Vad händer när degen jäser?

Tillhör kategori: livsmedel, urval reviderat experiment, vardagens kemi

Författare: Svante Åberg   Medverkande: Anna Nyberg

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

Tid för förberedelse: 10 minuter

Tid för genomförande: 20 minuter

Antal tillfällen: 2

Säkerhetsfaktor: Ofarligt

Svårighetsgrad: Busenkelt

Introduktion

Vid bakning används ofta olika former av så kallade hävningsmedel för att göra bakverket poröst och ge det volym. Jäst är en form av biologiskt hävningsmedel som används vid brödbak.

Denna laboration vill försöka visa vad som händer då man använder jäst som hävningsmedel i sitt brödbak.

Riktlinjer

Laborationen utförs lämpligen som elevförsök i grundskolans senare årskurser, lämpligen i samband med laborationen "Hur gör man kakan porös?".

Säkerhet

Då endast naturliga produkter används är det bara att spola ner resterna i slasken. Alltsammans är ofarligt.

Materiel

Förarbete

Inget förarbete.

Utförande

Bered jästlösningen

  1. Lös upp ½ dl strösocker i 1 dl ljummet vatten.
  2. Rör ut ¼ paket jäst i lösningen.

Delförsök A: I ett provrör

  1. Häll en del av blandningen i ett stort provrör. Häll på matolja till ett ca 1 cm tjockt skikt.
  2. Sätt ned provröret i ljummet vatten.
  3. Vänta ca 20 minuter.
  4. Vad händer i provröret?

Delförsök B: Med en ballong

  1. Häll ca ½ dl av jäst-vatten-sockerblandningen i en ballong.
  2. Knyt igen ballongen.
  3. Lägg den i en bägare med ljummet vatten.
  4. Ballongen lägger sig i botten av bägaren. Hur ser det ut efter 2 timmar (alternativt nästa lektion)?

Förklaring

Att jäsa bröd eller alkohol är exempel på bioteknik. I båda delförsöken är det jästcellerna som utför arbetet och i båda fallen bildas vanlig alkohol, etanol, och en gas, koldioxid.

Delförsök A:
Det bildas koldioxid som bubblar upp i röret. Det bildas också etanol. För att jästen skall kunna utföra detta arbete måste luften hållas borta. Det sköter oljan om.

Delförsök B:
Ballongen blir "uppblåst" av gasen koldioxid som bildas.

Kemisk bakgrund

Vy för utskrift av kemisk bakgrund och fördjupning

Olika typer av hävningsmedel

Allt efter jäsmedel brukar man skilja på jäsdegar, där man använder jäst för att få brödet poröst, och bakpulverdegar, där man använder kemiska jäsmedel som bakpulver eller bikarbonat (natriumvätekarbonat). En deg med jäst ger ett saftigt, luftigt, lite elastiskt och hållbart bröd. En deg med bakpulver ger ett luftigt bröd med torr och kort konsistens. Ju mindre man arbetar bakpulverdeg ju bättre blir brödet. När det gäller jäsdeg är det tvärtom.

Bagerijäst

Jästen består av levande organismer, som måste behandlas varsamt. Det finns dels färsk jäst, dels torkad. Den färska jästen är gråvit i färgen och har smidig konsistens. Den säljs i förpackningar om 50 gram. Jästen skall förvaras i sin förpackning i kylskåp i +2 grader C till +4 grader C. Är vätskan, degspadet, för varmt (över 40 grader C) kan jästsvamparna försvagas eller förstöras. Bäst och snabbast jäser degen om alla ingredienserna som används är rumstempererade. Kallt degspad ger långsam jäsning (över natt).

Torkad jäst är färskjäst, som torkats till ett pulver och packats i påse. En påse motsvarar 50 gram färsk jäst. Denna typ av jäst kräver högre värme på degspadet, +45 grader C till +50 grader C. Kontrollera gärna värmen med en termometer. Torkad jäst bör inte användas i kallt degspad.

All jäst är datumstämplad med sista förbrukningsdag eller -månad angiven.

Jäsprocessen vid bakning

50 gram jäst är lagom till 5-6 deciliter degspad. Vid snabbjäsning kan man tillsätta ytterligare 25 gram jäst, men man kan då lätt känna jässmak i det färdiggräddade brödet. Vid tillsättning av större degar kan man ta mindre jäst i förhållande till degspadet. Ett tungt matbröd kräver mera jäst än ett lätt vetebröd.

Vid degberedning tillsätts jäst (encelliga svampar). Enzymer från jästen sönderdelar en liten del av stärkelsen till socker. Sockret sönderdelas vidare till etanol och koldioxid. För att underlätta denna process brukar man ofta tillsätta lite socker (vanligen sackaros). Den lilla sockermängd som jästen behöver för att få fart förbrukas under jäsningen. Alltför stora sockermängder har motsatt verkan.

Redan innan degen sätts i ugnen pöser den upp av koldioxiden. Jästiden bör passas noga och varierar med brödets storlek. Bullar och matbröd av litet format, till exempel småfranska, jäser fortare än längder och limpor. Jäser degen för länge förlorar den sin elasticitet och sjunker. Bäst blir degen om den får jäsa två gånger, dels i bunken och dels på plåten. Porigheten blir jämnare och degen också mer lätthanterlig. Brödet blir hållbart och näringsmässigt sett också mera fördelaktigt, framför allt när det gäller bröd bakat på grovt mjöl.

Jästen slutar verka vid ca 50 °C. Att brödet fortsätter att svälla i ugnsvärmen beror på att koldioxiden och den luft, som knådats in i degen, utvidgar sig. Dessutom övergår etanolen i gasform. Porerna i brödet bildas av gaser.

Genom gluten (ett protein) som finns i mjölet, speciellt i vetemjöl, bildas sega hinnor, som av koldioxiden blåses upp till små luftblåsor. Etanolen bildar tillsammans med övriga syror i degen så kallade estrar (brödarom). Detta gör att brödet luktar och smakar gott.

Temperaturen inne i brödet stiger ganska långsamt. Mellan 60 °C och 80 °C avger gluten vatten och stelnar (koagulerar). Stärkelsen tar upp vatten och sväller och mjuknar. Den förklistras. Brödet får ett "skelett". I brödets ytterdelar där temperaturen är högre sönderdelas stärkelsen till dextrin. Den sötaktiga, bruna skorpan bildas.

Surdeg

Surdeg är en bit deg som fått ligga och surna. I degen utvecklar sig då vissa jästsvampar samt mjölksyrabakterier. När surdegen blandas i en nygjord deg, sönderdelar dessa svampar och bakterier degens socker i kolsyra och etanol på samma sätt som pressjästen. Bakterierna bildar dessutom mjölksyra som ger en karakteristisk, syrlig smak åt brödet. Surdeg är en av de äldsta kända jäsmedlen men förekommer numera mycket sällan vid hembakning. Däremot kan man i en del specialaffärer köpa grovt, syrligt matbröd som bakats med surdeg.

GDC: Partikeltänkande

Jäst är levande celler som äter socker och förbränner det till koldioxid och vatten. Eftersom jästen är en levande organism måste miljön vara den rätta för att den ska trivas. Det måste vara lagom varmt och tillräckligt fuktigt. Då fungerar enzymer och DNA i cellernas så att de biokemiska processerna kan ske.

För hög temperatur gör att enzymerna förstörs. Är temperaturen bara lite för hög kan cellerna återhämta sig och börja fungera igen, men är det mycket för varmt så skadas enzymernas molekylstruktur på ett sätt om är irreversibelt, dvs. inte kan återställas. Enzymerna är proteinmolekyler uppbyggda av kedjor med hundratals aminosyror som veckar sig på ett komplicerat sätt. Ruckar man på denna struktur så kan enzymet inte utföra sitt arbete.

För låg temperatur innebär att molekylerna rör sig långsammare. De flesta kemiska reaktioner har en energitröskel som måste överskridas för att reaktionen ska komma till stånd. Av en slump rör sig molekylerna ibland snabbare och ibland långsammare. Men när temperaturen är låg är det en mindre andel av molekylerna som rör sig tillräckligt fort för att en kollision ska leda till kemisk reaktion.

Låga temperaturer skadar inte enzymer på samma sätt som hög temperaturer eftersom den låga temperaturen i sig inte ändrar formen på enzymerna. Men om det blir så kallt att vattnet fryser till is kan cellväggarna sprängas. Då klarar sig inte organismen eftersom cellinnehållet läcker ut.

Det måste finnas vatten för att de kemiska reaktionerna ska ske. Utan vatten är cellinnehållet torrt och i fast form. Men i vattenlösning kan molekylerna simma runt, vilket gör att molekylerna stöter samman då och då och reagera med varandra. Jästcellerna går in i vilostadium när jästen torkar ut, men kan väckas igen när man tillför vatten på nytt.

GDC: Energi

Allt liv bygger på att det finns tillgång till energi som håller systemet igång. Det är solljuset som är den ursprungliga källan till energin, men genom växter binds solljusets energi i energirika föreningar såsom socker. Socker är också den näring som jästcellerna lever på.

Utan tillgång på energirik näring stannar livsprocesserna av. Men finns det näring, såsom socker, så kan energin i maten användas för att driva på de kemiska reaktionerna. En kemisk reaktion sker i stort sett bara om energirika ämnen kan ombildas till andra energifattigare ämnen. Till exempel är socker energirikt, men koldioxid och vatten är energifattiga. Ofta sker de kemiska reaktionerna i flera steg, så på vägen mellan det energirika sockret och den energifattiga koldioxiden och vattnet kan finnas en rad ämnen med medelhög energi.

Det enzymerna och andra komplicerade molekyler i cellen gör är att styra vilka vägar de kemiska reaktionerna ska gå. Det är som kranar som kan öppnas och stängas för att leda energin olika vägar. Just denna komplicerade och fantastiska apparat som styr de kemiska processerna är kännetecknande för levande organismer.

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

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

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. Vilket socker föredrar jästen?, Kemilärarnas resurscentrum (KRC)
    http://www.bioresurs.uu.se/vuxenwebben/doc/Jast2.pdf (2017-09-27)
  2. Jästarbetarna, Experimentskafferiet
    http://www.experimentskafferiet.se/experiment/jastarbetarna/jastarbetarna.pdf (2017-09-27)
  3. Jäst, Wikipedia
    https://sv.wikipedia.org/wiki/J%C3%A4st (2017-09-27)
  4. Jäst – en känslig, levande organism, Jästbolaget AB
    http://www.jastbolaget.se/vad-ar-jast/ (2017-09-27)
  5. Det jäser i Rotebro, Råd & Rön
    https://www.radron.se/artiklar/det-jaser-i-rotebro/ (2017-09-27)
  6. Jäsning, Wikipedia
    https://sv.wikipedia.org/wiki/J%C3%A4sning (2017-09-27)
  7. Bakverk, Wikipedia
    https://sv.wikipedia.org/wiki/Bakverk (2017-09-27)
  8. Jäst som modellsystem, Gentekniknämnden, Karolinska Institutet Science Park
    http://genteknik.nu/jast-som-modellsystem/ (2017-09-27)
  9. Carbon Dioxide, Chemical of the Week, Bassam Shakhashiri
    http://www.scifun.org/CHEMWEEK/CarbonDioxide2017.pdf (2017-03-10)
  10. Carbon dioxide in Earth's atmosphere, Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxide_in_Earth%27s_atmosphere (2017-09-07)
  11. Ocean acidification, Wikipedia
    https://en.wikipedia.org/wiki/Ocean_acidification (2017-09-08)
  12. Carbon Dioxide and Carbonic Acid, Utah State university
    http://ion.chem.usu.edu/~sbialkow/Classes/3650/Carbonate/Carbonic%20Acid.html (2017-09-08)
  13. Dissolved Oxygen and Carbon Dioxide, Prof. Shapley, University of Illinois
    http://butane.chem.uiuc.edu/pshapley/GenChem1/L23/web-L23.pdf (2017-09-08)

Fler experiment


livsmedel
Bjud din jäst på mat
Blev disken ren?
Blå himmel och röd solnedgång
Coca-Cola vs Coca-Cola light
Den bästa bulldegen
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 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 reviderat experiment
Anodisering och färgning av aluminium
Avdunstning och temperatur
Citronbatteri
Den brinnande sedeln
Den tillknycklade plåtburken
DNA ur kiwi
Elektrokemisk skrift
Ett glas luft
Gasvolym och temperatur
Indikatorpapper för plus och minus på batteriet
Innehåller koksaltet jod?
Luftfuktighet och rostbildning
Rengöra silver
Rostbildning och rostskydd
Rostindikator visar var järnet rostar
Syrehalten i luft
Tag bort rost med elektrisk ström
Testa C-vitamin i maten
Åka hiss

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 bästa bulldegen
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 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