Lühikokkuvõte (11)

Ande Andekas-Lammutaja
Keemia - Alkaanid
Alkaanide üldvalemiks on CnH2n+2 ning nimetuse lõpuks –aan. Alkaanid on küllastunud süsivesinikud, kus süsiniku aatomi vahel on kõik ühekordsed sidemed. Küllastunud tähendab seda, et nad sisaldavad maksimaalselt võimalikku arvu vesiniku aatomeid. Süsinik neis ühendeis on kõige suuremal määral redutseerunud . Kõik alkaanid on veest kergemad, ei lahustu vees, värvusetud. Gaasilised alkaanid on lõhnata, vedelad bensiini lõhnaga. Homoloogilises reas muutub aine olek järgnevalt: C1 – C4 on gaasilised, C5 – C16 vedelikud ning C17 - … tahked . Süsiniku arvu kasvuga muutub molekulmass, tihedus ning kasvab sulamis- ja keemistemperatuur. Tahked alkaanid ei märgu. Vedelad alkaanid on tüüpilised hüdrofoobsed lahustid , mis lahustavad teisi hüdrofoobseid aineid, kuid ei lahusta hüdrofiilseid materjale ega lahustu ise vees. Alkaanide aurud , gaasid, on elusorganismidele ohtlikud ning tugeva narkootilise toimega. On tavalisel temperatuuril oksüdeerijate suhtes üpris püsivad. Alkaanidesse ei toimi ka enamik kontsentreeritud hapetest ega leelistest. Sellised omadused on tingitud C-C ja C-H sideme suurest püsivusest. Reaktsioonide kulgemiseks, st. ainete muundumiseks, on esmalt tarvis enamikel juhtudel lõhkuda sidemed, et võiks toimuda uute sidemete moodustumine. Lõhkumiseks tuleb molekulile anda kuumutamise ja kiirguse abil anda hulk energiat juurde. Madala reaktsioonivõime tõttu ei reageeri alkaanid ka inimorganismis. Seetõttu pole alkaanid ei toitained ega ka eriti mürgised. Parafiin ja polüetüleen on materjalid, mille kokkupuude toiduainetega on lubatud. Vedelate alkaanide veekogudesse sattumisel on paljudele organismidele kahjulikud (naftareostus). Õnneks leidub looduslikes veekogudes mikroorganisme , mis suudavad alkaane oksüdeerida. See puhastusprotsess toimub aga üpris aeglaselt. Pürolüüs on aine lagunemine kõrge temperatuuri toimel ( krakkimine , isomeerimine).
Alkaane kasutatakse nende suure põlemissoojuse tõttu kütusena. CH4 on peamine loodusliku gaasi koostisosa ning peamine gaas majapidamisgaasis. Propaani (C3H8) ja butaani (C4H10) isomeere kasutatakse vedelgaasis ehk balloonigaasis, mida saadakse nafta töötlemise kõrvalsaadusena. Triklorometaan e. kloroform (CHCl3) on narkoosivahend meditsiinis. Tetraklorometaani (CCl4) kasutatakse tulekustutites , ta on hea lahusti rasvadele ja vaikudele. Diklorodifluorometaani e. freooni (CCl2F2) kasutatakse külmikutes ning aerosoolides pihustusainena. Kloroetaani e. etüülkloriidi (CH3CH2Cl) kasutatakse paikseks tuimestuseks ning lühiajaliseks narkoosiks. Parafiin on peamiselt naftasse kuuluvate alkaanide segu (C16 – C40), mida kasutatakse toiduainetööstuses ja meditsiinis.
Tsükloalkaanides on üks või mitu tsüklit. Nende struktuurvalemeid võib kirjutada, kujutades tsükleid hulknurkadena. Kõigil tsükloalkaanidel võib olla mitmesuguseid alküülderivaate (molekulide koosseisus on ka sirge ahelaga osi). Neid loetakse aga ikkagi tsükliliste ühendite hulka kuuluvateks. Tsükloalkaanide omadused on küllalt lähedased alkaanide omadustega. Need ühendid on hüdrofoobsed, neist koosnevad materjalid põlevad hõlpsalt ning annavad asendusreaktsioone. Põhiliseks leidumisallikaks on nafta.
Täielik põlemine: CH4 + 1,5O2 → CO2 + 2H2O
Mittetäielik põlemine: 2CH4 + 3O2 → CO2 + 4H2O + C
Halogeenidega (VIIA): CH4 + Br2 → CH3Br + HBr
Vesinikhalogeenidega : CH4 + HBr → CH3Br + H2
Oksüdeeerumine: 2CH4 + O2 → 2CH3OH
Homoloogiline rida:

metaan CH4

etaan C2H6

prop aan C3H8

butaan C4H10

pentaan C5H12

heks aan C6H14

heptaan C7H16

oktaan C8H18

nonaan C9H20

dekaan C10H22
Keemia - Alkeenid
Alkeenid on küllastumata süsivesinikud, mille üldvalemiks on CnH2n. Küllastunud ainetel on süsinikahelas kõik ühekordsed sidemed ja iseloomulikud on asendumisreaktsioonid. Küllastumata ühenditel on süsinike vahel vähemalt üks kordne side ja iseloomulikud on liitumisreaktsioonid ning nad on keemiliselt aktiivsemad. Alkeenide molekulis on süsinukuahelas üks kaksikside. Küllastumatus tähendab, et süsiniku valentsid ei ole kaetud täielikult vesinikega. Nimetuse koostamiseks lisatakse nimetusele –een. Nummerdama hakatakse sealt, kus kaksikside on lähemal. Meteenid puuduvad. Füüsikalised omadused on sarnased alkaanidega. Alkeenide homogeenilises reas on esimesed 4 alkeeni gaasid, järgmised 5-17 on vedelikud ja alates 18-ndast on tahked ained. Süsiniku arvu kasvu ja vesinike arvu vähenemisega suureneb tihedus ja keemistemperatuur , sulamistemperatuur väheneb. Alkeenid on vees vähelahustuvad ja väga iseloomuliku lõhnaga. Keemilistest omadustest on iseloomulikud põlemine ( leek on nähtav, kuna süsinik ei põle täielikult ära) ning liitumisreaktsioonid. Hüdrogeenimine on liitumisreaktsioon vesinikuga (H2), hüdraatimine on liitumisreaktsioon veega (H2O). Dehüdrogeenimine on vesiniku, dehüdrautimine on vee eraldumine. Alkadieenides on süsinike vahel kaks kaksiksidet.
Täielik põlemine: C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O
Mittetäielik põlemine: C2H4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + C
Halogeenidega (VIIA): CH2 = CH2 + Br2 → CH2Br – CH2Br
Vesinikhalogeenidega: CH2 = CH2 + HCl →CH3 – CH2Cl
Hüdrogeenimine: CH2=CH2 + H2 → CH3 – CH3
Hüdraatimine: CH2 = CH2 + H2O → CH3 – CH2OH (H → rohkem H-d)
Homoloogiline rida:

-

eteen C2H4

propeen C3H6

buteen C4H8

penteen C5H10

hekseen C6H12

hepteen C7H14

okteen C8H16

noneen C9H18

dekeen C10H20
V = n * Vm
n = m/M
ρ = m/V
M – molaarmass
Vm – molaarruumala (22,4)
m – mass
n – moolide arv
ρ – tihedus
mol/mol; m/M; V/Vm (gaas); Vρ/M (vedelik)
Keemia - Alkoholid
Alkoholid on ained, mille molekulis süsiniku aatomi juures asuv vesinik on asendatud hüdroksüülrühmaga ( -OH ). Alkoholide nimetused tuletatakse vastava süsivesiniku nimetusest, millele lisatakse sõnalõpp –ool, kusjuures esialgne lõpp –aan lüheneb. Alkoholi molekulis võib olla ka mitu hüdroksüülrühma. Selliseid alkohole nimetatakse mitmehüdroksüülseteks (mitmealuselised). Peaaegu mitte kunagi ei ole ühe C juures mitut hüdroksüülrühma, kuna sellised ühendid ei ole püsivad. Mitme hüdroksüülrühmaga ühendite lõpud on – diool , -triool jne.
Füüsikalised omadused: Kuna hüdroksüülrühma vesinikul on positiivne osalaeng , võib ta hästi osaleda vesiniksideme moodustumisel. Alkoholid võivad moodustada vesiniksidemeid omavahel ja ka vee molekulidega. Sellest ongi tingitud alkoholide hüdrofiilsus ning hea lahustuvus vees. Alkoholide lahustuvus vees sõltub süsinikahela pikkusest – lühikese süsinikahelaga alkoholid lahustuvad vees väga hästi, pikema ahelaga halvasti. Alkoholid on narkootilise toimega ja mürgised. Metanool ja kõrgemad alkoholid (alates C6) tekitavad nägemisorganite pöördumatuid kahjustusi. C2 – C4 (eriti hargnemata ahela puhul) on vähem mürgised st. nende surmav kogus võib ulatuda mitmesaja grammini. Süsiniku arvu suurenemise määral kasvab alkoholide keemistemperatuur. Alkoholid on vedelas olekus assotsieerunud. Soojendamisel vesinikside katkeb ning alles aurudes esineb alkoholimolekul üksikult. Vesiniksideme katkemine põhjustab alkoholide suhteliselt kõrgeid keemistemperatuure. Homoloogilise rea 11 esimest liiget on toatemperatuuril vedelikud, C12 – C20 meenutavad tardunud rasva, C21 alates on alkoholid tahked ained. Alkoholid on veest kergemad, tihedus alla 1000 kg/m3.
Oksüdeerumine (tekivad aldehüüdid; katalüsaatoriteks Cu, Ag.): 2 CH3CH2OH + O2  2 CH3CHO + 2 H2O
Täielik põlemine: CH3CH2OH + 3 O2  2 CO2 + 3 H2O
Dehüdraatimine (happekatalüütiline; tekib alkeen või eeter ): CH3CH2OH  CH2 = CH2 + H2O (300 oC – 400 oC , Al2O3)
2 CH3CH2OH  CH3CH2OCH2CH3 + H2O (130 oC – 150 oC, H2SO4)
Leelismetallidega (tekivad soolad – alkoholaadid ; soola nimetuse lõpp –olaat): 2 CH3CH2OH + 2 Na  2 CH3CH2ONa + H2
Orgaaniliste hapetega (tekivad estrid ): CH3COOH + CH3CH2OH  CH3COOCH2CH3 + H2O
Alkoholaatide hüdrolüüs: CH3CH2ONa + H2O  CH3CH2OH + NaOH
Homoloogiline rida:

metanool CH2OH

etanool C2H5OH

propanool C3H7OH

buta nool C4H9OH

pentanool C5H11OH

heksa nool C6H13OH

hepta nool C7H15OH

okta nool C8H17OH

nona nool C9H19OH

deka nool C10H21OH
V = n * Vm
n = m/M
ρ = m/V
M – molaarmass
Vm – molaarruumala (22,4)
m – mass
n – moolide arv
ρ – tihedus
mol/mol; m/M; V/Vm (gaas); Vρ/M (vedelik)
Metanool (CH3OH) Tuntud puupiirituse nime all, sest teda saadi puidu utmisel. Nüüdisajal saadakse CO redutseerimisel katalüsaatorite abil (CO + 2H2  CH3OH ). Väliste omaduste poolest sarnane etanooliga, piirituse lõhnaga vedelik. On aga erakordselt mürgine vedelik, 5-10 ml vedeliku sissevõtmine võib põhjustada raske mürgistuse ja pimedaksjäämise. 30 ml metanooli on aga surmav. Metanool imendub ka läbi naha ja isegi aurude sissehingamisel võib saada mürgistuse. Metanooli kasutatakse keemiatööstuses suurtes kogustes – on näiteks metanaali tootmise lähteaine. Metanoolist toodetakse lõhna- ja värvaineid, ravimeid, mürkkemikaale. Metanool on lahustite koostisosaks. Mõnedes kohtades kasutatakse metanooli automootorite kütusena.
Etanool (CH3CH2OH) (etüülalkohol) on tavakeeles alkohol ehk piiritus . Valmistatakse põhiliselt eteeni (etüleeni) katalüütilisel hüdraatimisel (CH2=CH2 + H2O  CH3CH2OH), sahhariidide kääritamisel (C6H12O6  2 CH3CH2OH + 2 CO2; tooraineks kartul , teravili – neist saadud tärklis muudetakse suhkruks, mis pärmseente mõjul ilma õhu juurdepääsuta käärib etanooliks) või puidutöötlemisjääkide töötlemisel (saepuru kuumutatakse mineraalhapetega, saadakse suhkur, mis kääritamisel muutub etanooliks. Sel viisil toodetakse etanooli ainult tehnilisteks vajadusteks. Seda tehnilist piiritust nimetatakse hüdrolüüsipiirituseks, mis sisaldab ka metanooli). Etanool on värvuseta, iseloomuliku lõhna ja kõrvetava maitsega vedelik. Keeb 78 oC juures, on veest kergem (794 kg/m3) ja seguneb veega igas vahekorras. Et C2H5OH keemistemperatuur on madalam kui veel, siis hakkab nende segu keemisel kõigepealt aurustuma etanool. Saadud aurud kogutakse ja jahutatakse. Nii destilleerimise tulemusel on võimalik saada piiritust, milles on 95% etanooli ja 5% vett. Veevaba 100% etanooli nimetatakse absoluutseks etanooliks, mille saamiseks seotakse piirituses olev vesi keemiliselt, näiteks veevaba vasksulfaadiga. Etanool on hea lahusti, lahustab hästi orgaanilisi ühendeid (rasvu, vaike, bensiini jm.), kuid ka mõningaid anorgaanilisi aineid (joodi). Etanool on hea sünteeside lähteaine (kummi tootmise, aga ka ravimite, värv- ja lõhnaainete valmistamisel ning alkohoolsete jookide koostisosa, meditsiinis konservandina ja antiseptilise vahendina). Kasutatakse termomeetrites, sest külmumistemperatuur on –112 oC. Kõrge kütteväärtuse tõttu kasutatakse kütusena reaktiivmootorites, sisepõlemismootorites. Etanooli mõju organismile on keerukas. Ensüümide toimel oksüdeerub etanool organismis mitmesugusteks ühenditeks ning lõpuks süsihappegaasiks ja veeks . Alkoholi toime avaldub organismis koheselt, veres leidub 4-5 minuti pärast. Peamine osa imendub verre peensoolest. Kõige suurem on alkoholi sisaldus veres umbes 1 tund pärast etanooli sissevõtmist. Koheselt algab organismis ka alkoholi lõhustumine. Osa alkoholist eraldub uriini ja väljahingatava õhu kaudu muutumatult, ülejäänud lammutatakse organismis. Skemaatiliselt toimub lagunemine järgmiselt: etanool  etanaal  etaanhape  …. CO2 ja H2O. Etanooli oksüdatsioonil tekkinud aldehüüdi (etanaal) ja etaanhapet kasutab organism ainevahetusprotsessides, millest sünteesitakse rasvu ja kolesterooli. Peaajus sünteesitakse etanaalist väga keeruka struktuuri ja narkootilise toimega ühendeid. Nende ühendite struktuur sarnaneb tugevate narkootikumide, hašiši ja morfiumiga. Alkoholi mõjul mõtlemisprotsess aeglustub ja raskeneb; liigutused küll alguses kiirenevad, kuid mõne aja möödudes aeglustuvad. Pole ühtegi organit, mida alkohol ei kahjusta. Kõige enam kannatab aju. Ajukoorerakkude hukkumise tõttu väheneb mälumaht (muutused toimuvad ajukoore osades, mis seotud mõttetegevuse ja mäluga). Olulisel määral kannatab ka maks, kus lagundatakse suurem osa veres leiduvast alkoholist. Samuti põhjustab alkohol südame- ja veresoonkonna