Den bästa bulldegen

Tillhör kategori: livsmedel, urval experiment under revidering, vardagens kemi

Författare: Lena Munther

Introduktion Riktlinjer Säkerhet Materiel Förarbete Utförande Förklaring Kemisk bakgrund Fördjupning Litteratur Fler experiment

Tid för förberedelse: 10 minuter

Tid för genomförande: 120 minuter

Antal tillfällen: 1

Säkerhetsfaktor: Utföres med normal varsamhet

Svårighetsgrad: Kräver viss labvana

Introduktion

Oftast när man bakar så görs detta enligt anvisningar enligt recept utan att man tänker närmare på varför dessa ingredienser används. När är det bra att använda t.ex. jäst istället för bakpulver eller bikarbonat och varför används inte grova mjölsorter som t.ex. rågmjöl eller andra som potatismjöl och havregryn vid brödbakning?

Med detta experiment får du förhoppningsvis en förklaring till detta och du lär dig kanske baka utan recept.

Riktlinjer

Experimentet kan göras i par eller mindre grupper.

Säkerhet

Hävningsmedlen (jäst, bakpulver) bör ej ätas.

Skräp och rester sköljs ned i slasken eller slängs i soporna.

Materiel

Gemensamt för alla recept

Ingredienser

Bröd 1Bröd 2Bröd 3Bröd 4
2,5 dl vatten2,5 dl vatten2,5 dl vatten2,5 dl vatten
6-7 dl vetemjöl6 dl rågmjöl6-7 dl vetemjöl6-7 dl vetemjöl
25 g jäst25 g jästca 3 tsk bakpulver1-2 tsk bikarbonat
½ tsk salt½ tsk salt½ tsk salt½ tsk salt

Förarbete

Inget förarbete.

Utförande

Tänk på att notera dina iakttagelser och åtgärder. Fundera även kring varför de olika förändringarna sker.

Bröd 1

  1. Värm vattnet i en kastrull på spisen tills den är ljummen (37 °C ).
  2. Smula sönder jästen i en bunke och häll i lite vatten i taget och rör om.
  3. Tillsätt saltet och slutligen nästan allt mjöl.
  4. Rör om tills degen känns klibbfri tag då lite mjöl och pudra över och runt degen i bunken så blir det lättare att få loss den sedan.
  5. Låt jäsa övertäckt av en duk i ca 40 min.
  6. Sätt på ugnen 225 °C.
  7. Efter degen är färdigjäst så tag upp degen på bakbordet och knåda rejält.
  8. Forma degen till en limpa och lägg på smord plåt.
  9. Låt jäsa ca 20 min.
  10. Grädda i ca 30 min.
  11. Hur ser brödet ut? Beskriv så noggrant du kan. Smaka de olika bröden och jämför.
  12. Lägg brödet på ett galler och täck över med en duk så blir den inte så hård.

Bröd 2

Samma som bröd 1.

Bröd 3

  1. Blanda torrvarorna i en bunke.
  2. Häll i samtidigt som du rör om lite vatten i taget.
  3. Forma degen till en limpa och lägg på en plåt.
  4. Grädda i mitten av ugnen i ca 30 min.
  5. Lägg brödet på ett galler under bakduk
  6. Hur ser brödet ut? Beskriv så noggrant du kan. Smaka de olika bröden och jämför.
  7. Lägg brödet på ett galler och täck över med en duk så blir den inte så hård.

Bröd 4

Samma som bröd 3 men grädda i ca 20 min.

Variation

Som alternativ till rågmjöl kan t.ex. havregryn eller potatismjöl användas men tänk då på att mängden och gräddningstiden kan bli annorlunda.

Man kan även prova hjorhornssalt, torrjäst eller att göra en surdeg.

bröd bakade med olika hävningsmedel
Foto: © Lena Munther

Förklaring

Bröd 1: Brödet blev vitt och poröst och detta beror bl.a. på att denna deg var en bra miljö för jästsvamparna att leva i de kunde föröka sig, koldioxid spreds i luftbubblor i brödet och därmed jäste brödet ( för närmare förklaring se "jäsning" nedan). Saltet förbättrade smaken samt att den ökar brödvolymen.

Bröd 2: Vetemjöl innehåller bl.a. gluten som vid knådning bildar ett elastiskt luft- och vattenhållande nätverk. Men i rågmjöl finns ej gluten vilket gör att inga luftbubblor kan bildas dit CO2 och alkoholen etanol kan spridas och därmed jäser degen väldigt lite. Av denna anledning brukar det finnas vetemjöl i rågbrödsrecept. Rågsikt består av både vetemjöl och rågmjöl. Rågmjöl innehåller dessutom olika socker som suger åt sig vatten och då vill inte proteinerna i degen svälla och degen blir svårhanterlig. Som du kanske märkte så blev brödet väldigt kompakt och hård.

Bröd 3: Alla bakpulver baseras på natriumbikarbonat, NaHCO3, i kombination med andra ämnen. Bakpulver som man köper i affären innehåller dessutom två olika sura fosfater. Detta plus bikarbonat medverkar till att CO2 avges vid rumstemperatur och bildar startbubblor. Dessa bubblor förstoras när kakan stabiliseras under gräddningen. Ofta använder man bakpulver då mjuka kakor ska bakas som tex sockerkaka. Anledningen till varför man inte använder jäst då är att sådana kakor innehåller mycket socker och då dör jästsvamparna. Dessutom så finns inget behov av den långsamma jäsningsprocessen som jäst ger upphov till. Däremot så går det bra att använda bakpulver i matbröd men då blir brödet lite mer kompakt och får sämre hållbarhet p.g.a. att den kvarhåller ej vatten lika bra som bröd baka med jäst, dvs brödet torkar snabbare.

Bröd 4: När bikarbonat uppvärms i degen så bryts den ned till soda (natriumkarbonat), kolsyra och vatten:
NaHCO3 → Na2CO3 + H2CO3 + H2O

Använder man därför för mycket så får man en bismak p.g.a. sodan och brunaktig färg. Av denna anledning så brukar man använda bikarbonat då t.ex. pepparkakor ska bakas för dessa innehåller fil som är surt och tar bort denna smak.

Kemisk bakgrund

Vy för utskrift av kemisk bakgrund och fördjupning

Bakningens princip

Bakningsprocessen består av fyra steg:
  1. Blanding av ingredienserna
  2. Knådning
  3. Jäsning och degmognad
  4. Gräddning

Eftersom det är många kemiska och fysikaliska förändringar som ska ske så är det viktigt att man noga följer receptets anvisningar. Varje steg har stor betydelse för slutresultatet.

Vetemjölet

Vetemjölet består av bl.a. olika proteiner och kolhydrater. Proteinerna kan delas in i två grupper: glutenin och gliadin som tillsammans bildar gluten. Gluten kan vid knådning skapa ett elastiskt, luft- och vattenhållande nätverk.

Bland kolhydrater räknas bl.a. stärkelse som byggs upp av glukos som är ett socker. När mjölet blandas med vatten så kommer stärkelsen att svälla litegrand, men det är inte förrän temperaturen närmar sig 60 grader som vatten kan börja bindas till stärkelsen som då förklistras.

Jäst

Den jäst som används vid bakning (bagerijäst) består av den encelliga svamporganismen Saccharomyces cerevisiae. Den innehåller enzymer, bl.a. sådana som kan förjäsa socker till koldioxid och etanol. Jäst är en färskvara och bör förvaras svalt.

Bakningsprocessen

Processer vid olika temperaturer

Deggörning

Bland det första man gör är att blanda jäst, vatten och vetemjöl under några minuter för att komponenterna i mjölet ska fördelas så jämnt som möjligt så att vatten kan sugas upp och luft kommer in i smeten.

Knådning

Denna del av arbetet är mycket viktigt för att de efterkommande stegen ska fungera bra. Genom att knåda så bildas massor av luftbubblor dit kolsyran från jästen kan spridas och degan kan expandera, dvs jäsa (hävas).

Jäsning

Att jästen kan få bröd att jäsa beror på att den kan föröka sig genom att enzymerna omvandlar socker till koldioxid och etanol (en alkohol) enligt följande formel:
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 + värme

Vid temperatur 28 - 38 °C jäser den bäst, under 7 °C så minskar aktiviteten betydligt och över 50 °C så dör jästen. Alltså för att jästen ska kunna bilda koldioxid så måste det finnas socker och detta är anledningen till varför man tillsätter lite socker vid bakning av jästbröd. Men tillsätter man för mycket så kan det bli motsatt effekt - sockret suger ut all vätska ur jästen så att den skrumpnar och dör. Samma effekt blir om man tillsätter för mycket salt.

Men om man nu inte tillsätter något socker hur kan det då jäsa? Jo det finns olika sockerarter i mjölet samt att stärkelsens som är, liksom socker, en kolhydrat som hjälper jäsningen på traven.

Förutom detta så bildas det en massa andra ämnen som bidrar till brödets speciella karaktär.

Gräddning

Nu är brödet klart för att gräddas och det vanligtvis vid en temperatur på 200 °C då det sker en massa förändringar; inuti av fysikalisk karaktär och utanpå av kemisk karaktär. Detta sker vid olika temperaturer. Inkråmet (inuti brödet) kommer aldrig upp till mer än 100 °C p.g.a. det vatten som finns i brödet medan ytskiktet kommer att nå ungefär den temperatur som du ställt ugnen på.

Den koldioxid och alkohol som samlats i luftbubblorna i degen kommer allteftersom temperaturen stiger att försvinna. Detta genom att jästen som hela tiden förökat sig dvs brödet har jäst, kommer att dö och bubblorna utvidgas så att de lösta gaserna liksom alkoholen, kan ge sig iväg.

Vid ca 60 °C så förklistras stärkelsen mha vatten som tas från den kletiga massan gluten bildat och vid ca 75 °C börjar proteinerna att koagulera så att denna massa kan stelna.

En uttorkning sker på brödets yta och där bildas även ett skikt av förklistrad stärkelse och koagulerande proteiner. Vid lite högre temperatur så får brödet en fin och brun yta och dessutom många smakämnen.

Vill man ha en extra knaprig yta kan man pensla brödet före gräddningen med vatten eller genom sk kvalmning så går ut på att spruta in ånga i ugnen. Ångan kondenseras då på den kalla degen och överför sin värmen till ytan och reaktionerna ovan sker snabbt. Vill man däremot inte ha en hård skorpa så måste brödet skydda det med en duk för annars avdunstar vatten. Avdunstningen sker hela tiden och då man tycker att brödet inte längre är så gott utan ganska torrt så beror det på att vattenhalten i inkråmet har förskjutits upp mot ytan så att den är lika tvärsigenom hela brödet. Av denna anledning är det bra att förvara brödet i försluten påse.

Salttillsatsen fungerar inte bara för att förbättra smaken utan även för att öka brödvolymen.

Rågbröd

Proteinerna i rågmjöl kan inte bilda gluten och därför inte heller det nätverk som krävs för att degen ska bli elastisk och lätthanterlig. Rågbrödsrecept innehåller därför alltid vetemjöl. I rågen finns en stor mängd pentosaner, vilka liksom stärkelse är en molekyl som består av många sockerenheter = polysackarid. Socker tar gärna åt sig vatten och hindrar degproteinerna från att svälla. Degen kan då inte hålla tillräckligt med vatten och blir svårhanterlig.

Surdeg

Surdeg användes förr och idag när detta görs så påskyndar man jäsningen genom att tillsätta lite jäst.

Blandas rågmjöl och vatten kommer en spontan syrningsprocess att ske genom de mjölksyrebakterier som alltid finns i mjölet. Allteftersom kolsyra bildas kommer dessa bakterier att ta överhand andra bakterier som mjölet innehåller. Förutom mjölksyra bildas även ättiksyra, koldioxid, etanol och en del aromämnen. Mjölksyran påverkar proteinerna i rågen och vissa enzymer från bakterierna nedbryter en del av det socker (penosaner) som finns i mjölet - allt detta för att förbättra bakegenskaperna. Ättiksyran bidrar till smaken samt till en konserverande effekt trots att det mesta avdunstar under gräddningen. Av denna anledning är surdegsbröd aromrikt och lätt syrligt, finporigt, lätt att skära upp samt har god hållbarhet.

Bikarbonat

Alla bakpulver som används på marknaden baseras på natriumbikarbonat, NaHCO3, i kombination med andra ämnen. Bikarbonat ensamt bryts ned till soda (Na2CO3), koldioxid och vatten, men om man använder för mycket så kan den ge bismak och brunaktig färg. Av denna anledning passar det bäst till pepparkakor eftersom de innehåller t.ex. fil som tar bort bismaken.

Bakpulver

När bakpulver blandas i kaksmeten och gräddas så avges koldioxid som gör att kakan jäser och blir porös. Bakpulver består vanligtvis av två olika sura fosfater och bikarbonat och tillsammans gör de att en del koldioxid avges vid rumstemperatur som bildar ett antal startbubblor som förstoras när kakan börjar stabiliseras vid gräddningen. Man brukar använda bakpulver i mjuka kakor som innehåller fett, socker och ägg och det är av denna anledning som inte jäst kan användas i detta sammanhang för jästen, som du kanske minns, dör av för mycket socker. Dessutom finns inget behov av den långsamma jäsprocessen som jäst leder till vid bakning av mjuka kakor. Användning av bakpulver i matbröd går fint men brödet blir lite mer kompakt och får sämre hållbarhet eftersom det inte innehåller lika mycket vatten lika bra som ett poröst bröd bakat med jäst och därmed torkar brödet snabbare.

Hjorthornssalt

Detta ämne som inte används så ofta idag består av ammoniumbikarbonat (NH4HCO3) som sönderfaller till ammoniak (NH3), koldioxid (CO2) och vatten (H2O). Den kan endast användas i relativt hög ugnstemperatur då ammoniaken som man helst inte vill ha, kan försvinna. Därav den starka doft som möter en när ugnsluckan öppnas.

Utan bakpulver

I vissa recept står det att man med kraftig vispning ska piska in luft när fett och socker eller ägg och socker blandas. Denna luftmängd räcker hos dessa kakor för att de inte ska bli kompakta.

Historia

Ända sedan livets begynnelse så har jästsvampar funnits. Jästsvampar finns överallt i naturen, ca 6000 olika arter och förekommer särskilt mycket där det finns gott om socker som t.ex. vid blommor. De sprids med insekter, djur och vinden, har stor motståndskraft och anpassningsförmåga till nya miljöer.

Egyptierna blandade mjöl med vatten från Nilen och lät detta stå i några dagar - vips så hade man en surdeg. Sedan togs en bit av degen och smulade i nästa deg som fick jäsa ett dygn och så fortsatte det. Brödet blev porösare och mer lättsmält av surdegen. Denna metod användes ända fram till 1700-talet då man i Holland kom på att den jäst som samlades på ytan i jäskaret, när man brände alkohol, kunde skummas av och användas vid brödbakning. Samma tillvägagångssätt utnyttjades vid öltillverkning.

Bagerijäst framställes i Holland första gången 1781 och är en mikroorganism som är endast 4,8 tusendels millimeter stor. Den förökar sig många gånger om på några timmar genom att man tillsätter näring i form av vatten, kolhydrater, kväve, fosfor och syre (kväve och fosfor i föreningar, ej som grundämnen. Allt detta flyttas sedan till ett jättekar där jästen får föröka sig och ny näring tillsätts. Så håller man på i fem dygn. Av de ursprungliga milliliterna har 150 ton jästmassa producerats. Då avbryts jäsningen, den separeras, tvättas och packas i en kilos förpackningar till bagerier och i 50-grams paket till affärerna. I de små gula paketen finns 500 miljoner slumrande jästceller.

Fördjupning

Livsmedel

Maten håller igång oss

Livsmedel behövs för att hålla igång vårt biologiska maskineri. Det är via maten som vi får energi att röra oss, tänka, men också att växa och reparera våra celler i kroppen. Kroppens maskineri är oerhört komplicerat, men det klarar att styra flödena av både energi och näring till kroppens olika delar vid rätt tillfälle. Kroppen hanterar också att ta hand om de restprodukter som vi måste göra oss av med.

Processerna i kroppen när maten bryts ned, fördelas, omvandlas och görs av med, är i grund och botten kemiska reaktioner som drivs av energin i maten. Maskinen är vår biologiska kropp, men de enskilda reaktionerna är kemiska. På så sätt kan man säga att vår kropp är en kemisk maskin.

Matens ursprung

Ursprungligen hittade vi vår föda i naturen. I det moderna samhället är de flesta livsmedlen processade på något sätt. Även livsmedel som inte är processade i sig är ofta odlade eller uppfödda med metoder som skiljer sig från det som sker i naturen. Syftet är att öka produktionen och att säkerställa kvalitén.

Att livsmedlen inte är helt naturligt producerade behöver inte vara ett problem. Det är bra att vi kan producera mera med mindre resurser. Det är också bra att vi har koll på kvalitén. Men vissa saker är inte bra. Tillsatser som gör att livsmedlen får längre hållbarhet, ser mer aptitliga ut och smakar bättre är inte alltid nyttiga, även som det kan verka så.

Grunden till all produktion av livsmedel är solens energi och växternas fotosyntes. I nästa steg kan djuren äta växterna och producera kött som vi sedan kan äta, men ursprunget är växterna. Men om inte djuren och människorna fanns, så skulle växterna till slut bli utan koldioxid som de behöver för sin fotosyntes. Djur och människor andas ut koldioxid. Kropparna bryts också ned till koldioxid och mineraler när de förmultnar. Detta tar växterna hand om, ofta med svamparna som mellanled. Det hela är ett kretslopp där både växter, svampar och djur ingår. Allt levande både äter och äts. Det som får kretsloppet att hålla igång är strålningen från solen.

Tycke och smak

Genom evolutionen har vi lärt oss att välja vad som är bra med hjälp av lukten och smaken. Oftast är det som vi gillar också nyttigt. När maten är skämd, brukar den börja lukta illa, vilket gör att vi inte äter det som kan göra oss sjuka.

Men det vi tycker om är inte nödvändigtvis bra för oss. Sötma är en signal att maten är bra, vilket stämde väl när människan levde nära naturen och behövde den energi man kunde finna. Men nu finns socker i överflöd. Det blir för mycket av det goda, så att vi blir feta och får sjukdomar som karies och diabetes.

Smaken för maten är också en kulturell fråga. Den mat vi lär oss tycka om från barnsben tycker vi oftast om resten av livet. Det finns också kulturella aversioner mot vissa typer av mat. I Sverige är vi inte vana att äta insekter, men insekter är förträfflig mat som är både nyttig och miljövänlig.

material på avancerad nivå kommer att läggas in här

Gas

Gaser har speciella egenskaper som skiljer dem från vätskor och fasta ämnen. I en gas är avståndet mellan partiklarna mycket större än i en vätska. Avståndet är så stort att det inte finns några intermolekylära krafter som håller ihop partiklarna. De rör sig med stor hastighet, oordnat och fritt från varandra.

Gastryck av molekylernas kollisioner

En molekyl är väldigt liten, men det finns väldigt många! Varje gång en molekyl stöter emot ytan, på en burk t ex, så ger den en liten rekyl som tenderar att stöta bort föremålet. Alla molekylernas stötar ger tillsammans ett tryck som är större än man normalt föreställer sig. Vid normalt lufttryck är kraften 1000 N per dm2. Det motsvarar tyngden av 100 kg på varje kvadratdecimeter eller tyngden av 10 ton på varje kvadratmeter!

Att inte burkar, människor, fotbollar med mera trycks ihop av de väldiga krafterna beror på att det finns ett mottryck inifrån som är lika stort.

I figuren nedan ser man att det är fler molekyler som kolliderar med väggen på vänster sida än på höger. Gastrycket är alltså högre på vänster sida om väggen.

Gastrycket orsakas av molekylernas många små stötar. Gastrycket till vänster om väggen är högre därför att det är fler kollisioner.
Bild: © Svante Åberg

Kollisionerna på ömse sidor om väggen är ungefär lika kraftiga, vilket betyder att partiklarna rör sig ungefär lika fort. Man kan alltså dra slutsatsen att temperaturen är densamma på båda sidor om väggen.

Temperatur, kärlets volym och substansmängden påverkar trycket

Partiklarna kolliderar med varandra och med det omgivande kärlet. Det utgör gasens tryck. Trycket hos en gas beror på flera saker:

Alltså, trycket är proportionellt mot absolut temperatur och substansmängd och omvänt proportionellt mot volymen. Detta kan sammanfattas i Allmänna gaslagen.

Allmänna gaslagen:
pV = nRT
p = tryck, Pa
V = volym, m3
n = substansmängd, mol
T = temperatur, Kelvin
R = proportionalitetskonstant = 8,3145 J K-1 mol-1

Molvolym

Gasmolekylernas sammanlagda volym är väldigt liten i förhållande till gasens totala volym. Detta gör att en viss substansmängd av i stort sett alla gaser har samma volym vid samma tryck och temperatur. Gaserna har samma molvolym, och vid standardtryck och standardtemperatur (STP: p = 1 atm = 101,325 kPa = 1,01325 bar, T = 25 °C = 298,15 K) är molvolymen 24,47 dm3/mol.

Gasens densitet

Enklast är att räkna på en mol av gasen. Till exempel väger en mol koldioxid (CO2) 12,0 g + 2·16.0 g = 44,0 g. Vid standardtemperatur och tryck (se ovan) är molvolymen 24,47 dm3. Då är densiteten 44,0 g/24,47 dm3 = 1.80 g/dm3.

Luft består till ungefär 20% av syrgas (O2) och 80% kvävgas (N2). En mol syrgas väger 2·16.0 g = 32.0 g. En mol kvävgas väger 2·14.0 g = 28.0 g. En mol luft innehåller 0,20 mol syre och 0,80 mol kväve. En mol luft väger då 0,20·32,0 g + 0,80·28,0 g = 28,8 g. Vikten genom molvolymen blir då 28,8 g/24,47 dm3 = 1.18 g/dm3.

Dessa två beräkningar visar att koldioxid är tyngre än luft. Därför sjunker koldioxid till marken när den släpps ut i luften.

En motsvarande beräkning av densiteten för vattenånga (H2O) ger densiteten 18,0 g/24,47 dm3 = 0,73 g/dm3. Man kan alltså se att vattenångan är mycket lättare än luften. Därför stiger vattenånga som avdunstar från marken och vattendragen uppåt i osynliga bubblor av ånga. När vattenångan kommit tillräckligt högt är temperaturen så låg att den kondenserar till vattendroppar och blir synlig i form av moln.

Gaspartiklarnas rörelseenergi

Gaspartiklarna rör sig slumpmässigt, men i genomsnitt har de en rörelseenergi som motsvarar temperaturen. Ju högre temperaturen är, desto snabbare rör sig partiklarna. Temperaturen är därför ett mått på gaspartiklarnas rörelseenergi.

När man har en blandning av gaspartiklar som väger olika mycket, så får olika tunga partiklar ändå samma genomsnittliga rörelseenergi. Det innebär att tunga gaspartiklar rör sig långsammare än lätta gaspartiklar, annars skulle inte rörelseenergierna vara lika.

Till exempel rör sig vätemolekyler (H2) med molekylmassan 2 u 3.74 gånger snabbare än kvävemolekyler (N2) med molekylmassan 28 u. Man skulle kunna tro att vätet skulle röra sig 14 gånger snabbare eftersom kvävet är 14 gånger tyngre, men rörelseenergin är proportionell mot kvadraten på hastigheten. Därför blir kvoten mellan hastigheterna √ 28/2 = √ 14 = 3.74.

Hävningsmedel för bakning

Hävningsmedel är det gemensamma namnet på tillsatser vid bakningen som gör att brödet eller kakorna sväller och blir luftiga. Det fungerar genom att det bildas gasbubblor som lyfter degen. Det är viktigt att gasbubblorna är innestängda, annars faller bakverket ihop. Degens sega konsistens gör att gasbubblorna hålls kvar till dess brödet eller kakan är färdiggräddad.

Oftast är det koldioxidgas som häver degen. Koldioxid är ofarlig och saknar lukt. Den kan bildas på biologisk väg när jästsvampar äter socker eller andra kolhydrater i degen och bildar koldioxid som restprodukt. Den kan också bildas kemiskt genom att karbonatsalter som upphettas faller sönder och bildar koldioxid.

Men det finns också kemiska hävningsmedel som bildar ammoniakgas. Ammoniak luktar starkt. Det är den lukten du känner när kubbarna gräddas.

Biologiska hävningsmedel

Jäst

Den jäst som används vid bakning (bagerijäst) består av den encelliga svamporganismen Saccharomyces cerevisiae. Den innehåller enzymer, bland annat sådana som kan förjäsa socker till koldioxid och etanol. Jäst är en färskvara och bör förvaras svalt.

Bagerijäst tillverkas genom odling av jästcellerna. Några milligram ympas i ett provrör. Sedan väcks cellerna genom att man tillsätter näring. Inom några timmar har jästcellerna förökat sig så mycket att de behöver flyttas över till ett jäskar. Sedan behöver de flyttas över till allt större jäskar medan tillväxten fortsätter. Inom någon vecka har cellkulturen vuxit till cirka 150 ton av jästceller med identiska egenskaper, de egenskaper som cellympen hade.

Ett gram jäst innehåller 3 miljarder levande celler. Jäst är en färskvara, men det går att återuppliva gammal jäst som torkat och gått in i vilostadium.

Surdeg

Surdeg användes förr och idag när detta görs så påskyndar man jäsningen genom att tillsätta lite jäst.

Blandas rågmjöl och vatten kommer en spontan syrningsprocess att ske genom de mjölksyrebakterier som alltid finns i mjölet. Allteftersom kolsyra bildas kommer dessa bakterier att ta överhand andra bakterier som mjölet innehåller. Förutom mjölksyra bildas även ättiksyra, koldioxid, etanol och en del aromämnen. Mjölksyran påverkar proteinerna i rågen och vissa enzymer från bakterierna nedbryter en del av det socker (penosaner) som finns i mjölet - allt detta för att förbättra bakegenskaperna. Ättiksyran bidrar till smaken samt till en konserverande effekt trots att det mesta avdunstar under gräddningen. Av denna anledning är surdegsbröd aromrikt och lätt syrligt, finporigt, lätt att skära upp samt har god hållbarhet.

Kemiska hävningsmedel

Bikarbonat

Alla bakpulver som används på marknaden baseras på natriumbikarbonat (natriumvätekarbonat, NaHCO3) i kombination med andra ämnen. Bikarbonat ensamt bryts ned till soda (Na2CO3), koldioxid och vatten, men om man använder för mycket så kan den ge bismak och brunaktig färg. Av denna anledning passar det bäst till pepparkakor eftersom de innehåller t.ex. fil som tar bort bismaken.

Koldioxiden som orsakar hävningen bildas när temperaturen överstiger 200 °C:

2 NaHCO3(s) + värme → Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g)

Natriumbikarbonat framställs genom att man leder ner koldioxid (CO2) i en kall sodalösning (natriumkarbonat, Na2CO3). I naturen finns det lagrat med soda i sodasjöar. Genom att koldioxid frigörs vid upphettning av saltet används det i pulverbrandsläckare. NaHCO3 är kolsyrans "sura" salt och Na2CO3 kolsyrans "basiska" salt.

Hjorthornssalt

Hjorthornssalt används inte så ofta idag. Det består av ammoniumbikarbonat (NH4HCO3) som sönderfaller till ammoniak (NH3), koldioxid (CO2) och vatten (H2O). Den kan endast användas i relativt hög ugnstemperatur då ammoniaken som man helst inte vill ha, kan försvinna. Därav den starka doft som möter en när ugnsluckan öppnas.

Ammoniaken påbörjar hävningen när den bildas redan vid temperaturer strax över 36 °C, men en hel del löses i fukt som finns i degen.

(NH4)2CO3(s) + värme → NH4HCO3(s) + NH3(aq,g)

När temperaturen stiger ytterligare uppemot 200 °C sönderdelas vätekarbonatet på samma sätt som för bikarbonat till koldioxid och vatten. Dessutom övergår ammoniaken från vattenlösning till gasform.

NH4HCO3(s) + NH3(g) + värme → 2 NH3(g) + CO2(g) + H2O(g)

Hjorthornssalt, (ammoniumkarbonat, NH4)2CO3), framställdes förr genom torrdestillation av horn, därav namnet. Det luktar ammoniak och användes förr som luktsalt. Jämför tyngdlyftare som sniffar ammoniak.

Bakpulver
Bakpulver
Bakpulver är det vanligaste hävningsmedlet för kakor. Det innehåller allt som behövs för att hävningen ska fungera.
Foto: © Svante Åberg

Bakpulver är en blandning av natriumvätekarbonat (NaHCO3), sura fosfater (NaH2PO4, Na2HPO4) och något som absorberar fukt, t.ex. majs- eller risstärkelse.

När bakpulver blandas i kaksmeten och gräddas så avges koldioxid som gör att kakan jäser och blir porös. Bakpulver består vanligtvis av två olika sura fosfater och bikarbonat och tillsammans gör de att en del koldioxid avges redan vid rumstemperatur och bildar bubblor som förstoras när kakan börjar stabiliseras vid gräddningen.

NaHCO3(s) + H+ → Na+ + CO2(g) + H2O

Man brukar använda bakpulver i mjuka kakor som innehåller fett, socker och ägg. Jäst kan inte användas i detta sammanhang, för jästen dör av för mycket socker. Dessutom finns inget behov av den långsamma jäsprocessen som jäst leder till vid bakning av mjuka kakor.

Användning av bakpulver i matbröd går fint men brödet blir lite mer kompakt och får sämre hållbarhet eftersom det inte håller lika mycket vatten lika bra som ett poröst bröd bakat med jäst, och därmed torkar brödet snabbare.

Utan bakpulver

I vissa recept står det att man med kraftig vispning ska piska in luft när fett och socker eller ägg och socker blandas. Denna luftmängd räcker hos dessa kakor för att de inte ska bli kompakta.

material på avancerad nivå kommer att läggas in här

Stärkelse

Fotosyntesen bygger upp en energireserv av stärkelse

Stärkelse bildas i alla växter genom fotosyntesen. Med hjälp av solljusets energi omvandlar det gröna klorofyllet i cellen koldioxid från luften och vatten från rotsystemet till den enkla sockerarten (monosackariden) glukos, som också kallas druvsocker. Den utgör byggstenarna till stärkelsen. Som en biprodukt bildas även syre.

Solenergi + 12 H2O + 6 CO2 → C6H12O6 + 6 O2

Om växten har gott om druvsocker kan det omvandlas till stärkelse. Stärkelse är lättare att spara och fungerar som växtens energilager.

Stärkelsens uppbyggnad och förekomst

Stärkelse och glykogen är exempel på polysackarider (poly = många). De är uppbyggda av ett stort antal monosackarider. När stärkelse ska bildas så sammanlänkas glukosmolekylerna till jättestora komplex. Stärkelse är näst cellulosa den vanligaste organiska substansen på vår jord. Stärkelse förekommer i växterna främst i frön, rötter och rotknölar och utgör en näringsreserv för den spirande plantan.

Det finns två former av stärkelse, amylos och amylopektin. Dessa stärkelsemolekyler bildar i huvudsak kristallina strukturer. Amylosen består av en enda kedja med 100 - 10 000 glukosenheter. I amylopektinet är glukoskedjan starkt förgrenad och molekylen består av cirka 100 000 glukosenheter. Dessa anses vara de största naturligt förekommande molekylerna.

I växten förekommer stärkelsen i så kallade granuler, vilka har varierande storlek och utseende beroende på växslag. Dessa granuler är mycket små, endast några 1000-dels mm. Molekylstorleken i amylos och amylopektin varierar i olika växtslag, vilket förklarar de olika egenskaperna hos stärkelseenheterna.

Svällningsegenskaper

I stärkelsegranulen (stärkelsekornet) finns vatten bundet till ungefär 1/3 av stärkelsens vikt. På grund av den kristallina strukturen i granulen är stärkelsen olöslig i kallt vatten. Vid värmebehandling förklistras stärkelsen, det vill säga den sväller under upptagande av vatten. Granulerna läcker samtidigt ut amylos, medan amylopektinet förblir olöst i granulerna. Vid den fortsatta upphettningen börjar även amylopektin frigöras från granulerna.

Svällningen av granulerna leder till viskositetsökning och genomskinligheten minskar. Man säger att stärkelsen gelatineras - bildar en gel. Viskositeten når sitt maximum när granulerna är maximalt uppsvällda utan att ha sönderfallit.

Starttemperaturen för gelbildningen i de olika stärkelsesorterna är

Vidare uppvärmning gör att granulerna sönderfaller när stärkelsen går i lösning. Samtidigt minskar viskositeten.

Vid avkylning blir stärkelsegelen fastare, med undantag för potatisstärkelsen, som ger en tunn och klistrig gel. Mekanisk bearbetning, till exempel mycket kraftig vispning, påverkar också viskositeten så att gelen blir tunnare.

Retrogradering

Molekylerna i en stärkelselösning som svalnar har en tendens att kristallisera. Denna effekt är tydligast för amylos som har linjära kedjor som kan lägga sig vid varandra. Stärkelsekristallisationen benämns retogradering. Den retrograderade stärkelsen blir fastare och går till slut att dela med kniv, speciellt om andelen amylos i stärkelsen är hög.

Vid retrograderingen har gelen en tendens att avge överskottsvatten. Det kan vara till fördel t ex när det gäller att få en pudding att stelna, men det kan vara till nackdel om det är önskvärt att så mycket vatten som möjligt ska vara bundet, som i mjukt bröd. Bröds åldrande förklaras delvis av den här effekten.

Matspjälkning

När vi tuggar kokt potatis eller bröd (som ju också värmebehandlats) blandas stärkelsen med saliv. Saliv innehåller ett ämne som påbörjar stärkelsens nedbrytning och maltos bildas. När födan når tolvfingertarmen spjälkas kvarvarande stärkelse av enzym från bukspott. Den bildade maltosen spjälkas slutligen till glukos (druvsocker) av ett enzym från tolvfingertarmens slemhinna. Glukosen upptas av blodet.

Vid tillagning har stärkelse en benägenhet att bilda resistent stärkelse på grund av retrogradering. Denna stärkelse uppstår exempelvis vid kokning och efterföljande avsvalning av ris. Resistent stärkelse bildas även när bröd åldras. Resistent stärkelse bryts inte ner förrän i tjocktarmen vilket gör att den kan räknas som kostfiber.

Modifierad stärkelse

Stärkelse är framför allt en viktig ingrediens i många livsmedel, men används också i tekniska sammanhang, exempelvis som bindemedel i papper. Oftast är stärkelsen modifierad för att förbättra gelatiniseringsegenskaperna, men även löslighet, tålighet mot temperaturförändringar, hållbarheten och andra egenskaper kan förbättras. Modifieringen kan ske med mekanisk bearbetning, men hjälp av enzymer eller på kemisk väg. Ett exempel på modifierad stärkelse är dextrin (E1400), som är en löslig form av stärkelse.

Glykogen kallas ibland djurstärkelse

Våra celler kan också lagra druvsocker. Druvsockermolekylerna kopplas då ihop till så kallad glykogen och utgör vår näringsreserv. Glykogen lagras i våra muskler och i levern där det snabbt kan sönderdelas till druvsocker när vi behöver energi. Trots att glykogen är uppbyggd av glukosmolekyler precis som stärkelse så är det inte stärkelse, men har likheter med framför allt amylopektinet i stärkelsen. En glykogenmolekyl kan innehålla 6 000-30 000 glukosenheter.

Amylos och amylopektin är två former av stärkelse

Stärkelse hör till gruppen kolhydrater och mer än hälften av allt kolhydrat vi människor får i oss kommer från stärkelse. Stärkelse finns i två olika former; amylos och amylopektin.

Amylos är ogrenad stärkelse
Bild: © Svante Åberg

Amylopektin är grenad
Bild: © Svante Åberg

Båda formerna är polymerer av glukos. Skillnaden är att amylos är rak medan amylopektin är grenad. I amylos är glukosenheterna kopplade till varandra med a-1,4-bindningar. Amylopektin har en a-1,6-bindning med jämna mellanrum, vilket medför att den blir grenad. Amylopektin liknar på det viset glykogen, som är en lagringsform av stärkelse. Glykogen är dock ännu mer grenad än amylopektin. I både amylos och amylopektin är syrebryggorna vända åt samma håll. Det gör att stärkelsemolekylen blir spiralvriden.

Mer om stärkelsegelatinisering

Ett välkänt fenomen vid livsmedelstillverkning och matberedning är stärkelsegelatiniseringen. Om vi exempelvis värmer någon viktprocent potatisstärkelse i vatten till ca 60 °C bildas en transparent och förhållandevis fast gel. Vad som verkligen händer vid stärkelsens gelatinisering har klarlagts under senare år, och vi skall här söka ge en molekylär beskrivning av fenomenet.

Stärkelsekornen (granuler) innehåller ett kanalsystem där vatten och andra små molekyler (t ex jod och jodidjoner) lätt kan röra sig. Vid temperaturer under gelatiniseringen sker även en viss svällning i samband med vattenupptagning i kornen (en ökning av diametern med upp mot 30% har rapporterats). Troligen är det de mer amorfa (amorf = strukturlös) skikten i stärkelsekornen som sväller vid denna vattenupptagning. Det som sedan händer, i närvaro av vatten i överskott vid cirka 60 °C, är att amylosmolekyler plötsligt börjar läcka ut från kornen, och samtidigt tränger vatten in i stärkelsekornen. Den kristallina strukturen går då förlorad. Blockeras amylosläckaget kan hela gelatiniseringen avstanna.

En färdigsvälld gel består av kraftigt förstorade stärkelsekorn vilka i sig har en gelstruktur dominerad av amylopektin i vatten. Mellan kornen finns en kontinuerlig vattenfas med lösta amylosmolekyler. Stärkelsegelen är en aggregatgel - aggregaten är de svällda stärkelsekornen - i en kontinuerlig amyloslösning. Gelens reologiska egenskaper (= nästan fast, nästan flytande tillstånd) beror främst på aggregatens konsistensförhållanden och tätpackning samt den kontinuerliga amyloslösningens viskositet.

Fördjupad teori om gelatinisering av stärkelse
Övriga termiska omvandlingar

Vid uppvärmning av stärkelse i vatten förekommer - förutom gelatiniseringen - ytterligare två omvandlingar.

Den första toppen i kurvan är den irreversibla gelatiniseringen, och ytan under toppen är proportionell mot entalpin i omvandlingen. Toppen därefter förekommer endast när vattenmängden är otillräcklig för total gelatinisering, och anses motsvara en form av "smältning" av icke-gelatiniserade stärkelsegranuler. För potatisstärkelse krävs minst fyra vattenmolekyler per glukosenhet för att gelatinisering över huvud taget skall ske, och fullständig gelatinisering kräver 14 molekyler vatten/glukosenhet. Motsvarande siffror för vetestärkelse är 4 resp 20 vattenmolekyler/glukosenhet.

Diagrammet visar hur mycket värme som måste tillföras vid olika temperaturer för att värma en blandning av 1 del vatten + 1 del vätestärkelse. En topp i diagrammet visar att det pågår en energikrävande process vid den aktuella temperaturen.

Gelatiniseringstemperaturen är relativt konstant medan temperaturen för den andra omvandlingen ökar med avtagande vattenhalt (när vattenhalten i vetestärkelse varierar från 35 % till 45 % minskar temperaturen från 107 °C till 88 °C). Under ca 30 % vatten förekommer ingen gelatinisering.

Vid ännu högre temperatur kan den tredje omvandlingen observeras. Denna omvandling är en slags "smältning" av amylos-lipidkomplexet, och omvandlingen är reversibel (omvändbar; som kan återgå till det ursprungliga tillståndet).

Stärkelsegelens åldrande

När en stärkelsegel lagras ändras den relativt snabbt på grund av tendensen till kristallisation. En gel med hög vattenhalt kan därför spricka, och geler med lägre vattenhalt, t ex ett brödinkråm, hårdnar vid lagring på grund av denna kristallisationsprocess. Kristallisationen går snabbast vid kylskåpstemperatur. Man bör därför inte lagra bröd i kylskåpet.

Kristallisationen tycks ske av amylopektin inuti de gelatiniserade granulerna. Processen är reversibel vilket bl a framgår av att bröd som blivit hårt kan "färskas upp" genom uppvärmning till ca 70 °C.

Polära lipiders effekt på stärkelsegelen

Lipider, med endast en kedja och en polär grupp, har drastiska effekter på stärkelsegeler. En krämliknande stärkelsegel med klistrig (lång) konsisten förlorar omedelbart sin klistrighet genom tillsats av en liten mängd monostearin utspädd i vatten. Orsaken till detta fenomen är bildning av amylos-lipidkomplex. Effekten av denna komplexbildning blir att amylosmolekylerna i gelens kontinuerliga medium (kemiska miljö, lösning) fälls ut. Komplexet förlorar nämligen sin vattenlöslighet vid en viss kritisk mängd av lipidmolekyler per amylosmolekyl. Monoglycerider används som funktionell tillsats just för att reducera klistrighet i bl a pastaprodukter och i potatispulver.

En annan effekt uppnås om lipiden tillsätts före gelatiniseringen.

Modifierad stärkelse

Det förekommer även vissa kemiska derivat (derivat = kemiskt förändrad variant) av stärkelse inom livsmedelsindustrin.

Kallsvällande stärkelse är en vanlig stärkelseform i pulverprodukter som skall kunna färdigställas direkt genom blandning med vatten, t ex välling-, sopp- och såspulver. Den utgörs helt enkelt av gelatiniserad stärkelse som torkats. När vatten sedan tillsätts återbildas stärkelsegelen momentant.

Ett flertal olika stärkelsetyper används inom livsmedelsindustrin. Potatisstärkelse ger en transparent gel och den bildar gel även vid mycket låga koncentrationer (ca 0,1 %). Vetestärkelse ger en ogenomskinlig gel, men till skillnad från potatisstär kelse krävs flera procent vetestärkelse för att man skall få en gel.

Om man vill åstadkomma en stabil, klar och tjockflytande lösning som inte sätter sig till en gel bör man använda arrowrotens speciella stärkelse.

Slutligen bör nämnas att huvuddelen av den stärkelse som tillverkas ur potatis och vete har tekniska användningar även utanför livsmedelsindustrin. Limning av papper är den dominerande användningen i vårt land, och etanoltillverkning är ett expanderande användningsområde ("Absolut" vodka bland annat).

Glukos

Glukos ger snabb energi

Glukos är en enkel sockerart som är energirik och som är lättillgänglig för kroppens muskler. Även hjärnan kan behöva snabb energi, och då är glukosen bra. Ett annat namn för glukos är druvsocker. Det finns att köpa i ren form och för den som snabbt måste återhämta sig och vinna nya krafter är en dryck med druvsocker ett bra sätt.

Men normalt kommer glukosen från nedbrytning av kolhydrater i maten som vi äter. Kolhydraterna är vanligen i form av stärkelse, som ju är en polysackarid uppbyggd av många sammankopplade glukosenheter. Även om nedbrytningen av kolhydraterna tar lite tid, så går det förhållandevis snabbt. Bland annat vitt bröd innehåller mycket stärkelse som snabbt bryts ned. Om inte kroppen är i behov av ett snabbt energitillskott, så är det bättre att äta "långsamma kolhydrater", t.ex. grovt bröd, bönor och råris. Ett mått på hur snabbt kolhydraterna ger ökning av glukoshalten i blodet är glykemiskt index, benämnt GI. Om GI är lågt, så är också glukoshalten i blodet stabilare, vilket är bra.

Vid diareer och andra sjukdomstillstånd som ger stora vätskeförluster behöver man ge vätskeersättning till patienterna. Rekommenderat innehåll i vätskeersättningen är förutom vatten även löst natriumklorid, natriumcitrat, kaliumklorid och glukos. Dels ersätter man förlust av salter, men man tillför även snabbt tillgänglig energi som förbättrar patienternas tillstånd.

Växterna tillverkar stärkelse

Den glukos som vår kropp behöver får vi till största delen i oss från växter i form av stärkelse. Växterna bygger upp glukosen från koldioxid och vatten, d.v.s. från de produkter som bildas när vi förbränner glukos i vår kropp. Med hjälp av energi från solen kan växterna med hjälp av fotosyntesen bygga upp kolhydrater som sedan växter och djur förbränner i sina celler för att få energi (i respirationen). Förbränningen av glukos i vår kropp är alltså den motsatta reaktionen till växternas syntes av glukosen.

Fotosyntesen, energiuppbyggnad i gröna växter:
6 CO2 + 6 H2O + solenergi → C6H12O6 + 6 O2

Respirationen, energiutvinning från glukos:
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energi

Kemisk uppbyggnad av glukos

Glukos har summaformeln C6H12O6 och är en kolhydrat. Kolhydrater kan delas in i tre grupper: enkla sockerarter/monosackarider, sammansatta sockerarter/oligosackarider och polysackarider. Glukos är en monosackarid. Monosackarider innehåller flera OH-grupper (kallas även hydroxylgrupp eller hydroxigrupp), vilket gör att de är lättlösliga i vatten. Monosackariderna innehåller också förutom flera OH-grupper också en ketogrupp eller en aldehydgrupp. Monosackariderna som innehåller en aldehydgrupp är reducerande ämnen liksom alla aldehyder. Också monosackarider med en ketogrupp är reducerande i detta fall vilket inte i vanliga fall gäller för ketogrupper.

Det finns tre molekylformer av glukos: en icke-cyklisk form (aldehydform) och två 6-ledade cykliska former (pyranosform). Det som skiljer de två cykliska formerna åt är åt vilket håll OH-gruppen är vinklad.

Optisk aktivitet

Glukos har förmågan att vrida polariserat ljus. Det beror på att det finns kolatomer som är optiska centra. En kolatom blir optiskt centrum när de fyra grupper som binds till kolatomen alla är olika. Att alla fyra grupper är olika är en förutsättning för att det ska finnas en spegelvänd höger- och vänsterform av molekylen. En sådan atom som omges av fyra olika grupper sägs vara kiral.

Ju mer glukos som finns i en lösning, desto större vinkel vrids det planpolariserade ljuset. Genom att mäta hur mycket ljuset vrids när det passerar genom en glukoslösning så kan man beräkna hur mycket glukos det innehåller. Det förutsätter dock att lösningen bara innehåller den ena formen av glukos. Glukos finns både i den naturligt förekommande D-formen och i den spegelvända L-formen. Lösningar som innehåller en blandning av båda formerna sägs vara racemiska.

mer material på avancerad nivå kommer

Etanol

Framställning

Etanol Etanolen (etylalkohol, förenklat skrivsätt EtOH) har uråldriga anor som berusningsmedel och den framställdes genom jäsning av kolhydrater från växtriket. Den kemiska reaktionen som sker är:

C6H12O6 C2H5OH + CO2
socker   etanol   koldioxid

Dessutom behövs en katalysator i form av jäst. Det är ett enzym hos jästsvampen som omvandlar kolhydraterna till etanol. Jästsvampen kan bara överleva i en alkoholhalt på ca 13 %, därefter dör den och jäsprocessen upphör. För att få högre alkoholhalt krävs att man destillerar alkoholen.

Detta var innan den petrokemiska industrin fanns. Idag framställs etanol för industriellt bruk genom hydrering av eten (kallas ibland etylen). Den kemiska reaktionen äger rum med hjälp av en katalysator och är:

H2C=CH2 + H2O C2H5OH
eten   vatten   etanol

Egenskaper

Kokpunkten för etanol är 78 C och fryspunkten -114 C. Den låga fryspunkten gör etanolen lämplig att använda i termometrar. För bättre synlighet färgas den vanligen röd eller blå. Förr användes kvicksilvertermometrar, men de förbjöds av av miljöskäl.

Etanol är lättantändlig och brinner med en blå låga om syretillförseln är god. Flampunkten för ren etanol är 16,6 C. Det innebär att vid temperaturer över 16,6 C bildas det tillräckligt med etanolångor ovanför vätskan för att de ska vara antändbara, förutsatt att ångorna inte ventileras bort. Under denna temperatur kan ångorna inte antändas eftersom koncentrationen av etanolångor är för låg.

I vatten-etanolblandningar är volymen mindre än samma mängd vatten och etanol separat. Det beror på att vatten har ett inslag av struktur även i flytande form som beror på vattenmolekylens vinkel och hur vattenmolekylerna binder till varandra med vätebindningar. Strukturen är då hexagonal, på motsvarande sätt som i snökristaller. Denna struktur är lucker. När etanol blandas med vatten fyller etanolmolekylerna delvis ut det tomrum som finns i vattnet och därför är blandningen mer kompakt än vattnet är enskilt.

Etanol som lösningsmedel

Etanol är vattenlöslig i alla blandningsförhållanden. Den vattenlösliga delen är OH-gruppen som bildar vätebindning till vatten. Den icke vattenlösliga kolvätekedjan med två kolatomer är för kort för att påverka lösligheten i vatten.

Som lösningsmedel kan man dock se skillnad på etanol och metanol. Den något längre kolvätekedjan i etanol med 2 kolatomer i jämförelse med metanolens enda kolatom gör etanolen till ett sämre lösningsmedel för salter. Å andra sidan är etanol bättre lösningsmedel än metanol för feta ämnen, vilket man märker vid fläckborttagning.

Etanol används som lösningsmedel i många sammanhang. Ett exempel är munskölj. Den finns i vattenbaserade färger, rengöringsmedel, i läkemedel, lacker och bläck.

Berusningsmedel

Etanolen, eller "alkoholen", har använts som berusningsmedel sedan mycket länge tillbaka. Etanol bildas naturligt i jäsningsprocesser, t.ex. då frukt blir gammal. Man kunde därför oavsiktligt bli berusad av fermenterad mat. Det är välkänt att alkoholen försämrar omdömet och reaktionsförmågan, men den kan även vara avslappnande.

Benämningen "alkohol" är egentligen ett begrepp som täcker in alla kolväten som har en eller flera OH-grupper. Exempelvis är också träsprit (metanol) en alkohol. Men i dagligt tal brukar man mena etanol när man talar om alkohol.

Medicinska effekter

I kroppen oxideras etanolen till acetaldehyd. Det är ett skadligt ämne som orsakar illamående, så kallad "bakfylla". Acetaldehyden oxideras sedan vidare till etansyra (dvs. ättiksyra) med hjälp av ett enzym.

Etanolen är beroendeframkallande. Långvarigt bruk leder till många allvarliga medicinska tillstånd. Bland de mer kända är skrumplever som innebär att levervävnaden bryts ned och omvandlas till bindväv. Allt större delar av levern dör, blir hård och skrumpnar sedan. En annan känd effekt av långvarigt bruk är hallucinationer och psykiska problem såsom delirium tremens. Ytterligare medicinska problem som förekommer är bland annat högt blodtryck, depression, impotens och strupcancer.

Etanol som fordonsbränsle

Etanolen har samma brandklass som bensinen. En nackdel är att etanol inte förångas lika lätt som bensin i låga temperaturer, och det gör den svår att använda på breddgrader med mycket kallt klimat. Etanol används dock som fordonsbränsle med benämningen E85. Den innehåller 85 % etanol och 15 % bensin sommartid. Vintertid då etanolens begränsade flyktighet kan vara ett problem är proportionerna 75 % etanol och 25 % bensin.

Eftersom etanolen har ett lägre energiinnehåll vid förbränning än bensin är också etanolbilarna törstigare. En fördel med etanol är dock att den kan framställas ur biomassa. Om det kan ske utan att produktionen i övrigt förbrukar stora mängder fossila bränslen, t.ex. för traktorer och transporter inom jordbruket, så kan nettoutsläppet av koldioxid minskas genom att använda etanol som bränsle. De stora koldioxidutsläppen är ju ett allvarligt problem som orsakar global uppvärmning med ekonomiska påfrestningar och social oro när människors levebröd försvinner.

Etanol som industriråvara

Etanol används främst vid framställning av etanal och som lösningsmedel.

Den tekniskt framställda etanolen görs odrickbar genom denaturering. Rödsprit, ofta kallad T-röd, består vanligtvis till 95% av etanol och 5% av denatureringsmedel, som gör alkoholen odrickbar. Exempel på denatureringsmedel är isopropanol, etylacetat, metyletylketon, metylisobutyl-keton, dietylftalat, butylacetat, butanol, Bitrex®, toluen. Dessutom ingår färgämnen.

Destillation

När en blandning av etanol och vatten förångas är etanolen betydlig mer lättflyktig än vattnet. Det medför att halten etanol är mycket högre i ångorna som bildas än i etanollösningen. Detta är principen för uppkoncentrering med hjälp av destillation. Ångorna måste sedan kylas för att man ska få tillbaka dem i vätskeform, men då med högre etanolhalt. Det är dock förbjudet enligt lag att destillera etanol privat.

Destillationen av alkoholen kan utföras i flera omgångar eller med avancerad destillationsapparatur för att maximera etanolhalten. Det är dock i princip omöjligt att uppnå en högre etanolhalt än 96 %. Etanol-vattenblandningen har en azeotrop vid 96 % etanol. Om man skulle försöka destillera en etanollösning med högre halt än 96 % skulle den i stället bli mindre koncentrerad eftersom ångorna som avges är rikare på vatten än etanol ovanför punkten för azeotropen.

mer material på avancerad nivå kommer

Natriumvätekarbonat

Natriumvätekarbonat kallas också natriumbikarbonat, eller helt enkelt bikarbonat.

Vätekarbonatet i jämvikt med koldioxid och karbonater finns överallt i naturen

Vätekarbonat finns nästan överallt i naturen eftersom det är nära kopplat till koldioxid, som ju finns i atmosfären. Koldioxiden löser sig i vatten och bildar då kolsyra. Kolsyran står sedan i syra-basjämvikt med vätekarbonat.

Vätekarbonatet ingår i kolets kretslopp på grund av jämvikten med kolsyra. Vid matsmältningen bryts maten ned till bland annat koldioxid och vatten. Koldioxiden förs bort med blodet till lungorna. Vi andas sedan ut koldioxiden.

Växterna gör tvärtom. De tar upp koldioxid via sina klyvöppningar och koldioxiden löser sig i cellvätskorna. Där står koldioxiden också i jämvikt med vätekarbonat. I fotosyntesen binds koldioxiden/vätekarbonatet och tillsammans med vatten och solenergi bildas sockerarter som bygger upp växterna.

Kalksten är en bergart av mineralen kalciumkarbonat. Kalciumkarbonat är svårlöslig, men kan reagera med surt vatten. Surt regn får kalkstenen att lösas upp. Då bildas vätekarbonat. I havet finns stora mängder koksalt, som ju innehåller natriumjoner. Man kan därför säga att upplöst kalksten som hamnar i havet finns där i form av natriumvätekarbonat.

Vätekarbonat bildar koldioxid tillsammans med syra

Om man har karbonat i någon form, vare sig det är vätekarbonat eller karbonat, så får man koldioxidutveckling om man tillsätter syra. Följande reaktion sker:

H+ + HCO3 → H2CO3(aq) → CO2(g) + H2O(l)

från vätekarbonat, respektive

2 H+ + CO32– → H2CO3(aq) → CO2(g) + H2O(l)

från karbonat.

Detta är ett sätt att testa om ett salt innehåller vätekarbonat eller karbonat.

Vätekarbonat sönderfaller vid 200 C

Förutom att reaktionen med syra kan ge koldioxidutveckling, så kan även vätekarbonat sönderdelas av hög värme. Vid temperaturer över 200 C sker följande:

2 NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + H2O(g) + CO2(g)

Man får även här koldioxidutveckling. Eftersom natriumkarbonat är ett stabilt ämne, så avges bara en koldioxid av två molekyler vätekarbonat.

Men om temperaturen skulle vara så hög som över 850 C, så fortsätter sönderfallet till natriumoxid, det vill säga även den andra koldioxiden avges:

Na2CO3 → Na2O(s) + CO2(g)

Bikarbonat används vid bakning

Bikarbonat (= natriumvätekarbonat) används som hävningsmedel vid bakning. Bikarbonat ingår också i bakpulver tillsammans med sura ämnen som kan få vätekarbonatet att avge koldioxid. Det är koldioxidgasen som får bakverket att bli poröst.

I recept där bikarbonat används behövs något surt som gör att vätekarbonatet kan bilda koldioxid, till exempel fil. Restprodukten natriumkarbonat är också lite bitter och tvålaktig i smaken. Därför behövs sura ingredienser i bakverket.

Övrig användning av vätekarbonat

Natriumvätekarbonat finns i brustabletter, oftast tillsammans med citronsyra. När tabletten läggs i vatten löses vätekarbonat och syra upp, så att de kan komma i kontakt med varandra och reagera. Resultatet blir kraftig koldioxidutveckling.

En bisarr och rätt grym metod att bli kvitt kackerlackor är att mata dem med bikarbonat. I kackerlackans mage utvecklas koldioxid som får insekten att svälla upp och spricka.

Natriumvätekarbonat sägs också kunna används för att bekämpa svamptillväxt.

Allmänt gäller att ämnen som används för rengöring av icke-feta fläckar är basiska. Även natriumvätekarbonat kan användas för fläckborttagning, till exempel av rostfläckar.

Salt med både sura och basiska egenskaper

Natriumvätekarbonat är ett salt med övervägande basiska egenskaper. Saltet är amfotert, dvs. kan fungera både som syra och som bas. Vätekarbonatet fungerar som bas genom att ta upp en vätejon kring pH 6,35 övergår då till kolsyra. Det kan också fungera som syra genom att avge en vätejon kring pH 10,33 och övergå till karbonat.

kolsyra pKa1,app = 6,35 vätekarbonat pKa2 = 10,33 karbonat
H2CO3(aq) H+ + HCO3 2 H+ + CO32–

Notera: Värdet pKa1,app =6,35 ovan är ett apparent pKa-värde för kolsyra som egentligen avser summan av kolsyra H2CO3(aq) och löst koldioxid CO2(aq) i jämvikt med varandra i lösningen. Mängden löst koldioxid är betydligt större än den faktiska mängden kolsyra.

Syra-basegenskaperna gör vätekarbonat till en pH-buffert

En pH-buffert fungerar så att den förbrukar tillsatt syra eller bas och stabiliserar på så vis pH-värdet. Syra-basreaktionerna för vätekarbonatet sker kring pKa-värdena pH 6,35±1 och pH 10,33±1. Det är kring dessa värden som den buffrande förmågan finns.

Vätekarbonat finns till exempel i blodet, där pH ligger mellan 7,35 och 7,45, det vill säga aningen åt det basiska hållet. Vid pH 7,4 är jämvikten 92 % vätekarbonat och 8 % kolsyra (och 0 % karbonat).

Vätekarbonat buffrar också naturliga vatten. Koldioxid som finns i atmosfären och som bildas vid nedbrytning av organiskt material kan lösa sig i vattnet. Kolsyran står då i kemisk jämvikt med vätekarbonat. Dessutom finns mineraler som är karbonater, främst kalksten. Kalkstenen kan lösas upp av syror och bilda vätekarbonat. Allt detta tillsammans ger an blandning av kolsyra, vätekarbonat och karbonat där vätekarbonatet är den viktigaste lösta jonen som buffrar pH.

Vätekarbonat finns i tabletter mot sur mage. Den pH-buffrande förmågan gör att en alltför sur mage motverkas.

Man använder också vätekarbonat i pH-buffertar på kemilab. Då används den oftast tillsammans med andra amfotera salter för att utöka den buffrande förmågan över ett större pH-intervall, inte bara kring pH 6,35 och 10,33.

Koldioxid-karbonatsystemet

Koldioxid tillsammans med vatten ingår i en serie former av kolsyra och karbonater som står i jämvikt med varandra. Förutom koldioxid och vatten som bildar kolsyra finns också syra-basjämvikterna mellan kolsyran och dess salter. Vi har följande:

CO2(g) CO2(aq) löslighetsjämvikt
CO2(g) + H2O(l) H2CO3(aq) jämvikt för bildning av kolsyra
H2CO3(aq) HCO3 + H+ syra-basjämvikt
HCO3 CO32– + H+ syra-basjämvikt

Den första jämvikten är en löslighetsjämvikt där koldioxidgas löser sig i vatten. Den andra jämvikten är en reaktion mellan koldioxid och vatten som bildar kolsyra. Den tredje och fjärde jämvikten är syra-basjämvikter där vätejoner ingår.

Alla dessa jämvikter är kopplade. Det innebär att en förändring i halten koldioxid i atmosfären fortplantar sig genom hela systemet så att till exempel halterna vätekarbonat och karbonat också påverkas.

Men eftersom vätejonerna också ingår i jämvikterna, så påverkas koldioxid-karbonatsystemet av sura och basiska ämnen i lösningen. pH är därför en viktig faktor.

Beräkningsexempel på koldioxid i jämvikt med vatten

Vi ska göra beräkningar på jämvikten mellan koldioxid i luften och kolsyra och karbonater i vatten. Värdena gäller för sötvatten vid rumstemperatur. Det är viktigt att känna till att jämviktskonstanterna är starkt beroende av temperatur och salthalt. Därför blir värdena annorlunda om man ska räkna på havsvatten eller kallare vatten.

Jämvikten mellan koldioxid i luften och i vattnet

Henrys lag tillämpad på koldioxid lyder KH = PCO2/[CO2(aq)] = 29,41 atm/(mol dm–3)

Koldioxidhalten 0,0387 % i luften vid 1 atmosfär ger PCO2 = 3,87·10-4 atm

Koncentrationen löst koldioxid i vattnet är då [CO2(aq)] = PCO2/K = 3,87·10-4 atm / (29,41 atm/(mol dm–3)) = 1,316·10-5 mol dm–3 ≈ 1,3·10-5 mol dm–3

Jämvikten mellan löst koldioxid i vattnet och kolsyra

Jämviktskonstanten för bildningen av kolsyra är K = [H2CO3(aq)]/[CO2(aq)] = 1,3·10-3

Halten kolsyra blir då [H2CO3(aq)] = [CO2(aq)] · 1,3·10-3 = 1,316·10-5 mol dm–3 · 1,3·10-3 = 1,711·10-8 mol dm–3 ≈ 1,7·10-8 mol dm–3

Första protolyssteget av kolsyran

Jämviktskonstanten för bildningen av vätekarbonat ur kolsyran är KA1 = [H+][HCO3]/[H2CO3(aq)] = 2,00·10-4 mol dm–3

Halten vätekarbonat blir då [HCO3] = 2,00·10-4 mol dm–3 · [H2CO3(aq)] / [H+]) = 2,00·10-4 mol dm–3 · 1,711·10-8 mol dm–3 / [H+] = 3,421·10-12 (mol dm–3)2 / [H+]

Antag att pH är 8,14, vilket innebär [H+] = 10-8.14 mol dm–3

Vi får [HCO3] = 3,421·10-12 mol dm–3 / [H+] = 3,421·10-12 (mol dm–3)2 / (10-8.14 mol dm–3) = 4,723·10-4 mol dm–3 ≈ 4,7·10-4 mol dm–3

Andra protolyssteget av kolsyran

Jämviktskonstanten för bildningen av karbonat ur vätekarbonatet är KA2 = [H+][CO32–]/[HCO3] = 4.69·10-11 mol dm–3

Halten karbonat blir då [CO32–] = 4,69·10-11 mol dm–3 · [HCO3] / [H+] = 4,69·10-11 mol dm–3 · 4,723·10-8 mol dm–3 / (10-8.14 mol dm–3) = 3,057·10-6 mol dm–3 ≈ 3,1·10-6 mol dm–3

Koldioxid

Egenskaper

Koldioxid är en luktlös gas, men vid höga koncentrationer kan man få en sur smak i munnen som beror på att gasen löser sig i saliven och bildar kolsyra. Inandning av koldioxid i onormalt höga halter kan leda till huvudvärk, illamående och kräkningar. Är halten tillräckligt hög kan inandning leda till medvetslöshet och till och med döden.

Koldioxiden är med sin molmassa 44 g/mol tyngre än syrgas (32 g/mol) och kvävgas (28 g/mol). Därför sjunker koldioxiden ner mot marken om den släpps ut. Med tiden diffunderar koldioxiden och blandar sig med luften till dess halten är lika överallt, men det tar ett tag.

Koldioxid underhåller inte förbränning. Den kväver därför eld. Så kallade kolsyresläckare innehåller koldioxid under högt tryck. De fungerar genom att koldioxiden tränger undan luftens syre så att elden slocknar.

Kolsyresnö och torris är koldioxidid fast form

Kolsyresnö och torris är en benämning på frusen koldioxid. Torris är kolsyresnö som har komprimerats så att den blivit kompakt.

En bit torris ångar och ryker i rumstemperatur när koldioxiden sublimerar, dvs. övergår direkt från fast till gasform. Kylan gör att luftens fuktighet kondenserar så att synlig dimma bildas.

Man kan lägga ner bitar av torris i bål (som man dricker) för att få en festligt effekt. Torrisen kolsyresätter samtidigt drycken. Var bara försiktig att så att du inte sätter en bit torris i halsen. Den är nämligen mycket kall, - 78,5 °C. Tag aldrig i torris med händerna!

Ett recept för att tillverka dimma är att släppa ned torris i varmt vatten. Vattnet får torrisen att sublimera till gas snabbare, men bildas dimma av vattendroppar.

Kolsyresnö bildas också när man använder en kolsyresläckare. Brandsläckaren innehåller komprimerad koldioxid under högt tryck. När man släpper ut gasen sjunker temperaturen hastigt och så mycket att koldioxiden fryser till kolsyresnö vid –78,5 °C. Förutom att koldioxiden kväver elden så bidrar kyleffekten till att elden minskar i intensitet.

Tillverkning och användning

Koldioxid fås bland annat som biprodukt vid förbränning av kolhaltiga bränslen och vid upphettning av naturliga karbonat, särskilt vid "kalkbränning" (upphettning av kalciumkarbonat, kalksten). Kalkbränningen ger bränd kalk, (kalciumoxid, CaO):

CaCO3(aq) CaO(s) + CO2(g)
kalciumkarbonat kalciumoxid koldioxid

Den bildade koldioxiden renas och kondenseras, och kan också överföras till kolsyresnö som i sin tur kan pressas till torris.

Gasformig koldioxid används vid framställning av kolsyrade drycker och eldsläckningsanläggningar, medan torris främst används till kylning, till exempel när glass ska transporteras.

En mycket speciell tillämpning är koldioxidlasrar där koldioxiden fungerar som medium för ljusstrålen när den fås att svänga i fas. Koldioxidlasern producerar ljus i det infraröda området vid våglängderna 9,4 och 10,6 mikrometer (μm)

Ett oorganiskt ämne med stor biologisk betydelse

Koldioxiden ingår i kolets kretslopp i naturen. Alla organismer som förbrukar syre i cellandningen producerar koldioxid. Människan andas, liksom djuren, in luftens syre som transporteras ut i kroppen via blodet till cellerna där förbränningen av maten sker. Maten bryts ned till bland annat koldioxid och vatten. Blodet transporterar koldioxiden tillbaka till lungorna och vi andas sedan ut den.

C-föreningar + O2(g) H2O + CO2(g) + energi
kolföreningar syrgas vatten koldioxid energi

I växterna sker den motsatta processen, att bladen tar upp koldioxid som med hjälp av energin från solljuset reagerar med vatten. Då bildas bland annat sockerarter. Restprodukt vid fotosyntesen är syrgas som avges via bladens klyvöppningar.

H2O + CO2(g) + energi C-föreningar + O2(g)
vatten koldioxid energi kolföreningar syrgas

På detta sätt vandrar kolet i ett kretslopp mellan växter och djur. Kolet är i form av koldioxid när det finns i luften. Men i organismerna binds kolet upp i organiska föreningar såsom stärkelse, socker, fetter och proteiner. Koldioxid betecknas som ett oorganiskt ämne, dvs. ett ämne som inte är biologiskt. Men kolet från koldioxiden som binds i organiska föreningar som har en biologisk funktion.

Ökande koldioxidhalter i atmosfären försurar haven

Genom industrialiseringen, och då speciellt förbränningen av fossila bränslen, har sura gaser bidragit till försurning. Speciellt koldioxiden har blivit ett problem. Den naturliga mängden kol i kolets kretslopp har fyllts på med kol från de fossila bränslena som har legat i tryggt förvar i jorden. Koldioxidhalten i atmosfären har ökat dramatiskt.

Försurningen sker när koldioxid som löser sig i vattnet bildar kolsyra. Kolsyra får kalken i korallrev och i djur med kalkskelett att lösas upp. Effekterna är så stora att hela ekosystem är på väg att slås ut.

Ökande koldioxidhalter i atmosfären orsakar global uppvärmning

Eftersom koldioxid är en så kallad växthusgas, så orsakar ökningen av koldioxid i atmosfären en förstärkt växthuseffekt. Beräkningar växthuseffekten måste ta hänsyn till många komplicerade samband. Därför har forskarna av ren försiktighet undvikt att komma med kategoriska påstående om hur kraftig effekten är. Men när nu växthuseffekten har slagit till på allvar kan vi se att den är långt kraftigare än förväntat. Det finns inte heller någon tvekan om att den globala uppvärmningen till allra största delen är orsakad av människans verksamhet som ökat på koldioxidhalten i atmosfären.

Koldioxid i form av vätekarbonat stabiliserar pH

Medan koldioxiden transporteras av blodet reagerar det med vattnet som finns i blodet och bildar kolsyra, vätekarbonat och karbonat. Nästan all koldioxid är i form av vätekarbonat i blodet. Det beror på att blodets pH ligger på cirka 7,4. Vätekarbonatet hjälper till att stabilisera blodets pH så att det inte ska variera alltför mycket. Detta är viktigt för att vi ska må bra. Kroppens reglering och vätekarbonatets pH-buffrande verkan gör att blodet pH håller sig mellan 7,35 och 7,45.

Koldioxiden har också en motsvarande bufferteffekt på pH i naturen. Ett problem är dock att i första reaktionsstegen när koldioxiden reagerar med vatten, så bildas kolsyra. Kolsyran sänker pH. Det är först när en del av kolsyran förbrukas av bas, till exempel i reaktionen med kalk, som det pH-buffrande vätekarbonatet bildas. Ökande koldioxidhalter i luften bidrar därför till försurning av hav och vattendrag.

Koldioxid deponerad som mineraler

På planeterna Venus och Mars är koldioxid den vanligaste gasen. I torr luft på planeten Jorden är koldioxid den fjärde vanligaste gasen näst efter kväve, syre och argon. När de stora oceanerna bildades flyttades en stor del av koldioxiden från den tidiga atmosfären till vattnet där den löstes upp. Nu återfinns stora delar av den tidigare koldioxiden som karbonater i berggrunden.

Av allt kol som finns på jorden är bara en mycket liten del som fri koldioxidgas i atmosfären. Koldioxiden i luften står i jämvikt med koldioxid i vattenlösning. Koldioxiden i vattnet reagerar till kolsyra som reagerar vidare till vätekarbonat (HCO3) och karbonat (CO32–). Karbonatjonerna bildar svårlösliga salter tillsammans med till exempel kalciumjoner (Ca2+) och faller ut som fasta mineraler. Det mesta kolet är bundet i berggrunden som karbonater, men också som en försvinnande liten andel fossil stenkol, brunkol, olja och naturgas. Dessutom har vi kol som är bundet som biomassa i ekosystemen, inklusive förmultnande material i marken.

Fördelningen är följande:

PlaceringVikt kolAndel
atmosfären7,5·1011 ton0.001%
ekosystem2,1·1012 ton0.002%
haven3,8·1013 ton0.038%
berggrunden1,0·1017 ton99.959%

Koldioxid som superkritisk vätska

Vid tillräckligt högt tryck och temperatur övergår gaser till att bli superkritiska vätskor. Tillståndet är något som kan betecknas både som gas och vätska samtidigt. Molekylerna är rörliga nästan som i en gas, dvs diffunderar snabbt. Samtidigt är förmågan att lösa ämnen god, som i en vätska. Dessa egenskaper är till god nytta vid superkritisk extraktion. För koldioxid inträffar det superkritiska tillståndet vid 73,76 bars tryck och en temperatur av endast 31,04 °C. Det gör koldioxiden mycket lämpad för användning som superkritisk vätska.

Växthuseffekten

Växthuseffekten orsakas av en grupp gaser av vilka de viktigaste är vattenånga, koldioxid, metan, dikväveoxid, ozon och freoner.

Koldioxiden - en växthusgas vi behöver ha koll på

Koldioxid är genomsläppligt för solens synliga strålning, men inte för värmestrålning. Det gör att ljuset passerar genom atmosfären till jordens yta. Samtidigt som ytan värms upp så uppstår infraröd värmestrålning som inte tar sig tillbaka till rymden därför att koldioxidmolekylerna absorberar den. Denna infångade energi värmer upp atmosfären i en process som kallas för växthuseffekten.

Växthuseffekten
Atmosfärens koldioxid fungerar på samma sätt som glaset i ett växthus.
Bild: © Svante Åberg

Koldioxiden är den viktigaste växthusgasen i vår atmosfär. Koldioxiden kan liknas vid glaset i ett växthus. De energirika, kortvågiga solljuset (gult i figuren) passerar glaset/koldioxiden och omvandlas värme när det absorberas i växtligheten och marken. Värmen återutsänds som långvågig värmestrålning (orange i figuren) men denna strålning förmår inte tränga genom glas/koldioxid och hålls därför kvar.

Andra växthusgaser

Syret och kvävet som det finns mycket av i atmosfären är praktiskt taget genomskinliga för den långvågiga värmestrålningen. Därför bidrar syret och kvävet inte nämnvärt till växthuseffekten.

Men det finns andra växthusgaser, exempelvis vatten. Mängden vattenånga i atmosfären varierar mycket. Det är också ett komplicerat samspel mellan vattenånga, molnbildning och temperatur. Molnen reflekterar det synliga, infallande ljuset från solen och minskar på så vis uppvärmningen av jorden. Men molnen bidrar också till att lägga sig som ett täcke över jorden som håller kvar den infraröda värmestrålningen och bidrar till att öka växthuseffekten. Det hela blir mycket komplicerat att räkna på.

Metan är en mycket effektiv växthusgas, men förekommer å andra sidan i små mängder. Bidrag till metan i atmosfären kommer från förmultnande organiskt material, från utvinning av fossila bränslen och från boskapsskötsel. Speciellt i permafrosten i de nordligaste delarna på jordklotet finns mängder med organiskt material som inte har brutits ned fullständigt. När växthuseffekten gör att tundran börjar tina sätter metanproduktionen igång. Det ökar på växthuseffekten så att det tinar ännu snabbare. Det blir en självförstärkande reaktion som kan göra att vi tappar kontrollen över temperaturökningen. Cirka 40 % av alla metanutsläpp som orsakas av människor är kopplade till utvinningen av fossila bränslen. Även sophantering och avloppsvatten ger utsläpp. Att boskap ökar på mängden metan har att göra med deras matsmältning. Idisslande kor pruttar och rapar en hel del metan.

Växthusgasernas betydelse

Det mesta av växthuseffekten är naturlig och har alltid funnits. Den är bra och nödvändig för livet in den form det har på jorden. Jordens medeltemperatur är +15 °C. Utan växthuseffekten skulle medeltemperaturen vara c:a 30 °C lägre. Att vatten (H2O) kan förekomma i olika former är av grundläggande betydelse för många processer på jorden.

Men när vi talar om växthuseffekten menar vi ofta den ökade växthuseffekt som leder till global uppvärmning. Det är själva förändringen som är problematisk.

Om man rangordnar växthusgaserna så bidrar vatten mest till växthuseffekten, därefter koldioxid. Sedan följer ozon, dikväveoxid och metan.

Koldioxiden avviker på ett extremt sätt från den naturliga växthuseffekten i och med att den har ökat väldigt mycket på grund av människans påverkan. Problemet är att fossila bränslen som i årmiljoner varit gömda i marken nu förbränns och adderas till den naturliga mängden koldioxid i atmosfären.

Man kan tro att någon grad hit eller dit för jordens medeltemperatur inte skulle vara så viktig, men klimateffekterna är dramatiska. Vädersystemet är mycket känsligt och även mindre störningar kan förändra nederbörd, vindar och lokala temperaturer kraftigt.

Några exempel på hur klimatet kan påverkas är

Jorden är en planet med biosfär, dvs. ett tunt skikt på jordens yta där liv existerar. Den biologiska väven av otaliga organismer har genom evolutionen under årmiljarder anpassats till förhållandena på jorden. Om förhållandena ändras alltför snabbt hinner naturen inte anpassa sig och många arter går under. Även mindre förändringar i jordens klimat påverkar livet mycket.

Extrem växthuseffekt på planeten Venus

Uträkningar har gjorts på mängden koldioxid på jorden (inklusive den koldioxid som är bundet i form av karbonater och det som är löst i vatten) och jämförts med mängden koldioxid på Venus. Det har visat sig att mängderna är ungefär lika stora. Skillnaden är att på Venus finns den mesta koldioxiden i atmosfären medan den på jorden är löst i vattnet och bunden i kalksten och växtlighet. Venus atmosfär består till 96,5 % av koldioxid medan jordens atmosfär bara innehåller 0,03 %.

Växthuseffekten på jorden är tydlig, men på Venus är den extrem. Venus yttemperatur är därför mycket hög, ungefär 470 °C. Atmosfärstrycket på Venus är dessutom mycket högt, 95 bar, jämfört med jordens lufttryck på 1 bar.

material på avancerad nivå kommer att läggas in här

Litteratur

  1. Carbon Dioxide, Chemical of the Week, Bassam Shakhashiri
    http://www.scifun.org/CHEMWEEK/CarbonDioxide2017.pdf (2017-03-10)
  2. Carbon dioxide in Earth's atmosphere, Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxide_in_Earth%27s_atmosphere (2017-09-07)
  3. Ocean acidification, Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Ocean_acidification (2017-09-08)
  4. Carbon Dioxide and Carbonic Acid, Utah State university
    http://ion.chem.usu.edu/~sbialkow/Classes/3650/Carbonate/Carbonic%20Acid.html (2017-09-08)
  5. Dissolved Oxygen and Carbon Dioxide, Prof. Shapley, University of Illinois
    http://butane.chem.uiuc.edu/pshapley/GenChem1/L23/web-L23.pdf (2017-09-08)
  6. Östen Dahlgren, Laga mat - hur man gör och varför, 1994, 1:a upplagan, s. 96-103, Liber Utbildning AB, Stockholm.
  7. Cark-Bertil Widell, En sockerbagare här bor i staden - om bröd och bakverk, mästare och gesäller, 1995, Edition Erikson, Malmö.
  8. Bakpulver och jäst, Experimentbanken
    http://experimentbanken.kc.lu.se/koldioxid/exp4.html (2003-06-05)
  9. Jästen ger brödet volym och arom, Kaeth Garestedt, Hembakningsrådet
    http://www.hembakningsradet.nu/nyhet21.html (2003-06-05)
  10. Jäst, Norrsundabryggarna
    http://www.norrsundabryggarna.org/yeast.htm (2003-06-05)
  11. Lab: Biologically Important Molecules or the Chemistry of Foods, Gushwa
    http://gushwalogy.org/ChemFood.htm (2003-06-05)

Fler experiment


livsmedel
Bjud din jäst på mat
Blev disken ren?
Blå himmel och röd solnedgång
Coca-Cola vs Coca-Cola light
Diska med äggula
Doft och stereoisomeri
Enzymaktivitet i ananas
Enzymkinetik för katalas
Flyter isen i matoljan?
Framställ låglaktosmjölk
Fruktköttet får solbränna
Fruktmörade proteiner
Gelégodis i vatten
Göra lim av kasein
Hur gör man kakan porös?
Hur moget är äpplet?
Hur mycket vatten finns i maten?
Höna med gummiben?
Innehåller koksaltet jod?
Kallrörd vaniljkräm och saliv
Kan man tapetsera med abborrar?
Koka Cola
Koka knäck
Maizena gör motstånd
Majonnäs - en emulsion
Massverkans lag och trijodidjämvikten
Matoljans viskositet och omättade fettsyror
Mentos-pastiller i kolsyrad läsk
Modellmassa av mjölk
Olja som lösningsmedel
Osmos i ett ägg
Osmos i potatis
Pektin och marmeladkokning
Popcorn
Regnbågens färger med Rödkåls-indikator
Skär sig majonnäsen?
Släcka fett på rätt sätt
Stärkelse och vatten - fast eller flytande?
Syror och baser i konsumentprodukter
Testa C-vitamin i maten
Utvinna järn ur järnberikade flingor
Vad händer när degen jäser?
Vad innehåller mjölk?
Vad är det i saltet som smakar salt?
Varför kan man steka i smör och olja men inte i lättprodukter?
Varför mörknar en banans skal?
Varför svider det i ögonen när man skalar lök?
Vispa grädde
Växtfärga med rödbetor enligt receptet från Västerbotten
Äta frusen potatis

urval experiment under revidering
Badbomber
Bjud din jäst på mat
Blåsa ballong med hjälp av PET-flaska
Brus-raketen
Den tunga koldioxiden
Diffusion av kopparjoner
Diffusionshastigheten hos ammoniak respektive väteklorid - en jämförelse
Eld - varför brinner det?
Elda stålull
En märklig planta
Gelégodis i vatten
Gör hårt vatten mjukt
Gör kopparslanten skinande ren - med redoxkemi
Hur gör man kakan porös?
Indikatorpärlor
Kemi i en brustablett
Kemi i en plastpåse
Koka vatten i en spruta
Ljuset under glaset
Mentos-pastiller i kolsyrad läsk
När flyter potatisen?
Osmos i ett ägg
Osmos i potatis
Pelargonens färg
pH i kokt mineralvatten
pH-beroende avfärgning av rödkål
pH-förändringar vid fotosyntes
Principen för dynamisk jämvikt
Pulversläckare
Regnbågens färger med Rödkåls-indikator
Surt regn
Syror och baser i konsumentprodukter
Tvätta i hårt vatten
Varför äter vi Samarin?
Vattenrening

vardagens kemi
Att döda bakterier - kan Klorin & Javex va´ nå´t?
Bestäm CMC för diskmedel
Blev disken ren?
Coca-Cola vs Coca-Cola light
Den omöjliga tvålen - den är preparerad!
Diska med äggula
Eld - varför brinner det?
Eldprovet
Enzymaktivitet i ananas
Enzymer i Tvättmedel
Ett gammalt tvättmedel, del 1: Salt ur björkaska
Ett gammalt tvättmedel, del 2: Tvål ur saltet
Ett målande experiment - att rengöra en målarpensel
Falu rödfärgspigment ur järnvitriol
Framställ en detergent
Framställ låglaktosmjölk
Fruktköttet får solbränna
Färga ullgarn med svampar
Färgämnen i M&M
Gore-Tex, materialet som andas
Gör din egen limfärg
Gör din egen tandkräm
Gör ditt eget läppcerat
Gör hårt vatten mjukt
Göra lim av kasein
Hockey-visir
Hur fungerar en torrboll?
Hur gör man kakan porös?
Hur moget är äpplet?
Hur smakar salmiak?
Håller bubblan?
Karbidlampan
Kemi i en brustablett
Kemisk vattenrening
Majonnäs - en emulsion
Maskrosen som krullar sig
Modellmassa av mjölk
Myggmedel - hur funkar det?
Målarfärgens vattengenomsläpplighet
När flyter potatisen?
Olja som lösningsmedel
Optiska Vitmedel
Osmos i ett ägg
Osynlig gas
Pektin och marmeladkokning
Pelargonens färg
Permanenta håret
Pulversläckare
Rengöra silver
Rostbildning och rostskydd
Skär sig majonnäsen?
Smältpunkten för legeringen lödtenn
Snöflingeskådning
Superabsorbenter i blöjor
Surt regn
Syror och baser i konsumentprodukter
Såpbubblor
Tillverka din egen deodorant
Tillverka din egen glidvalla
Tillverka din egen tvål, del 1: Själva tvålen
Tillverka din egen tvål, del 2: Parfymera och färga tvålen
Tillverka ditt eget läppstift
Tillverka Falu rödfärg enligt gammalt recept
Tillverka papperslim
Tillverka rengöringskräm
Tvätta i hårt vatten
Utfällning av aluminium
Utvinna järn ur järnberikade flingor
Vad händer då något brinner?
Vad händer när degen jäser?
Vad innehåller mjölk?
Vad är det i saltet som smakar salt?
Vad är skillnaden mellan maskin- och handdiskmedel?
Varför färgas textiler olika?
Varför kan man steka i smör och olja men inte i lättprodukter?
Varför mörknar en banans skal?
Varför rostar järn och hur kan man förhindra det?
Varför slipper bilen varma yllekläder på vintern?
Varför svider det i ögonen när man skalar lök?
Varför äter vi Samarin?
Vattenrening
Visa ytspänning med kanel
Vispa grädde
Växtfärga med rödbetor enligt receptet från Västerbotten
Ägget i flaskan
Ärg på en kopparslant
Äta frusen potatis