Boka er skrevet for modul 1 i faget Kjemi med næringsmiddelkjemi for teknisk fagskole linje for næringsmiddelteknikk, og dekker de aktuelle læreplanmålene.

I industriell næringsmiddelproduksjon gir kunnskaper i kjemi og forståelse av kjemiske prinsipper bedre innsikt i hvorfor og hvordan de ulike bearbeidingstrinnene skal gjennomføres. Prosessene som en råvare gjennomløper før de blir til konsumferdige produkter bygger ofte på kunnskaper i fysikk og kjemi. Kjemi som fag i grunnskolen og i videregående skole har begrenset fordypning, og dermed blir møtet med kjemien på dette nivået i teknisk fagskole en stor utfordring for både studenter og lærere. Kunnskaper i kjemi er en forutsetning for å ta del i viktige deler av diskusjonen om den teknologiske utviklingen i samfunnet.

I videregående skole legges grunnlaget for den yrkesteorien som trengs for å bli en god operatør i næringsmiddelindustrien, og det er der den framtidige fagarbeider for alvor starter sin yrkeskarriere. I teknisk fagskole legger den framtidige næringsmiddeltekniker grunnlaget for sin kompetanse som leder i ulike typer arbeid innen offentlig og privat arbeidsliv.

Det å forstå kjemien betyr at det også blir lettere å forstå viktige deler av andre fag: mikrobiologi, hygiene, råvarebehandling, prosesslære og hva som påvirker kvaliteten på en ferdigvare. Det er gjennom evnen til å kombinere praktiske og teoretiske arbeidsoppgaver at fagteknikeren kan bidra til nyskaping, etablering og drift av ulik virksomhet innenfor næringsmiddelsektoren.

Manuskriptet til denne boka har vært til høring hos brukerne i skolen, og brukerne - både elever og lærere - har delt sine erfaringer med forfatter og forlag. Vi har forsøkt å ta hensyn til synspunktene. Noen har vært sammenfallende, andre har pekt i forskjellig retning. Enkelte ønsker har styrt manuskriptet tettere mot mål og hovedmomenter i læreplanen, andre ønsker har utgangspunkt i tanker om hvor langt elevene burde kunne komme i faget for å få så god kompetanse som mulig. Forfattere og forlag har prøvd å balansere ulike hensyn, og presenterer her en lærebok i faget. Vi takker alle som har hjulpet oss under veis.

Hva er en god lærebok i kjemi? Vi tror at mye fortsatt kan gjøres for at boka kan bli bedre. For å få det til trenger vi fortsatt hjelp fra brukerne. Vi ønsker å høre hva dere som brukere er fornøyd med, hva som ikke fungere og gjerne tanker om hvordan temaer kan forbedres. Vi vet at skolene, lærerne og elevene er forskjellige, at rammevilkårene varierer og at industrien i distriktet kan gi ulik mulighet til å møte praktiske forhold som kan forenkles til kjemiske problemstillinger. Men det er viktig å bruke den ressursen bedriftene er for å se sammenhengen mellom de praktiske løsningene og de naturvitenskapelige prinsippene som produksjonsprosessene bygger på.

Bokas innhold
Forord 5
1 Atomer og molekyler 7
Daltons atomteori forklarer hvordan stoffer er bygd opp 7
Rene stoffer kan være grunnstoffer eller kjemiske forbindelser 8
Et rent grunnstoff har en bestemt sammensetning 11
Krystallvann er vann som er en del av et krystallinsk gitter 12
Atomer består av protoner, nøytroner og elektroner 13
En stoffmengde på 1 mol inneholder like mange partikler som Avogadros tall 14
Massen til ett mol stoff er lik formelmassen målt i gram 16
Molvolumet er volumet av et mol stoff 17
Oppgaver 20

2 Periodesystemet. Navnelære 23
Periodesystemet er en liste over grunnstoffene i rekkefølge etter økende atomnummer 23
Grunnstoffene har periodiske egenskaper 25
Mange enkle ioner oppfyller oktettregelen 28
Et skall består av flere underskall med nesten llike energinivåer 29
En kjemisk formel forteller hva stoffet inneholder 30
Sammensatte ioner består av mer enn ett atom 31
Mange kjemiske stoffer bruker hevdnavn i stedt for systematiske navn 32
Et systematisk navn kan brukes til å skrive riktig formel 32
Når et grunnstoff danner flere ioner, bruker vi stocknummerering 33
Aggregattilstanden kan være med i formler 34
Oppgaver 35

A Metallene i gruppe 1 og 2 39
Alkalimetallene er meget reaktive 39
Det er de kjemiske forbindelsenen til alkalimetallene som er viktige 40
Natriumioner og kaliumioner er viktige grunnstoffer i kroppen 42
Magnesium og kalsium er dovnere enn alkalimetallene 42
Magnesium og kalsium inngår i mange viktige forbindelser 44
Magnesium og kalsium er viktige stoffer i naturlige sammenhenger 45
Metallene i gruppe 1 og gruppe 2 har fine flammeprøver 45
Oppgaver 47

3 Kjemiske reaksjoner 49
En reaksjonslikning beskriver en kjemisk reaksjon 49
En reaksjonslikning skal balanseres 50
Balanserte reaksjonslikninger angir hvilke stoffmengder som reagerer med hverandre 52
Vi bruker reaksjonslikninger til beregninger 52
Syrer og baser virker motsatt og kan nøytralisere hverandre 54
I redoksreaksjoner blir det overført elektroner fra et stoff til et annet 54
Oppløsning av et stoff i vann skjer ved hydratisering 55
I en fellingsreaksjon bytter to og to ioner plass 55
I et kompleksion er det sentrale metallionet omgitt av ligander 57
Oppgaver 60

B Tungmetaller 63
Tungmetaller akkumuleres i økosystemet 63
Organiske tungmetallforbindelser er ofte farligere enn uorganiske 65
Hva gjør tungmetallene i kroppen? 66
Oppgaver 68

4 Konsentrasjon 69
Masseprosent er vanlig prosentregning 69
Betegnelsen ppm kan angi brøkdel av massen eller av volumet 71
En empirisk formel gir riktig tallforhold mellom atomene i forbindelsen 71
Molaritet 73
Det er to skrivemåter for konsentrasjon 75
Ved fortynning beregnes løsningens nye konsentrasjon med fortynningsloven 75
Molalitet og molbrøk tar utgangspunkt i stoffmengden av et oppløst stoff 77
Vi måler etanolinnholdet i volumprosent 79
Nøyaktigheten i målinger og beregninger avhenger av antall gjeldende sifre 80
Gjeldende sifre i multiplikasjon eller divisjon 83
Oppgaver 84

C Hydrogen og oksygen 87
Alle grunnstoffer reagerer med oksygen 88
Oppgaver 91

5 Kjemiske bindinger 93
Elektronegativitet handler om kampen om elektronene 93
Salter erioneforbindelsr 94
Molekyler blir holdt sammen med elektronparbindinger 96
Diamant og andre makrogitreer kovalente forbindelser 98
Strukturformler viser hvordan molekylene er bygd opp 98
Molekyler med uparede elektroner kalles radikaler 100
Glidende overgang mellom ioneforbindelser og kovalente forbindelser 101
Mellom molekyler virker var der waalske bindinger eller hydrogenbindinger 102
I metallbindingen deler alle metallionene valenselektronene mellom seg 105
Oppgaver 108

D Fotokjemisk oksidaasjon 111
Smogskyldes fotokjemisk spalting av NO2
Ozonhullet er en sesongmessig reduksjon i mengden av ozon i stratosfæren over Antarktis 113
Ozonødeleggerne er menneskeskapte 115
Mindre ozon i stratosfæren har følger for livet på jorden 115
Oppdagelsen av ozonhullet satte fart i sakene 115
Oppgaver 117

6 Syrer og baser 119
I en syre-basereaksjon skjer en overføring av et H+-ion 119
Hvordan vet vi hva som er en syre og hva som er en base? 121
Egenprotolyse 121
Syrer og baser som spalter seg fullstendig i ioner, kalles sterke 123
Surheten i en løsning angis med en pH-verdi 124
I pH-verdier er det antall desimaler som angir nøyaktigheten 126
pH-verdien kan finnes ved hjelp av indikatorer 127
Syrer og baser kan nøytralisere hverandre 129
I praksis nøytraliserer vi ved å titrere 130
Oppggaver 133

E Sur nedbør 137
Rent regnvann har en pH-verdi på omtrent 5,7 137
Forbrenning av olje gir svoveldioksid 138
Forbrenning ved høy temperatur gir nitrogenoksider 140
Hvilke skader gir sur nedbør? 141
Oppgaver 144

7 Reduksjon, oksidasjon og oksidasjonstall 145
I mange redoksreaksjoner er elektronoverføringen ikke fullstendig 146
Oksidasjonstall blir brukt til å holde regnskap med elektronoverføringer 146
Det samme grunnstoffet kan ha mange forskjellige oksidasjonstall 148
Reduksjonsmidler og oksidasjonsmidler 149
I forbrenningsreaksjoner er oksidasjonsmiddelet oksygen 152
Oppgaver 153

F Klor og klorforbindelser 155
Klorgass er en giftig, illeluktende gass 155
Hydrogenklorid en en gass, saltsyre er en løsning av hydrogenklorid i vann 156
Ingen har så mange oksysyrer som klor 156
Organiske klorforbindelser er nyttige, men noen av dem er også farlige 158
Ved nedbryting av organiske klorforbindelser dannes miljøgifter 159
Oppgaver 160

8 Organisk kjemi. Hydrokarbonene 161
Hydrokarbonene danner grunnlaget for navnesystemet i den organiske kjemien 161
Det finnes flere stoffer med samme molekylformel 163
Å sette navn på alkaner 164
Alkaner er voksaktige stoffer som brenner godt 165
De mettede, ringformede alkanene kalles sykloalkaner 166
De umettede akifatiske hydrokarbonene heter alkener og alkyner 167
Aromater inneholder en fenylring 170
Oppgaver 173

9 Organisk kjemi. Funksjonelle grupper 177
Alkoholer er gode løsningsmidler og viktige råstoffer 178
Navnene til alkoholer følger samme regler som til alkanene 178
Etanol er den alkoholden som finnes i drikkevarer 180
Metanol er den minste alkoholen 180
Flerverdige alkoholer inneholder mer enn en OH-gruppe 181
De aromatiske alkoholene kalles fenoler 182
Alkoholenes evne til å reagere avhenger av hvor OH-gruppen sitter 183
I en eliminasjonsreaksjon innførs en dobbeltbinding 183
I en substitusjon byttes én funksjonell gruppe ut med en annen 184
Etere er isomere med alkoholer, mer er mindre polare 185
Ved oksidasjon av en alkohol dannes karbonylforbindelser 186
Noen spesielle karbonylforbindelser 189
Karboksylsyrer dannes ved oksidasjon av aldehyder 190
Mange av karboksylsyrene er vanlige stoffer i matvarer 191
En alkohol og en karboksylsyre kan gå sammen og danne en ester 193
Aminer inneholder nitrogen og er baser 194
Aminosyrer er både aminer og karboksylsyrer 195
Aminosyrene finnes i to isomere former, men bare den ene er i bruk 197
Aminosyrene kondenserer til peptider 199
Proteinmolekylet har en bestemt form som er bestemt ut fra peptidkjeden 199
Oppgaver 203

G Trekk fra historien bak den organiske kjemien 209
Er kjemien i dyr og planter forskjellig fra kjemien i andre stoffer? 209
Isomeri skaper hodebry 210
Stadig mer kaos i den organiske kjemien utover på 1800-tallet 210
Problemet med de usikre atommassene 212
På sporet: Typeteorien og valensbegrepet 215
Atommassene: Canizzaro knekker nøtten 217
Organisering og nomenklatur blir helt nødvendig 217
Differensiering innenfor feltet 218

10 Energi i kjemiske reaksjonar 221
Kollisjonsteorien et eit bilete på kva som skjer i ein kjemisk reaksjon 221
Ein katalysator er eit stoff som aukar reaksjonsfarten utan sjølv å bli forbrukt 222
Enzym er biologiske katalysatorar 224
Eksoterme reaksjonar gir frå seg energi, ofte i form av varmeenergi 226
Endoterme reaksjonar skjer med kulde 227
Forbrenningsreaksjonar er eksoterme reaksjonar 228
Kan vi forstå kvifor forbrenningsreaksjonar er eksoterme? 230
Fordampning av vatn er ein endoterm prosess 231
Ein spontan prosess går av seg sjølv 232
Entropi er eit mål på uorden 234
Aukar entropien alltid i spontane prosessar? 236
Den frie eneergien avgjer om ein reaksjon er spontan 237
Fri energi og liv 241
Oppgåver 244

11 Jamvekt i kjemiske reaksjonar 247
Reaksjonen stoppar ikkje opp når vi har jamvekt 247
Når vi har kjemisk jamvekt, går reaksjonen begge vegar med lik fart 249
Guldberg og Waage utleidde masseverknadslova 251
Reaksjonskvotienten Q er eit hjelpemiddel til å avgjere om eit system er i jamvekt 253
Situasjonen i ei dynamisk jamvekt kan finnast utan å bruke rekning 254
le Chateliers prinsipp 255
Endring av trykket påverkar somme gonger ei jamvekt 256
Kva effekt har temperaturendringar på ei jamvekt? 257
Ein katalysator endrar ikkje kamvekta, berre reaksjonsfarten 257
Ammoniakksyntesen, eit døme på prosessutvikling med rot i jamvektsteorien 257
Oppgåver 260

H Klimagassar og drivhuseffekt 263
Drivhuseffekten er nødvendig for jorda 263
Kvifor er vi urolege for drivhuseffekten? 265
Det er andre klimagassar enn CO2 266
Kva kan følgjene av auka drivhuseffekt bli? 268

12 Svake syrer og basar. Bufferar 273
Svake syrer og basar protolyserer berre delvis 273
Syre- g basekonstantar heng saman med ioneproduktet til vatn 275
pH-verdien i svake syrer er avhengig av kor mykje av syra som har protolysert 276
Fleirprotiske syrer 279
pH-verdien i saltløysningar 280
Titrering av svake syrer og basar 281
Ein buffer er ein løysning som held pH-verdien konstant 283
Bufferlikninga gir oss ein enkel måte til å rekne ut pH-verdien i ein bufra løysning 285
Dersom vi set for mykje lut eller syre til ein buffer, blir han brukt opp 286
Oppgåver 288

13 Salt: Løyseevne og fellingsreaksjonar 293
Løyseevne 293
Løyseevneprodukt 294
Fellesioneffekten 297
Meir om pH-verdien i saltløysningar 298
Fellingar. Ioneprodukt 299
Fellingstitrering 303
Oppgåver 304

I Nitrogen, fosfor og svovel 307
Krinsløpet til nitrogen i naturen 307
Fosfor lagrar energi 310
Svovelsyre - nyttig industriprodukt og farleg ureining 313
Oppgåver 315

Elevøvelser 317
Elevøvelse til kapittel 1 317
Elevøvelser til kapittel 3 318
Elevøvelse til kapittel 4 323
Elevøvelse til kapittel 5 324
Elevøvelse til kapittel 6 325
Elevøvelse til kapittel 7 326
Elevøvelse til kapittel 8 327
Elevøvelse til kapittel 9 329
Elevøvelser til kapittel 10 331
Elevøvelse til kapittel 11 332
Elevøvelser til kapittel 12 334
Elevøvelse til kapittel 13 336

Hjelpeordlister 337
Stikkord 338