vaan pysyy vapaana.

Hiilellä ulkoelektroneja on neljä, joten se muodostaa neljä sidosta päästäkseen oktettiin. Jos hiili muodostaisi vain kolme sidosta, sille jäisi yksinäinen elektroni, joka reagoisi erittäin herkästi.

Löysin kouluni varastosta monta purkkia valkoista fosforia ja vanhoja säilytysastioita, joissa lukee kalium. Mitä teen niille?

Valkoisesta fosforista kannattaa hankkiutua eroon. Se on erittäin myrkyllistä: keskimäärin jo 50 milligrammaa riittää tappamaan. Valkoista fosforia tulisi pitää veden alla koko ajan, koska se reagoi äärimmäisen helposti ilman kanssa. Sitä täytyy käsitellä pihdeillä, koska ihoa koskettaessaan se voi aiheuttaa vakavia palovammoja. Krooninen valkoinen fosforimyrkytys suojaamattomien työntekijöiden joukossa johtaa leuan kuolioon. Kehottaisimme siis olemaan avaamatta fosforipurkkeja ja ottamaan yhteyttä lähimpään ongelmajäteyritykseen.

Jos kaliumia on säilytetty tiiviisti ja hyvin, se on käyttökelpoista. Kalium reagoi herkästi veden kanssa, joten suosittelen varovaisuutta sitä käsiteltäessä. Kun avaat purkkia, suojakäsineiden ja työtilojen tulisi olla kuivia. Jos haluat pelata varman päälle, suorita avaaminen vetokaapissa. Kaliumia säilytetään todennäköisesti parafiiniliemessä. Tarkastelemalla metallin ulkonäköä näet, onko aine hapettunutta. Hapettuneen pinnan alta löytyy todennäköisesti puhdasta metallia. Kalium on pehmeätä metallia, jota voit leikata tavallisella metalliveitsellä. Kalium ei ole myrkyllistä, mutta suosittelemme käyttämään hansikkaita sekä noudattamaan äärimmäistä turvallisuutta kouludemoissa. Oppilaiden käsiteltäväksi emme suosittele ainetta antamaan.

Kemikaaliasioissa kannattaa tutustua myös EU:n REACH-asetukseen. Yllättävän monesta tutusta koulukemikaaleista joudutaan luopumaan, esimerkiksi juuri valkoisesta fosforista.

Kuinka paljon sokeria voi liuottaa veteen? Sekoitan 100 grammaa sokeria yhteen litraan vettä. Sokeri liukenee täysin. Sitten jaan veden kahteen puolikkaaseen litraan. Onko sokeri liuennut veteen niin tasaisesti, että molemmat puolikkaat litrat sisältävät tismalleen saman verran sokeria, 50 grammaa? Liukenevatko muutkin liukenevat aineet tasaisesti?

Tarkoitat ilmeisesti ruokosokeria eli sakkaroosia, joka on glukoosin ja fruktoosin muodostama disakkaridi. Sakkaroosin liukoisuus 20 °C:ssa on 200 grammaa 100 millilitraan vettä. Toisin sanoen voit liuottaa kaksi kilogrammaa sokeria yhteen litraan vettä. Sen jälkeen sokeria ei enää liukene, vaan yli menevä osa kerääntyy astian pohjalle. Kyseessä on tällöin kylläinen liuos.

Kun sokeri on liuennut täysin veteen ja liuos on sekoitettu hyvin, liuosta kutsutaan homogeeniseksi seokseksi. Homogeenisuus tarkoittaa sitä, että liuoksen kaikki molekyylit ja ionit ovat sekoittuneet tasaisesti veteen. Näin käy myös sokerille. Jos siis liuotetaan 100 grammaa sokeria litraan vettä, sekoitetaan hyvin ja otetaan puolet liuoksesta pois, molemmissa puolikkaissa on 50 grammaa sokeria. Sokerin saa näkyviin haihduttamalla veden pois.