Glæd dig til dette nye tema er klar! Materialet er under udarbejdelse og lægges løbende ud i løbet af efteråret, når det er klart.
Glæd dig til dette nye tema er klar! Materialet er under udarbejdelse og lægges løbende ud i løbet af efteråret, når det er klart.
1 Er der kemi i luften?
Ja, for alt er kemi! Men vi kender ikke al kemi – langt fra! Og al kemi, vi kender, forstår vi ikke det hele af! Så der findes stadig en masse kemiske gåder, som vi som mennesker endnu ikke har løst. Måske bliver du en af dem, der hjælper med at løse nogle af de kemiske gåder. I dette tema møder du en af gåderne. Og du møder nogle forskere, der forsøger at løse dele af den. Prøv at kigge op! Atmosfæren er en stor samling af molekyler og partikler, som reagerer med hinanden og sollyset, og vi ved stadig meget lidt om disse kemiske reaktioner. Men ved at blive klogere på helt grundlæggende atmosfærekemi, kan vi også blive klogere på, hvordan vi kan modvirke eller løse nogle af de store klimaudfordringer, vi står overfor.
2 Atmosfærens kemiske sammensætning
I figur 1 kan du se et udvalg af, hvilke gasser der findes i atmosfæren, og i hvilke koncentrationer.
Nogle af gasserne er reagerer nærmest ikke eller slet ikke pga. deres stabile elektronstruktur, andre reagerer lettere. Nogle af gasserne har flere roller afhængig af de omgivelser, de befinder sig i. Nedenfor kan du læse mere om udvalgte gasser i atmosfæren, hvor du blandt andet lærer om deres opbygning og elektronstruktur. Her vil du også møde nogle drivgasser, som ikke er med i figur 1.
Navn:
Carbondioxid eller kuldioxid er navnet, du bruger i kemi. I gamle dage kaldte man det kultveilte (’tve’ og ’di’ refererer begge til de to oxygenatomer).
Bindingstyper:
Elektronparbindinger, også kaldet kovalente bindinger, holder atomerne sammen.
Hvert oxygenatom er bundet til det centrale carbonatom med dobbeltbindinger. I figur 2 ses det i elektronprikformlen, at hvert oxygenatom deler 4 elektroner med carbonatomet, og da der netop skal to elektroner til for at danne en binding, svarer det til en dobbeltbinding.
Opbygning:
Molekylet er lineært, hvilket betyder, at alle tre atomers centrum ligger på en ret linje. Herudover er molekylet symmetrisk (se figur 3) og dermed upolært, selvom begge dobbeltbindinger hver især er polære. Det bliver tydeligt, når forskellen i elektronegativitet beregnes:
EN(C) = 2,5
EN(O) = 3,5
ΔEN = 1,0
Fra beregningen kan det konkluderes, at dobbeltbindingerne hver især mellem carbon- og oxygenatomerne er polære.
Fysiske egenskaber:
I figur 4 ses forskellige fysiske egenskaber for carbondioxid. Da carbondioxid sublimerer, dvs. fordamper fra fast form direkte til gas uden at være på flydende form, har stoffet ikke et smeltepunkt ved normalt tryk (1 atm.). Koncentrationen af carbondioxid i atmosfæren har været målt i mange år, og her kan du se, hvordan den er steget gennem de sidste cirka 60 år. I år 2000 var koncentrationen af CO₂ i atmosfæren fx 369,71 ppm (parts per million). Opløseligheden af CO₂ i vand afhænger blandt andet af vandets temperatur.
Fun facts:
Når carbondioxid er på fast form, kaldes det for tøris. Dette hænger sammen med, at carbondioxid ikke smelter og bliver ’vådt’ ligesom is bliver til vand, før det fordamper. I stedet for sublimerer det. Da det samme antal molekyler på gasform fylder væsentlig mere end på fast form, kan man lave en mekanisk eksplosion, som du kan se Peter Hald, sikkerhedsleder på Institut for Kemi, AU, udføre her:
Tøris har mange funktioner ifølge et firma, der sælger det:
3 Atmosfærens betydning for klimaet
Carbondioxiden i atmosfæren er blot en af flere gasser i atmosfæren, og det er en af dem, der er meget lidt af.
a. Hvis du sammenligner koncentrationen af carbondioxid i figur 1 og 4, er de to tal forskellige. Prøv at finde information i figurerne, figurteksterne og teksten omkring figurerne for at finde en forklaring på dette.
b. Brug dette link til at undersøge variationen af CO₂-koncentrationen over tid. Hvad kan du sige helt generelt?
c. Er CO₂-koncentrationen i figur 1 angivet korrekt, hvis du kigger på linket? Hvad kan du aflæse den til?
d. Prøv at give et bud på, hvad forklaringen kan være.
Der er desværre ingen tvivl om, at CO₂-koncentrationen i atmosfæren stiger, og at det skyldes os mennesker. Men før du kan læse om, hvorfor det resulterer i drivhuseffekten og øger den globale opvarmning, skal du vide, hvor carbondioxiden i atmosfæren kommer fra. Og den kommer både af naturlige årsager og som resultat af menneskelig aktivitet.
Du skal starte med at se en kort film. Den forklarer, hvorfor carbondioxid er en ressource, som danner grundlaget for alt liv, og som vi derfor ikke kan undvære. Se filmen her.
I fotosyntesen, som sker i planternes grønkorn (se figur 6), sker følgende reaktion:
6 CO2(g) + 6 H2O(l) → C6H12O6(aq) + 6 O2(aq)
(1)
Her lagres energi fra solens stråler i organiske forbindelser, der alle stammer fra carbondioxid i atmosfæren. Når de organiske forbindelser nedbrydes igen i cellernes mitokondrier (se figur 6), sker respirationsreaktionen:
C6H12O6(aq) + 6 O2(aq) → 6 CO2(aq) + 6 H2O(l)
(2)
Kig grundigt på reaktion (1) og (2). Kan du gennemskue sammenhængen mellem de to reaktioner og argumentere for, at der er tale om cirkulær kemi? Du kan inddrage figur 6 i din argumentation.
I faktaboksen, ’Redox i din hverdag’, kan du læse mere om fotosyntesen og respirationen, som er eksempler på redoxreaktioner.
Systemet bestående af fotosyntesen og respirationen i figur 6 er altså en naturlig cyklus, hvor carbondioxid omdannes til organiske stoffer og frigives igen til luften, når de organiske stoffer forbrændes som mad i vores maver eller når de nedbrydes af fx bakterier og svampe. Du kan se en kort, opsummerende film om denne del af den naturlige udledning af carbondioxid. Systemet er en del af kulstofkredsløbet, som du kan læse mere om senere.
Der er andre naturlige processer, hvor carbondioxid frigives til atmosfæren. Vulkanudbrud er et eksempel herpå, der udleder enorme mængder af carbondioxid og andre gasser som fx svovldioxid. Også naturbrande udleder carbondioxid lige så vel som vådområder, hvor en langsom forrådnelse af gamle træer og andre organiske materialer sker. Her udledes desuden også større mængder af drivhusgassen, methan. I havet er der også bundet en del carbondioxid, men opløseligheden af gassen i vand falder, jo varmere der bliver.
Og så nærmer vi os den menneskelige indflydelse på koncentrationen af carbondioxid i atmosfæren. For med global opvarmning pga. drivhuseffekten (se faktaboksen, ’Drivhuseffekten resulterer i global opvarmning’ nedenfor) stiger temperaturen i havet, og der frigives carbondioxid. Opvarmningen resulterer også i, at store områder, hvor der naturligt har været permafrost (dvs. jorden frossen hele året), tør, og så sker der en enorm omsætning af dødt, organisk materiale. Dette forårsager også en stor udledning af carbondioxid og methan. Så menneskelig aktivitet påvirker klodens temperatur og speeder de naturlige processer yderligere op.
I fotosyntesen omdannes solens energi til kemisk energi, som lagres i molekylet ATP (adenosintriphosphat) og i andre organiske forbindelser. I denne proces bruges atmosfærens carbondioxid (se figur 6), men så snart det organiske materiale forbrændes, frigives carbondioxiden igen sammen med energien.
Nu skal du selv på arbejde! Du skal i opgave 3 undersøge forskellige eksempler på menneskeskabt CO₂-udledning.
Du skal vælge mindst to af nedenstående eksempler på menneskeskabt udledning af carbondioxid. Du skal søge baggrundsinformation på nettet om eksemplerne og finde mindst 3 eksempler på kemiske reaktioner, der viser, at der udledes CO₂.
a. Forbrænding af fossile brændstoffer
b. Industriproduktion som fx cementfremstilling
c. Skovrydning
d. Landbrug som fx dræning af vådområder eller fremstilling/brug af kunstgødning
e. Affaldsforbrænding
Skriv til sidst en halv side om menneskeskabt udledning af carbondioxid, som kunne indsættes efter denne opgave og udgøre en del af dette undervisningsmateriale.
Umiddelbart kunne det lyde som om, der ikke sker en stigning i CO₂-koncentrationen, da den CO₂, der bruges i fotosyntesen, frigives igen i alle de mange processer og eksempler ovenfor. Men så simpelt er det ikke, for der er en faktor mere, som du skal tage i betragtning, og det er tid! Hvor lang tid tager det fx at danne fossile brændstoffer i forhold til hvor hurtigt, det kan brændes af? Først skal du afprøve, hvor hurtigt, du kan afbrænde lightergas, som er et eksempel på et organisk materiale, der stammer fra fossile brændstoffer. Det gør du i ’Forsøg 1: Gaskanonen’. Bagefter kan du læse mere om bl.a. dannelsen af fossile brændstoffer i næste afsnit om kulstofkredsløbet.
Du skal bygge en gaskanon. Se hvor hurtigt, man kan afbrænde fossile brændstoffer og se, at der kommer energi ud af det.
Se øvelsesvejledningen her.
Kulstofkredsløbet er et kredsløb, der beskriver, hvordan carbon cirkulerer rundt gennem forskellige kulstofforbindelser på vores planet. Det kan blive meget komplekst at forstå alle dele af det, så i stedet for møder du en forenklet udgave, da du kun skal have et overblik over det.
Hvis du ikke har set den korte film om den naturlige udledning af carbondioxid, er det en god ide at se den, før du dykker ned i kulstofkredsløbet. Du kan se filmen her.
For at forskere kan arbejde på at finde metoder til at fjerne carbondioxid fra atmosfæren, er de nødt til at forstå kulstofkredsløbet, som du kan se en oversigt over i figur 7. Øverst i figuren er carbondioxidmolekyler i atmosfæren vist. Disse fanges og bindes i organiske forbindelser gennem planternes fotosyntese. Gennem planters og dyrs respiration af de organiske stoffer frigives carbondioxiden igen (se figur 6 og 7):
Organisk stof + O2(g) → CO2(g) + H2O(l) + energi
(3)
Energien fra respirationen kan enten være en omdannelse af kemisk energi i det organiske stof til ren varmeenergi eller til en blanding af kemisk energi i andre kemiske forbindelser og varmeenergi.
Carbondioxid er opløseligt i vand, så der vil altid være opløst carbondioxid i havet og i søer. Her reagerer det med vand og danner forbindelsen hydrogencarbonat (HCO3–), som vandplanter (alger og planteplankton) optager og bruger i deres fotosyntese. Når vandplanterne respirerer, udskiller de også CO₂. Når planteplankton spises af muslinger, der filtrerer vandet, og disse spises af fx krabber, vokser dyrene i størrelse og indeholder dermed mere kulstof. Når dyr og planter dør, vil bakterier og andre nedbrydere respirere og omdanne kulstoffet til carbondioxid. Dette kræver, at der er dioxygen til stede, og er der ikke nok af dette, vil det døde, organiske materiale samle sig og med tiden synke ned i undergrunden, hvor det under højt tryk og temperatur kan omdannes til de fossile brændstoffer gas, kul og olie.
Fotosyntesen og respirationen er to relativt hurtige processer, hvor fx nogle af de ældre træer i Danmark som bøg og eg kan blive hhv. 300 og 1000 år gamle, mens græs vokser hen over sommeren. Når du klipper græsset, nedbrydes det afklippede græs temmelig hurtigt og forsvinder ofte inden du klipper det næste gang, mens et dødt egetræ tager mange år om at blive nedbrudt til CO₂. Nok kan 100 år virke som lang tid, men det er ingenting sammenlignet med omdannelsen til fossile brændstoffer, der tager millioner af år. Omvendt tager det ikke lang tid at udgrave kul eller pumpe olie og gas op fra undergrunden og brænde det af. Du kan se denne korte video om dannelsen af kul, og denne video om dannelsen af olie.
Du skal nu prøve at regne på omdannelsen af dieselolie til carbondioxid og vand.
Et eksempel på en organisk forbindelse i dieselolie kunne være C12H23. Når den afbrændes, sker følgende reaktion:
| C12H23 + O2 → CO2 + H2O | (4) |
a. Først skal du give et bud på tilstandsformer for alle stofferne. Herefter må du gerne prøve at undersøge det nærmere på nettet. Hint: Hvordan vil du normalt beskrive olie?
b. Afstem reaktionsskemaet.
c. Hvis du afbrænder 1 kg dieselolie, hvor meget carbondioxid producerer du?
Flybrændstof består af en blanding af mange organiske stoffer baseret på fossile brændstoffer. Der vil derfor være mange forskellige reaktionsskemaer og ikke kun ét som i opgave 5, og derfor er det svært at lave en nøjagtig beregning på, hvor meget CO₂, du ville udlede, hvis du fx fløj fra Europa til Nordamerika. Men der er alligevel lavet forskellige overslag på det. Her er der lavet en sammenligning af to forskellige flytyper, hvor man beregner udledningen af CO₂ per person og bagefter estimerer, hvor meget ekstra der kommer oveni, når man også tager i betragtning, at olien skal pumpes op fra jorden, den skal transporteres, den skal forbi et olieraffinaderi og omdannes, flyet skal produceres og vedligeholdes, piloter og folk i lufthavnen skal ansættes, lufthavnen skal bygges, vedligeholdes, opvarmes osv.
a. Læs beregning nr. 1 (”Basis 1 for calculation”). Du må gerne bruge google translate.
b. Hvor meget CO₂ udleder de to typer af fly i timen per passager?
c. Hvad bliver den samlede CO₂-udledning per passager per time, når alt tages med i betragtning?
d. Kan du gennemskue, om der er nogle usikkerheder i antagelserne, der ligger til grund for beregningerne?
ChatGPTs strømforbrug, vedligehold og drift af servere og nedkøling resulterer i en CO₂-udledning per måned, der svarer til 260 transatlantiske flyvninger, når man ikke medregner de ekstra udgifter med at pumpe olien op m.m.?
Den enkelte søgning på ChatGPT giver en CO₂-udledning på 1,59 g per side, men fordi der er virkelig mange mennesker, der bruger platformen, resulterer det i så høj CO₂-udledning. Det skyldes blandt andet, at der skal bruges strøm til at holde de store datacentre i gang, der gemmer og behandler billeder, videoer og beskeder. Og de skal også køles ned. Men der er faktisk andre velkendte platforme, der af samme årsager har en høj CO₂-udledning, som du kan se i figur 8.
Diskutér i grupper, hvor meget tid I bruger på de forskellige sociale medier per dag, og lav et overslag over, hvor meget CO₂ I tilsammen har udledt den seneste uge.
Det er rigtig godt, at du og andre bliver bevidste om jeres påvirkning af klimaet. Klimaaftrykket fra dit individuelle SoMe-forbrug er relativt lille sammenlignet med udledning af carbondioxid fra transportsektoren, tøjforbrug og fødevareproduktion. Herudover er der heldigvis mange tech-virksomheder, der investerer i vedvarende energi og energieffektive datacentre.
Nu ved du mere om, hvor carbondioxiden i atmosfæren kommer fra, og at en del skyldes menneskelige aktiviteter. Men hvad er problemet med, at koncentrationen stiger? Det kan du læse mere om i faktaboksen ’Drivhuseffekten’.
Drivhuseffekten resulterer i global opvarmning
Solens stråler består af en blanding af alle de farver af lys, som du kan se, og også ultraviolet lys, røntgenstråler, gammastråler, infrarøde stråler, mikrobølger og radiobølger (se figur 9), der tilsammen udgør det elektromagnetiske spektrum.
Du kan lære meget mere om bølger i fysik, men også kemikere gør brug næsten hele det elektromagnetiske spektrum, som er vist i figur 9, til at undersøge molekyler. For at forstå drivhuseffekten er det tilstrækkeligt at vide, at jo større bølgelængden er (afstanden fra bølgetop til bølgetop), jo lavere energi har strålingen.
Når solens stråler rammer jordens atmosfære og især skyerne, vil en del af dem reflekteres og stråle tilbage ud i rummet (se figur 10). Hvis de rammer lyse områder på jordens overflade som fx sne og is, reflekteres sollyset også. Dette kaldes for albedoeffekten. Albedo er et mål for, hvor meget en overflade kan reflektere lys og dermed også den tilhørende energi. Forskellen mellem hvor varmt, det er at have en hvid eller sort t-shirt på i solen en varm sommerdag, kender du sikkert allerede. Dette skyldes albedoeffekten. Du kan se mere om albedoeffekten her.
Det er især de kortbølgede, energirige stråler fra solen, der trænger igennem atmosfæren og rammer jordens overflade. Afhængigt af farven på den overflade, som strålerne rammer, som altså styres af albedoeffekten, bliver overfladen mere eller mindre varm. Der overføres altså energi fra de kortbølgede stråler til jordens overflade, som omdannes til varmeenergi, der har en længere bølgelængde. Herefter udsender overfladen varmestråling tilbage mod rummet, og den er i det infrarøde område, og dermed har strålingen lavere energi, og bølgelængden er større (se figur 9 ovenfor).
Den langbølgede varmestråling har en bølgelængde, der passer præcist til, at nogle af atmosfærens gasser absorberer den. Disse gasser er drivhusgasserne, som er vist i figur 11, og de fleste af disse forekommer naturligt i atmosfæren. Drivhusgasserne sender herefter nogle af strålerne ud i rummet og andre tilbage mod jordoverfladen. Det er faktisk ret heldigt, for uden drivhusgasser ville jordens overfladetemperatur være ca. -19° C, mens den nu er ca. 15° C.
Men nu opstår problemet. Jo højere koncentrationen af drivhusgasser er, jo sværere er det for varmestrålingen fra jordoverfladen at passere forbi og videre ud i rummet. Og som du måske lagde mærke til i opgave 1, så er koncentrationen af drivhusgassen carbondioxid i atmosfæren stigende, og dermed er jordens gennemsnitstemperatur også stigende. Vi er godt i gang med den globale opvarmning. Du kan her se en kort video, der opsummerer drivhuseffekten og konsekvensen heraf.
Når du hører om klimaet både i dette tema og i andre sammenhænge, støder du ofte på forskellige klimabegreber. I figur 12 kan du se en alfabetisk oversigt over de mest almindelige klimabegreber.
© 2025 Alt er kemi – CVR 3119103 – Designet af Auxo.dk