Frigolit i aceton
Kemisk bakgrund
Polymerer är monomerer som kopplats samman i långa kedjor, i detta fall genom en friradikal polymerisation. I experimentet använder vi oss av polystyren, en polymer som är uppbyggd av lång kolvätekedja som har en fenyl-grupp bunden till vart annat kol. För bildandet av polystyren se fig.
Polystyren är en vida använd plast. Styren är en petroleumprodukt som började att användas kommersiellt under 1940-talet. Under andra världskriget hade det en stor betydelse för produktionen av syntetiskt gummi. Styren förekommer naturligt i många födoämnen [7]. Polystyren upfanns 1930 [8]. Numera används polystyren i allt möjligt: i CD-fodral, plastglas yogurtburkar till köttförpackningar, förpackningsmaterial ("snöflingor") och matlådor. Orsaken till de många användningsområdena är att polystyren kan anta flera olika former.
Skummad polystyren
 |
|
| Celler av skummad polystyren. Bilden återgiven med tillstånd av Sundolitt |
|
Frigolit är ett annat namn för expanderad polystyren (EPS). EPS framställs genom att låta polystyrengranulat expandera 50 gånger genom tillförsel av het vattenånga. Det används för värmeisolering i väggar och i s.k. markskivor som man kan lägga kring huset. EPS-skivor läggs också ned i marken under vägbanan för att förhindra tjälskjutning. De leder värme dåligt eftersom de innehåller så mycket luft [10]. Genom det stora gasinnehållet blir också EPS väldigt lätt (10-150 g per liter). Den används därför som flytelement i båtar, flytvästar och bryggor. Man kan bygga varmkomposter med hjälp av EPS-plast.
 | |
| Olika användningsområden för styrenplast. | |
| Foto: Ó Anneli Andersson | |
Icke skummad polystyren
Icke skummad polystyren, solid polystyren är istället hård och kan som tidigare nämnts användas till t.ex. plastbestick, plastglas videoband, modellbilar mm. Polystyren har en lång beständighet och klarar av många vattenlösningar, däremot är löses det i många aromatiska och halogenerade lösningar. Polystyren klarar av temperaturer upp emot 60-70 °C. P.g.a. den långa beständigheten hos polystyren är det viktigt att den inte kastas i naturen.
Lösningsmedlet aceton
Aceton [Propanon; (CH3)2CO)] är den enklaste av ketonerna (R-CO-R). I USA är ligger det på plats 41 över de mest producerade kemikalierna och är därmed även den viktigaste ketonen. Aceton är en lättflyktig vätska och som de flesta ketoner har den en aromatisk lukt. Aceton används bl.a. som lösningsmedel i lacker, gummi och plaster. Aceton användes förut som nagellacksborttagare, numera är det vanligare att använda sig av mindre starka lösningsmedel för att ta bort nagellack.Aceton kan bildas i vår kropp vid svält och otillfredsställande behandling av diabetes, detta tillstånd kallas acetonemi [9].
Det finns flera olika sätt att framställa aceton tex genom oxidation av propen och dehydrering av isopropanol. Aceton erhålls även som biprodukt vid framställning av fenol och glycerol. Aceton klassas av kemikalieinspektionen i klass 1, d.v.s. måttligt hälsoskadligt. Som tidigare nämnt så är det brandfarligt och verkar uttorkande på huden. Inandning av aceton kan medföra huvudvärk.
Fördjupning
Löslighet
När atomer eller molekyler av ett ämne blandas på atom-/jon-/molekylnivå med ett annat ämne, så säger man att ämnet löser sig. Både fasta, flytande och gasformiga ämnen kan gå i lösning på detta sätt. Ämnet som tar emot partiklarna som löser sig, och som förekommer i större mängd, kallas lösningsmedel.
Exempel på lösningar är:
- syrgas i vatten (gasformigt ämne löst i vätska)
- salt i vatten (fast ämne löst i vätska)
- zink i koppar (fast ämne löst i ett fast ämne)
- väte i platina (gas löst i fast ämne)
- metan i luft (gas löst i gasformigt ämne)
En lösning behöver alltså inte vara en vätska. Det finns både fasta, flytande och gasformiga lösningar.
Begränsad löslighet
Ofta är lösligheten begränsad. Det har att göra med den jämvikt som uppstår mellan ämnet i lösning och samma ämne i ren form. Till exempel löser sig koksalt i vatten upp till 36 g per 100 ml (motsvarande 26 vikts-%) vid 20 °C.
Jonerna i den fasta natriumkloriden löser sig med jämn hastighet, vilket tenderar till att öka koncentrationen av löst ämne. Men den motsatta reaktioner sker också. Natrium- och kloridjonerna i lösningen faller ut som fast natriumklorid. Den hastighet med vilken saltet faller ut beror på hur ofta natrium- och kloridjoner stöter på varandra i lösningen. Därför ökar utfällningen av salt med koncentrationen i natriumkloridlösningen. Vid 26 vikts-% NaCl är utfällningen lika snabb som upplösningen av koksaltet. Då sker ingen nettoförändring. Man har en dynamisk jämvikt där lösningen är mättad, dvs. innehåller maximal mängd koksalt.
Obegränsad blandbarhet
Ibland är lösligheten obegränsad och det lösta ämnet och lösningsmedlet är fullständigt blandbara i alla koncentrationer. Exempel på detta är etanol i vatten. Vilken proportion av etanol och vatten du än blandar, så kommer du att få en homogen lösning, dvs. en enda fas. Du kommer inte att se någon fasgräns mellan ämnena.
Lösning av gasformiga partiklar i en annan gas har alltid obegränsad blandbarhet. Det beror på att i en gas så är partiklarna så långt ifrån varandra att de inte påverkas av några attraktionskrafter som tenderar att klumpa samman ämnena i aggregat. Alla atomer/molekyler rör sig helt fritt i gaslösningen.
Bindningskrafterna avgör lösligheten - "Lika löser lika"
När det finns ett löst ämne och ett lösningsmedel, så finns det tre alternativa bindningar som kan uppstå mellan partiklarna (atomerna/molekylerna/jonerna):
- löst ämne - löst ämne
- lösningsmedel - lösningsmedel
- löst ämne - lösningsmedel
Man brukar använda en tumregel: "Lika löser lika". Det syftar på polariteten, dvs. laddningen hos partiklarna. Ämnen löser sig lättast i varandra om de är ungefär lika polära. Vi ska förklara hur detta kommer sig.
Vatten är ett starkt polärt ämne. Visserligen är molekylen som helhet oladdad, men det finns en laddningsförskjutning så att syreatomen är negativ och väteatomerna positiva. Två vattenmolekyler binder varandra ganska starkt genom att syret i den ena molekylen lägger sig nära vätet i den andra vattenmolekylen. Den negativa och positiva laddningen attraherar varandra. Vatten binder alltså varandra ganska starkt.
Kolvätena i bensin är ett mycket opolära. Kolvätena är oladdade molekyler som inte heller har någon laddningsförskjutning inom sig i molekylen. Det gör att kolväten bara binder varandra svagt med hjälp av Londonkrafter (Van der Waals-krafter).
Ju starkare bindningen är, desto större chans är det att partiklarna ska klumpa sig samman. Vatten i blandning med bensin ger mycket dålig löslighet. Vattenmolekylerna klumpar samman sig med sina starka krafter och bildar en egen fas. Kolvätemolekylerna blir över och bildar en annan fas. Kolvätena bildar inte en egen fas på grund av attraktion mellan kolvätena, utan därför att de inte få vara tillsammans med vattnet. De blir så att säga ratade av vattenmolekylerna.
Om två ämnen inte har samma polaritet, men ändå inte skiljer sig åt alltför mycket, så får de en god löslighet även om den är begränsad. En möjlighet att lösa ett ämne är därför att använda lösningsmedel i flera steg. Om du till exempel har fått smutsig motorolja på händerna, så är det svårt att tvätta bort med tvål. Motoroljan är alltför opolär för att tvålen riktigt ska kunna lösa den. I ett första steg kan du då smörja händerna med margarin, som är opolärt. Oljan löser sig i margarinet. I nästa steg tvättar du bort margarinet med hjälp av tvål och vatten. Oljan som är löst i margarinet följer då med margarinet när det tvättas bort med vatten.