Kjemikunnskap avslutter Naturfag 2

Korte referat av foredrag og aktiviteter på kursdagene:

Nils Åge Frøystein

Kjemi – det sentrale faget

Kjemi grenser mot alle andre naturviskaplege fag. For eksempel er både geofaga og molekylærbiologien opptekne av molekyl og deira bindingar. OLED-skjermen er produsert gjennom kjemisk syntese. Også i dagleglivet og i media møter vi dei kjemiske omgrepa: CO2, polymerer, Omega 3, metta feitt… Det er viktig at befolkninga har kunnskap om kjemi, for å kunne følgje med og ta stilling til informasjonen. 

Kjemi blir ofte kopla til fårlege og kunstige stoff. Omgrep som ´kjemikalier’, ‘kjemiske stoff’ og ‘naturlege stoff’ blir brukt om kvarandre og i motsetnad til kvarandre. Kjemivitskapen skil ikkje mellom naturlege og kunstige stoff. Kjemien er læra om stoff i endring. Grunnstoffa, som først blei sett i system av Mendeljev, blir brotne frå kvarandre og går saman i nye bindingar. Om vi ser nærare på korleis grunnstoffa dannar molekyl, finn vi enkeltbindingar, dobbel- og trippelbindingar. Viadre kan molekyla ha ulik fysisk form, dei kan vere spegelbilete av kvarandre sjølv om molekyformelen er den same. Stoffa vil då ha ulike eigneskapar. 

Kjemien spelar ei avgjerande rolle innafor nærinsmiddel og medisin, og i arbeidet for eit berekraftig miljø. 

Kristine Spildo

Matnyttige emulsjoner

Emulsjoner er blanding av stoffer som ikke løser seg i hverandre. Vi vet at olje ikke løser seg i vann, men legger seg oppå som et lokk. Tilsvarende gjelder for vann og fett. Om vi ønsker å blande fett- og oljeløselige stoff, må vi ha teknikker og kunnskap. Grunnsprinsippet er at stoffet som skal løses, blir finfordelt i små dråper. Stoffet blir da revet ut av tilstanden med lavest mulig energi i bindingene, og blir ustabilt. En emulsjon vil derfor ikke være stabil over tid, men skille seg igjen om den får stå. De små dråpene finner sammen, og danner større og større enheter. For å bevare oppløsningen, kan vi tilsette en emulgator. Denne vil ha én side som er løselig i det ene stoffet, og én som løses i det andre. emulgatoren legger seg omkring dråpen, og hindrer kontakt med andre dråper av samme stoff, fordi den lager en buffer mot den stabile fasen, stoffet dråpen er oppløst i. Et nærliggende eksempel er majones, en matnyttig emulsjon vi kan prøve ut. 

Svein A.Mjøs

Hvordan finne nåla i høystakken? Moderne analytiske seperasjonsmetoder.

Kromatografi og massespektrometri er de viktigste verktøyene for å identifisere kjemiske stoff. 

Kromatografien baserer seg på stoffenes egenskaper. Et vanlig skoleforsøk viser prinsippet; tusj med forksjellig farge dras opp i et papirark, til en høyde som avgjøres av sammensetningen i fargen. Kromatografi er en separasjonsprosess, basert på diffusjon og fasefordeling. En blanding av stoffer trykkes gjennom en kolonne, med to faser, en fast og en i gassform. Molekylene bremses ulikt etter størrelsen, og blandingen blir derfor separert. Massespektrometri separerer ioniserte molekyl etter massen. Molekylene akselereres i et elektrisk felt.  Deretter lar man molekylene fly i et vakuumrør, og måler hvor lang flytiden er. Flytiden er kjent for alle molekyl, slik at de kan identifiseres etter databaser. Metoden kan identifisere stoff i uhyre små mengder, for eksempel sporstoffer av dopingmidler i blodprøver. 

I en verkstedssesjon fikk deltakerne på kurset være med på tre ulike spektrometri- og kromatogrfareingsteknikker.

Tanja Barth

Et kjemisk blikk på biodrivstoff

Det er krav til innblanding av biodrivstoff i vanlig diesel. Innblandingsprosenten skal økes. Man vil da ta i bruk avansert biodiesel, det vil si at den er utvunnet av biologisk materiale som ikke kan brukes til mat. Kvist fra skogbruk er ett eksempel, dyrkete alger eller hydrater et annet. Forskningen går nå ut på å finne effektive metoder for å omdanne det organiske materialet til drivstoff. Forskerne arbeider med metoder som etterligner dannelsen av råolje. Kjemisk sett er man ute etter de samme stoffene; lette hydrokarboner som metan eller etanol. Forskjellen er at molekylene i biodrivstoffet er dannet innenfor det raske karbonkretsløpet, der organisk materiale omdannes i biosfæren. Fossilt drivstoff henter karbon fra det langsomme kretsløpet, som omfatter dannelsen av råolje og går over millioner av år. Det fins flere metoder for å produsere biodiesel. En metode er å varme biomasse i supekristisk vann, og så oppgradere oljen som blir produsert. Forskere i Bergen arbeider med nye katalytiske prosesser for å utvinne hydrokarboner fra lignin. 

En labøvelse på kurset viset en delprosess i biodieselproduksjon, hydrogenering av olivenolje. 

Vidar R.Jensen

Bærekraftig energi og produksjon via katalyse.

Katalysatorere får kjemiske reaksjoner til å gå raskere, uten selv å bli brukt. Med katalyse bruker vi mindre energi på prosessene, målt i kJ per mol stoff. Katalyse inngår derfor i nesten all industriell kjemisk produksjon. Man jobber smartere, og oppfyller kravene til ‘grønn kjemi’. Det blir mindre avfall, det brukes mindre energi, og ressursene er fornybare. 

De grunnleggende prinsippene for katalyse:

  • Katalysatoren holder på rektantene, slik at de kommer nær hverandre
  • Reaktantene får reagere med hverandre
  • Katalysatoren slipper produktene ut, og er er klar for en ny runde

Det beste eksempelet på katalysatorer er enzymene i kroppen. 

Ofte er både katalysator og rektanter løst i en væske, men det kan også være slik at katalysatoren er et fast stoff, og reaktantene for eksempel er i gassform. 

Eksmepel på en biokatalyse er enzymkatalyse av N2, nitrogen. Det er en trippelbining mellom de de to N-atomene, og det tar svært mye energi å løse den. Katalytisk kan det skje ved hjelp av et MoFe-protein, som tar energi fra omdanningen av ATP til DAP (kroppens energiverk).Molybden-jern-forbindelsen (MoFe) binder ntirogen og hydrogen, og gir NH2.

Bengt Erik Haug

Marin prospektering, fra naturstoffer til legemidler

Det meste av biomassen finnes i havet. 8 av 10 legemidler er inspirert av naturen. Når vi skal lete etter nye virkestoffer, er det derfor naturlg å lete i havet. Organismer som lever i havet, har en unik kjemi – på grunn av livsbetingelsene. For eksempel må fastsittende organismer skille ut stoffer som kan skremme vekk fiender. Virkestoffene i medisin er nesten alltid organiske molekyl. Det er gjerne slik at man finner et virksomt stoff i en organisme, og kopierer det for bruk i for eksempel tabletter. Forskerne isolererer nå den virksomme gruppen i store molekyl, og kan dermed redusere kompleksiteten i det syntetiserte medisinmolekylet.

Norge har en strategi for å prospektere, identifisere og utnytte virkestoffer fra organismer i havet. Det er imidlertid et stykke frem til å etablere en nasjonal industri for legemiddelproduksjon. Det kreves enorme kapitalressurser, og god tid. Programmet BIOTEK 2021 viser likevel at det her kan ligge en ny næringsvei for Norge – siden vi både har forskere med god tid, og kapital til det langvarige utviklings- og testregimet frem til et ferdig godkjent legemiddel.

Videreutdanningskurset ble avsluttet med demonstrasjon av systemer for identifisering av kjemiske stoff i ørsmå mengder. 

Egil Nodland viste identifikasjon ved IR-varmestråling. Molekyler vibrere i et mønster, som vi kan bruke til å finne stoffets ‘fingeravtrykk’. 

Nils Åge Frøystein viste NMR-spektrometri, som baserer seg på sterke magnetfelt, slik som den mer kjente MR-tomografien i medisinsk diagnostikk. 

Bjarte Holmelid viste massespektrometri, som er forklart under foredraget til Svein Mjøs.