Fremstilling af carbamidcreme | Kemi B

Side 1

Rapport: Fremstilling af carbamidcreme Fag: Kemi B

HTX 2. år

[navn fjernet] og [navn fjernet],

1

Stoffernes opbygning:

Fremstilling af carbamidcreme.

Fremstilling af carbamidcreme

Formål forsøg 1: - At bestemme ingrediensernes polaritet

Formål forsøg 2: - At danne en holdbar emulsion, altså en creme.

Materialer, kemikalier og fremgangsmåde for henholdsvis forsøg 1 og 2:

Se øvelses vejledning.

Teoriafsnit:

Stoffers opbygning:

Atomerne er de mindste dele af grundstofferne. Ordet atom kommer fra det græske ord atomos, som betyder udelelig. Atomerne kan opfattes som nogle ufattelige små kugler, de største atomers

diameter er mindre end 1nm, som svarer til 10E^{-9} m = 0,000001mm. dvs. selvom stof mængden ikke

er særlig stor, indeholder den alligevel utallige atomer.

Et grundstof består kun af en slags atomer, derfor er der ligeså mange forskellige atomer som der er grundstoffer.

Atomet er opbygget af en kerne, og nogle skaller som omgiver selve atomet.

Kernen er den ”tunge” del af atomet og består af protoner og neutroner; protonerne(Z) er positivt

ladet + og neutronerne(N) er neutral ladet 0. Tilsammen kaldes de for nukleoner(A), dvs. N + Z = A

≈ nukleontallet.

Skallerne omkring atomet har forskellige navne, alt efter hvor mange elektroner de indeholder.

Følgende formel er udarbejdet til beregning af antallet af elektroner i skallerne:

2 * Skalnummeret^{2} = 2 * n^{2} = Det maksimale antal elektroner i skallen.

Skal nr. HTX 2. år

1 K 2

Side 2

Rapport: Fremstilling af carbamidcreme Fag: Kemi B

[navn fjernet] og [navn fjernet],

2

2 | L | 8
3 | M | 18
4 | N | 32

Atomer er ofte neutrale, dvs. der en ligevægt mellem elektroner og protoner. Ligevægten kan brydes af kemiske reaktioner. Hvis elektron tallet bliver forskelligt fra proton tallet, dannes en elektrisk ladet ion. F.eks. NaCl er et af de bedste eksempler på en kemisk reaktion. Natrium og Chlor laver en kemisk reaktion og derunder dannes de positive og negative ioner. Grunden til at de to bindingspar overlapper hinanden via. en kovalent binding er fordi alle atomer tilstræber, at få 8 elektroner i den yderste skal, Oktetreglen.

Oktetreglen eller ædelgasreglen som den også hedder, har i fået en smagsprøve på ovenfor.

Selve princippet i oktetreglen er at alle grundstoffer prøver, at skaffe sig 8 elektroner i den yderste skal, valenskallen, for at ligne ædelgasserne. Med undtagelse af Helium (He), som der kun har 2 elektroner.

Atomerne fra hovedgrupperne har derfor en tilbøjelighed til, at enten afgive eller optage elektroner, så de får en elektronstruktur der lig med ædelgasserne. Grunden til at der er så stor en ”efterspørgsel” på at minde om ædelgasser, er fordi selve strukturen er særlig stabil og energi niveauet for atomerne er minimale.

Ædelgasreglen = Oktetreglen:

Kemiske forbindelser, hvor atomerne har ædelgas struktur i yderste skal, er meget stabile.

Atomerne forekommer meget sjældent enkeltvis, normalt er de knyttet sammen i et molekyle.

F.eks. N, O, H O osv.

2 2 2

Molekyler består af atomer og dannes når atomer af ikke-metaller bindes sammen.

Bindingerne dannes ved at de yderste elektronskaller overlapper hinanden således, at atomerne får et (eller flere) fælles elektronpar, og det sker ved at lave en kovalent binding for, at atomerne i molekylet opfylder ædelgasreglen.

Et molekyle er den mindste del af et stof, der kan eksisterer frit.

Side 3

Rapport: Fremstilling af carbamidcreme Fag: Kemi B

[navn fjernet] og [navn fjernet],

3

Periodisk system:

Det periodiske system er det system der indeksere alle grundstoffer ud fra deres elektronstruktur og kemiske egenskaber. De vandrette rækker kaldes perioder, der er 7 perioder og de angiver hvor mange skaller de forskellige grundstoffer har i alt.

De lodrette søjler kaldes for hovedgrupper, der er 8. De angiver hvor mange elektroner der er i valensskallen.

De øvrige grupper i det periodiske system kaldes side- og undergrupper. De har numre fra 1a – 8a.

Grundstofferne i undergruppen 1a har ligheder med dem fra 1. Hovedgruppe, det samme gælder for

2a-7a. Men 8a gruppen ligner ikke på nogen måder dem fra 8. Hovedgruppe.

1. hovedgruppe, alkalimetallerne:

Grundstofferne i 1. hovedgruppe har alle en elektron i yderste skal. Hydrogen er placeret i

1.hovedgruppe, fordi den indeholder en elektron det er det eneste den har tilfældes med de andre i denne hovedgruppe. De andre grundstoffer kaldes alkalimetaller og har let ved at afgive den yderste elektron og dermed danne positive ioner. Sker dette vil resten af atomet have samme antal og fordeling af elektroner som en ædelgas og dermed opfylde oktetreglen.

2, 3, 4, 5 og 6. hovedgruppe.

Grundstofferne i 2, 3, 4, 5 og 6. hovedgruppe har henholdsvis 2, 3, 4, 5 eller 6 elektroner i yderste skal. Antallet af elektroner i de inderste skaller er fordelt ligesom i ædelgasserne.

Grundstofferne i 2. hovedgruppe kan opfylde oktetreglen ved at afgive to elektroner og derved danne dobbelt ladede positive ioner.

Grundstofatomerne i 3. hovedgruppe kan opfylde oktetreglen ved at afgive tre elektroner og derved danne tredobbelt ladede positive ioner.

Grundstofatomerne i 5. og 6. hovedgruppe kan opfylde oktetreglen ved at optage henholdsvis 3 og 2 elektroner. Atomerne danner tredobbelt- og dobbelt ladede negative ioner.

7. hovedgruppe:

Grundstofferne i 7. hovedgruppe har alle én elektron mindre end den efterfølgende ædelgas og derfor kun 7 elektroner i yderste skal. Elektronerne i de inderste skaller er fordelt lige som i ædelgasserne. Grundstofferne i denne gruppe kaldes halogener, det betyder saltdannere.

Side 4

Rapport: Fremstilling af carbamidcreme Fag: Kemi B

[navn fjernet] og [navn fjernet],

4

Stofferne i denne hovedgruppe kan opfylde oktetreglen ved at optage en elektron og derved danne en negativt ladet ion.

8. hovedgruppe:

Grundstofferne i 8. hovedgruppe kaldes for de inaktive luftarter eller ædelgasser.

Ved stuetemperatur er de gasser, og disse atomer gider ikke at danne forbindelser med andre stoffer.

Bortset fra helium har ædelgasserne 8 elektroner i yderste skal, og denne elektronfordeling giver et særligt stabilt atom. Helium er helt specielt, fordi den kun har 2 elektroner. Den har nogenlunde de samme egenskaber som de andre ædelgasser, derfor er den blevet placeret i samme hovedgruppe.

Metaller og ikke metaller:

Her ses en afbildning af skildringen mellem metaller og ikke metaller.

H He

Li Be B C N O F Ne

Na Mg Al Si P S Cl Ar

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe

Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg TI Pb Bi Po At Rn

Fr Ra Ac Rf Db Jl Bh Hn Mt

Metallers egenskaber:

Fysiske:

• God varmeleder

• God elektriskleder

• Metal glans

Kemiske:

• Oxidations egenskaber

• Reagerer med ikke-metaller i form af ionbindinger

• Danner salte

• Delvist opløselige i diverse syrer

Gråfarve = metaller
Ingen farve = ikke metaller

Side 5

Rapport: Fremstilling af carbamidcreme Fag: Kemi B

[navn fjernet] og [navn fjernet],

5

• Danner positive ioner

• Har typisk 1 eller 2 (evt. 3 eller 4) i yderste skal

Ion- og kovalentbinding:

En ionbinding er når positive og negative ioner tiltrækker hinanden og det bevirker at ionerne bindes sammen. Ionforbindelser sker mellem et metal og et ikke metal og det vil altid være et salt.

Metallet danner en positiv ion mens ikke-metallet danner en negativ ion. Ionforbindelserne er opbygget meget systematisk i iongitre, derfor er bindingerne utrolig stærke.

Mellem to ikke-metaller kan der dannes en anden slags bindinger, som kaldes for kovalente bindinger eller elektronpar bindinger. Bindingen fremkommer ved, at to atomer laver et fælles elektronpar. Hvert atom bidrager med en elektron, og elektronerne indgår i begge atomers elektronstruktur. Grunden til at de deler elektronerne skyldes, at alle atomerne tilstræber at opfylde oktetreglen. Og når de deler et elektronpar får de begge en elektron mere og har 8 elektroner i yderste skal.

Orbitaler:

Orbitaler er en salgs ”baner” rundt om atomets kerne. Orbitalerne angiver hvor det er mest sandsynligt elektronerne befinder sig, men det kunne sagtens ske, at elektronerne var et andet sted i kortere tid. Der findes fire slags orbitaler, s, p, d og f.

                                                   -
s-orbitalen er kugleformet og har kun 1 orbital med plads til 2 e

. p-orbitalen er formet som et otte

                                                                              -
tal i 3D fordi orbitalerne står vinkelret på hinanden. Den har 3 orbitaler, som hver har plads til 2 e ,

dvs. at den maksimalt kan rumme 6 e^{-}.

                                          -                              -
d-orbitalen har 5 orbitaler, som hver har plads til 2 e , dvs. at den maksimalt indeholde 10 e i hver

                                              -                               -
skal. f-orbitalen har 7 orbitaler, som hver har plads til 2 e , dvs. at den maksimalt kan rumme 14 e i

hver skal.

Alle atomer tilstræber at have deres p-orbitaler fyldte, fordi det skaber en intermolekylær balance mellem tiltrækningskræfterne, mange ville nok tro det var s-orbitaler fordi deres energiniveau er lavere. Men grunden til det ikke er s-orbitalerne skyldes at de ikke skaber den samme Tetraedre lignende form, der gør at atomet ikke 'slingrer' så meget når elektronerne bevæger sig.

                                                          1
4s fyldes før 3d og det er fordi energi niveauet for 4s er lavere end for 3d .

1

Se vedlagt bilag, 7,3 atomernes elektronstruktur s.119, fig. 7,6

Side 6

Rapport: Fremstilling af carbamidcreme Fag: Kemi B

[navn fjernet] og [navn fjernet],

6

Stoffer som ligner hinanden kan opløses i hinanden:

Upolære stoffer kan opløses i upolære opløsningsmidler.

Polære stoffer kan opløses i polære opløsningsmidler

Eksempel på orbitalernes fordeling:

Grundstof nr. 27, Co (cobalt)

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d = 27 elektroner

Polaritet:

Polaritet kan defineres som en modsathed mellem to poler.

De to poler kaldes for polære og upolære. Hvis et molekyle er polært skyldes det at den har en elektrisk dipol. Dvs. at elektronegativitets forskellen i mellem atomerne er store og derved dannes

der en positiv og en negativ pol, betegnelsen for polerne er: δ+ og δ-.

Elektronegativitet er et tal som angiver et grundstofs tendens til at fastholde eller optage elektroner.

Jo større elektronegativitet, desto større er denne tendens.

Hvis et molekyle indeholder flere polære bindinger end en, bliver forholdene mere komplicerede.

De fleste molekyler bliver polære, men i nogle tilfælde bliver molekylet ikke en dipol, selv om alle bindinger er polære, og molekylet bliver derfor upolært.

Det er ikke kun elektronegativiteten man kan bruge til at teste et molekyles polaritet, selve dets symmetriske opbygning, har også en stor indflydelse på om stoffet er polært eller upolært. Hvis et molekyle er symmetrisk opbygget er det upolært fordi så har det ikke længere en elektrisk dipol; f.eks. Carbondioxid, CO. Det indeholder polære kovalente bindinger med en elektronegativitets

2

forskel på 1, men det er symmetrisk opbygget. C=O=C, molekylet er lineært og har en
bindingsvinkel = 180^{◦}

H 0 er et godt eksempel på et stærkt polært molekyle, fordi elektronegativitets forskellen mellem H

2 og O er forholdsvis stor, og det bevirker at vandmolekylet får en positiv og en negativ pol. Grunden til at det er stærkt polært skyldes den store elektronegativitetsforskel og den lave bindingsvinkel.

Side 7

Rapport: Fremstilling af carbamidcreme Fag: Kemi B

[navn fjernet] og [navn fjernet],

7

Følgende model kan bruges til at finde ud af hvilke bindinger de forskellige stoffer har:

Emulgator:

En emulgator består af en lang lipofil carbonhydridkæde, i den anden ende findes en hydrofil gruppe, som er en ion. Den lipofile ende binder alle upolære molekyler sammen, mens den hydrofile ende binder alle polære molekyler sammen, og i dette tilfælde skaber den en emulsion i mellem olie og vand. Herved dannes en sammenhængende creme, i stedet for en creme med to faser.

Emulgatorer bliver flittigt brugt i husholdningsbranchen, da den Lipofile ende går ind og opløser fedtet, f.eks. hvis man har en fedt plet på sin sofa, så kan den fjernes med en emulgator.

Hudensopbygning:

Huden er opbygget af 3 lag. Overhuden, læderhuden og underhuden.

Overhuden er opbygget af mange lag pladeformede celler, de fleste af cellerne er døde, men nederst i overhuden findes levende celler der kan dele sig. Udsættes huden for slid reagerer cellerne ved at dele sig hurtigere, der dannes derved hård hud. De døde celler er fyldt med et hornstof der gør dem vandtætte, så mindskes tabet af væske huden og der opsuges heller ikke væske hvis man er ude og bade. De døde celler behøver ikke nogen blodforsyning, derfor kan man tåle slag og skrammer uden blødninger.

Læderhuden er opbygget af et sejt, fast bindevæv. Det seje bindevæv gør at huden kan tåle stød og slag og at den kan bøje sig, eksempelvis ved leddene. I læderhuden findes mange blodkar og sanseceller. Hårsækkene ligger i læderhuden. I hårsækkene findes små kirtler der danner fedt, fedtet kommer ud på overhuden og smører den, så den holder sig smidig. Samtidig er den hydrofobisk.

Fedtsyren i fedtet gør hudens overflade syreholdig, dette hæmmer bakteriers vækst.

∆e<0,3 Ren kovalent

0,3<∆e<1,7 Polær kovalent

1,7<∆e Ionbinding

Elektronegativitetsforskel

Side 8

Rapport: Fremstilling af carbamidcreme Fag: Kemi B

[navn fjernet] og [navn fjernet],

8

H H H H

H C C C C Upolær C Polær

H H H H OH

O

Underhuden består af løst bindevæv, i cellerne kan der lagres fedt. Desuden findes der vand i underhuden, på den måde virker huden både som et vand og fedt depot. I underhuden er der ikke så mange blodkar.

Fugtighedscreme:

Formålet med brugen af en fugtighedscreme er at sørge for at huden forbliver blød og fugtig.

Derudover bruges cremen til at mindske muligheden for sprukken og tør hud. Cremen går ind og erstatter vandtabet i huden, så vand balancen bliver opretholdt og huden fortsat forbliver fugtig.

Der anvendes både vand i olie og olie i vand emulsioner som basis.

Resultater:

Cremen var flydende, gullig og havde en duft af mint.

Polaritetsskema, se øvelsesvejledning.

Diskussion:

1. Hvis stoffet blev opløst af hexan påviste det at stoffet var upolært. Derimod hvis stoffet blev opløst i vand fortalte det, at stoffet var polært. Inddrag elektronegativitet, se teoriafsnit.

2. Vaseline kan opløses i hexan, da det er et rent carbonhydrid og derfor er det upolært.

Propylenglycol kan opløses i vand pga. OH- grupperne ”ødelægger” symmetrien i det ellers upolære molekyle.

3. C H COOH

17 35

Carbonhydrid-enden er upolær grundet den er symmetrisk opbygget og elektronegativitets forskellen er ikke særlig stor. Derimod er COOH-enden polær pga. den er usymmetrisk opbygget og elektronegativitets forskellen er meget stor.

4. Cremen er en olie i vand emulsion, da mængden af vandet er langt større end mængden af olie og det kan bevises ved, at tilsætte cremen vand. Hvis cremen bliver tyndere er det en olie i vand emulsion, og omvendt er det en vand i olie emulsion.

Side 9

Rapport: Fremstilling af carbamidcreme Fag: Kemi B

[navn fjernet] og [navn fjernet],

9

5. Emulgatoren kan med sin upolære ende binde de lipofile stoffer. Omvendt kan den med sin polære ende binde de lipofobe stoffer. Herved dannes en sammenhængende creme, i stedet for en med to faser

6. For at vores emulsion kan virke, skal emulgatoren binde stofferne sammen fra to faser til en, det

gør den åbenbart bedst omkring 75^{◦}. Højere eller lavere temperaturer kan medføre, at

emulsionen brydes.

7.

Carbamid: binder vandet.

Lanolin: Giver konsistens og fugt til huden, grundet stort fedtindhold

Stearinsyre: Danner efter reaktion med triethanolamin(TEA), en emulgator.

Vaseline: Giver fugt og konsistens.

Paraffinolie: Giver konsistens.

Propylenglycol: Holder på fugtigheden og blodgøre huden

TEA: Se stearinsyre

Andre ingredienser:

Farvestof, konserveringsmiddel, duft og kokosolie.

Konklusion og fejlkilder:

Grunden til at vores creme ikke fik den rigtige konsistens skyldes måske at mængden af vand var for stor og derved blev emulsionen brudt. Det kunne også godt have noget at gøre med, at vi blandede kokosolie og stearinsyre med hinanden, fordi der ikke var nok af stearin syren.

Jeg synes der har været meget lærerigt at arbejde med stoffernes opbygning, fordi vi har gået meget mere i dybden i forhold til kemi C, hvor at undervisningen var meget overfladisk. Derudover har jeg fået opfrisket meget af det gamle stof.