Enkät om elevers kunskaper inom grön kemi och hållbar utveckling efter synteslabb
BILAGA 5: Grön kemis principer och perspektiven på hållbar utveckling
I denna bilaga argumenterar jag för sambandet mellan grön kemis principer och perspektiven på hållbar utveckling som jag använt. Jag gör det princip för princip med principerna angivna enligt deras nummer, för att läsa principens fulla
formulering se avsnittet om tidigare forskning eller bilaga 4 där principerna står på engelska i nummerordning. Jag lägger även in bilden som visualiserar
sambandet igen.
Bildtext: Hur de olika principerna 1-‐12 om grön kemi förhåller sig till perspektiven på hållbar utveckling
1. Principen handlar om att undvika avfall. Avfall ackumuleras och förstör naturen. Utöver ett tydligt ekologiskt perspektiv är även ett ekonomiskt
perspektiv närvarande genom att kemiska produkter avgiftsbeläggs baserat på deras sluthantering och giftighet. Alltså om ämnet efter att ha producerats förväntas bilda mycket eller skadligt avfall avgiftsbeläggs produktionen och produkten går upp i pris för att göra miljövänligare alternativ
konkurrenskraftiga.
2. Principen handlar om att inkorporera så mycket av materialen som används i processen som möjligt i produkten. Ett sätt är att maximera atomekonomin, vilket gör processen betydligt mer kostnadseffektiv. Därför är ekonomi en stark drivkraft bakom principen. Det går att argumentera för att principen bidrar till mindre avfall och eftersom mindre avfall är bra för miljön borde ekologi också vara en drivkraft. Jag har valt att inte inkludera ekologi som drivkraft för principen eftersom det är en effekt av att avfallet minskar, vilket ju är en annan princip. Som Anastas själv påpekar hänger principerna sinsemellan ihop1 men det är inte det sambandet jag är ute efter att belysa här.
3. Principen anammar alla tre perspektiven på hållbar utveckling. Säkra synteser betyder mindre skadliga kemikalier och det ökar den sociala tryggheten för arbetarna och den ekologiska hållbarheten. Den ekonomiska stabiliteten gynnas också genom de ekonomiska sanktioner som finns att få om processen uppfyller vissa krav. ISO standarder och miljömärkningar är attraktiva sätt att öka
försäljningen i dagens samhälle och därför vägs även det ekonomiska perspektivet in.
4. Principen handlar om att producera säkrare kemikalier. Säkrare kemikalier leder till mindre skadligt avfall och en ekologisk hållbarhet men det leder även till att produkterna vi människor använder är säkrare och vi kan bibehålla vår sociala trygghet. Därför hamnar principen mellan ekologi och social.
5. Principen handlar om att använda säkra kemikalier och lösningsmedel. Argumentationen blir väldigt lik den för princip tre med sociala och ekologiska effekter samt ekonomiska konsekvenser genom produktionsomställningen.
6. Principen handlar om att öka energi effektiviteten. Det finns en stor
ekonomisk vinning att göra genom att minska energiförbrukningen och det är det stora perspektivet bakom principen.
7. Principen handlar om att använda förnybara material och det ekologiska perspektivet är givet redan i formuleringen. Det finns möjlighet att argumentera för att social och ekonomi också passar in eftersom principen berör framtiden väldigt starkt men jag ser den ekologiska vinningen som den stora drivkraften.
8. Principen handlar om att undvika onödiga reaktionssteg och kemiska derivat. Den har en nära koppling till principen om energi men här ligger fokus på de ekologiska fördelarna genom att undvika derivat. Inga onödiga derivat minskar avfallen och belastningen på miljön.
9. Principen handlar om att använda katalysatorer och katalysatorer är bra ur många aspekter. Bland annat minskar de energin som krävs för reaktionen vilket gör den billigare att genomföra och dessutom minskar den avfallet genom att färre biprodukter bildas och katalysatorn ofta återanvänds. Tydlig koppling till att minska miljöpåverkan och öka den ekonomiska vinningen.
10. Principen handlar om att designa produkter som är lätta att ta om hand eller bryts ned naturligt i miljön efter avslutad livslängd. Som med princip ett finns starka ekonomiska styrmedel för avfall och miljövinningen vore enorm om alla produkter kunde brytas ned naturligt till oskadliga ämnen.
11. Principen handlar om att analysera i realtid för att motverka att föroreningar bildas under processens gång. Genom att analysera vet kemisten när reaktionen är klar och slipper vänta otaliga timmar i onödan. Det finns därför en social aspekt genom bättre arbetsförhållanden.
12. Principen handlar om att minimera olyckspotentialen och har ett tydligt socialt perspektiv kopplat till arbetsmiljö. Samtidigt är det naturligtvis en nämnvärd bonus att om vi minimerar olyckspotentialen kan vi minska miljökatastroferna i antal.
BILAGA 6: Universitetslaborationen
LABORATION 7 – GRÖN KEMI
Grön kemi är ett koncept som utvecklats inom den organiska kemin sedan början av 1990-‐ talet och som innebär att kemiska processer i första hand utformas från ett miljöperspektiv. Grundtanken bakom grön kemi är att utforma syntesarbetet så att mängden bildat avfall och energiåtgången minimeras, samtidigt som så få giftiga eller svårhanterliga föreningar som möjligt används. Processer utformade enligt grön kemi-‐ konceptet kännetecknas av att den totala massan onödiga biprodukter minimeras, utbytet blir maximalt och att mängden lösningsmedel från icke-‐förnyelsebara råvaror hålls så låg som möjligt.
Sammanlagt har det formulerats tolv principer för grön kemi som fungerar som riktlinjer när miljövänligheten beaktas i en process.
1. Undvik avfall – utforma processer som ger högt utbyte och få biprodukter.
2. Utforma säkrare kemikalier – undvik om möjligt att syntetisera föreningar med hög giftighet, brandfarlighet eller miljöfarlighet
3. Utforma säkrare synteser – undvik att använda reagens med hög giftigtighet, brandfarlighet eller miljöfarlighet
4. Använd förnybara råmaterial
5. Använd katalysatorer – vid användning av stökiometriska reagenser bildas alltid mer biprodukter
6. Undvik kemiska derivat – att introducera skyddsgrupper leder till extra steg och därmed mer avfall och högre energiåtgång
7. Maximera atomekonomin – se till att så många atomer som möjligt i reagensen hamnar i slutprodukten
8. Använd säkrare lösningsmedel och reaktionsförhållanden – undvik att använda giftiga eller brandfarliga lösningsmedel, och arbeta helst inte vid höga tryck eller extrema temperaturer.
9. Öka energieffektiviteten
10. Utforma produkter som enkelt kan tas om hand – hög nedbrytbarhet till något ofarligt är mycket attraktivt
11. Analysera i realtid – med löpande analys är det lättare att se när något i processen går fel och därmed att rätta till problem i tid.
12. Minimera olyckspotentialen – arbeta under säkra förutsättningar, med säkra kemikalier och lösningsmedel.
Grön kemi
E:1 4-‐Metylumbelliferon
Försök:Etylacetoacetat, resorcinol och Dowex sätts till en E-‐kolv. I ytterligare en E-‐kolv tillsätts etanol (15 mL) och till en tredje vatten (20 mL). Alla tre E-‐kolvarna värms på låg värme på en värmeplatta (ca 80 °C). Rör/skaka om då och då tills reaktionsblandningen slutat bubbla och en grå massa börjat bildats. När reaktionen är klar tillsätts varm etanol (2 mL) för att lösa upp massan. En Pasteurpipett används för att föra över lösningen till en ren E-‐ kolv, ytterligare två portioner etanol (2 mL) används för att få med all produkt.
Lösningen värms medan varmt vatten tillsätts i portioner till lösningen, när den blir grumlig kyls den långsamt till rumstemperatur. Fällningen sugfiltreras sedan och tvättas med vatten.
Tre olika lösningar bereds genom att i tre olika provrör eller vialer lösa upp ca 20 mg av produkten i etanol (2-‐3 mL). Till en av proverna tillsätts saltsyra (2 mL, 10 %) och till en av proverna natriumkarbonatlösning (2 mL, 10 %). Observera lösningarna under UV-‐ ljus.
Analys: TLC, fluorescens, smältpunkt
Mekanism-‐hjälp: Dowex är en s.k. katjonbytare som i det här fallet tillhandahåller H+.
BILAGA 7: Gymnasielaborationen
Laboration Estersyntes i microskala
Bakgrund:
Estrar är en viktig del av den organiska kemin och syntetiseras vanligen genom att en alkohol och en karboxylsyra får reagera under inverkan av en katalysator. Karaktäristiskt för de lågmolekylära estrarna är att de har ganska specifika lukter vilket är anledningen till att de återfinns i många kommersiella produkter, till exempel olika oljor och parfymer.
Material: • Finsprit (etanol) • Metanol • Koncentrerad svavelsyra • Sur grädde
• Värktabletter som innehåller acetylsalicylsyra, t ex Aspirin, Dispril eller Albyl • Konserveringsmedlet natriumbensoeat • 3 små glasrör • 3 Droppipetter • Kokande vattenbad • Ställ för små provrör • Liten spatel • Kapillärrör Riskanalys:
Varmt vatten kan ge brännskador av mildare grad och om man bränner sig på glasrören kan man riskera att tappa kemikalierna. Iakttag försiktighet och tänk på att glaset kommer vara varmt.
Konc. Svavelsyra är starkt frätande och bör handskas med försiktigt. Man får absolut inte hälla vatten i syran! Om man får syra i ögonen ska man genast till ögonduschen och sedan till sjukhus. Om man mår illa eller får yrsel ska man säga till läraren och sedan uppsöka läkarhjälp.
Glasvaror, Tänk på att glasvarorna är små och kapillärerna i synnerhet är sköra så iakttag försiktighet när ni använder dem för att undvika olyckor och skärsår.