Ch.4 Fuel and Chemical Reactions (1) PDF

Pa e Nãr en lâgereld brinner sker bensinstaVitlolkna kan man olka branslen. en viktig kemisk reaktion. Vet du vadsombildas?...

Pa e Nãr en lâgereld brinner sker bensinstaVitlolkna kan man olka branslen. en viktig kemisk reaktion. Vet du vadsombildas? skijerdem åt? bränslen tochankavad 4 BRÂNSLEn OCHKEMISKA REAKTIONER Människans behov skapar nya utmaningar Att kunna tanka sin bil med bränsle är för många människor en självklarhet. Påsamma sått tar vi för givet att vi kan värma våra hus med bränsle när det behövs.Bränsle är en viktig del idagens samhälle. Vad är egentigen ett bränsle? Vika olika sorters bränslen kan vi använda för att de inte ska påverka klimatet och skapa problem? 4  Vilket sått iker till jobbet eller skolan på, kan i lângd påverka isbjörnarnas liv stämma? Kan det Versigen INNEHÅLL: HÄR FÅR DU LÄRA DIG: förklara vad bränslen är och vad de kan 41 Mânga bränslen innehåller kol användas till 42 Bränslen frân jordens djup redogöra för kolets kretslopp iord och bild redogöra för kemiska reaktioner som sker 4. Bränslen som påverkar jorden ikolets kretslopp 44 Bränslen från jordens yta redogöra för den kemiska reaktionen som sker när ett kol-bränsle förbränns PERSPEKTIV: ge exempel på olikabränslen och var de Levnadsvillkoren förändras kommer ifrån beskriva hur bränslen påverkar naturen och jorden jämföra och resonera kring olika bränslen och hur de påverkar klimatet 75  KEMI Många bränsleninneh aller kol saker Bränslen används till olika Det första m£nga tänker pånär kunna pratar om bränsle är man att bilar behöver bränsle för att förfl tta sig. Vad är kanske Brünsle är ett gemensamt namn på ämnen som man kan till nya ämnen f&å utbränsle: kol ur genom att omvandla dem som fordon kan köra på är tilll evempel energ Grundamnet kol har den Bränslen etanol och biogas. Andra bränslen bensioljan, diesel, Som naturgas och kemiska beteckningen C. till fabriker och för att värma hus. Det finns alltså flera olika bränslen SOm används används till är olika saker. Nagot som de flesta bränslen hhar gemensamt m£nga är att de inneh£ller grundämnet kol. Kol därför ett viktigt Påen äng hittar du m£nga känna till för att kunna förstàvad som h£nder mär det skerämne att olika levande diur och vxter, och allt levande innehåller kol. reaktioner med bränslen. kemiska 76  4. BRÅNSLEN 0CH KEMISKA REAKTIONER Ko finnsi.allt somlever -omkring dig i naturen hittar du mycket som lever. Det kan Runt vara maskar.spindlar, gräs, träd, mossa och du kan säkert komma lersaker.Levande saker, som vi också kallar organismer, finns överallt. Något som allt levande har gemensamt är att det innehåller grundämnetkol. Med det menar man inte att allt levande består det rena grundämnet kol, utan kol när det ing£r i olika kemis- föreningar rillsammans med många andra ämnen. Dessa ke- miskaföreniingar kallas kolforeningar och det finns miljontals olika sådana. Kolets kretslopp koldioxid Kolatomer befinner sig inte på en vandrar hela och samma plats utan mellan riden runt i ett kretslopp luft. vatten, mark och genom allt levande. Växterna tar upp koldioxid ur Juften hittar vi kol iform ay luften och bildar druvsocker och gasen koldioxid. Växterna tar kol- syre. Kolatomerna i koldioxiden flyttas till druvsockret. dioxid från luften och suger upp vatten ur jorden. Med hjälp av solenergi sätts en kemisk reaktion igång iväxten och dã bildas druosocker och syre. Syret som bildas släpps ut i luften. Kolatomerna som fanns i luften som koldioxid hamnar iväxten som en del av en kolförening, druvsocker. Druvsocker är en slags byggsten sSom bygger upp växten. Omvandlingen av koldioxid och vatten till druvsocker och syre kallas forosymtesen. Den kan beskrivas så h£r: SOLENERGI Fotosyntes kallas det när växter använder koldioxid, vatten koldioxid + vatten druvsocker +syre och solenergi för att skapa druvsocker och syre. Ett annat sätt att beskriva det är att energin från solen nu finns lagrad som kemisk energi i växternas druvsocker. Solen tilför alltsåenergi till växterna. 77 KEMI kretslopp är att djur äter vaxter. Nàsta deli kolets koldioxid Nàr Ëur âter växter flyttas kolatomerna i kretsloppet fràn druvsockret ivxterna till djuren. omvandla den kemisk: Djurens celler kan till den energin som finns druvsockret i växter de äter, energi de behöver.. vänder energin bland annat för att röra sig ller växa. FörDjuratten an-den omvandlingen ska kunnaske behöver djui en syre. Den kemiska reaktionen somsker kallas cellandning eller cellernas förbränning; Cellernas förbrnning r en bakvnd fotosyntes. Ur druvsocker och syre fár druvsocker +syre kolcioxid +vatten + energi cellerna energi, och amnena koldioxid och vatten bildas. Kolatomerna från druvsockret i växten som djuren åt är n återigen i koldioxid, som djuren andas ut i luften. En del kolatom blir också kvar i djuren,till exempeli form av druvsocker och fett. Om du eldar växter sker egentligensammasaksomvid cellernas förbränning av druvsocker. Kolförening arna i till exempel trä reagerar med syre och omvandlas till koldiox id och vatten i gasform, alltsåvattenånga. När man eldar trä reagerar kolföreningar med syre. 78  4. BR OCH KEMISKA REAKTIONER del av kolets kretsloPP handlar om de växter och diur som dör.) Iväxterna och djuren finns det många kolföreningar. När ochdjur dör bryts dee ned till mindre taresonntill exempel svamp och bakterier. Demolekyler växter av allt omvandlar nedbry- dött rillferaolikaämnen, bland annat koldioxid som hamnar i luften. hela kan ritas så här: Det Kolet kommer tillbaka till koldioxid luften som koidioxid från djuren och nedbrytarna. dôda djur och växter Nu ser du att kolatomerna vandrar runt mellan olika föreningar. Det är alltså det som kallas kolets kretslopp. 4.1 TESTA DIG SJÄLV FÖRKLARA BEGREPPEN bränslen koldioxid organism "fotosyntes druvsocker cellernas förbränning SVARA PÅ FRÅGORNA 1. Vad är en kolförening? 2. Varför behöver växter solljus? 3. Vad händer med druvsocker idjurens celler? 4. Vart tar koldioxid och vatten vägen som bildas när vi eldar ved? 5. Vad menas med att "kolet vandrar runt mellan olika föreningar"? 79 KEMI Bränslen fr£n jordens dËup bränslen? Vad är fossila somsker när nedbrytare Den kemiskareaktionen bryter behöver syre, p samma sätt som det ned döda växter och djur cellermas forbränning. Ibland händer dettattvärter och beehövs djur syre inte vid ner när de dör just pågrund av att nedbrytarra inte far dödavästerna och djuren täcks avsyre. Det kan bryts ill exempelske om de lera vid en örersvämning. Detkan ocksåske om de hanar pål botten eller en sjö och täcks av lera ellersand innan de bryts ned.av ett hay Istället för att brytas ned ligger djur- och växtdelarna täckta av lera eller sand. och för varje år täcks de allt mer Doda växter och djur ihavet det fortsätter så iflera miljoner år. Delhamnar djupare Tänkner i dig att tãcks ibland av sand nar de sjunker till botten. och trycks ihop allt härdare och hårdare. jorden När djur- ochvästdelar som består av kol trvcksihop h£rt vunder de här l«ng tid bildas nya kolföreningar. I kolföreningarmänni na finnsskor det väldigt mycket kemisk energi lagrad. Darför har vi under framförallt de senaste hundra åren använt dem till Dessa bränslen kallas fossila bränslen. bränslena är olja, naturgas och stenkol. De vanligastebräfossila nslen. Olja. naturgas och stenkol har olika egenskaper och kan darför anvãndas till olika saker. Vad används olja, naturgas och stenkol till? Olja används främst till bensin till bilar eller bränsle tillflygplan, men den kan ocksåanvändas till asfalt som vi lägger påvägarna och till plast som vi tillverkar olika föremål av. Naturgas och stenkol används framförallt ill att elda med i kraftverk där man omvandlar den kemiska energn till elektriSk energi. Den elektriska energin är elen som tillexempel kommer l ditt hus. 80  4. BRANSLEN 0CH KEMISKA REAKTIONER hittar olja, naturgas och stenkol? Var Vihittarfossila bränslen på olika ställen, beroende på var de döda växternaoch djuren fanns när de täcktes. framförallt bildats av döda djur i Oljahar vattnet som i öken- bottenoch ticktes av sand. Vi hittar olja ute till havs eller föll till områdensomtidigare har varit havsbotten. Naturgas har bildats av framförallt döda växter, antingen till påland. havseller För att kuunna ta upp olja eller naturgas så m£ste man oftast borra djupt ner i marken. När man fått upp gasen eller oljan så Pde vidare i stora ror som antingen ligger påhavsbotten eller påland,sâ,kallade olje-pipelines eller gasledningar. När vitar upp olja består den inte av ett enda ämne, utan det är enblandning av olika ämnen. För att kunna använda de olika äm- nenai oljan behöver vi dela upp den. Detta görs i ett oljeraffinaderi Rören som leder oljan kallas där olja värms upp och sedan kan delas upp i till exempel bensin, olje-pipelines och kan vara asfalt och fotogen. nedgrâvda eller ligga ovan mark. 81 KEMI döda växter soM vuxit Stenkol har ofta bildats av eller vatten. När de har dött har de Översvänmats nära kusten av dåtäckts av till exempcl lera. För att få tagi stenkol vatten och oftast gräva gruvor är brta stenkol. man hackar loss behövkalerlas maatnt stenkolen. Det Aven idag bryter man stenkol, fast med moderna metoder. 4.2 TESTA DIG SJ FÖRKLARA BEGREPPEN "fossila bränslen olja "stenkol "naturgas oljeraffinaderi SVARA PÅFRÅGORNA 1. Hur bildas fossila bränslen? 2. Varför kan man hitta olja i ökenområden? 3. Ge minst tre exempel på vad vi använder fossila bränslen till. 4. En del skulle säga att olja är mer användbart än naturgas och stenkol. Vad kan man mena med det? 82  4. BRANSLEN OCH KEMISKA REAKTIONER 4.3 Rränslen som påverkar jorden Fossila bränslen fyller luften med koldioxid Imedia pratar man ofta om att vi borde använda mindre fossila bränslenjäntört med idag.. Annars riskerar vi att förändra jordens klimat. Hur hänger detta ihop? För att förstå sambandet mellan fossila bränslen och kimatet behöver vi titta p£ vad som händer när vi eldar fossila bränslen. så Detsom h£nder är samma sak som när vì eldar träd eller andra växter - kolföreningarna reagerar med syre och omvandlas till koldioxid och vatten, och vi får ut energi. Skillnaden jämfört med att elda växter är att luften fylls av mer koldioxid än vad växterna hinner använda i fotosyntesen. Det har iagitflera miljoner £r för de fossila bränslena att bildas. Under denna tid har kolatomerna i de bränslena legat gömda i marken. På bara ett par hundra å har vi människor tagit upp och När vi eldar med trãfr§n nu förbränt stora mängder av olja, naturgas och stenkol. Följden är levande vxter är det balans atttviisnabb takt tillför mer kolatomer iform av koldioxid till ko- ikolets kretslopp. Nãr vi eldar lets kretslopp än vad de levande växterna kan omvandla. Växterna med fossila bränslen fyller vi påmed kolatomer som har binner inte ta upp den extra koldioxiden. Mängden koldioxid i varit gömda imarken under atmosfären ökar och påverkar vårt klimat, bland annat genom att l£ng tid. Dåblir det obalans i påverka växtbuseffekten. kretsloppet. 83 KEMI Vad är växthuseffekten? Har du tänkt på hur v t det kan bli iett växthus? Varför blir det så?Jo, solens strålar skiner in genom glasväggarna. De värner upp mar ken och sakerna inne i växthuset. Det mesta värmen stannar kvar inne i växthuset och gör att det blir rik tigt varmt därinne. Utan glasväggarna hade värmen försvunnit iväg igen. Att ett växthus fungerar beror på att det är tvåolikasorters energi -usenergi och värmeenergi. Ljusenergin kan gå in Ett växthus stänger in värmen som genom glasväggarna, men vàrmeenergi solens strålar ger, stängs inne. Tänk dig nu att växthusets väggar är atmosfären runt jorden och allt inne i växthusetär jorden. Solens strålar går igenom atmos fären och värmer upp jorden. Men det mesta av värmen stan. nar kvar innanför atmosfären, även om lite värme försvinner uti rymden. Om inte atmosfären hade funits runt jorden så hade det mesta av värmen försvunnit ut irymden och jorden hade vanit mycket kallare. Att värmen stannar innanför atmosfären kallas för växthuseffekten och utan den effekten hade vi alltså inte kunnat bo på jorden. rymden atmosfär värmestrålar solens strälar Växthuseffekten gör att mycket av värmeenergin stannar innanför atmosfären. jorden 84  4 BRÁNSLEN DCH EMISKA 2EAKTIONER blir Det. alltvarmare påjorden ládhardi fossila bränslen med växthuseffekten att göra? Den koldioxidsom slåpps ut när man förbränner olja, naturgas blir stenkolökur alltså mångden koldioxid atmosfären. Deteller ungefarSom om växthusets väggar blir tätare och att ännu mer av värmenh£ll, kvar. Vaxthuseffekten blir med andra ord starkare Vi kan få fler översámningar ochsläpper ut mindre värmeirymden. Det blir därför isnabb takt när klimatet förändras. varmarepåjorden pågrund av att vi använder fossila bränslen. När temperaturen förändras relativt snabbt på jorden så rubbasba Lsen i naturen. Isar vid bland annat nord- och sydpol n,smälter och då blir det mer havsvatten, vilketgör att vattenniv£n på jorden stiger. Vatten- niv£n på jorden stiger och vattentemperaturen ökar. En del menar också att vädret förändras med mer Översvämningar, torka och stormar på grundavden ökade temperaturen. Kan fossi!a bränslen ta slut? Det tog miljoner år för de fossila bränslena att bildas. Vi har använt olja och naturgas framförallt de senaste 150 ären. Vi använder det så mycket och s£ snabbt att det inte hinner bildas nytt. Kommer då till exempel oljan att ta slut? a, menar en del som säger att det kan bli brist redan runt år 2030, medan andra säger att det räcker ungefär 50 år till. Andra menar att oljan inte alls kommer att ta slut, men den kommer att bli mycket svårare och dyrare att fåtag i. 4.3 TESTA DIG SJÄLV FÖRKLARA BEGREPPET "växthuseffekten SVARA PÅ FRÅGORNA 1. Vilken kemisk reaktion sker när vi förbränner fossila bränslen? 2. Ett hus värms upp genom att elda trå och ett annat genom att elda olja. I båda fallen bildas koldioxid och vatten, men när vieldar med olja påverkar det växthuseffekten mycket mer. Varför det? 85  Bränslen från jordens yta Jakten på framtidens bränslen cller Du har kanske hört talas om vätgasbilar värms biogas? Eller känner till hus som med bussar pellets? som drivs en nyare typ av bränslen sOM man tagit fran för att Allt deta är fossila bränslen. När människan på 1800-talet började använda försöka ersåt a i mycket större utsträckning än tidigare, kade fossila bränslen mängden i atmosfären snabbt. Inteförrän på forskare på allvar diskutera om det 1950- och fans 1960-talen koldioxi samband började ett d ökningen av koldioxid och temperaturhöjningar. Det mellan sambandet gjorde att man började undersöka vilka andra Vi kan använda oss av. möj iga bränslen Biobränslen Biobränslen är ett gemensamt namn pà bränslen Som direkt från levande organismer istället för organismer som levde kommer för miljontals år sedan. Man kan bland annat göra ett bränsle som heter etanol av olika väster, som till exempel vete och Etanolen blandas sedan med bensin och används i bilar. majs. Man kan ocksågöra en gas tràn sopor. Denna gas kallas biogas och kan användas som bränsle ibland annat bilar eller bussar. Bussa har ofta en gastank påtaket och ser därför lite annorlunda ut än andra bussar. Ett annat exempel på biobräns len är så kallade pellets, vilket är småstavar av hoptryckt sågspån och träflis. De kan man elda för att till exempel värma upp hus. Etanol är faktiskt inget nytt. Redan den här bilen från 1908 gick att köra på etanol.Om man ville kunde man också blandaetanol och bensin eller habara bensin itanken. Vilken miljöbil!  4 BRANSLEN OCH KEMISKA REAKTIONER BIOGASBUSS Biogas Kort Alla biobrnslen släpper ut koldioxid när man använder dem. S£ Bussen drivs av biogas som vad är dettdåför skillnad jjämfört med fossila bränslen? Jo, fördelen finns i tanken på taket. ldag med biobra nslen är att de tillverkas av växter som, under sin livs- finns lite Över 2 000 liknande bussar i Sverige. Kanske kommer tid, bidragittill att mängden koldioxid|inte ökat i kolets kretslopp. biogasen från dina sopor? Dessutom växer det hela tiden upp nya växter som kan användas på nytt och därför- kallas de ocksåför förnybara bränslen. Bränsleceller Et annat alternativ till fossila bränslen är så kallade bränsleceller. Deskiljer sig från biobränslen eftersom man inte använder växter eller liknande för att göra bränsle och det släpper inte ut koldioxid alls. Man använder istället gasen vätgas. Vätgas tar man fram genom att tillföra energi till vatten så att vattnet delar upp sigivätgas och syrgas. Bränsleceller som är fulla av vätgas kan liknas vid batterier som ä fulla av kemisk energi. I bränslecellen reagerar vätgasen med syrgas och iden reaktionen får man elenergi som driver bilen. Vid den kemiska reaktionen bildas bara vanligt vatten som kan släppas ut. Atomerna i vattnet man hade fr£n början har alltså bara omvandlats från en kemisk förening till att vara grundämne och tillbaka igen till en kemisk förening. Amnena p£verkar da inte miljön alls eftersom vattnet redan finns i kretsloppet. vätgas + syrgas vatten + elenergi 87  KEMI Nya utmaningar ocksä att vi När vi hittar nya lösningar innebär det intör nya utmaningar. När man tar fram vätgas till ifåbland stäl s Om manbrändensleceener l er genom attomvandla vatten krävs det energi. För att gin behöver man använda någon energikälla. fossila bränslen så blir det ingen vinst förmiljön. Så föranvänder- bränslecell ska vara miljövänlig màste omvandlingen fra tt att enen till vätgas ha gjorts med energi från ett miljövänligt tillexempel biobränslen eller vindkraft. Ett annat exempel: är bilar som gàr enbart på el. altDessaernativ, som alltså inte ut nagon koldioxid. Men var komnmer elensläpper Elen som driver bilen kanske har gjorts på ett ifrån? som släpper ut koldioxid. Elbilens energi behöver ursprungligen komma från ett miljövänligt oljekraftvockseförrk att vara miljövänlig. För många forskare är de alternativ Ibland får man lösa en bit av ett utmaningarna problem, nästa steg. kan lösa hela problemet. innan man Det finns bränslecellsbilar till salu, men ett problem är att det inte finns så många tankstationer med vätgas. 4.4 TESTA DIG SJÄLV FÖRKLARA BEGREPPEN. biobrånslen etanol biogas pellets " bränslecell SVARA PÅ FRÅGORNA 1. Vilket eller vilka av följande är förnybara bränslen? A - bensin B- ved C- etanol D-naturgas 2. Var kommer biogas ifrån? 3. Vad menas med förnybara bränslen? 4. Förklara kort hur en bränslecellfungerar. 5. Varför är inte en bil som drivs av bränsleceller eller el automatiskt ett miljövänligt alternativ? 88  PERSPEKTIV LEVNNADSVILLKOREN FÖRÄNDRAS Polarisar smälter Isbjörnar lever på isen och landmassorna runt omkring Norra ishavet. De jagar först och främst sälar som ligger och vilar på isen. Men isen pånordpolen smälter på grund av uppvärmningen av jorden. Det ger isbjörnar mindre områden att jaga sälar på. Isbjörnarna rör sig d£närmare områden med människor för att kunna leta mat och blir en fara för de människor som bor där. Marken tinar Idet stora landområdet iöstra Ryssland, Sibirien, är det såkallt såatt marken är frusen året runt. Man har byggt hus och vägar på den hårda, frusna marken. Det är långt mellan städerna, många gånger flera timmars resa med bil. Nu när tempe raturen höjs på jorden såtinar marken. Där det var hård mark är det nu fullt med smàsjöar eller dyig mark. Vägarna förstörs och husen spricker av den mjuka marken. Människor blir isolerade eller måste flytta. Även om vi iSverige inte När pâverkar du själv koldioxidut märker av det som händer i slppen? När du väjer vilka saker polarområdena eller iSibirien du köper? När du väljer hur du äker kan man fråga sig- vilket någonstans? Fundera med en kompis ansvar har vi? Diskutera med över när dina val påverkar koldioxid en kompis om viiSverige ska utslppen och vad ni skulle kunna göra något och varför. göra för att minska utsläppen somni bidrar till. 89  SAMMADEATTOING Många brànslen inneh£ller kol Branslen år ämnen som man kan förbränna och få energi av. Nästan alla bränslen innehåller kol. Kol finns ialt som lever eller har levt. Vid fotosyntesen bildar gröna växter druvsocker och syre av koldioxid och vatten, med hjälp av Kolatomerng ror sig funt i solenergi. kolets krets/opp Vid cellernas förbränning använder cellerna druvsocker och syre för att fåenergi, då bildas ämnena koldioxid och vatten. (4.2 Bränslen från jordens djup Fossila bränslen är ett gemensamt namn på framför allt olja, naturgas och stenkol. De bildas när döda växter och djur inte bryts ned utan pressas ihop Fossila brönslen onvands frümst till bränslen till fordon och till att eldos för till nya kolföreningar. att ge värme eller energi. 4.3 Bränslen som påverkar jorden När man förbränner fossila bränslen bildas koldioxid och vatten. Mängden koldioxid i luften ökar vid förbränning, eftersom växterna som lever idag inte hinner ta upp den koldioxid som bildas. Med mer koldioxid i atmosfören ökar växthuseffekten. Det blir Varmore på jorden. 4.4 Bränslen från jordens yta Bränslen som kan framställas av växter som lever idag kallas biobränslen. En annan typ av bränsle är bränsleceller som drivs av vägas. När v«tgasen reagerar med syre bildas endast vatten. Förnybara brßnslen påverkar inte Vöxthuseffekten 90  4. BRANSLEN OCH KEMISKA REAKTIONER FINALED Vem har rätt? Förklara hur du tänker. AVäxier tar till sig B Ibland finns det koldioxid, bryter fler kolatomer i CAntalet kolatomer D Det största problemet med är detsamma hela att elda fossila brnslen ned kolatomerna världen och ibland och ygger upp finns det färre. tiden, kolatomerna är att just kolatomerna nya kolatomer. Det varierar. bara flyttar sig kommer att ta slut en dag, mellan olika ämnen. och då finns det ingen koldioxíd till vxterna. Vilket eller vilka av följande påståenden stämmer in på biobränslen? Förklara hur du tänker. A Biobränslen är de bränslen man kan tillverka till exempel från växter som lever idag. B Biobränslen bidrar till att växthuseffekten ökar. C Det finns bara en viss mängd biobränslen på jorden och därför kommer den att ta slut. D Koldioxiden som släpps ut när man förbränner biobränslen kan tas upp av växter som lever och då ökar inte mängden koldioxid i luften. Vad bildas vid de olika kemiska reaktionerna? Para ihop! 1 Förbränning av olja A Koldioxid och vatten 2 Cellernas förbränning 3 Fotosyntes B Syre och druvsocker 4 Förbränning av trä 4 Tänk dig att dina föräldrar ska köpa en ny bil. De ska välja mellan en bilsom går påbiogas och bensin och en bil som bara går påbensin. Vad tycker du att de ska välja? Förklara varför du tycker så. 91