Syra-Bas

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

1. Naturliga syror och baser

2. Naturliga pH-indikatorer

3. Skogsträden utsöndrar syror och baser för att få näring

4. Syrafritt papper

5. Syror och baser i skogsindustrin

6. Sulfitmetoden

7. Sulfatmetoden

1. Naturliga syror och baser

Det finns en mängd olika syror och baser i växter och djur. De svaga syrorna dominerar.

I frukter av olika slag hittar du exempelvis de svaga organiska syrorna citronsyra, askorbinsyra (C-vitamin) och oxalsyra. De fyller olika funktioner i den levande organismen. Flertalet deltar i olika steg i ämnesomsättningen. I tabellen ser du fler exempel på detta.

Namn

Syra/Bas

Annat namn

Formel

Finns naturligt i

Ättiksyra

Svag syra

Etansyra

CH3COOH

Äpplen, vindruvor, kaffe

Askorbinsyra

Svag syra

Vitamin C

C6H8O6

Frukt

Bensoesyra

Svag syra

Fenylkarboxylsyra

C6H5COOH

Kåda från vissa tropiska träd, lingon, hjortron.

Kanelsyra

Svag syra

Fenylakrylsyra

C6H5CHCHCOOH

Från kådan och barken av vissa tropiska träd ex.vis kanelträdet (Cinnamomum verum)

Citronsyra

Svag syra

 

C3H4OH(COOH)3

Citrusfrukt

Folsyra

Svag syra

Vitamin B9

C19H19N7O6

Blad från vissa växter, bönor

Gallsyra

 

3,4,5-trihydroxybensoesyra

C6H2(OH)3COOH

Ekbark, te, sumakträd, galläpple

Oxalsyra

Svag syra

etandikarboxylsyra

HOOCCOOH

Växter av släktet oxalis, spenat, rabarber

Salicylsyra

Svag syra

aspirin

C6H4(OH)COOH

Salicylsyra härstammar från salicin som finns i barken på pil (salix) och i blad och frukter från andra växter

Koffein

Svag bas

kaffein, tein, guaranin

C8H10N4O2

Kaffebusken, teblad guarana 

Teobromin

Svag bas

3,7-dimetylxantin

C7H8N4O2

Kakaoböna, teblad

Nikotin

Svag bas

 

C8H14N2

Tobaksplantan 

 

Källa: science.uniserve.edu.au

Ättiksyra förekommer naturligt särskilt i frukt. Vissa växter avger ättiksyra när de bryts ner under syrefattiga förhållanden som vid kompostering. Vin som har stått i kontakt med luft kan också bli ättika.

Vid ogräsbekämpning används en lösning av ättiksyra. Den bryts snabbt ner till vatten och koldioxid efter besprutning och pH-värdet i jorden återgår därför snabbt till det ursprungliga.

Ättiksyra kan framställas på flera olika sätt. I Sverige är den vanligaste metoden torrdestillering (upphettning i syrefri miljö) av trä. Bäst fungerar lövträ och Apotekens träättika (Acetum lignorum) gjordes på detta sätt. 

2. Naturliga pH-indikatorer

Det finns ett flertal exempel på växter, inklusive träd, som innehåller ämnen som kan fungera som syra- eller basindikatorer. Dessa ämnen är ofta svaga syror som när de avger H+ får ändrade egenskaper såsom färg eller doft. Ett exempel är ett ämne som finns i eukalyptus, som är färglös i basisk lösning och gulorange i sur miljö. Eukalyptus är idag den volymmässigt viktigaste råvaran för massa- och pappersindustrin globalt sett.

Många växter får sina färger från en grupp av föreningar som kallas antocyaniner. De är röda i sur lösning och blå i basisk lösning. Blommorna på Hortensia, som är en vanlig växt i våra trädgårdar, ändrar färg beroende på om marken har lågt eller högt pH-värde. Antocyaniner kan extraheras från en rad olika växter och växtdelar bl.a. rödkål.

Hortensior (Hydrangeas), en populär trädgårdsväxt i våra
breddgrader som ändrar färg vid olika pH i marken.
Foto: F. Schultze

3. Skogsträden utsöndrar syror och baser för att få näring

I det vatten som finns runt trädets rötter löser sig negativa joner som nitrat, sulfat och fosfat. Positiva joner är mer hårt bundna till markpartiklarnas negativt laddade yta. För att växten skall kunna ta upp positiva och negativa joner måste det ske ett så kallat jonbyte mellan vattnet, markpartiklar och rothåren.

Rothåren avger negativa joner i form av OH- och HCO3- i utbyte mot nitrat, sulfat och fosfat och positiva joner i form av H+ i utbyte mot olika metalljoner såsom K+ och Ca2+. Om kväve tas upp i form av NH4+ istället för NO3-, så ökar den naturliga försurningen eftersom H+ utsöndras från växten i utbyte mot ammoniumjoner.

Marken i en barrskog har alltså lågt pH dels på grund av att barren som träden tappar innehåller syror och dels av att andelen H+ joner som sitter bundet till markpartiklarna med tiden kommer att öka av ovanstående anledning. pH i en granskog med gamla träd är något lägre än i en skog med unga granplantor.

Bild på granskog (rottrådar) och jonbytet mellan markpartiklar.

4. Syrafritt papper

Syrafritt papper är ett papper som har neutralt pH eller är svagt basiskt.

Papper som innehåller lignin gulnar och faller sönder med tiden. Förr i tiden när papper tillverkades av lump (gamla kläder av bomullstyg) fanns inte det problemet eftersom råvaran bestod av ren cellulosa.

Utsätts det syrahaltiga pappret för ljus och/eller värme så går sönderfallet ännu fortare.

Vid tillverkningen av syrafritt papper tillsätts en svag bas i överskott, vanligen kalcium- eller magnesiumvätekarbonat. I torkprocessen avgår koldioxid och kalcium (magnesium) -karbonat bildas. 

Ca(HCO3)2 (aq) + värme → CO2(g) + CaCO3 (s) + H2O (g) 

De naturligt förekommande syrorna i pappret och pappersmassan neutraliseras och det finns tillräckligt med bas över för att neutralisera syror som eventuellt bildas senare på grund av bland annat SO2 i luften. För att pappret skall hålla i minst 100 år krävs ett basöverskott på minst 2 %. Syrafritt papper har en förväntad livslängd på 500-1000 år. Andra fördelar är att det går lättare att återvinna och är mer miljövänligt att framställa. 

5. Syror och baser i skogsindustrin

Inom skogsindustrin används sura och basiska lösningar för många olika ändamål. Ibland utnyttjas rena syror och baser (lut, alkali) i proces­sen, men oftast ingår syran eller basen i någon lösning tillsammans med andra kemiska föreningar.

Syror och baser kan också användas för rengöring. Koncentrerad saltsyra löser upp vissa avlagringar som bil­das i rörledningar och behållare så att dessa kan avlägsnas. Natrium­hydroxid eller kaustiksoda är känt som ett effektivt, om än riskabelt (frätande), rengöringsmedel, till exempel för att lösa upp proppar som satt igen hus­hållens avlopp. 

Inom en del processavsnitt är det viktigt att surhetsgraden, pH, hålls inom vissa gränser. Vanligtvis ordnas detta så att det sker auto­matiskt. En givare (pH-mätare) mäter pH i vätskan och om värdet avviker från det önskade värdet så doseras en syra eller en lut till vätskan för att återställa pH till önskat värde. 

Vid tillverkningen av pappersmassa används två olika metoder: sulfatmetoden och sulfitmetoden. Båda metoderna går ut på att frilägga (hydrolysera) cellulosafibern från träråvaran. 

Cellulosamolekyl, en lång molekyl som består av långa kedjor av ihopkopplade glukosmolekyler.

Detta sker huvudsakligen med hjälp av basiska vätskor i sulfatprocessen och sura vätskor i sulfitprocessen. 

6. Sulfitmetoden

Den sura kokvätskan i sulfitmetoden framställs i flera steg. Först bildas svaveldioxid genom att svavel förbränns i syrgas. Svaveldioxiden leds sedan ner i vatten och bildar den negativt laddade vätesulfitjonen:

S (s) + O2 (g) → SO2 (g)                             (1) 

SO2 (g) + 2 H2O HSO3- + H3O+                                   (2) 

Syrgasmängden måste noga kontrolleras vid svaveldioxidframställningen, för mycket syrgas leder till att det istället bildas svaveltrioxid: 

2 SO2 (g) + O2 (g)→ 2SO3 (g)                                                        (3) 

Svaveltrioxiden bildar i sin tur svavelsyra när den löses i vatten: 

SO3 (g) + H2O H2SO4 (aq)                             (4) 

Svavelsyra vill bör undvikas eftersom den bryter ner cellulosa. 

I den slutliga kokvätskan finns också exempelvis Mg2+- , Na+- eller NH4+ -joner. Dessa tillsätts i form av deras karbonat - eller hydroxidföreningar till exempel MgCO3 och NaOH.

Där reagerar de med vätesulfitjonerna och bildar bland annat Mg(HSO3)2 respektive NaHSO3

Som råvara vid sulfitkokningen används flis från gran, björk, bok eller asp.

Ungefär 10 % av all pappersmassa i världen tillverkas med hjälp av sulfitmetoden. I Sverige tillverkas sulfitmassa på bland annat Domsjö Fabriker i Örnsköldsvik och Stora Enso i Nymölla.

Vid sulfitkokningen bildas som en biprodukt bl.a. enkla sockerarter av vedens cellulosa och hemicellulosa (en variant av cellulosamolekylen, se avsnittet organisk kemi). Sockret används som råvara för framställning av etanol till bland annat fordonsbränsle vid Domsjös bioraffinaderi. Där tillverkas omkring 15.000 ton etanol årligen. Etanol som tillverkas på detta sätt kallas ibland för ”sulfitsprit”. Den får inte förväxlas med ”träsprit” som är metanol och som framställs på helt annat sätt. Se vidare avsnittet organisk kemi.

7. Sulfatmetoden

Nackdelen med sulfitmetoden är att den till viss del även bryter ner cellulosafibern, vilket gör att fibern blir svagare. En metod som angriper cellulosafibern i mindre grad är den så kallade sulfatmetoden som ger starkare fiber. Det är den idag dominerande metoden för framställning av massa.

Kokvätskan, som man använder för att framställa sulfatmassa, är starkt basisk. Den innehåller ungefär 100 g/l av den starka basen natrium­hydroxid, NaOH. Förutom natriumhydroxid ingår även natriumsul­fid, Na2S som en aktiv del i kokvätskan (vitluten). När natriumsulfiden löses i vatten splittras den upp i natrium­joner och sulfidjoner. Sulfidjonerna i sin tur reagerar med vatten och ger vätesulfidjoner och hydroxidjoner. Dessa hydroxidjoner för­stärker vitlutens basiska (alkaliska) karaktär. 

Na 2 S   →   2Na+    +      S­2- (5)

 S2-   +   H2 HS- + OH­- (6) 

Vitluten angriper och bryter ner mycket av det som finns runt cellulosafibern som hemicellulosa och lignin. Kokvätskan blir därför efter ett tag mörk och kallas svartlut. Denna innehåller bland annat Na2SO4, därför heter processen sulfatmetoden. Svartluten återvinns i flera steg och bildar ny vitlut.

Även pappersmassan blir mörkare än vid sulfitprocessen och  därför bleks massan i flera olika separata bleksteg. Även vid blekningen används basiska lösningar, i huvudsak natriumhydroxid. Vid syrgasblekning oxideras ligninet och bryts ner. Det behövs en alkalisk miljö för att syrgasen skall kunna oxidera och bryta ner ligninet så effektivt som möjligt. Alkali används också vid peroxidblekning. Lämplig tillsats av natronlut gör att koncentrationen av den aktiva peroxidjonen (O22-) hålls på så hög nivå som möjligt.

Källa: http://wiki.answers.com/Q/What_is_acid-free_paper

Texten kan laddas ner här

Ett samarbete mellan: