Grundämnen och kemiska föreningar –”Chem is Tree”

Sidan senast granskad/uppdaterad: 2013-01-16
Förteckning

1. Grundämnen

1.1 Viktiga grundämnen i växter

2. Viktiga grundämnen och kemiska föreningar i skogsindustrin

2.1 Översikt: metaller som är vanliga inom skogsindustrin

2.2 Översikt: ickemetaller som är vanliga i skogsindustrin

1. Grundämnen 

Människan har länge känt till nio grundämnen, nämligen metallerna: guld, silver, koppar, bly, tenn, järn, kvicksilver och icke-metallerna: kol, svavel.

Sverige fick en betydande roll när vi hade vår storhetstid inom grundämnesområdet. År 1735 var antalet kända grundämnen femton stycken. Nu kom en era då många svenskar var inblandade i upptäckten av allt fler grundämnen. Kobolt och nickel var två av de grundämnen som nu upptäcktes. Därefter upptäckte en av de stora svenska kemisterna, Carl Wilhelm Scheele, både syre och kväve.

Bland de nya grundämnen som har hittats sedan 1735 har svenskar varit inblandade i drygt tjugo fyndigheter. För att få ordning på alla nya grundämnen införde Jöns Jacob Berzelius det symbolspråk som nu används för grundämnena. Varje grundämne betecknas med en eller två bokstäver och har inledande versal. Silver betecknas exempelvis Ag, järn betecknas Fe, Kol betecknas med C.

När allt fler grundämnen hittades såg forskarna att flera ämnen hade liknande egenskaper. För drygt hundra år sedan gav den ryske kemisten Mendelejev ut en skrift där han ordnat grundämnena i ett system vid namn det periodiska systemet. Det periodiska systemet är uppställt i perioder (vågräta rader) och grupper (lodräta rader).  

1.1 Viktiga grundämnen i växter

Ett träd kan innehålla 50-60 olika grundämnen och då i form av olika föreningar.

Bild 1.Ett träd består till största delen av kol, väte
och syre men även av många andra ämnen
.
Foto: P. Lindgren

Dessa ämnen bildas genom att växterna tar upp vatten från marken och energi från solen så att energirika ämnen bildas av dessa grundämnen. Detta kallas för fotosyntes. De energirika bildade ämnena kallas kolhydrater. Kolhydraterna utgör ca 94 - 99 % av växternas sammansättning. Kol tas upp från koldioxid och syre och väte tas från vatten. Dessa tre ämnen är även huvudbeståndsdelarna i alla levande varelser.

Förutom dessa ämnen behöver träden andra viktiga grundämnen. De ämnen som tas upp av rötterna finns lösta i jorden. Dessa förekommer ofta som salter eller som joner det vill säga laddade partiklar. 

Tre vikta grundämnen för träd är kväve, fosfor och kalium, NPK: 

  • Kväve - finns i trädet bland annat som beståndsdel i enzymer, hormoner och som en del i aminosyror. 
  • Fosfor – viktigt ämne i trädcellernas energiomsättning (liksom hos alla levande varelser). Fosfor behövs även när trädet skall sätta blommor och frukt 
  • Kalium krävs av växterna i förhållandevis stora mängder. Kalium hittas framförallt i växternas växande organ såsom skott- och rotspetsar.
     

Andra viktiga grundämnen: 

  • Kalcium förekommer rikligare i äldre växtdelar än i yngre och har bland annat som funktion att göra cellmembranen stabila. 
  • Magnesium hittas bland annat i klorofyllmolekylen. 
  • Järn behövs i mindre mängd än de övriga nu nämnda grundämnena. Järn deltar vid bildningen av klorofyll (utan att själv ingå) och förekommer i en del enzymer. 
  • Svavel ingår bland annat i proteiner.
     

Övriga grundämnen som träden behöver i mindre mängd är bland annat: 

  • Mangan, bor, zink och koppar. 

 

I ett ton torr ved finns:

I ett ton torr bark finns:

100-250 g Magnesium, Mg

600 g Magnesium, Mg

10 g Aluminium, Al

100 - 700 g Aluminium, Al

10- 40 g Kisel, Si

300 - 800 g Kisel, Si

40 – 80 g Fosfor, P

400 – 600 g Fosfor, P

>100 g Klorid, Cl-

100 - 200 g Klorid, Cl-

50 – 150 g Mangan, Mn

300 – 700 g Mangan, Mn

200 – 600 g Kalium, K

100 – 250 g Kalium, K

10 g Natrium, Na

10 - 40 g Natrium, Na

400 – 800 g Kalcium, Ca

4000 g Kalcium, Ca

2. Viktiga grundämnen och kemiska föreningar i skogsindustrin

Inom skogsindustrin används få rena grundämnen. På en del bruk bränns svavel till svaveldioxid. Denna förening kan användas för olika ändamål inom industrin, till exempel till att framställa kokvätska för sulfitmassatillverkning producera blekmedel.                                                  

Gasen syre, som finns i luften, är också ett grundämne. Den är nöd­vändig för att det skall kunna bli någon förbränning. Grundämnet syre (ozon och syrgas) utnyttjar man också när man bleker massa. Gasen syre består normalt av 2 syreatomer, O2 som bildar syremolekylen. Ozon är en speciell form av syre där molekylen består av 3 syreatomer, O3

Naturligtvis finns andra grundämnen på en massa- och pappersfabrik men de ingår inte i själva tillverkningsprocessen. Det kan vara till exempel järn, koppar och aluminium, men också den mer ovanliga och dyra metallen titan som används som konstruktionsmaterial.

Även om det sällan finns rena grundämnen i tillverkningsproces­sen, så är det ett antal som ingår i kombination med andra grund­ämnen i form av kemiska föreningar.

Inom sulfatindustrin är de viktigaste grundämnena i olika kemiska föreningar metallerna natrium och kalcium. Föreningar med natri­um ingår: 

  • i kokvätskan (vitluten)
  • i de smälta kemikalierna från sodapannan (smältan)
  • i den i vattenupplösta smältan (grönluten). 

I den avdelning i en massa- och pappersfabrik som kallas mixeriet skall grönluten omvandlas till vitlut (se avsnittet ”Oxidation och reduktion” där processen beskrivs). Det görs genom att sätta till kalciumföreningar. Kalcium­föreningarna förekommer i mixeriet i form av ”bränd- och släckt kalk” och kalksten (kallas även för ”mesa” i skogsindustrin). Bränd kalk har formeln CaO, släckt kalk Ca(OH)2 och kalksten CaCO3

Vid tillverkning av sulfitmassa kan det i koksyran ingå endera kalcium, magne­sium (vanligast) eller natrium.  

2.1 Översikt: metaller som är vanliga inom skogsindustrin
 

Natrium, Na. (alkalimetall)

Förekommer i många kemiska föreningar både i massafabriken och i pappersbruket.

Natriumhydroxid, NaOH finns i kokvätskan som kallas vitlut och används även vid blekning. Natriumhydroxid utnyttjas också vid pH-justeringar. Andra natriumföreningar är natriumkarbonat (soda), Na2CO3, natriumsulfid, Na2S, natriumvätekarbonat (bikarbonat), NaHCO3, natriumsulfit, Na2SO3 och natriumvätesulfit, NaHSO3

Kalcium, Ca. (jordalkalimetall)

Kalciumkarbonat (Mesa), CaCO3, bildas när grönlut omvandlas till vitlut. Mesa är kemiskt sett det samma som kalksten och det användsn också för att ersätta de förluster av kalci­um som uppstår i processen. En speciell, finfördelad form av kalk­sten kan användas som fyllmedel i papper. Osläckt och släckt kalk (kalciumoxid, CaO och kalciumhydroxid, Ca(OH)2) deltar i kemiska reaktioner i mixeriet. 

Övriga metaller

Vid papperstillverkning görs olika tillsatser till mälden (blandningen av pappersmassa och vatten) för att skapa önskade egenskaper hos produkten.

Alun (aluminiumsulfat, Al2(SO4)3) är ett sådant tillsatsämne där me­tallen aluminium ingår. Det är också möjligt att sätta fyllmedel till mälden för att göra papperet mindre genomskinligt eller bestryka papper för att få en jämnare yta. Två pigment som kan användas är talk (Mg3Si4O10(OH)2) som innehåller metallen magnesium, Mg, eller titandioxid, TiO2 som innehåller metallen titan, Ti. 

2.2 Översikt: ickemetaller som är vanliga i skogsindustrin 
 

Syre, O.

Syre heter oxygen på latin. Det ingår i luft till 20 %. Ren syrgas, O2, används vid blekning av massa liksom en speciell form av syre som kallas ozon, O3. Syre ingår i alla kemiska föreningar som slutar på -it och -at, i de flesta syror, i alla oxider och hydroxi­der. 

Svavel, S.

Svavel heter sulfur på latin och därifrån kommer orden sulfit och sulfat. Kemisk massaframställning bygger på vissa svavelföreningars förmåga att lösa ut lignin och frigöra fibrerna i veden. 

Kol, C

När det gäller ickemetaller så har vi också de grundämnen som byg­ger upp råvaran, veden. Alla som har eldat en brasa vet att veden inne­håller grundämnet kol, C. Vad som är svårare att se är att det också finns väte, H, och syre, O, i veden. Det är alltså bara tre grundäm­nen som naturen utnyttjat för att bygga upp en så invecklad orga­nism som ett träd; kol, väte och syre.

Glukos C6H12O6, en kolhydratmolekyl

 

I denna kemiska fabrik bildas kolhydrater, där koldioxid och
vatten med hjälp av ljusenergi bildar kolhydrater och syrgas
.
Foto: P. Lindgren

Kisel, Si

Föreningar som innehåller kisel, Si, använder man bl.a. i blekeriet.

Nartriumsilikat (”vattenglas”), Na2[SiO2(OH2)] · 4 H2O används vid blekning av pappersmassa tillsammans med väte­peroxid för att binda metalljoner. 

Klor

Förutom de grundämnen som redan nämnts, bör klor (Cl) också nämnas, där en klorförening som klordioxid, ClO2, ännu inte spelat ut sin roll i skogsindustrin. 

Texten kan också laddas ner här.

Ett samarbete mellan: