kemia

Kemiallinen joulukalenteri 21/24: Paperinen joulu

Ke, 12/21/2016 - 09:15 Jarmo Korteniemi
Kuva: Sheila Sund / Flickr

Paperi on varsin arkinen asia, mutta yhtä kaikki varsin tärkeä osa joulua. Lahjat paketoidaan joulupaperiin ja pöytiin katetaan joulukuvioisia servettejä. Paperimassapallerot ja paperiset lumihiutaleet hoitavat koristeiden virkaa. Postissa kulkee eessuntaas paperisia kirjeitä, kartonkikortteja ja pahvilaatikoita.

Sana "paperi" juontaa juurensa toisesta läheisestä kirjoitusmateriaalista, papyruksesta. Kaislakuituihin perustuvaa haurasta materiaa käytettiin Egyptin alueella jo noin 5000 vuotta sitten. Varsinainen paperin valmistus kehitettiin Kiinassa ajanlaskumme alun jälkeen ja levisi sieltä hitaasti arabimaihin ja edeellen Afrikan kautta Eurooppaankin.




Juttu jatkuu mainoksen jälkeen


Paperimassan valmistus on periaatteessa hyvin yksinkertaista. Paperin pääosa tulee lähinnä puukuiduista (vaikka mm. olki-, puuvilla- ja hamppupapereitakin on tarjolla). Kuoritut puunrungot pienitään hakkeeksi, josta tehdään paperin pohjamassaa. Se hoituu joko kemiallisesti tekemällä sellua (esim. keittämällä haketta vaikkapa valkolipeässä) tai mekaanisesti jauhamalla puun hiokkeeksi tai vielä lujemmaksi hierteeksi.

Sellua tehtäessä puusta liukenee pois monia aineita (pääosin ligniiniä), mutta mekaanisissa massanvalmistustavoissa puutavaraa ei juuri häviä, sen muoto vain muuttuu. Perusmassaan lisätään lopuksi paljon vettä, minkä jälkeen mönjä on helpommin levitettävissä prässiin. Veden poiston (puristelun ja kuivatuksen) jälkeen paperi onkin sitten jo periaateessa valmista käytettäväksi.

Kasvikuitujen lisäksi papereihin sekoitetaan eri vaiheissa mm. liima-aineita, pinnotteita, sekä monenlaisia mineraaleja (esim. liitua tai kaoliinia). "Kivisimmissä" paperilaaduissa mineraalipitoisuus voi nousta kymmeniin prosentteihin. Sellaisten polttamisessa syntyy tuhkaa paljon normaalipaperia enemmän.

Lisätyillä aineilla paperin pinnasta tehdään juuri oikean värinen ja kiiltoinen, ja massasta saadaan vähemmän painomusteita imevä. Mineraaleilla myös pidennetään paperin elinkaarta.

Erilaisia paperituotteita on kymmeniä jos ei satoja. Leivinpaperia esimerkiksi saadaan aikaan liottamalla massaa rikkihapossa tai sinkkikloridissa, jolloin aine osaksi sulaa ja hyytelöityy, ja pinnasta tulee erittäin tiheä, lämmönkestävä ja tarttumaton. Kartonki taas on paksua ja jäykkää paperia (yli 125 g/m2), joka koostuu useimmiten kerroksista monia erilaisia paperilaatuja. Sitä käytetään pakkaamiseen ja kestäviin painotuotteisiin. Pahvissa taas on useita kerroksia erilaisia kartonkeja, ja on siksi painavampaa (yli 250 g/m2).

Paperi on hyvin kierrätettävissä. Suomessa uudelleenkäyttö on pyörinyt jo 1920-luvulta asti. Nykyisin jopa 75 % kierrätettävästä paperista päätyy toiselle kierrokselle. Keräyspaperia kertyy vuodessa noin 750 000 tonnia, eli noin 5 % paperiteollisuuden kokonaiskuidun tarpeesta. Kierrätysmateriaaleista tehdään lähinnä sanomalehti- ja talous/wc-papereita.

Kuva: JodiMichelle / Flickr
Kuva: Lee Ruk / Flickr

Joulun aikaan kannattaa muistaa, että kauniit lahjapaperit eivät sovi kierrätykseen. Niissä mustemäärät ovat aivan liian suuria kierrätysprosessissa poistettavaksi, etenkin kun jouluna samaa tavaraa tulisi melkein joka kodista. Jotkut paperit ovat myös käytännössä alumiinisia. Paketoinnissa kannattaakin suosia innovatiivisesti omaperäisiä ja kierrätyskelpoisia ratkaisuja.

Sama juttu on myös ruskeiden paperikassien, kartongin sekä pahvien kanssa: ne eivät ole kierrätettävissä normipaperin joukossa. Tämä johtuu ensisijaisesti kuidun väristä: Jos pahvinsekaisesta uusiopaperista tehtäisiin vaikkapa sanomalehtiä, ruskeat läikät haittaisivat pahasti lukukokemusta.

Kartonkien yhteenlintatuista erilaisista paperilaaduista jotkut voivat myös olla sopimattomia kierrätysprosessin kanssa.

Jos talossa ei satu löytymään omaa paperin ja kartongin kierrätysmahdollisuutta, yleiset kierrätyspisteet löytyvät kätevästi karttapalvelusta.

Alla on vielä Stora Enson tuottama video siitä, miten pakkauskartonki syntyy.

Otsikkokuva: Sheila Sund / Flickr
Muut kuvat: Lee Ruk / JayneAndD / JodiMichelle / Flickr

Kemiallinen joulukalenteri 17/24: Hajusintti ja muut joulukukat

La, 12/17/2016 - 08:50 Jarmo Korteniemi

Päivän kuva

Kreikan mytologiasta löytyy nuorukainen nimeltään Hyakinthos. Hän oli jumala Apollonin rakastaja/rakastettu, joka kuoli ikävässä kiekonheitto-onnettomuudessa.

Joissain tarinan versioissa kerrotaan, että tapaturman takana oli mustasukkaisen tuulen jumala Zefyr(os)in aiheuttama äkillinen puhuri – tämä kun tavoitteli myös komean nuorukaisen huomiota.

Olipa tragedian syy mikä tahansa, Apollo ei halunnut kumppaniaan Manalaan, vaan loihti tämän verestä kukan, jonka terälehdille vielä vieritti kyyneleen muistoksi surustaan.




Juttu jatkuu mainoksen jälkeen


Tarussa syntynyt kukka tosin taisi olla ihan muu kuin nykyisin tuntemamme hyasintti. Nykytietämys veikkaa sen olleen kurjenmiekkapikkusinililja tai jokin vastaava. Linné virallisti nyky-hyasintin nimen vuonna 1753. Kukka oli nimetty Hyakinthoksen muistoksi jo aiemmin.

Hyasintti (Hyacinthus orientalis) on Suomessa ja muuallakin länsimaissa suosittu joulukukka. Myös helmililjoja ja paria muutakin kasvisukua kutsutaan ulkomuotonsa vuoksi erheellisesti joskus (marja- tai rypäle)hyasinteiksi.

Hyasintti on alunperin kotoisin Lähi-idän pohjois- ja itäosista. Nykyään sitä viljellään laajalti koristekasvina.

Hyasintin sipulit ovat oksaalihapponsa vuoksi hieman myrkyllisiä. Vaikka aine on eräs voimakkaimmista orgaanisista hapoista, se aiheuttaa todellisia ongelmia vain nieltynä. Hyasintin sipulien normaalista käsittelystä voi saada enintään iho-oireita.

Allergikot ovat usein hyvin herkkiä hyasintin hajulle.

Hyasintissa huomioitavaa on myös sen varsin voimakas tuoksu. Joidenkin mielestä se on oikeaa joulun tuoksua kuusen odöörin kanssa, mutta toiset taas kiikuttavat kukat saman tien ulos tai parvekkeelle.

Mistä tulevat hyasintin ja muiden kukkien tuoksut?

Vähemmän yllättäen tässäkin on takana kemia ja varsin monimutkainen kemian osa-alue: tuoksujen ja aromien kemia. Aromi ei ole koskaan vain yhdestä aineesta kiinni, vaan maut ja hajut ovat aina useiden aineiden yhteisvaikutuksia, jotka jokainen maistaa ja haistaa hieman eri tavalla.

Kukat tuottavat voimakkaita aromeja, koska ne haluavat houkutella hyönteisiä luokseen. Voisi sanoa, että niiden tarkoituksena onkin olla kauniita ja tuoksuvia, ja juuri siksi ne sopivat erityisen hyvin koristeluun.

Vaikka aromit koostuvatkin lukuisista (yleensä) orgaanisista yhdisteistä, on kullakin kukkatyypillä muutamia niille luonteenomaisia aineita.

Ruusut

Ruusujen tärkein aromi on ruusuoksidi (C10H18O), jonka nenä pystyy haistamaan helposti, vaikka sitä olisi ilmassa hyvin vähän. Muut tärkeät yhdisteet ovat beta-damaskenoni ja beta-jononi (molemmat C13H18O).

Neilikat

Tärkeimmät yhdisteet ovat eugenoli (C10H12O2), beeta-kariofylleeni (C15H24), bentsoehappo (C6H5COOH) ja metyylisalisylaatti.

Orvokit

Olennaisin yhdiste orvokkien tuoksussa on jononit, joita on kovasti erilaisia hieman erilaisin ominaisuuksin. Niiden havaitseminen on omalaatuista, sillä hajureseptorimme tulkitsevat niiden tuoksun pysyväksi ja tavalliseksi, jolloin ne ikään kuin jättävät sen huomiotta. Samaan tapaan nenämme turtuu käyttämäämme arkihajuveteen, ja saatamme pulputtaa sitä ylenpalttisesti päällemme. Jononien tapauksessa nenä huomaa pian tehneensä virheen ja alkaa pian jälleen huomioida sen. Tuoksu siis katoaa ja tulee jälleen uudelleen.

Liljat

Kaksi yhdistettä yli muiden: (e)-beeta-okimeeni (C10H16) ja linaloli (C10H18O) sekä vähemmässä määrin oluesta tuttua myrseeniä ja eukalyptusöljyn vaikuttavaa ainetta eukalyptolia.

Hyasintit

Nyt pääaineita on kolme: okimenoli, nimensä mukaisesti hieman kanelilta vivahtava kanelialkoholi (C9H10O) ja hedelmäinen etyyli-2-metoksibentsoaatti.

Juuri kanelialkoholi on eniten hyasinttien tuoksussa monia häiritsevä ainesosa. Ihottumapotilaista vajaa 10 % ja valikoimattomasta väestöstä noin 2 % reagoi siihen ja aineen käyttö kosmetiikassa on kielletty.

Krysanteemit

Alfa-pineeni, eukalyptoli, kamferi ja borneoli. Alfa-pineeni (C10H16) on tärpätin pääainesosa ja siitä tulee myös kuusen – ja siis myös joulukuusen – tunnusomainen tuoksu.

Syreenit

Nyt listalla ovat (e)-beeta-okimeeni, syreenialdehydi ja syreenialkoholi.

Yllä oleva grafiikka kukkien tuoksumolekyyleistä on Compound Chemistry -nettisivulta, mistä kuvaa voi katsoa myös suurikokoisena (englanniksi).

Kemiallinen joulukalenteri 14/24: Hyvä paha alkoholi

Ke, 12/14/2016 - 06:46 Jarmo Korteniemi
Kuva: Richard Elzey / Flickr

Päivän kuva

Moni käyttää joulun tienoolla täysin tietämättään alkoholia. Eikä se ole yleensä vaarallista. Alkoholeja on nimittäin lähes lukematon määrä.

Alkoholien molekyylit voi visualisoida vaikkapa eläimiksi, joiden päänä on aina hydroksyyliryhmä OH (happi ja vety), selkänä hiilijänne, kun taas jalat sekä häntä/pyrstö muodostuvat vedystä.




Juttu jatkuu mainoksen jälkeen


Yksinkertaiset alkoholit on helppo kuvitella: kaksijalkainen metanoli näyttää lähinnä ankalta, etanoli mäyräkoiralta, propanoli kuudella jalallaan taas jonkinmoiselta hyönteiseltä.

Etanolimolekyyli on kuin koira

Monimutkaisemmista löytyy hämähäkkejä (butanoli) tai tuhatjalkaisia, ja niin edelleen. Sitten on vielä mytologista Hydraa ja Kerberosta muistuttavia monipäisiä sokerialkoholeja (esim. glyseroli, sorbitoliksylitoli), sekä itsensä kanssa oudosti solmussa olevia otuksia, kuten vaikkapa mentoli.

Jokaisesta aineesta ja sen ominaisuuksista voisi kirjoittaa pienen kirjan. Yleisesti alkoholit haisevat (jotkut tuoksuvat), toimivat poolisina ja proottisina liuottimina ja kaasuuntuvat muita hiilivetyjä lämpimämmässä.

Arkikielessä alkoholilla tarkoitetaan etanolia. Se on lievästi myrkyllinen ja maksatoksinen aine, mutta kelpaa nautintoaineeksi. (Alkoholijuomista toki löytyy muitakin alkoholeja kuin vain etanolia. Käymisprosessin sivutuotteena syntyy esimerkiksi häviävän pieniä määriä mm. tert-amyylialkoholia sekä gammahydroksivoihappoa.)

Alkoholijuomistakin voisi kirjoittaa kirjan, ja itse asiassa niistä onkin kirjoitettu valtavasti kirjoja: niin monimuotoisia ja erilaisia ovat alkoholipitoiset nautintoaineet ympäri ihmiskuntaa. Alkoholi on tärkeä maun ja aromien kantaja juomissa ja käyttäminen sinällään saa aikaan juomiin makuja. Ja alkoholipitoisilla juomilla on tärkeä kulttuuurinen ja sosiaalinen merkitys aina kirkkoviinistä Siperian vodkaryyppyihin. 

Ainakaan toistaiseksi ei ole kehitetty "kunnollisia" alkoholittomia versioita perinteisistä alkoholijuomista, vaikkakin alkoholittomia muita juomia on tarjolla toki paljonkin.

Ikävä totuus kuitenkin on, että etanoli pilaa myös monen ihmisen juhlan. Suomalaiset ostavat sitä paljon, eivätkä kaikki osaa hillitä käyttöään. Kukapa ei olisi kuullut huppelissa horjahtelevasta vuokrapukista, kännijoulun keskellä kärsivistä lapsista, tai rattijuopon traagisesti katkaisemasta joulun vietosta. Joulu on juhlan aikaa, mutta noilla tavoilla "juhlien" kenelläkään ei ole kivaa.

Eikä ongelma ole tietenkään vain suomalainen, sillä alkoholijuomia käytetään kaikkialla niin iloisissa kuin surullisissa hetkissäkin, eikä ihan vain hetkittäin. Maailman terveysjärjestön WHO:n raportin mukaan maailmassa kuolee vuosittain 3,3 miljoonaa ihmistä alkoholin väärinkäytön vuoksi.

Osa alkoholituotteista denaturoidaan. Aiemmin se hoitui lisäämällä metanolia, mutta nykyisin etanoliin sotketaan aivan muita myrkyllisiä ja/tai pahanmakuisia aineita. Näin varmistetaan, ettei kukaan litki teollisuuskäyttöön tarkoitettua alkoholia.

Etanolista on siis hyötyäkin. Esimerkiksi valtionyhtiö Altia valmistaa etanolista tuotteita mm. maalämmön keräystä varten, puhdistukseen, jäänestoaineeksi, laboratoriokäyttöön sekä liuottimiksi ja ohentimiksi. Aine kelpaa myös rakettien, autojen kuin retkikeittimienkin polttoaineeksi.

Alkoholeilla on hyvin monet kasvot. Käytä kohtuudella!

Otsikkokuva: Richard Elzey / Flickr

Kemiallinen joulukalenteri 13/24: Lucia muistuttaa D-vitamiinista

Ti, 12/13/2016 - 06:57 Jarmo Korteniemi
Lucia-juhlaa ruotsalaisessa koulussa. Kuva: Claudia Gründer / Wikipedia

Lucian päivä kurottaa juurensa moneen juhlaan: Siinä muistetaan pakana-aikojen talvipäivänseisausta, Lussi(n)yön noitien ja yliluonnollisten olioiden mekastusta, sekä marttyyrinä vuonna 304 kuollutta sisilialaista Luciaa.

Päivän kuvaMutta ennen kaikkea Lucian päivä on nykyisin valon juhla. Valkoisiin pukeutuneet neidot kantavat kynttilöitä valaisten talven pimeintä aikaa.

Valo on myös syy siihen, miksi tämän päivän joulukalenteriluukun takaa paljastuu D-vitamiinipillereitä.

D-vitamiinia, tai sen D3-muotoa, syntyy ihossa auringonvalon vaikutuksesta. Pitkän, pimeän talven aikana useat ihmiset kärsivät D-vitamiinin puutoksesta. Arvioiden mukaan tämä koskee joka viidettä suomalaista.

D-vitamiinia saa ravinnosta, etenkin kaloista ja kalaöljyistä, sekä maitotuotteista ja levitteistä, joihin ainetta on erityisesti lisätty. Silti lisäravinteetkin ovat usein tarpeellisia, jotta tätä tärkeää vitamiinia saa riittävästi.

Puutos vaikuttaa fosforin ja kalsiumin aineenvaihduntaan. D-vitamiini pitää veren kalsium- ja fosfaattipitoisuudet sopivina parantamalla niiden imeytymistä. 

D3-vitamiinin puute aiheuttaa lapsilla riisitautia. Aikuisilla liian vähäinen D3-vitamiinin saanti pienentää luuston kalsiumpitoisuutta, jolloin seurauksena saattaa olla osteomalasia, eli luun pehmeneminen, ja pitkäaikainen puutos edesauttaa osteoporoosia.

Valtion ravitsemusneuvottelukunta on määritellyt suurimmaksi hyväksyttäväksi päiväsaanniksi aikuiselle 100 µg/vrk, eikä yliannostuksen vaaraa ole oikestaan kuin monia erilaisia lisäravinteita samanaikaisesti (yleensä aivan turhaan) nautittaessa.

Tosin D-vitamiinin status "vitamiinina" on hieman horjuva. Vitamiinit kun usein määritellään keholle tarpeellisena aineena, joka pitää saada ravinnosta, koska keho ei kykene sellaista tuottamaan. D-vitamiinia voidaan, ja siksi se pitää mainita vitamiinilistassa erikoistapauksena.

D-vitamiini

D-vitamiineja on useita eri muotoja, jotka oikeastaan ovat hormonien esiasteita. Tärkeimpiä ihmiselle ovat D2, eli ergokalsiferoli (C28H44O), ja D3, eli kolekalsiferoli (C27H44O).

Auringon valo on tärkein D-vitamiinin lähde: tuleva ultraviolettisäteily (UVB) muuttaa ihossa olevaa 7-dehydrokolesterolia D3-vitamiinin esiasteeksi. 

Lähempänä päivantasaajaa ihmiset saavat ikään kuin huomaamattaan tarvittavan annoksen D-vitamiinia, sillä 15 minuutin viettäminen auringossa kolmesti viikossa riittää D-vitamiinin saamiseksi. Suomen talvessa taas riittävää säteilyaltistusta ei useinkaan saa. Varsinkaan jos päivät istutaan sisällä ja pihalle tultaessa toppatakin raosta pilkistää vain nenänpää.

Samaa fotokemiallista perusmekanismia, eli fotonin energian nappausta kemian käyttöön, hyödynnetään monessa tutussa biologisessa tapahtumassa. Esimerkiksi näkökykymme perustuu sellaiseen, samoin lähes kaiken elämän perusta eli yhteyttäminen.

Lucia-neidon kynttiläkruunusta ei saa käytännössä lainkaan täydennystä synkkien päivien D-vitamiinivajausta täydentämään. Mutta valolla on luonnollisesti muutakin merkitystä: se piristää. Tämä tosin on ihan toinen asia, vaikkakin kaamosmasennuksen syynä oleva serotoniini-välittäjäaineen vajaus tekisi siitäkin sopivan kemialliseen joulukalenteriin – onhan serotoniini "oikealta" nimeltään 5-hydroksi-tryptamiini, eli C10H12N2O.

Kemiallinen joulukalenteri 12/24: Kaneli vie kielen mennessään

Ma, 12/12/2016 - 08:34 Jarmo Korteniemi
Kuva: Cinnamon Vogue

Päivän kuva

Piparkakut, kanelipullat, riisipuuro, luumukiisseli, ja monet monet muutkin jouluisat elämykset saavat makunsa ainakin osaksi kanelista.

Meikäläisten juhlaherkkujen ohella se on hyvin tyypillinen itämaisten ruokien normimauste. Marttojen tietokannasta löytyy kymmeniä erilaisia kanelireseptejä, ja suuri osa suomalaisista leipomoista valmistaa kanelilla maustettuja tuotteita.




Juttu jatkuu mainoksen jälkeen


Kaneli-sana tarkoittaa suurin piirtein "putkiloa" tai "kanaalia". Se tulee latinan sanasta "canna", viitaten kanelitangon läpileikkaukseen. Kanelipuun versoista riivitty kuori kun on kuivatuksen aikana käpristynyt nätisti rullalle.

Maustetta kerätään kaatamalla puiden vesakot parin vuoden välein ja keräämällä rankojen sisäkuori eli nila.

Ominainen maku ja tuoksu tulevat kuorta kyllästävästä eteerisestä öljystä. Siitä lähes kaikki on juuri aromin aiheuttajaa, (trans)kanelialdehydiä. Öljyä erotetaan kanelista musertamalla ja pehmittämällä kuorta merivedessä ja tislaamalla lopputulos nopeasti. Öljy on kellertävää, tuoksuu kanelille ja maistuu erittäin väkevälle.

Kanelialdehydiä käytetään ruokien lisäksi myös erilaisina hajusteina. Aine on myös hyvä rautapitoisten seosmetallien korroosion hidastaja, ja sitä voidaankin levittää suojattaville pinnoille esimerkiksi pinnoitteiden ja liuottimien kanssa.

Kanelialdehydiä hyödynnetään myös maataloudessa: suihkuttamalla sitä kasveille ehkäistään sienitauteja ja karkotetaan kasvien luota hyönteisiä ja isompiakin eläimiä. Kesän tullen kannattaakin ehkä kokeilla juuri kanelin tehoa sääskikarkotteena!

Vaikka kanelialdehydiä voidaan tuottaa synteettisestikin, sen lähteistä käytännöllisin (ja halvin) on yhä kanelipuun kuori.

Lähtöaineena on useita puulajeja. "Oikeinta" on mieto ja kallis ceyloninkaneli (Cinnamomum verum / C. zeylanicum). Sitä ei meikäläisistä kaupoista juuri saa, vaan suurin osa myytävästä kanelista on kassia-, eli äpärän- tai kiinankanelia (C. aromaticum / C. cassia). Se on halvempaa ja sisältää runsaasti makua voimistavaa kumariinia.

Ikävä kyllä kumariini on suurissa määrissä ja toistuvasti nautittuna maksalle myrkyllistä, ja siksi kanelin säännöllistä suurkulutusta kannattaakin välttää. Viikon tai parin tehokuuri jouluna ei kuitenkaan ehdi tehdä haittaa – kunhan ainetta ei vetele aivan älyttömästi (ruoka- tai teelusikallisia päivässä).

Kumariinia löytyy monista muistakin syötävistä kasveista, eikä yhdenkään normaalia syömistä kannata pelätä.

Kanelilla on eräs mielenkiintoinen ominaisuus: se on hydrofobista eli se ei sekoitu veteen. Tämä johtuu siitä, että kaneli on käytännössä puun kuorta, ja suurin osa siitä on vettä hylkivää selluloosaa, joka on vielä kyllästetty vettä hylkivällä öljyllä. Asiaa voi testata sekoittamalla kanelia veteen lasissa. Ei kuitenkaan kannata kokeilla, voiko kanelia niellä suuria määriä sellaisenaan, sillä hommassa voi vahingoittaa keuhkojaan pahasti. Alla olevalla videolla selitetään lisää (englanniksi).

Kanelista kannattaa siis nauttia kaikessa rauhassa – mausteena, ja kohtuudella.

Otsikkokuva: Cinnamon Vogue

Kemiallinen joulukalenteri 11/24: Litium saa joulun tähdet välkkymään

Su, 12/11/2016 - 06:37 Jarmo Korteniemi
Kuvituskuva

Päivän kuva

Joulun lahjoihin kuuluu monia hilavitkuttimia ja hyötylaitteita, jotka toimivat paristoilla tai akuilla. Kenties yleisin nyt käytössä oleva uudelleenladattava akkutyyppi on ns. litiumioniakku – tai litiumpolymeeriakku – ja olennaista siinä on litium.

Mutta mitä se oikeastaan on?

Litium on kevein alkuaine heti vedyn ja heliumin jälkeen eli normaalioloissa ylivoimaisesti kevyin kiinteä aine. Litium on metalli, joka kelluu vedessäkin – sen tiheys kun on vain puolet veden tiheydestä (535 kg/m3).

Kelluminen tosin ei kestä kauaa, sillä puhdas litium on herkästi reagoiva alkalimetalli. Veteen tai jopa vain kosteaan ilmaan joutuessaan se muodostaa nopeasti litiumhydroksidia ja helposti leimahtavaa vetykaasua. Puhdas litiumpinta hapettuu mustaksi kuivassakin ilmassa.




Juttu jatkuu mainoksen jälkeen


Litiumia käytetään juuri reaktiivisuutensa vuoksi hyvin moniin tarkoituksiin. Se on tärkeässä osassa erittäin keveissä käyttömetalleissa, ilotulitteissa, ilmansuodattimissa, optiikassa ja tietoliikennetekniikassa. Se toimii katalyyttinä kemiallisissa reaktioissa, rakettipolttoaineena ja oivasti mielialalääkkeenäkin. Ja tietysti tehokkaissa akuissa ynnä monessa muussa.

Litiumia ei esiinny vapaana luonnossa. Sitä löytyy hyvin yleisesti monista yhdisteistä ympäri maailman, mutta pitoisuudet ovat aina varsin pieniä.

Litiumioniakussa (mikä ei ole sama asia kuin kertakäyttöinen litiumparisto!) akun toiminta perustuu siihen, että akun positiivinen elektrodi (katodi) on valmistettu litiumoksidista ja negatiivinen (anodi) grafiitista tai muusta hiilipohjaisesta aineesta. Kun akku latautuu, litiumionit kulkevat anodista katodiin, ja varauksen purkautuessa liikenne on toiseen suuntaan.

Ioniliikenne tapahtuu akun sisällä elektrolyyttiaineessa. Yleisesti elektrolyyttinä käytetty aine on dimetyylikarbonaatti, joka on hyvin ionirikasta ja sopii tehtävään erinomaisesti, paitsi että sillä on yksi ikävä ominaisuus: se on hyvin paloherkkää jopa huoneenlämmössä.

Litiumin sähkökemiallinen jännite on suuri ja siksi sen energiatiheys on suuri, mutta myös se on kemiallisesti erittäin reaktiivinen. Yhdessä paloherkän elektrolyytin kanssa se on tehokas, mutta ei kovin mielekäs kumppani. Hyvien ominaisuuksien vuoksi niiden kanssa on pitänyt vain osata tulla toimeen.

Pienissä akuissa käytetään pieniä määriä ja lataukset ovat hyvin pieniä, joten paloherkkyys ei ole ongelma. Sen sijaan suurempia varausmääriä ja tehoja käytettäessä, siis esimerkiksi autoissa ja lentokoneissa, paloherkkyys on otettava huomioon. Olennaisinta on valvoa koko ajan akun latausta ja toimintaa, ja katkaista lataus, jos lämpötila alkaa nousta.

Paloherkkyyden vuoksi litiumille etsitään kovaa vauhtia korvaajia, ja niitä onkin löytynyt. Valitettavasti vain ne ovat joko huonompia tai paljon kalliimpia, joten litium on ja pysyy vielä pitkään akkujen suosikkiaineena.

Salar de Uyuni Boliviassa

Leijonanosa teollisesti käytetystä litiumista tuotetaan Chilessä, Australiassa, Argentiinassa ja Kiinassa sekä Boliviassa, mistä on yllä oleva kuva. Yleisin paikka litiumin keräämiseen on suolajärvi, missä sitä runsaasti sisältävää savea on suolan alla.

Myös Suomessa on mahdollisuuksia tällä alalla, sillä Pohjanmaalle on suunnitteilla Euroopan suurimmaksi tituleerattu litiumkaivos. Suomessa litium on sitoutunut malmiin, eikä sen eristäminen siitä käy niin helposti ja edullisesti kuin aavikoilta.

Litiumakku kuiskii myös menneistä, itse asiassa hyvin kaukaisista tapahtumista.

Tähtitieteilijä Carl Sagan kertoi aikanaan oivasti kuinka olemme kaikki peräisin ammoin kuolleista tähdistä. Mutta kaikki litium ei ole. Se on vanhempaa perua – suoraa seurausta alkuräjähdyksestä. Litium oli raskainta ainetta mitä siinä rytäkässä ehti syntyä, vedyn ja heliumin lisäksi. Litiumin osuus oli noin 10−10.

Toki litiumia syntyy nykytähtien fuusiossakin, mutta se kulutetaan lähes saman tien muiden aineiden rakentamiseen.

Kemiallinen joulukalenteri 9/24: Pumpulia ja puuvillalankaa

Pe, 12/09/2016 - 06:03 Jarmo Korteniemi
Kuva: Boston Public Library

Pari päivää sitten kerroimme polyesterikuiduista. Kankaiden valmistuksessa käytetään muitakin aineita, kuten vaikkapa tänään joulukalenteriluukun takaa pursuavaa puuvillaa.

Puuvillaa saadaan useiden puuvillalajien siemenhahtuvista. Aine on 90-prosenttisesti selluloosaa (pitoisuus on siis lähes kaksi kertaa suurempi kuin tyypillisellä paperipuulla). Puuvillakasvin siemenistä saadaan hyvin käyttökelpoista puuvillaöljyä.

Puuvillakuituja on käytetty kankaiden ja lankojen valmistukseen sekä Amerikassa että Aasiassa jo tuhansia vuosia. Eurooppaan se alkoi rantautua vasta keskiajan lopulla. Lopullinen läpilyönti tapahtui 1700-luvulla, kun puuvillagini (karstauskone), Kehruu-Jenny, kutomakone ja lentävä sukkula keksittiin. (Sukkula tarkoitti alunperin juuri tuollaista kangaspuissa edestakaisin liikuteltavaa osaa. Avaruussukkula on siis puolet nimestään velkaa kangaspuille...)




Juttu jatkuu mainoksen jälkeen


Puuvillaa käytetään lähinnä vaatteissa, pyyhkeissä ja liinavaatteissa sekä monenlaisissa muissa arkipäivän kankaissa. Tekstiilien lisäksi puuvillasta tehdään mm. kalastusverkkoja, suodattimia, vaippoja, paperia sekä nitroselluloosa-räjähdettä. Hienoksi ja pörröiseksi muokattua puuvillaa,  pumpulia, käytetään sekä kosmetiikassa että sairaanhoidossa apuvälineenä imukykynsä vuoksi. Kiiltävä puuvilla taas hylkii vettä.

Hienosta ja pitkäkuituisesta ”egyptiläisestä” tai ”pima”-puuvillasta tehdyt kankaat ovat arvostettuja pehmeytensä, kiiltonsa ja imukykynsä vuoksi. Kannattaa kuitenkin olla varuillaan, sillä noilla nimillä myydään myös aivan tavallisiakin tuotteita.

Lopuksi vielä aiheeseen liittyvä laulu, Cotton Fields. Se tuli tunnetuksi Beach Boysin esittämänä, mutta on alunperin Huddie "Lead Belly" Ledbetterin käsialaa.

Otsikkokuva: Boston Public Library.

Video: Nobelin kemian palkintoesitelmä 2016

Käynnissä olevan Nobel-viikon olennainen osa ovat esitelmät, joita palkittavat ovat pitäneet tänään torstaina ja eilen keskiviikkona.

Tässä esitelmässä kemian palkinnon voittaneet Jean-Pierre Sauvage, Sir Fraser Stoddart ja Bernard Feringa kertovat molekyylikoneista; esitelmän tarkka otsikko on "The design and synthesis of molecular machines".

Juhlallisuudet huipentuvat lauantaina 10.12., kun palkinnot jaetaan.

Kemiallinen joulukalenteri 8/24: Onko joulua ilman suklaata?

To, 12/08/2016 - 07:14 Jarmo Korteniemi
Kuva: Emily McCracken / Flickr

Päivän kuvaHeti alkuun vastaus otsikon kysymykseen: Ei, monille joulu ei olisi joulu ilman suklaata – eikä kemiallinen joulukalenteri ei olisi ainakaan kunnollinen ilman suklaan käsittelyä.

Suklaata valmistetaan kaakaopensaan pavuista. Ensin papujen annetaan käydä. Sitten ne kuivataan, paahdetaan, kuoritaan ja jauhetaan. Tuloksena saadaan kaakaomassaa, josta erotellaan vielä kaakaovoi. Suklaan valmistuksessa kaakaomassaa, -voita sekä muita tarvittavia aineita (kuten sokeria ja maitojauhetta) sekoitellaan keskenään halutuissa määrin. Prosessiin kuuluu myös lämmittämistä, jäähdyttämistä sekä paljon sekoittamista. Suklaan tekeminen on tärkeää ja tarkkaa tiedettä.

Suomessa on tiettävästi vain yksi yhtiö (Levy Chocolate), joka tekee suklaan paahtamisesta lähtien itse. Muista maamme suklaayhtiöistä ja suomalaisesta suklaasta yleisestikin on hyvää tietoa Suomen suklaayhdistyksen nettisivuilla.

Mikä oikein on suklaata?

Tyyppi Koostumus
Kaakaomassa Kaakaovoi Sokeri Maito/-jauhe Vanilja
Tumma suklaa x x x --- ---
Maitosuklaa x x x x ---
Valkosuklaa --- (x) x x (x)

Koska valkosuklaasta puuttuu kaakaomassa, sitä ei voi kutsua ihan oikeaksi suklaaksi. Joskus valkosuklaassa jopa käytetään ihan muita kasvirasvoja kuin kaakaovoita!

Suklaata on valmistettu tavalla tai toisella Keski- ja Etelä-Amerikassa jo ainakin parisen tuhatta vuotta, luultavasti kauemminkin.




Juttu jatkuu mainoksen jälkeen


Mutta millainen on parasta suklaata? Jotkut vannovat Fazerin Sinisen nimeen sekä jouluna että juhannuksena, toisille se oikea joulujuttu on Pandan Juhlapöydän konvehdit, kolmansille parasta antia taas ovat jouluna saatavilla olevat erikoismaustetut kuten manteli-, omena-, pipari- tai chilisuklaat. Joillekuille taas kelpaa vain sen tietyn yhden ja parhaan suklaapuodin tuotos. Makuasioista voi kiistellä, vaikka vanha sanonta muuta väittääkin.

Suklaasta tekee suklaan…

Suklaan tärkeimpiä vaikuttavia aineita ovat kofeiini sekä etenkin teobromiini. Niitä löytyy sitä enemmän mitä tummempaa suklaa on. Kaakaopavuissa teobromiinia on noin prosentti tai pari.

Teobromiini (C7H8N4O2) on kitkerän makuinen ja kofeiinin sukuinen alkaloidi. Se on hieman kofeiinia huonompi piriste, mutta tehokkaampi diureetti. (Kofeiini muuten hajoaa maksassa osaksi teobromiiniksi.) Samaa ainetta löytyy myös muista piristeinä käytetyistä nautintokasveista, kuten teestä, guaranasta, matesta, sekä koolapuusta.

Teobromiini-nimi juontaa juurensa kreikasta ja tarkoittaa jumalten ruokaa.

Teobromiinilla on monia positiivisia terveysvaikutuksia. Se laajentaa keuhkoputkia ja voi siksi auttaa monien astma- ja keuhkopotilaiden oloa, ja jopa parantaa muiden lääkkeiden hoitovastetta. Teobromiinin käyttöä yskänlääkkeenä tutkitaan paraikaa EU:ssa, sillä se tuntuu vähentävän yskänärsytystä tehokkaasti. Aine myös alentaa verenpainetta ja voi olla sydämelle pidemmän päälle muutenkin hyväksi. Teobromiinin on arveltu alustavasti olevan myös hyväksi hampaiden kiilteelle – ehkä jopa tehokkaammin kuin fluori!

Teobromiini ei ole kuitenkaan autuaaksi tekevä. Sen on havaittu aiheuttavan mutaatioita mikrobien perimässä. Selkeää näyttöä käytännön karsinogeenisyydestä ihmisillä tai muillakaan nisäkkäillä ei kuitenkaan ole vielä onnistuttu todistamaan (vaikkakin viitteitä on viljellyistä kudosnäytteistä). Haittavaikutus ei siis luultavasti ole suuri, ja tuskin onnistuu kumoamaan hyötyjä.

Juuri teobromiini on syy siihen, miksi suklaa on useille eläimille (mm. kissoille ja koirille) hengenvaarallista. Niiden kehot eivät kykene poistamaan ainetta tarpeeksi nopeasti. Ihmisillä aineen määrä puolittuu 5–10 tunnissa.

Vaikka teobromiini vaikuttaa olevan hyväksi, se on vain yksi suklaan ainesosa. Niistä etenkin rasvat ja sokeri ovat paljon haitallisempia, eikä suklaata kannata popsia ylenmäärin. Suklaankin suhteen kannattaa harrastaa siis kohtuutta.

Lähteet: Suklaayhdistys, Fazer, Wikipedia.

Valokuvat: Rachel Tayse / Shawn Rossi / Emily McCracken /Flickr

Kemiallinen joulukalenteri 7/24: Etikkasilakoita ja balsamicoa

Ke, 12/07/2016 - 06:37 Jarmo Korteniemi
Kuva: CCFoodTravel.com / Flickr

Päivän kuvaJoulukalenterimme luukun raosta lorisee tänään monikäyttöistä etikkaa.

Joulun alla kodeissa jynssätään paikat puhtaiksi. Etikka toimii hommassa oivasti happamuutensa vuoksi. Sen avulla on helppo kiillottaa monia metalleja ja avata vaikkapa putkistojen tukkeumia. Aine myös tappaa tehokkaasti mikrobeja.

Etikka on myös hyvä ruoka- ja säilöntäaine, jota käytetään vaikkapa salaatinkastikkeissa ja joulusilakan valmistuksessa. Aineella väitetään olevan monia suoria terveysvaikutuksiakin, vaikka todisteiden kanssa on vähän niin ja näin. Ja happaman nesteen nauttiminen suurissa määrin voi olla myös pidemmän päälle haitallistakin.




Juttu jatkuu mainoksen jälkeen


Etikka on tunnettu vähintäänkin tuhansia vuosia, sillä keksintö on luultavasti vain muutaman vuoden nuorempi kuin alkoholi. Etikkahappoa nimittäin saadaan etikkahappobakteerien avulla, alkoholin hapettuessa.

Etikka koostuu kahdesta värittömästä aineesta, vedestä ja etikkahaposta, sekä lähtöalkoholista (väkiviina, valkoviini, riisiviini jne.) peräisin olevista aromeista. Pistävän hajuista etikkahappoa on kotikäytössä olevissa etikoissa mukana tyypillisesti 3–5 %.

Yllä: Etikkahapolla maustetaan makoisia ruokia. Valokuva: Blue moon in her eyes / Flickr

Etikkalaatuja on monia, riippuen lähtöaineista sekä valmistusmenetelmistä. Vanhalla Orleans-pintamenetelmällä viini etikoituu hiljakseen tynnyreissä bakteerien toimiessa pinnalta käsin, tuoreemmissa metodeissa alkoholi taas valutetaan bakteeripitoisen ritilän läpi. Tai sitten bakteerit sekoitetaan koko nesteeseen.

Kaupassa myytävä balsamico eli "balsamietikka" on muuten yleensä väärennöstä. Aito balsamico maksaa jopa satoja euroja litralta, eikä sitä saa lähikaupasta muutamalla eurolla. Niissä myydään vain normaalia viinietikkaa, johon on lisätty elintarvikevärejä ja rypälemehua. Aito balsamico on hyvin hidasta ja työlästä valmistaa, sillä prosessiin kuuluu vuosien pituinen tynnyrissä väkevöittämisen vaihe.

Puhdasta etikkahappoa kutsutaan jääetikaksi. Sen jäätymis- (eli sulamispiste) on vain 17 °C, ja nesteestä nousevat höyryt ovat ilmaa raskaampia. Aine on hygroskooppinen eli se imee itseensä kosteutta ympäristöstä.

Etikkahappo on kemianteollisuuden tärkeimpiä raaka-aineita: Sitä hyödynnetään paitsi elintarvikkeiden lisäaineena (E260), myös lääkkeiden, hajusteiden, värien, muovien ja biomuovien, pehmitinaineiden, asetaattikuitujen sekä monien muiden kemikaalien valmistuksessa.

Alla vielä näkymiä Giuseppe Giustin tiloista Italian Modenasta. Se on maailman vanhin aitoa balsamicoa valmistava yritys. 

Kuvat, mukaanlukien otsikkokuva: CCFoodTravel.com / Flickr

Lähteet: TyöterveyslaitosRajamäen / Berner

Kuva: CCFoodTravel.com
Kuva: CCFoodTravel.com
Kuva: CCFoodTravel.com