päivän kuva

Kemiallinen joulukalenteri 13/24: Lucia muistuttaa D-vitamiinista

Ti, 12/13/2016 - 06:57 By Jarmo Korteniemi
Lucia-juhlaa ruotsalaisessa koulussa. Kuva: Claudia Gründer / Wikipedia

Lucian päivä kurottaa juurensa moneen juhlaan: Siinä muistetaan pakana-aikojen talvipäivänseisausta, Lussi(n)yön noitien ja yliluonnollisten olioiden mekastusta, sekä marttyyrinä vuonna 304 kuollutta sisilialaista Luciaa.

Päivän kuvaMutta ennen kaikkea Lucian päivä on nykyisin valon juhla. Valkoisiin pukeutuneet neidot kantavat kynttilöitä valaisten talven pimeintä aikaa.

Valo on myös syy siihen, miksi tämän päivän joulukalenteriluukun takaa paljastuu D-vitamiinipillereitä.

D-vitamiinia, tai sen D3-muotoa, syntyy ihossa auringonvalon vaikutuksesta. Pitkän, pimeän talven aikana useat ihmiset kärsivät D-vitamiinin puutoksesta. Arvioiden mukaan tämä koskee joka viidettä suomalaista.

D-vitamiinia saa ravinnosta, etenkin kaloista ja kalaöljyistä, sekä maitotuotteista ja levitteistä, joihin ainetta on erityisesti lisätty. Silti lisäravinteetkin ovat usein tarpeellisia, jotta tätä tärkeää vitamiinia saa riittävästi.

Puutos vaikuttaa fosforin ja kalsiumin aineenvaihduntaan. D-vitamiini pitää veren kalsium- ja fosfaattipitoisuudet sopivina parantamalla niiden imeytymistä. 

D3-vitamiinin puute aiheuttaa lapsilla riisitautia. Aikuisilla liian vähäinen D3-vitamiinin saanti pienentää luuston kalsiumpitoisuutta, jolloin seurauksena saattaa olla osteomalasia, eli luun pehmeneminen, ja pitkäaikainen puutos edesauttaa osteoporoosia.

Valtion ravitsemusneuvottelukunta on määritellyt suurimmaksi hyväksyttäväksi päiväsaanniksi aikuiselle 100 µg/vrk, eikä yliannostuksen vaaraa ole oikestaan kuin monia erilaisia lisäravinteita samanaikaisesti (yleensä aivan turhaan) nautittaessa.

Tosin D-vitamiinin status "vitamiinina" on hieman horjuva. Vitamiinit kun usein määritellään keholle tarpeellisena aineena, joka pitää saada ravinnosta, koska keho ei kykene sellaista tuottamaan. D-vitamiinia voidaan, ja siksi se pitää mainita vitamiinilistassa erikoistapauksena.

D-vitamiini

D-vitamiineja on useita eri muotoja, jotka oikeastaan ovat hormonien esiasteita. Tärkeimpiä ihmiselle ovat D2, eli ergokalsiferoli (C28H44O), ja D3, eli kolekalsiferoli (C27H44O).

Auringon valo on tärkein D-vitamiinin lähde: tuleva ultraviolettisäteily (UVB) muuttaa ihossa olevaa 7-dehydrokolesterolia D3-vitamiinin esiasteeksi. 

Lähempänä päivantasaajaa ihmiset saavat ikään kuin huomaamattaan tarvittavan annoksen D-vitamiinia, sillä 15 minuutin viettäminen auringossa kolmesti viikossa riittää D-vitamiinin saamiseksi. Suomen talvessa taas riittävää säteilyaltistusta ei useinkaan saa. Varsinkaan jos päivät istutaan sisällä ja pihalle tultaessa toppatakin raosta pilkistää vain nenänpää.

Samaa fotokemiallista perusmekanismia, eli fotonin energian nappausta kemian käyttöön, hyödynnetään monessa tutussa biologisessa tapahtumassa. Esimerkiksi näkökykymme perustuu sellaiseen, samoin lähes kaiken elämän perusta eli yhteyttäminen.

Lucia-neidon kynttiläkruunusta ei saa käytännössä lainkaan täydennystä synkkien päivien D-vitamiinivajausta täydentämään. Mutta valolla on luonnollisesti muutakin merkitystä: se piristää. Tämä tosin on ihan toinen asia, vaikkakin kaamosmasennuksen syynä oleva serotoniini-välittäjäaineen vajaus tekisi siitäkin sopivan kemialliseen joulukalenteriin – onhan serotoniini "oikealta" nimeltään 5-hydroksi-tryptamiini, eli C10H12N2O.

Kemiallinen joulukalenteri 12/24: Kaneli vie kielen mennessään

Ma, 12/12/2016 - 08:34 By Jarmo Korteniemi
Kuva: Cinnamon Vogue

Piparkakut, kanelipullat, riisipuuro, luumukiisseli, ja monet monet muutkin jouluisat elämykset saavat makunsa ainakin osaksi kanelista.

Päivän kuva

Meikäläisten juhlaherkkujen ohella se on hyvin tyypillinen itämaisten ruokien normimauste. Marttojen tietokannasta löytyy kymmeniä erilaisia kanelireseptejä, ja suuri osa suomalaisista leipomoista valmistaa kanelilla maustettuja tuotteita.

Kaneli-sana tarkoittaa suurin piirtein "putkiloa" tai "kanaalia". Se tulee latinan sanasta "canna", viitaten kanelitangon läpileikkaukseen. Kanelipuun versoista riivitty kuori kun on kuivatuksen aikana käpristynyt nätisti rullalle.

Maustetta kerätään kaatamalla puiden vesakot parin vuoden välein ja keräämällä rankojen sisäkuori eli nila.

Ominainen maku ja tuoksu tulevat kuorta kyllästävästä eteerisestä öljystä. Siitä lähes kaikki on juuri aromin aiheuttajaa, (trans)kanelialdehydiä. Öljyä erotetaan kanelista musertamalla ja pehmittämällä kuorta merivedessä ja tislaamalla lopputulos nopeasti. Öljy on kellertävää, tuoksuu kanelille ja maistuu erittäin väkevälle.

Kanelialdehydi

Kanelialdehydiä käytetään ruokien lisäksi myös erilaisina hajusteina. Aine on myös hyvä rautapitoisten seosmetallien korroosion hidastaja, ja sitä voidaankin levittää suojattaville pinnoille esimerkiksi pinnoitteiden ja liuottimien kanssa.

Kanelialdehydiä hyödynnetään myös maataloudessa: suihkuttamalla sitä kasveille ehkäistään sienitauteja ja karkotetaan kasvien luota hyönteisiä ja isompiakin eläimiä. Kesän tullen kannattaakin ehkä kokeilla juuri kanelin tehoa sääskikarkotteena!

Vaikka kanelialdehydiä voidaan tuottaa synteettisestikin, sen lähteistä käytännöllisin (ja halvin) on yhä kanelipuun kuori.

Lähtöaineena on useita puulajeja. "Oikeinta" on mieto ja kallis ceyloninkaneli (Cinnamomum verum / C. zeylanicum). Sitä ei meikäläisistä kaupoista juuri saa, vaan suurin osa myytävästä kanelista on kassia-, eli äpärän- tai kiinankanelia (C. aromaticum / C. cassia). Se on halvempaa ja sisältää runsaasti makua voimistavaa kumariinia.

Ikävä kyllä kumariini on suurissa määrissä ja toistuvasti nautittuna maksalle myrkyllistä, ja siksi kanelin säännöllistä suurkulutusta kannattaakin välttää. Viikon tai parin tehokuuri jouluna ei kuitenkaan ehdi tehdä haittaa – kunhan ainetta ei vetele aivan älyttömästi (ruoka- tai teelusikallisia päivässä).

Kumariinia löytyy monista muistakin syötävistä kasveista, eikä yhdenkään normaalia syömistä kannata pelätä.

Kanelilla on eräs mielenkiintoinen ominaisuus: se on hydrofobista eli se ei sekoitu veteen. Tämä johtuu siitä, että kaneli on käytännössä puun kuorta, ja suurin osa siitä on vettä hylkivää selluloosaa, joka on vielä kyllästetty vettä hylkivällä öljyllä. Asiaa voi testata sekoittamalla kanelia veteen lasissa. Ei kuitenkaan kannata kokeilla, voiko kanelia niellä suuria määriä sellaisenaan, sillä hommassa voi vahingoittaa keuhkojaan pahasti. Alla olevalla videolla selitetään lisää (englanniksi).

Kanelista kannattaa siis nauttia kaikessa rauhassa – mausteena, ja kohtuudella.

Otsikkokuva: Cinnamon Vogue

Kemiallinen joulukalenteri 11/24: Litium saa joulun tähdet välkkymään

Su, 12/11/2016 - 06:37 By Jarmo Korteniemi
Kuvituskuva

Joulun lahjoihin kuuluu monia hilavitkuttimia ja hyötylaitteita, jotka toimivat paristoilla tai akuilla. Kenties yleisin nyt käytössä oleva uudelleenladattava akkutyyppi on ns. litiumioniakku – tai litiumpolymeeriakku – ja olennaista siinä on litium.

Päivän kuva

Mutta mitä se oikeastaan on?

Litium on kevein alkuaine heti vedyn ja heliumin jälkeen eli normaalioloissa ylivoimaisesti kevyin kiinteä aine. Litium on metalli, joka kelluu vedessäkin – sen tiheys kun on vain puolet veden tiheydestä (535 kg/m3).

Kelluminen tosin ei kestä kauaa, sillä puhdas litium on herkästi reagoiva alkalimetalli. Veteen tai jopa vain kosteaan ilmaan joutuessaan se muodostaa nopeasti litiumhydroksidia ja helposti leimahtavaa vetykaasua. Puhdas litiumpinta hapettuu mustaksi kuivassakin ilmassa.

Litiumia käytetään juuri reaktiivisuutensa vuoksi hyvin moniin tarkoituksiin. Se on tärkeässä osassa erittäin keveissä käyttömetalleissa, ilotulitteissa, ilmansuodattimissa, optiikassa ja tietoliikennetekniikassa. Se toimii katalyyttinä kemiallisissa reaktioissa, rakettipolttoaineena ja oivasti mielialalääkkeenäkin. Ja tietysti tehokkaissa akuissa ynnä monessa muussa.

Litiumia ei esiinny vapaana luonnossa. Sitä löytyy hyvin yleisesti monista yhdisteistä ympäri maailman, mutta pitoisuudet ovat aina varsin pieniä.

Lipoakku

Litiumioniakussa (mikä ei ole sama asia kuin kertakäyttöinen litiumparisto!) akun toiminta perustuu siihen, että akun positiivinen elektrodi (katodi) on valmistettu litiumoksidista ja negatiivinen (anodi) grafiitista tai muusta hiilipohjaisesta aineesta. Kun akku latautuu, litiumionit kulkevat anodista katodiin, ja varauksen purkautuessa liikenne on toiseen suuntaan.

Ioniliikenne tapahtuu akun sisällä elektrolyyttiaineessa. Yleisesti elektrolyyttinä käytetty aine on dimetyylikarbonaatti, joka on hyvin ionirikasta ja sopii tehtävään erinomaisesti, paitsi että sillä on yksi ikävä ominaisuus: se on hyvin paloherkkää jopa huoneenlämmössä.

Litiumin sähkökemiallinen jännite on suuri ja siksi sen energiatiheys on suuri, mutta myös se on kemiallisesti erittäin reaktiivinen. Yhdessä paloherkän elektrolyytin kanssa se on tehokas, mutta ei kovin mielekäs kumppani. Hyvien ominaisuuksien vuoksi niiden kanssa on pitänyt vain osata tulla toimeen.

Pienissä akuissa käytetään pieniä määriä ja lataukset ovat hyvin pieniä, joten paloherkkyys ei ole ongelma. Sen sijaan suurempia varausmääriä ja tehoja käytettäessä, siis esimerkiksi autoissa ja lentokoneissa, paloherkkyys on otettava huomioon. Olennaisinta on valvoa koko ajan akun latausta ja toimintaa, ja katkaista lataus, jos lämpötila alkaa nousta.

Paloherkkyyden vuoksi litiumille etsitään kovaa vauhtia korvaajia, ja niitä onkin löytynyt. Valitettavasti vain ne ovat joko huonompia tai paljon kalliimpia, joten litium on ja pysyy vielä pitkään akkujen suosikkiaineena.

Salar de Uyuni Boliviassa

Leijonanosa teollisesti käytetystä litiumista tuotetaan Chilessä, Australiassa, Argentiinassa ja Kiinassa sekä Boliviassa, mistä on yllä oleva kuva. Yleisin paikka litiumin keräämiseen on suolajärvi, missä sitä runsaasti sisältävää savea on suolan alla.

Myös Suomessa on mahdollisuuksia tällä alalla, sillä Pohjanmaalle on suunnitteilla Euroopan suurimmaksi tituleerattu litiumkaivos. Suomessa litium on sitoutunut malmiin, eikä sen eristäminen siitä käy niin helposti ja edullisesti kuin aavikoilta.

Litiumakku kuiskii myös menneistä, itse asiassa hyvin kaukaisista tapahtumista.

Tähtitieteilijä Carl Sagan kertoi aikanaan oivasti kuinka olemme kaikki peräisin ammoin kuolleista tähdistä. Mutta kaikki litium ei ole. Se on vanhempaa perua – suoraa seurausta alkuräjähdyksestä. Litium oli raskainta ainetta mitä siinä rytäkässä ehti syntyä, vedyn ja heliumin lisäksi. Litiumin osuus oli noin 10−10.

Toki litiumia syntyy nykytähtien fuusiossakin, mutta se kulutetaan lähes saman tien muiden aineiden rakentamiseen.

Kemiallinen joulukalenteri 10/24: Hiilihapollista sihijuomaa

La, 12/10/2016 - 06:15 By Jarmo Korteniemi
Kuva: Edward Simpson / Flickr

Jouluna itse kukin juo jotain kuplivaa juomaa, oli se sitten sitruunasoodaa tai muuta limonaadia, vissyvettä, olutta tai vaikkapa samppanjaa. Kaikista löytyy hiilihappoa, tämän päivän poksahtelevaa ainetta.

Päivän kuvaHiilihappo on yhdiste, jota syntyy hiilidioksidin liuetessa veteen. Osa hiilihaposta jatkaa kemiallista kulkuaan, ja muuttuu vetyionin vaihdon kautta bikarbonaatiksi ja vetyioneiksi, ja edelleen osittain karbonaatiksi.

Vain 0,1–0,2 prosenttia liuenneesta hiilidioksidista yhdistyy veden kanssa hiilihapoksi, loppu pysyy veteen liuenneena hiilidioksidina. Kaikkien osasten välillä vallitsee tasapaino, joka riippuu hiilidioksidikaasun osapaineesta liuoksen yläpuolella.

Hiilihappo

Pullossa oleva juoma alkaa poreilla vasta avaamisen yhteydessä: Kun paine alenee äkillisesti, alkaa hiilidioksidi kaasuuntua. Sitä kerääntyy pullon sisäpinnan epätasaisuuksiin aina vain enemmän, kunnes kuplan koko saavuttaa "kriittisen massan". Kupla irtoaa ja nousee, mutta toimii itse edelleen nukleaatiopisteenä keräten yhä lisää kaasua itseensä. Siksi kuplat kasvavat matkalla pintaan ja kiihdyttävät vauhtiaan. Kun hiilidioksidin osapaine pienenee, myös hiilihapon määrä vähenee.

Oluen käymisessä nesteeseen muodostuu luontaisesti hiilidioksidia ja -happoa. Nykyaikaisessa prosessoinnissa aineet kuitenkin ehtivät usein poistua ennen tuotteen lopullista pullotusta. Tämän vuoksi oluisiin lisätäänkin jälkikäteen hiilidioksidia miellyttävän poreilun aikaansaamiseksi. Lisää oluen kuplimisesta ja vaahtoamisesta esimerkiksi Tiede-lehden artikkelissa.

Toisin kuin voisi luulla, hiilihappo ei ole epäterveellistä tai hampaille haitallista. Vaaraksi ovat juomista löytyvät monet muut hapot sekä ylenmääräiset sokeriannokset. (Yllättävää kyllä, olut ei ole haitallista happamuutensa takia, toisin kuin siiderit tai viini.)

Hiilihappo on myös osa ympäristöämme sekä myös omaa itseämmekin. Kehomme poistaa hiilidioksidia muuttamalla sen kuljetuksen ajaksi hiilihapoksi ja edelleen bikarbonaatiksi.

Ilmakehän voimakkaasti kasvaneesta CO2-määrästä osa on liuennut meriveteen. Ihmisen tuottamasta hiilidioksista sinne on päätynyt hieman alle puolet. Samalla siitä on syntynyt suuria määriä hiilihappoa ja edelleen (bi)karbonaatti-ioneja, mikä on johtanut meriveden happamoitumiseen. Keskimääräinen pH onkin jo muuttunut 8,25:stä 8,14:een viimeisen 250 vuoden aikana. Koska pH-asteikko on logaritminen, muutos tarkoittaa H+ -ionien määrän kasvua noin kolmanneksella lähtötilanteesta.

Otsikkokuva: Edward Simpson / Flickr

Kemiallinen joulukalenteri 9/24: Pumpulia ja puuvillalankaa

Pe, 12/09/2016 - 06:03 By Jarmo Korteniemi
Kuva: Boston Public Library

Pari päivää sitten kerroimme polyesterikuiduista. Kankaiden valmistuksessa käytetään muitakin aineita, kuten vaikkapa tänään joulukalenteriluukun takaa pursuavaa puuvillaa.

Puuvillaa saadaan useiden puuvillalajien siemenhahtuvista. Aine on 90-prosenttisesti selluloosaa (pitoisuus on siis lähes kaksi kertaa suurempi kuin tyypillisellä paperipuulla). Puuvillakasvin siemenistä saadaan hyvin käyttökelpoista puuvillaöljyä.

Selluloosa
Puuvillan tuotanto kartalla

Puuvillakuituja on käytetty kankaiden ja lankojen valmistukseen sekä Amerikassa että Aasiassa jo tuhansia vuosia. Eurooppaan se alkoi rantautua vasta keskiajan lopulla. Lopullinen läpilyönti tapahtui 1700-luvulla, kun puuvillagini (karstauskone), Kehruu-Jenny, kutomakone ja lentävä sukkula keksittiin. (Sukkula tarkoitti alunperin juuri tuollaista kangaspuissa edestakaisin liikuteltavaa osaa. Avaruussukkula on siis puolet nimestään velkaa kangaspuille...)

Puuvillaa käytetään lähinnä vaatteissa, pyyhkeissä ja liinavaatteissa sekä monenlaisissa muissa arkipäivän kankaissa. Tekstiilien lisäksi puuvillasta tehdään mm. kalastusverkkoja, suodattimia, vaippoja, paperia sekä nitroselluloosa-räjähdettä. Hienoksi ja pörröiseksi muokattua puuvillaa,  pumpulia, käytetään sekä kosmetiikassa että sairaanhoidossa apuvälineenä imukykynsä vuoksi. Kiiltävä puuvilla taas hylkii vettä.

Hienosta ja pitkäkuituisesta ”egyptiläisestä” tai ”pima”-puuvillasta tehdyt kankaat ovat arvostettuja pehmeytensä, kiiltonsa ja imukykynsä vuoksi. Kannattaa kuitenkin olla varuillaan, sillä noilla nimillä myydään myös aivan tavallisiakin tuotteita.

Kuituja

Lopuksi vielä aiheeseen liittyvä laulu, Cotton Fields. Se tuli tunnetuksi Beach Boysin esittämänä, mutta on alunperin Huddie "Lead Belly" Ledbetterin käsialaa.

Otsikkokuva: Boston Public Library.

Kemiallinen joulukalenteri 8/24: Onko joulua ilman suklaata?

To, 12/08/2016 - 07:14 By Jarmo Korteniemi
Kuva: Emily McCracken / Flickr

Heti alkuun vastaus otsikon kysymykseen: Ei, monille joulu ei olisi joulu ilman suklaata – eikä kemiallinen joulukalenteri ei olisi ainakaan kunnollinen ilman suklaan käsittelyä.

Päivän kuva

Suklaata valmistetaan kaakaopensaan pavuista. Ensin papujen annetaan käydä. Sitten ne kuivataan, paahdetaan, kuoritaan ja jauhetaan. Tuloksena saadaan kaakaomassaa, josta erotellaan vielä kaakaovoi. Suklaan valmistuksessa kaakaomassaa, -voita sekä muita tarvittavia aineita (kuten sokeria ja maitojauhetta) sekoitellaan keskenään halutuissa määrin. Prosessiin kuuluu myös lämmittämistä, jäähdyttämistä sekä paljon sekoittamista. Suklaan tekeminen on tärkeää ja tarkkaa tiedettä.

Suomessa on tiettävästi vain yksi yhtiö (Levy Chocolate), joka tekee suklaan paahtamisesta lähtien itse. Muista maamme suklaayhtiöistä ja suomalaisesta suklaasta yleisestikin on hyvää tietoa Suomen suklaayhdistyksen nettisivuilla.

Mikä oikein on suklaata?

Tyyppi Koostumus
Kaakaomassa Kaakaovoi Sokeri Maito/-jauhe Vanilja
Tumma suklaa x x x --- ---
Maitosuklaa x x x x ---
Valkosuklaa --- (x) x x (x)

Koska valkosuklaasta puuttuu kaakaomassa, sitä ei voi kutsua ihan oikeaksi suklaaksi. Joskus valkosuklaassa jopa käytetään ihan muita kasvirasvoja kuin kaakaovoita!

Suklaata on valmistettu tavalla tai toisella Keski- ja Etelä-Amerikassa jo ainakin parisen tuhatta vuotta, luultavasti kauemminkin.

Mutta millainen on parasta suklaata? Jotkut vannovat Fazerin Sinisen nimeen sekä jouluna että juhannuksena, toisille se oikea joulujuttu on Pandan Juhlapöydän konvehdit, kolmansille parasta antia taas ovat jouluna saatavilla olevat erikoismaustetut kuten manteli-, omena-, pipari- tai chilisuklaat.

Joillekuille taas kelpaa vain sen tietyn yhden ja parhaan suklaapuodin tuotos. Makuasioista voi kiistellä, vaikka vanha sanonta muuta väittääkin.

Suklaasta tekee suklaan…

Suklaan tärkeimpiä vaikuttavia aineita ovat kofeiini sekä etenkin teobromiini. Niitä löytyy sitä enemmän mitä tummempaa suklaa on. Kaakaopavuissa teobromiinia on noin prosentti tai pari.

Teobromiini (C7H8N4O2) on kitkerän makuinen ja kofeiinin sukuinen alkaloidi. Se on hieman kofeiinia huonompi piriste, mutta tehokkaampi diureetti. (Kofeiini muuten hajoaa maksassa osaksi teobromiiniksi.) Samaa ainetta löytyy myös muista piristeinä käytetyistä nautintokasveista, kuten teestä, guaranasta, matesta, sekä koolapuusta.

Teobromiini-nimi juontaa juurensa kreikasta ja tarkoittaa jumalten ruokaa.

Teobromiini ja kofeiini

Teobromiinilla on monia positiivisia terveysvaikutuksia. Se laajentaa keuhkoputkia ja voi siksi auttaa monien astma- ja keuhkopotilaiden oloa, ja jopa parantaa muiden lääkkeiden hoitovastetta. Teobromiinin käyttöä yskänlääkkeenä tutkitaan paraikaa EU:ssa, sillä se tuntuu vähentävän yskänärsytystä tehokkaasti. Aine myös alentaa verenpainetta ja voi olla sydämelle pidemmän päälle muutenkin hyväksi. Teobromiinin on arveltu alustavasti olevan myös hyväksi hampaiden kiilteelle – ehkä jopa tehokkaammin kuin fluori!

Teobromiini ei ole kuitenkaan autuaaksi tekevä. Sen on havaittu aiheuttavan mutaatioita mikrobien perimässä. Selkeää näyttöä käytännön karsinogeenisyydestä ihmisillä tai muillakaan nisäkkäillä ei kuitenkaan ole vielä onnistuttu todistamaan (vaikkakin viitteitä on viljellyistä kudosnäytteistä). Haittavaikutus ei siis luultavasti ole suuri, ja tuskin onnistuu kumoamaan hyötyjä.

Juuri teobromiini on syy siihen, miksi suklaa on useille eläimille (mm. kissoille ja koirille) hengenvaarallista. Niiden kehot eivät kykene poistamaan ainetta tarpeeksi nopeasti. Ihmisillä aineen määrä puolittuu 5–10 tunnissa.

Vaikka teobromiini vaikuttaa olevan hyväksi, se on vain yksi suklaan ainesosa. Niistä etenkin rasvat ja sokeri ovat paljon haitallisempia, eikä suklaata kannata popsia ylenmäärin. Suklaankin suhteen kannattaa harrastaa siis kohtuutta.

Lähteet: Suklaayhdistys, Fazer, Wikipedia.

Valokuvat: Rachel Tayse / Shawn Rossi / Emily McCracken /Flickr

Kemiallinen joulukalenteri 7/24: Etikkasilakoita ja balsamicoa

Ke, 12/07/2016 - 06:37 By Jarmo Korteniemi
Kuva: CCFoodTravel.com / Flickr

Joulukalenterimme luukun raosta lorisee tänään monikäyttöistä etikkaa.

Päivän kuva

Joulun alla kodeissa jynssätään paikat puhtaiksi. Etikka toimii hommassa oivasti happamuutensa vuoksi. Sen avulla on helppo kiillottaa monia metalleja ja avata vaikkapa putkistojen tukkeumia. Aine myös tappaa tehokkaasti mikrobeja.

Etikka on myös hyvä ruoka- ja säilöntäaine, jota käytetään vaikkapa salaatinkastikkeissa ja joulusilakan valmistuksessa. Aineella väitetään olevan monia suoria terveysvaikutuksiakin, vaikka todisteiden kanssa on vähän niin ja näin. Ja happaman nesteen nauttiminen suurissa määrin voi olla myös pidemmän päälle haitallistakin.

Etikka on tunnettu vähintäänkin tuhansia vuosia, sillä keksintö on luultavasti vain muutaman vuoden nuorempi kuin alkoholi. Etikkahappoa nimittäin saadaan etikkahappobakteerien avulla, alkoholin hapettuessa.

Etikka koostuu kahdesta värittömästä aineesta, vedestä ja etikkahaposta, sekä lähtöalkoholista (väkiviina, valkoviini, riisiviini jne.) peräisin olevista aromeista. Pistävän hajuista etikkahappoa on kotikäytössä olevissa etikoissa mukana tyypillisesti 3–5 %.

Etikkahappomolekyyli
Silakoita
Yllä: Etikkahapolla maustetaan makoisia ruokia. Valokuva: Blue moon in her eyes / Flickr

Etikkalaatuja on monia, riippuen lähtöaineista sekä valmistusmenetelmistä. Vanhalla Orleans-pintamenetelmällä viini etikoituu hiljakseen tynnyreissä bakteerien toimiessa pinnalta käsin, tuoreemmissa metodeissa alkoholi taas valutetaan bakteeripitoisen ritilän läpi. Tai sitten bakteerit sekoitetaan koko nesteeseen.

Kaupassa myytävä balsamico eli "balsamietikka" on muuten yleensä väärennöstä. Aito balsamico maksaa jopa satoja euroja litralta, eikä sitä saa lähikaupasta muutamalla eurolla. Niissä myydään vain normaalia viinietikkaa, johon on lisätty elintarvikevärejä ja rypälemehua. Aito balsamico on hyvin hidasta ja työlästä valmistaa, sillä prosessiin kuuluu vuosien pituinen tynnyrissä väkevöittämisen vaihe.

Puhdasta etikkahappoa kutsutaan jääetikaksi. Sen jäätymis- (eli sulamispiste) on vain 17 °C, ja nesteestä nousevat höyryt ovat ilmaa raskaampia. Aine on hygroskooppinen eli se imee itseensä kosteutta ympäristöstä.

Etikkahappo on kemianteollisuuden tärkeimpiä raaka-aineita: Sitä hyödynnetään paitsi elintarvikkeiden lisäaineena (E260), myös lääkkeiden, hajusteiden, värien, muovien ja biomuovien, pehmitinaineiden, asetaattikuitujen sekä monien muiden kemikaalien valmistuksessa.

Alla vielä näkymiä Giuseppe Giustin tiloista Italian Modenasta. Se on maailman vanhin aitoa balsamicoa valmistava yritys. 

Kuvat, mukaanlukien otsikkokuva: CCFoodTravel.com / Flickr

Lähteet: TyöterveyslaitosRajamäen / Berner

Kuva: CCFoodTravel.com
Kuva: CCFoodTravel.com
Kuva: CCFoodTravel.com
Modenan balsamicoetikkaa

Kemiallinen joulukalenteri 6/24: Polyesterilippumme

Ti, 12/06/2016 - 07:43 By Jarmo Korteniemi
Kuva: Alexander Federley 1898

Suomen lippu esitettiin tiettävästi ensimmäisen kerran julkisesti 13.5.1848, samassa tilaisuudessa kuin Maamme-laulu julkistettiin. Kansallistuntoa tihkuva tilaisuus oli silloisen Keisarillisen Aleksanterin yliopiston ylioppilaskunnan kevätjuhla, Floranpäivän juhla.

Päivän kuva

Zakhris "Sakari" Topelius mainitsi tilaisuuteen varta vasten teetätetyn lipun myöhemmin julkaistussa kirjoituksessa: "Lähempänä sisäänkäyntiä kukkaseppelein koristellussa tangossa liehui valkoinen silkkilippu, jossa komeili laakeriseppeleen ympäröimä Suomen Suurruhtinaskunnan vaakuna."

Juhlan lippu siis ei suinkaan ollut nykyinen siniristilippu, mutta se oli kuitenkin ensimmäinen erityinen Suomen lippu. Siinä komeileva vaakuna on peräisin aina vuodelta 1557, Kustaa Vaasan pojalleen antaman Suomen herttuakunnan symboli. Sama vaakuna on yhä käytössä, joskin ilman seppelettä.

Vuoden 1898 lippu on ikuistettu otsikkokuvan piirrokseen vuodelta 1898. Tekijänä on oiva pilapiirtäjä ja kuvittaja Alexander Federley. Lippu liehuu myös Eero Järnefeltin samasta tapahtumasta tekemän taulun taustalla, mutta siinä tilaisuus näyttää tyystin erilaiselta. Todellista näkymää voimme vain arvailla. Kummatkin taiteilijat kun syntyivät vasta paljon juhlan jälkeen, ja taideteokset lienevät pääosin herrojen mielikuvituksen tuotosta.

Nykyinen siniristilippu otettiin käyttöön vuonna 1918. Se juontaa juurensa Venäjän laivaston Pyhän Yrjön lipusta, Suomen purjehtijaliiton viiristä, sekä skandinaavisista ristilipuista. Ennen mallin vakiintumista käytössä olivat sekä punainen vaakunalippu että erilaiset ristiliput.

Lippu

Tiedetuubin kemialliseen joulukalenteriin aihe sopii siksi, että nykylippujen tyypillisin valmistusaine, polyesteri. Siitä tehty lippukangas kestää erittäin hyvin käyttöä ja säätä, jopa auringonvaloa.

Polyesteri on muovia, aivan kuten pari päivää sitten käsittelemämme PVC:kin. Polyesterin historia alkaa 1930-luvulta, jolloin yhdysvaltalainen kemisti Wallace Hume Carothers loi pohjan alkoholien ja karboksyylihappojen sekoittumistutkimuksillaan monille erilaisille uusille muoveille. Hän toimi DuPont -yhtiön orgaanisen kemian yksikön johtajana ja hänen johdollaan kehitettiin muun muassa nylon.

Nylon nähtiin sen verran kiinnostavana, että muut tavat tehdä jänniä kuituja jäivät DuPont-yhtiössä taka-alalle, joten polyesterin kehittivät ensinnä brittitutkijat John Whinfield ja James Dickson vuonna 1941. Siinä ohessa syntyivät myös samankaltaiset muovit, jotka tunnetaan nyt mm. tuotenimillä Dacron ja Teryleeni. Laajempaan käyttöön nämä tulivat 1950-luvulla, jolloin ne saavuttivat suurta suosiota vaatteissa, joita ei täytynyt silittää.

Polyesteri koostuu ohuista muovikuiduista, jotka useimmiten punotaan kankaaksi tai kierretään langaksi. Kuitu valmistetaan yleensä kätevällä sulakehruumenetelmällä. Siinä sulatettua lähtöainetta puristetaan kehruusuulakkeiden läpi ja jäähdytetään kuiduksi. Kuidun paksuutta (jopa molekyylikokoa) voidaan samalla muokata. Näin vaikutetaan kuidun lujuuteen, joka voi lähennellä jopa terästä.

Polyesteriä muokkaamalla saadaan aikaan vaikkapa erikoislujia, kiharia, kutistuvia, antistaattisia, nyppyyntymättömiä, profiloituja, palosuojattuja, onttoja sekä mikrokokoisia kuituja. Kuidun käyttökelpoisuus hyvin erilaisiin käyttötarkoituksiin sekä sen kestävyys on tehnyt siitä varsin suositun. Aine ei myöskään lujuutensa vuoksi rypisty juuri ollenkaan, ja oikenee usein itsestään.

Kuitujen vertailua

Valmistustekniikkansa vuoksi polyesteri on täysin kierrätettävä kuitu. Siitä tehdyt tuotteet voidaan sulattaa ja käyttää yhä uudestaan. Teoriassa ainakin.

Polyesteriä sekoitetaan usein luonnonkuituihin parantamaan niiden ominaisuuksia, kuten esimerkiksi kutistumisalttiutta tai rypistymistä.

Rakas siniristilippumme ei siis ole missään nimessä alkuperäinen, vaan kehittynyt aikojen saatossa monien vaiheiden kautta nykyisenlaiseksi. Lippu ei fyysisestikään voi olla täysin kotimainen, sillä ainakin muovin raaka-aineet täytyy tuoda ulkomailta (meillä kun ei ole omia öljyvarantoja). Mutta useat firmat kyllä tekevät itse ja kauppaavat niin suomalaisia lippuja kuin nykyään vain voi olla (esimerkkinä Suomalaisuuden liitto, Helsingin lipputehdas).

Lipun henki on kuitenkin aina ihan täysin suomalainen. Ja siitä saa ja kannattaa olla ylpeä.

Rauhallista ja mukavaa itsenäisyyspäivää kaikille lukijoille!

Kemiallinen joulukalenteri 5/24: Hyvää ja nokista joulua!

Ma, 12/05/2016 - 05:19 By Jarmo Korteniemi
Kuva: Flickr / Hans Splinter

Hollannissa vietetään tänään Sinterklaas-juhlaa: Pyhä Nikolaus (Sint Nicolaas eli Sinterklaas) jakaa lahjoja kilteille lapsille ja pelottelee tuhmempia vitsalla tai säkkiin pistämisellä. Hän tulee höyrylaivalla Espanjasta, minne hän oli tullut kaukomailta lahjat mukanaan.

Päivän kuva

Avukseen hän on ottanut kikkarapäisen ja tummahipiäisen Piet-nimisen orjapojan Afrikasta, ja koska hän on musta, on hänen nimensä Zwarte Piet, Musta Piet.  Toisen tarinan mukaan hän on mauri, kolmannen mukaan ehkä jopa orjakauppias. 

Nykyisin hänen kuitenkin sanotaan usein olevan vain 'nokinen', koska jonkun pitää kiipeillä savupiipuissa viemässä lahjoja lapsille Nikolauksen puolesta. Tarinat elävät, milloin mistäkin syystä.

Yhä useammin Piet onkin nykyisin valkoinen tai hänet jätetään pois; hänen avullaan on tosin myös kerrottu usein Alankomaiden – ja samalla muiden raakaa kolonialistista voimaa käyttäneiden maiden – synkästä, vaikkakin tuolloisen ajan hengen mukaisesta historiasta ympäri maailman.

Mutta yhtä kaikki, tänään vietetään hollantilaisten joulua, eikä vielä vuosikymmen sitten muuta joulua siellä juuri tunnustettukaan. Ja tänäänkin monissa joulukuvaelmissa ympäri matalien maiden on mukana nokinen poika.

Tämä on heiveröinen aasinsilta joulukalenterimme päivän aiheeseen eli nokeen.

Joulun aikana itse kukin tuottaa jonkin verran nokea kynttilöiden, puusaunojen, takkatulien ja jopa tupakanpolton yhteydessä. Voisi sanoa, että noki on eräs joulun tuoksun tekijöistä.

Nokea syntyy orgaanisen aineen epätäydellisessä palamisessa. Se on ilmassa leijuvaa mustaa ainetta, joka takertuu ihan kaikkeen ja tahraa sitäkin enemmän. Se koostuu pääosin hiilestä, mutta mukana on myös monia muita aineita, esimerkiksi rikkiyhdisteitä, lähdeaineesta ja palamisen olosuhteista riippuen. 

Nokea

Yllä: Elektronimikroskoopilla otettu kuva nokihiukkasesta (sininen) kiinnittyneenä ilmansuodattimeen (punainen).

Nokea tehdään tarkoituksella teollisuuden tarpeisiin. Se on tärkeä täyteaine renkaiden valmistuksessa, antaen niille samalla tyypillisen mustan värin. Nokea käytetään hyväksi myös maalien ja musteiden värjäyksessä. Oikeaan paikkaan pistettynä noesta siis on paljon hyötyä.

Vapaaksi päästyään se on kuitenkin haitallista. Metsien, fossiilisten polttoaineiden ja jätteiden palaessa ilmaan pääsee lähes poikkeuksetta nokea, joka on yksi pahimmista ilmansaasteista. Siinä on esimerkiksi mutageenisiä PAH-yhdisteitä, ja suurkaupungeissa noen kansanterveydelliset vaikutukset ovatkin mittavia. Noki myös lämmittää ilmakehää (vaikka osa sen molekyyleistä vaikuttaakin viilentävästi).

Noki on taas läheistä sukua palamisen tuloksena syntyvälle hiilelle, yleensä puuhiilelle. Suuri osa siitä on alkuainetta nimeltä hiili, mutta ei täysin.

Puuhiiltä jalostamalla saadaan tehtyä aktiivihiiltä, joka on hyvin huokoista ainetta: yhdessä grammassa aktiivihiiltä on aktiivista pintaa lähes kahden tenniskentän verran, joten se sopii erittäin hyvin esimerkiksi suodattimissa käytettäväksi. Se kun imee itseensä hyvin tuoksuja ja kaasuja. 

Niinpä aktiivihiiltä käytetään ilmansuodattimissa, liesituulettimissa, kaasunaamareissa ja monissa muissa suodattimissa – myös tupakan filttereissä, joskin häkä imeytyy huonosti aktiivihiileen.

Kun aktiivihiiltä (kuvassa alapuolella) käytetään lääkkeenä, puhutaan lääkehiilestä. Sen vaikutus perustuu siihen, että se pystyy imemään myrkyllisiä aineita tehokkaasti itseensä. Niinpä sitä käytetään myrkytysten hoitoon... sekä ripuliin ja mahdollisesti pahentuneesta ruoasta johtuvan ripulin hoitoon.

Valitettavasti siis tässäkin mielessä monet joutuvat joulun aikaan tekemään tuttavuutta lääkehiilen kanssa.

Muista käydä vilkaisemassa Tiedetuubin joulukalenterin muidenkin luukkujen taa!

Lähteet: Nokian renkaat, THL, Wikipedia.

Aktiivihiiltä

Otsikkokuva: Hans Splinter / Flickr

Kuva yllä: Wikipedia

Kemiallinen joulukalenteri 4/24: PVC ja muut joulumuovit

Su, 12/04/2016 - 06:54 By Jarmo Korteniemi
Kuva: Sean McMenemy

Joulu on muovintäyteistä aikaa. Tuorekelmu, polyesterikuidut, joulupukin naamari, kuplamuovipehmusteet, tehdaspakkaukset, muovikuusi ja -koristeet. Mistä se kaikki oikein tulee?

Päivän kuva

Muovit koostuvat pitkistä molekyyliketjuista, polymeereistä. Niiden sekaan laitetaan yleensä vielä monia täyteaineita tekemään muovista halutunlainen. Lisäaineita voi olla jopa 80 % koko tuotteesta.

Eräs vanhimmista muovityypeistä on päivän aine, PVC. Sitä onnistuttiin kehittämään jo 1800-luvun alussa, mutta otettiin kunnolla käyttöön vasta lähes sadan vuoden päästä, kun sitä keksittiin muokata lisäaineilla. PVC on sellaisenaan kovaa ja haurastakin muovia, jota pehmitetään tarvittaessa nykyisin esimerkiksi myrkyllisillä ftalaateilla. (Siksi pehmeitä PVC-muoveja ei kannatakaan liiaksi hiplailla.)

Nykyään PVC:stä tehdään mm. viemäriputkia, johtojen eristeitä, pankkikortteja sekä sadetakkeja. Jonkun kaapista voi löytyä myös muunkinlaisia PVC-pukuja.

Polyvinyylikloridi

PVC eli polyvinyylikloridi sisältää paljon klooria, enimmillään sitä on jopa kaksi kolmasosaa. PVC:tä poltettaessa syntyy paitsi suolahappoa myös erittäin myrkyllisiä dioksiineja. Koska kaikissa polttolaitoksissa ei ole valmiuksia poistaa aineita palokaasuista, PVC-muovit kannattaakin pistää kaatopaikalle menevään sekajätteeseen.

Lähes kaikki muut yleisimmät muovit voidaan hävittää energiajätteenä. Samalla tosin muoveihin varastoitunut hiili päästetään lämmittämään ilmakehää.

Vuonna 2016 pakkausmuovien kierrätyksessä on tarkoitus ottaa aimo askel eteenpäin. Pullojen ja muovipussien kierrätysmahdollisuushan löytyy nykyään (lähes) joka kaupasta.

Mutta mistä muovi tulee? Sitä valmistetaan lähinnä öljystä, polttoainetuotannon sivutuotteena. Sellaisista hiilivedyistä, jotka ilman muoveiksi muuttamista todennäköisesti tupruteltaisiin tavalla tai toisella taivaalle. Kaikesta ihmiskunnan käyttämästä öljystä vain muutama prosentti päätyy muoveiksi, ja muovin tuotannon vaikutuksen on arvioitu olevan häviävän pieni osa kasvihuonekaasupäästöistä. Suomessa muovituotteita valmistetaan noin 600 000 tonnia vuodessa.

Otsikkokuva: Sean McMenemy / Flickr
Valokuvat alla: Caitlyn Willows, David Prasad / Flickr

Muovijätteen kierrätysohjeet
Kuva: Caitlyn Willows
Kuva: David Prasad / Flickr
Kuva: David Prasad / Flickr