Chemiczne Wieści (24.)

 Węże pokażą skażenie

Ostatnie badania prowadzone w Japonii, w terenach skażonych po awarii elektrowni jądrowej Fukushima, koncentrowały się na próbach znalezienia jakiegoś znacznika wskazującego na lokalny poziom skażenia ekosystemu. I okazało się, że całkiem niezłym, dużo lepszym od myszy i ptaków, są węże. Spędzają praktycznie cały czas na ziemi i lubią się zaszyć w jamach i norach. Pokonują w ciągu dnia do 65 metrów ale zwykle krążą w pewnych niedużych terytoriach. Stopień napromieniowania takiego węża odzwierciedla ilość radionuklidów dostępnych biologicznie w glebie, roślinach i w trudno dostępnych szczelinach, i norach, do których nie zajrzy radiometr. [1]

Najbardziej izolująca sól

Nowy materiał wytworzony przez badaczy z Liverpool University jest obecnie związkiem nieorganicznym o najmniejszym przewodnictwie cieplnym. 

 

Większość materiałów izolacyjnych jakie znamy, to zwykle nasycone związki organiczne, lub materiały puszyste, posiadające w strukturze dużo luk wypełnionych powietrzem, które ma niską przewodność cieplną. Tak jest ze styropianem, gdzie polistyren zamyka w sobie wiele luk wypełnionych gazem; tak jest z wełną mineralną czy gazobetonem. Teraz natomiast odkryto materiał, który będąc lity ma przewodnictwo cieplne równie małe co w przypadku powietrza.

 W badanym materiale wykorzystano dwa rodzaje związków, tworzące domeny, które połączono w kompozyt. Oba składniki tego połączenia wykazywały niskie przewodnictwo cieplne dzięki szczególnej budowie krystalicznej, która nie sprzyja przenoszeniu fononów (kwantów drgań sieci), rozpraszając je i zmniejszając ruchliwość. Ich połączenie ma jeszcze lepsze właściwości, dzięki pewnym efektom addytywnym. Jak piszą autorzy, jeśli przewodność cieplną stali zapisać jako 1 jednostkę, to tytan ma 0,1 tej przewodności, cegła 0,01; nowy materiał 0,001 a powietrze 0,0005. 

Jeden ze składowych związków powinien być dobrze znany studentom - wytrącanie oksychlorku bizmutu z roztworów chlorku jest często podawaną reakcją charakterystyczną. Jest to sól, której kryształy mają warstwową strukturę, z płaszczyzną kationów bizmutu mocno związanych z tlenem i chlorem i przedzielonych nietypowym stykiem dwóch warstw anionów chlorkowych. Aniony chlorkowe słabo ze sobą oddziałują, stąd odległość warstw na linii Bi-Cl---Cl-Bi jest dość duża. Kryształy związku  zaczynają z tego powodu wywoływać iryzację światła padającego, a ponieważ wytrącający się osad jest drobnokrystaliczny, tworzą opalizującą masę podobną do perłowej. 

Drugi składnik to półprzewodnik tlenek-selenek bizmutu, który już wcześniej znany był z niskiego przewodnictwa cieplnego. Sztuką było połączenie warstw tych obu związków w jeden, ciągły materiał, i to tak, aby były odpowiednio usytuowane przestrzennie. Oba wykazują bowiem wyraźną anizotropię właściwości i ich przewodnictwo cieplne bardzo mocno zależy od kierunku. Przy odpowiednim zgraniu obu kierunków efekty przewodnictwa wzajemnie się uzupełniły i otrzymany kompozyt ma przewodność 100-10 razy mniejszą niż składniki mieszaniny.[2]

Potencjalne zastosowania są oczywiste - lepsza izolacja tych układów, w których straty ciepła ograniczają wydajność, na przykład w silnikach cieplnych i instalacjach.

Przezroczysta farba chłodząca

Chłodzenie radiacyjne to metoda odprowadzenia ciepła przez wypromieniowanie go na zewnątrz. Znanym przykładem są radiatory w sprzętach elektronicznych, które z jednej strony odbierają ciepło od grzejącego się elementu, a z drugiej oddają je w przestrzeń. W niektórych zastosowaniach, jak odbiór ciepła z urządzenia, jest to wystarczające. Ale czasem użycie radiatorów chłodzących może być kłopotliwe. Ochłodzenie w ten sposób mocno nagrzewanej ściany budynku wymaga radiatorów, które ją w praktyce zabudują. Jednym z takich układów, które bywają czasem używane, jest warstwa z odbierającego ciepło emitera, nakryta szybką, która wypuszcza promieniowanie cieplne na zewnątrz. Ponieważ szybka ta przepuszczała i światło i ciepło, to układ tracił właściwości gdy był wystawiony na słońce, to bowiem promieniuje dość dużą część energii jako bliską podczerwień. Podczerwień ze słońca wpadnie więc do układu przez przezroczyste okienko i nagrzeje radiator. Alternatywą są powierzchnie lustrzane, które odbijają część promieniowania cieplnego i słonecznego z zewnątrz i nie pozwalają wnętrzu się nagrzać. W praktyce oznacza to, że szyby będą mocno przyciemniały widok.

Pomysł aby jakoś temu zaradzić nie był trudny i zadaniu podołali badacze z Korei. Opracowali oni warstwę, którą można nałożyć na przezroczyste materiały, która przepuszcza światło widzialne, odbija bliską podczerwień a przepuszcza podczerwień daleką. W ten sposób światło widzialne wnika do środka bez przeszkód, zaś bliska podczerwień słońca jest zatrzymywana. Z kolei wnętrze okryte taką osłoną nie jest nagrzane tak mocno, aby emitować bliską podczerwień (taką emitują ciała nagrzane do temperatury bliskiej żarzeniu się na czerwono), więc większość energii wydostanie się na zewnątrz jako podczerwień średnia i daleka. Nierównowaga radiacyjna takiego układu jest dostateczna, aby nawet w pełnym słońcu wnętrze osłony pozostawało chłodne. [3]

-------

[1] https://bioone.org/journals/ichthyology-and-herpetology/volume-109/issue-2/h2019282/Movement-Behavior-and-Habitat-Selection-of-Rat-Snakes-Elaphe-spp/10.1643/h2019282.short 

[2] https://science.sciencemag.org/content/early/2021/07/14/science.abh1619 

[3] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adom.202002226

Laserowa mikrofuzja jądrowa

Tym razem wpis raczej fizyczny, ale ten news brzmi tak ciekawie, że warto coś o nim napisać.

Kontrolowana fuzja jądrowa już od kilku dekad wzbudza nadzieję, jako technologia produkcji energii mogąca przebić elektrownie atomowe pod względem stosunku generowanej mocy do ilości zużytego paliwa. Tym bardziej, że paliwo to jest akurat łatwo dostępne - wodór to jeden z najpospolitszych pierwiastków. Cały problem leży natomiast w kontroli - zrobienie bomby termojądrowej nie było takie znów trudne, zrobienie reaktora, w którym reakcja będzie w powtarzalny sposób następować dostatecznie długo, aby wytworzyć energię większą niż włożona, to już kłopot.
Zbudowano już różnego typu tokomaki, stellatory i inne tego rodzaju urządzenia, i na razie ciężko jest zespołom badawczym wyjść poza etap "następnym razem na pewno nam wyjdzie, tylko musimy poprawić parę szczegółów". W zasadzie tylko jeden zespół badawczy doniósł o fuzji, która wyprodukowała nieco więcej energii, niż było jej potrzebne do zapoczątkowania reakcji - badacze z NIF skompresowali kapsułkę z mieszaniną trytu i deuteru przy pomocy 192 wiązek laserowych padających na ścianki kapsułki.[1]

Z tego też powodu zainteresowanie wzbudzają nawet te czysto badawcze urządzenia, w których fuzję daje się uzyskiwać choćby na małą skalę. Znanym przykładem jest fuzja piezoelektryczna, oparta o jonizowanie deuteru w silnym polu elektrycznym wytwarzanym przez kryształy piezoelektryczne - to jest elektryzujące się statycznie podczas szybkiego ogrzewania. Fuzję daje się też uzyskać w fuzorach, gdzie naładowane jony oscylują między dwoma sferycznymi siatkami, do których przyłożono dużą różnicę napięć. Urządzenia tego rodzaju mają jak na razie za niską wydajność i mogą być raczej użyte jako źródło neutronów niż energii.

Ostatnio natknąłem się na publikację opisującą układ fuzyjny może jeszcze nie stanowiący rozwiązania w otrzymywaniu energii, ale dużo prostszy w wykonaniu i użyciu. [2]
Zespół badaczy z Colorado State University opublikował wyniki prac nad zaskakująco prostą metodą otrzymywania fuzji jądrowej. Naświetlili oni przy pomocy femtosekundowego mocnego impulsu laserowego płytkę, pokrytą "lasem" nanowłókien z deuterowanego polietylenu. Mocny impuls laserowy w zasadzie odparował włókna, zamieniając każde w rozprzestrzeniający się obłoczek wysokoenergetycznej plazmy, zawierającej deuterony. Ponieważ włókna były ustawione równolegle, blisko względem siebie, deuterony z sąsiadujących włókien zderzały się ze sobą, z sumaryczną energią wystarczającą, aby doszło do fuzji jądrowej.

Wygląd lasu nanowłókien oraz symulacja energii deuteronów.

Zaobserwowano emisję strumieni wysokoenergetycznych neutronów, o gęstości kilkaset razy większej niż obserwowane dotychczas w innych eksperymentach. Impuls laserowy o energii jednego dżula wystarczał do wytworzenia wskutek fuzji około miliona neutronów. Cały układ eksperymentalny jest dość prosty, nie wymaga stosowania silnych elektromagnesów ani nawet próżni wysokiej jakości. Na razie nie wygląda na to, aby był to sposób na wytwarzanie energii termojądrowej, ale z pewnością jest to dużo tańszy i prostszy w wykonaniu układ do badań samego zjawiska fuzji. Możliwe, że znajdzie zastosowanie jako źródło strumieni wysokoenergetycznych neutronów, nie wymagające akceleatora.

W każdym razie, bardzo ciekawe odkrycie.

-------
[1] http://www.bbc.com/news/science-environment-24429621
[2] Alden Curtis, Chase Calvi, James Tinsley, Reed Hollinger, Vural Kaymak, Alexander Pukhov, Shoujun Wang, Alex Rockwood, Yong Wang, Vyacheslav N. Shlyaptsev & Jorge J, Rocca; Micro-scale fusion in dense relativistic nanowire array plasmas, Nature Communications volume 9, Article number: 1077 (2018)

Chemiczne wieści (14.)

Radioaktywne ocieplenie
Następujące w ostatnich dekadach ocieplenie globalnego klimatu, związane z przekształceniami ekosystemów, wycinaniem lasów i działalnością przemysłową, okazuje się wywoływać nietypowy skutek - woda w oceanach staje się coraz bardziej radioaktywna.

Porównując wyniki pomiarów zawartości radioizotopów w wodzie Oceanu Arktycznego, badacze z USA stwierdzili, że zawartość izotopu radu 227 wzrosła dwukrotnie w ciągu dziesięciu lat. Wzrost dotyczył głównie rejonów, które odmarzają latem silniej niż w poprzednich dekadach. Najprawdopodobniej brak całorocznej pokrywy lodu morskiego intensyfikuje mieszanie wód, zwiększa oddziaływanie fal i zwiększa siłę prądów przypowierzchniowych. Powoduje to spłukanie i przemieszczanie osadów dennych, zwłaszcza na płytkich obszarach szelfów kontynentalnych. Takie obszary są pokryte osadami rzecznymi, zawierającymi związki uranu i toru, praktycznie nierozpuszczalne w wodzie morskiej. Podczas naturalnego rozpadu powstaje z nich rad, który jest lepiej rozpuszczalny, ale zwykle więźnie w warstwach osadowych. Chyba, że poruszy je silniej mieszana wiatrem woda.

Największym źródłem radu jest w oceanie arktycznym wschodniosyberyjski szelf oceaniczny, rozległy obszar bardzo płytkiego morza w pobliżu cieśniny Beringa. [1]

Substancje sprzyjające życiu w meteorycie
Poszukiwacze życia w kosmosie z pewnością zainteresują się wiadomością, że w pewnych meteorytach udało się znaleźć mieszankę podstawowych substancji, sprzyjających powstaniu życia. Przebadano między innymi meteoryt Monahans, który spadł w marcu 1998 roku w Teksasie. Dwa fragmenty spadły na miasto, jeden wbił się w piasek koło boiska szkolnego, drugi wybił niewielki kraterek w asfalcie ulicy.[2] W ich składzie, oprócz ziaren typowych dla chondrytów węglistych, znajdowały się także błękitne kryształy halitu, czyli soli kamiennej, i podobnego sylwinu. Drugim badanym był meteoryt spadły kilka miesięcy później w Maroko, także zawierający halit, możliwe że oba pochodziły z tego samego źródła.

Po latach przeanalizowano dokładniej skład minerału, mając na uwadze, że podczas szybkiej krystalizacji halit może zamykać w małych pęcherzykach porcje roztworu wokół kryształu. Jak się okazało, kryształy z meteorytu zawierają tego typu inkluzje z wodą i związkami organicznymi. Są to głównie alifatyczne węglowodory, związki aromatyczne z grupami aminowymi i tiolowymi, ale także pewna ilość aminokwasów w tym występujące w białkach glicyna, alfa-alanina i beta-alanina, czy niebiałkowe jak kwas gamma-aminomasłowy czy eta-aminokapronowy. Oceniono, że takie aminokwasy mogły powstać w wyniku reakcji chemicznych prostych gazów na ziarnach mineralnych w niezbyt wysokich temperaturach. Pod względem składu enancjomerycznego były to w zasadzie racematy, tylko alanina wykazywała 5% nadmiar formy L.
Analiza ilości izotopów azotu w aminokwasach wykazała inny stosunek niż na Ziemi, co dowodziło pozaziemskiego źródła.[3]

Wcześniejsze badania meteorytu wskazywały na uformowanie się jego materii w stosunkowo dużym obiekcie planetoidalnym, zawierającym przynajmniej w pewnym okresie rezerwuary ciepłej, słonej wody, może w formie warstwy pokrytej lodem, o szacunkowej średnicy 150-250 km. W takich warunkach drogą dość powolnego narastania tworzyły się kryształy halitu, sylwinu i innych lekkich minerałów. Następnie zostały wyrzucone na powierzchnię pokrytą skalnym regolitem, gdzie scementowały się z ziarnami glinokrzemianów i związków węglistych. Ciemne ziarna meteorytu pochłonęły przez ten czas gazy szlachetne z wiatru słonecznego, co wskazuje na zaleganie tego fragmentu blisko powierzchni. Kolejne zdarzenie wyrzuciło bryłkę przemieszanych minerałów, która ostatecznie spadła na Ziemię. Szacunkowy wiek to 4,5 mld lat, czyli materia pochodzi z okresu bliskiego formowaniu się Układu Słonecznego.[4]
Jak na taki mały kamyczek, na prawdę sporo informacji.

Galoantymonen
Pierwszy przykład obojętnego związku z podwójnym wiązaniem Ga=Sb.

Chemicy bardzo chętnie sprawdzają, czy pewne teoretycznie możliwe połączenia pierwiastków, faktycznie są w stanie występować. Tworzono już takie związki, jak z podwójnym wiązaniem bor-bor czy sześciokrotnym molibden-molibden. Ostatnia publikacja z Nature opisuje eksperymenty na kompleksach metaloorganicznych, w których występuje rzadkie wiązanie gal-bizmut i gal-antymon. Ze względu na zbliżoną elektroujemność i małą energię, metale przejściowe niechętnie tworzą między sobą wiązania. W tym przypadku pomogło dobranie odpowiednio rozbudowanego ligandu organicznego.
Gdy jedno z testowanych połączeń, zawierające gal, antymon, dwa ligandy organiczne i połączony jonowo chlor zredukowano przy pomocy grafitku potasu, między atomami metalu powstało wiązanie podwójne, zwykle kojarzone bardziej ze związkami organicznymi. [5]

Fluorescencja sterowana temperaturą
Zespół opracowujący materiał do koncetratorów światła słonecznego, dokonał przy okazji ciekawego odkrycia materiału, który nie tylko świeci ale też bardzo wyraźnie zmienia kolor świecenia w zależności od temperatury.

Koncentrator fotowoltaiczny to specyficzne urządzenie, które skierowuje padające na niego światło w stronę ogniw fotowoltaicznych. Wydajność energetyczna takiego ogniwa często zależy od natężenia padającego światła, jeśli będzie oświetlone słońcem, będzie osiągać swoją maksymalną sprawność, ale niech tylko słońce zakryje cienka warstwa chmur a nie dość, że na ogniwo będzie padać mniej światła, to jeszcze ono samo będzie przetwarzać na prąd mniejszą ilość tego światła. Stąd powstał pomysł, aby skupiać światło na ogniwach może mniejszych, ale dzięki lepszej wydajności i tak dostarczających więcej prądu. Oprócz koncentratorów typowo optycznych, opartych o szkła czy lustra, sporo uwagi poświęca się koncentratorom luminescencyjnym.

Urządzenie takie ma postać półprzezroczystej płytki, zawierającej materiał, który pochłania część światła przechodzącego i równocześnie sam świeci, ale już bez zachowania kierunku. Ponieważ płytka luminescencyjna jest cienka oraz ma dużo większą gęstość niż powietrze dookoła, wyświecane we wszystkich kierunkach wtórne światło odbija się od wewnątrz w płytce i wylatuje na zewnątrz samymi krawędziami. To tam instaluje się ogniwa słoneczne. Płytka o rozmiarach szyby okiennej może pochłaniać boczną powierzchnią 10% światła, co daje efekt słabego przyciemnienia, ale ta zebrana całą płaszczyzną ilość energii, gdy zostanie skierowania w stronę krawędzi, daje już całkiem jasne światło, z którego można pozyskać trochę prądu.

W opisanym w artykule, który wpadł mi w oko [6], układzie zbierającym, użyto zielonego barwnika fluorescencyjnego umieszczonego w matrycy ciekłego kryształu z dodatkiem perylenodiimidu, będącego akceptorem elektronowym. No i znów trzeba nieco wyjaśnić - ciekłe kryształy to substancje zawierające gęsto upakowane cząsteczki bardzo długie i płaskie, które w pewnych niskich temperaturach zyskują właściwości podobne do krystalicznych. W warstwach tworzonych przez cząsteczki, wszystkie są z braku miejsca ułożone tak samo, choć mają pewną swobodę ruchu. Są niby krystalicznie uporządkowane, ale wciąż są ciekłe. Po podgrzaniu do odpowiednio wysokiej temperatury cząsteczki tracą to uporządkowanie, stając się chaotyczną cieczą.

Badacze zwrócili uwagę na to, że gdy badana mieszanina znajduje się w fazie ciekłokrystalicznej, to jest z cząsteczkami poukładanymi w porządku i ściśle, będący silnym akceptorem perylenodiimid jest słabo rozpuszczalny i tworzy agregaty. W takiej fazie za świecenie odpowiada wyłącznie wolny barwnik, który świeci na zielono. Po podgrzaniu cieczy do powstania fazy nieuporządkowanej, akceptor staje się dobrze rozpuszczalny. Dzięki temu może tworzyć z barwnikiem kompleksy donor-akceptor. W takim połączeniu barwnik reaguje na światło inaczej, i tym razem świeci na czerwono.
Do uzyskania kompletnie innego koloru wystarczy zmiana temperatury o 30 stopni.

-----
[1] Ignatius G. Rigor et al. Increased fluxes of shelf-derived materials to the central Arctic Ocean. Science Advances, 2018; 4 (1): eaao1302 DOI: 10.1126/sciadv.aao1302
[2]  https://www.lpi.usra.edu/meteor/?code=16719
[3] Queenie H. S. Chan et al. Organic matter in extraterrestrial water-bearing salt crystals. Science Advances, 2018 DOI: 10.1126/sciadv.aao3521
[4] http://www.meteoritestudies.com/protected_MONAHANS.HTM
[5]  Chelladurai Ganesamoorthy et al. From stable Sb- and Bi-centered radicals to a compound with a Ga=Sb double bond, Nature Communications 9, Article number: 87 (2018)
[6] Michael G. Demije et.al.  Temperature-Responsive Luminescent Solar Concentrators: Tuning Energy Transfer in a Liquid Crystalline Matrix, Angew. Chem. Int. Ed. Volume 57, Issue 4
January 22, 2018 Pages 1030–1033 - Artykuł dostępny na zasadach Open Acces

Cztery nowe pierwiastki

Tablica Mendelejewa jaką znamy z pracowni szkolnych została oficjalnie uzupełniona o cztery brakujące pierwiastki o numerach 113, 115, 117 i 118. Sposób w jaki media relacjonowały ten fakt był jednak nieco mylący - wielu zrozumiało, że pierwiastki te właśnie odkryto.
W rzeczywistości otrzymano je już wcześniej, jednak dopiero teraz Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej, czyli IUPAC, uznała nie tylko, że odkrycia są prawdziwe, ale też że pierwiastki są dostatecznie dobrze zbadane aby oficjalnie wpisać je na listę. Pierwsze doniesienia o otrzymaniu jednego z tych pierwiastków pochodziły z 2002 roku, minęło więc aż 13 lat.
Ostrożność w potwierdzeniu odkrycia miała w tym przypadku dość konkretne przyczyny - wokół tych pierwiastków już wcześniej panowało całkiem spore zamieszanie.

118 - Ununoctium
W 1999 roku badacze Lawrence Berkeley National Laboratory z USA ogłosili, że dokonali syntezy pierwiastków 116 i 118. Co ciekawe metoda została oparta o wyliczenia polskiego fizyka Roberta Smolańczuka, który w tym czasie odbywał tam staż podoktorski. W wyniku zderzenia jonów kryptonu 86 i ołowiu 206 otrzymano kilka atomów pierwiastka 118, które po wyemitowaniu cząstki alfa zamieniły się w pierwiastek 116. Super.
Teraz należało niezależnie potwierdzić ten wynik. Chodziło bowiem w końcu o kilka atomów w detektorze, rozpadających się po upływie ułamków sekund, gdzie spore znaczenie ma właściwa interpretacja sygnałów. Aby wynik uznać za pewny, należało nie tylko wykonać odpowiednio dużo pomiarów, ale też powtórzyć w miarę możliwości przez inny zespół naukowy i na innym sprzęcie.
W kilku ośrodkach posiadających odpowiednie akceleratory próbowano przeprowadzić syntezę wedle tej samej metody jeszcze w tym samym roku, jednak pierwiastka nie udało się otrzymać. W obliczu narastających wątpliwości autorzy pierwotnego zgłoszenia opublikowali w roku 2000 pracę w której udowadniali, że... syntezy nie da się powtórzyć. Po tej publikacji uznano powszechnie, że odkrycie było w najlepszym razie pomyłką. Wreszcie w 2002 roku po wewnętrznym śledztwie szef zespołu z Berkeley, rosyjski fizyk Wikor Ninow, przyznał się do sfabrykowania dowodów na odkrycie dwóch pierwiastków.

Nic więc dziwnego, że gdy w tym samym 2002 roku rosyjscy badacze z ośrodka w Dubnej ogłosili, odkrycie pierwiastka 118, świat naukowy podszedł do tej wieści ze sporą rezerwą. Podobnie ostrożne były reakcje na powtórzenie tej syntezy w roku 2006 czego dokonano w Berkeley. W 2011 roku, po przeanalizowaniu danych IUPAC uznała, że obie zgłoszone syntezy były poprawne (i nie były fałszywkami) ale wyniki pomiarów były obarczone zbyt dużą niepewnością.
To jaki właściwie pierwiastek otrzymano jest sprawdzane w sposób pośredni - bada się jakie promieniowanie wydziela otrzymana substancja w czasie przemian, czy są to cząstki alfa, czy promieniowanie gamma, i jaką mają energię. Ponieważ ciężkie jądra rozpadają się na inne nietrwałe jądra, po każdej syntezie rejestruje się kaskadę kolejnych sygnałów związanych z kolejnymi przemianami. Pewne wartości energii emitowanego promieniowania są dla pewnych znanych izotopów znanych pierwiastków charakterystyczne, wyłapanie tego sygnału pozwala więc na ustalenie do jakiego punktu zmierzała przemiana, na zasadzie:  "aha nasz X wyemitował cząstkę alfa, botem cząstkę beta, potem cząstkę alfa i kwant gamma a potem cząstkę alfa o energii charakterystycznej dla znanego już izotopu kiuru, więc tym iksem musi być taki a taki pierwiastek".
Problem w przypadku doniesień zespołów naukowych polegał na tym, że w ciągu przemian  otrzymany Uuo zamieniał się w dotychczas nie znane izotopy promieniotwórczych pierwiastków.

Ostatecznie należało dokonać syntezy przewidzianego teoretycznie izotopu liwermoru* 290 aby potwierdzić, że rozpadając się wydziela promieniowanie o takiej właśnie energii jak obserwowana w przemianach domniemanego pierwiastka 118. Dopiero wtedy udało się zweryfikować podany ciąg przemian i potwierdzić identyfikację pierwiastka.
[1],[2]

117 - Ununseptium
W tym przypadku nie było tak dużych kontrowersji. Pierwsze atomy otrzymano w 2010 roku w rosyjskim ośrodku w Dubnej, we współpracy z amerykańskim Oak Ridge. Amerykanie wytworzyli potrzebny izotop berkelu, który w Rosji był bombardowany jonami wapnia. Otrzymano ostatecznie 6 atomów, które rozpadały się na dwa różne sposoby.
Również w tym przypadku pojawił się problem z rozpadem na nieznane izotopy. Najpierw w następnym roku zsyntezowano jeden z izotopów potomnych, potem zespół wykonał jeszcze kilka prób, aż wreszcie w roku 2014 synteza została powtórzona w ośrodku w Darmsztadzie w Niemczech, co niezależnie potwierdziło wcześniejsze dane.[3]

115 - Ununpentium
Współpraca Rosjan z Amerykanami okazała się owocna też dla pierwiastka 115, otrzymanego po raz pierwszy w 2003 w ośrodku w Dubnej. W wyniku bombardowania jonami wapnia tarczy wykonanej z ameryku powstało kilka atomów nowego pierwiastka. Ten następnie emitował cząstkę alfa zamieniając się w inny nowy pierwiastek o liczbie atomowej 113. Podobnie jak w poprzednich przypadkach problematyczne było powtórzenie tego wyniku i potwierdzenie zaproponowanego ciągu przemian, z powodu powstawania nie znanych izotopów potomnych. Dopiero w roku 2014 ośrodek w Darmszadzie powtórzył wyniki Rosjan. Rok później inne potwierdzenie, oparte o syntezę izotopów potomnych, przeprowadzono w Berkeley.[4]

113 - Ununtrium
Choć w uznanej syntezie pierwiastka 115 produktem jego rozpadu miał być pierwiastek 113, to jednak IUPAC uznała, że dostatecznie udokumentowane są dla niego doniesienia japońskiego zespołu RIKEN, który ogłosił otrzymanie Uut w 2004 roku. Atom poszukiwanego pierwiastka powstał po zderzeniu jonu cynku z bizmutem.
W kolejnych latach badacze RIKEN wytworzyli więcej atomów różnych izotopów Uut. Największe znaczenie dla uznania odkrycia miała synteza z 2012 roku, gdy otrzymany atom w wyniku przemian zamienił się w znany wcześniej izotop mendelewu, co rozwiązywało problem pojawiający się we wszystkich wcześniejszych przypadkach. [5]

Wszystkie te pierwiastki mają wyjątkowo krótki czas życia. Najbardziej stabilny izotop pierwiastka 113 - Uut 286 rozpada się po upływie 19 sekund, dla pierwiastka 115 najtrwalszy izotop rozpada się po 200 milisekundach, dla pierwiastka 117 po 22 milisekundach a dla pierwiastka 118 po upływie 0,89 milisekundy. Trudno więc oczekiwać, aby znalazły jakieś zastosowanie.
Niemniej pomiar właściwości otrzymanych izotopów stanowi kolejny test modeli teoretycznych, na podstawie których ustala się właściwości pierwiastków.

Obecnie świat czeka na jeszcze jedno interesujące rozstrzygnięcie - nazwanie nowych pierwiastków. Obecne tymczasowe nazwy to po prostu łacińskie liczebniki. Dla pierwiastka 118 Rosjanie proponowali już między innymi nazwę dubnium, od nazwy ośrodka badawczego,  dla 115 proponowano langevinium, od fizyka Paula Langevina. W przypadku pierwiastka 113 dla którego pierwszeństwo odkrycia przyznano zespołowi z Japonii, pojawiają się spekulacje wokół takich nazw jak japonicum, rikenium czy nishinanium.
Pojawiły się też propozycje alternatywne, jak nazwanie któregoś z nich lemmium na cześć zmarłego muzyka Motorhead, czy octarinium w nawiązaniu do twórczości Terry'ego Ptarchnetta.

----------
* Biorąc pod uwagę, że pierwiastek ten rozpada się w ciągu milisekund, nazwa "żyjący bardziej" jest dla liwermoru raczej niestosowna

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Ununoctium
[2] http://www.iupac.org/news/news-detail/article/discovery-and-assignment-of-elements-with-atomic-numbers-113-115-117-and-118.html
[3]  https://en.wikipedia.org/wiki/Ununseptium
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Ununpentium
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Ununtrium

Cała tablica Mendelejewa... w soli

To strasznie zabawne, że z jednej strony ludzie się chemii boją a z drugiej ich ona zachęca. I w obu przypadkach odbywa się to na tej samej zasadzie zupełnego braku rozumienia o co chodzi.

Zwrot "to zawiera całą tablicę Mendelejewa" utarł się jako określenie strasznego syfu, mieszanki najprzeróżniejszych chemikaliów. Ostatnio media informowały że "cała tablica" to skład dopalaczy, że jest w wodzie z Wisły, że krąży w powietrzu w Krakowie... I w zasadzie nie próbuje się traktować tego dosłownie.
Dlatego bawi mnie gdy widzę, że dosłownie "cała tablica" może być traktowana jak zaleta. A tak rzecz się ma w reklamach różowej soli himalajskiej.

Sól himalajska to zwykła nieoczyszczona sól kamienna, która za sprawą zanieczyszczenia związkami żelaza przybrała różowo-pomarańczowy kolor i która za sprawą marketingu jest uważana za lepszą i zdrowszą od zwykłej nieoczyszczonej soli kamiennej z innych części świata. W tym od różowej soli kłodawskiej, która nabrała swego koloru z tych samych przyczyn, i której złoża powstały w tym samym czasie. Duże bryły soli kłodawskiej są znane jako element lamp solnych.
Jednym z elementów marketingu na temat soli himalajskiej jest występowanie w niej niezwykle dużej ilości pierwiastków, tym samym ma ona lepiej uzupełniać niedobory mikroelementów. Ten piękny slogan zamienia się we własne przeciwieństwo, gdy spojrzymy na listę tychże pierwiastków zawartych w soli (link). Jest ich 84, w tym także pierwiastki promieniotwórcze i toksyczne. Reklamiarze sami sobie podstawiają nogę taką listą.

Zobaczmy jakie to "niezbędne pierwiastki " w "idealnej kompozycji" się tam znajdują: polon, uran, neptun, pluton, protaktyn, tor, aktyn, rad... wszystkie promieniotwórcze. Czy ktoś teraz powie "zaraz będziemy świecić"? Następnie mamy takie "mikroelementy" jak neurotoksyczna rtęć, trujący tal, ołów, bar, antymon, stront, całkiem sporo fluoru... I cała masa pierwiastków które nie mają żadnego wpływu na organizm, jak choćby wszystkie lantanowce.
Generalnie rzecz biorąc lista podaje wszystkie pierwiastki z wyjątkiem gazów szlachetnych, w dwóch przypadkach dla nietrwałego technetu i samaru podając, że wprawdzie są niestabilne ale nie zostały wykluczone (co oznacza, że ich nie wykryto ale dopisano do listy bo może są).

Jeśli jednak przyjrzymy się dokładniej stwierdzimy, że większość pierwiastków ma zawartość poniżej 0,001 ppm. 1 ppm to jedna część na milion, a więc miligram na kilogram, a tych pierwiastków ma być mniej niż tysiąc razy mniej, prawdopodobnie tak mało, że metoda nie potrafiła oznaczyć ilości. I prawdopodobnie też na granicy błędu aparaturowego. Doprawdy, jeśli wziąć wodę z dowolnego źródła mineralnego i przebadać jej skład z dokładnością do bilionowych części to jest spora szansa, że otrzymamy podobny wynik, ślady rzadkich pierwiastków mogą się bowiem pojawić wszędzie. Tak na prawdę większość tej listy nie ma żadnego znaczenia.

Sól różowa z kopalni w Kłodawie

Lista ta budzi zresztą moje wątpliwości, mam bowiem wrażenie, że wyniki badań ponaciągano jak się dało byle poszerzyć listę. Najwięcej wątpliwości wzbudza podawany poziom fransu, którego wykryto rentgenowsko ok. 1 ppm. Frans to promieniotwórczy pierwiastek o bardzo małej trwałości. Czas połowicznego rozpadu to 22 minuty*, dlatego nawet gdyby złoże składało się pierwotnie z czystego chlorku fransu to po upływie milionów lat nie dotrwałoby z tego ani odrobinę. Wykrywa się go w śladowych ilościach w minerałach towarzyszących uranowi, powstaje bowiem jako produkt pośredni przy jego rozpadzie. Szacuje się, że w danym momencie na całej planecie jest niespełna kilkadziesiąt gramów tego pierwiastka.
Zawartość 1 ppm którą podaje ta tabela oznaczałaby, że w kilkunastu tonach soli znajduje się tyle fransu co na całej planecie co w sytuacji, gdy zarazem uranu z którego frans powstaje ma być w soli tysiąc razy mniej jest niemożliwe. Najprawdopodobniej 1 ppm było granicą oznaczalności urządzenia, zaś za sygnał od fransu uznano szumy. Podobnie mogło być z pozostałymi pierwiastkami o najniższej zawartości <0,001 ppm gdzie uznano, że skoro jest jakiś sygnał poniżej możliwości oznaczenia ilościowego to można podać wartość graniczną i uznać, że pierwiastek jest.

Generalnie różowa sól himalajska w większości składa się z chlorku sodu i mikroskopijne domieszki innych pierwiastków nie zmieniają jej właściwości aż tak bardzo, aby uznawać ją za nie tylko zdrowszą ale wręcz nieszkodliwą - niektóre teksty twierdzą, że nadciśnienie wywołuje tylko biała sól warzona a różowa nie... bo nie. Tymczasem przyczyną zwiększenia ciśnienia tętniczego jest sód niezależnie od źródła. Jeśli ktoś na prawdę chce zadbać o zdrowie niech sobie sprawi sól niskosodową, gdzie dużą część chlorku sodu zastąpiono chlorkami potasu, wapnia i magnezu.
 Różnica między solą różową a solą kamienną tzw. "szarą" polega głównie na tym, że jest sprzedawana w grubych ziarnach dzięki czemu widać jej kolor.
Po zmieleniu na pył do rozmiaru ziarna takiego jak sól sprzedawana u nas, będzie wyglądała na białą z powodu rozpraszania światła, co widać na tym reklamowym obrazku soli himalajskiej różnej grubości:

No i oczywiście jest kilka razy droższa.

---------
* Czas połowicznego rozpadu to czas po którym rozpadowi ulega połowa masy pierwiastka. Zależy on od statystycznego prawdopodobieństwa. W przypadku Fransu z 1 kg czystego pierwiastka po 22 minutach zostaje pół kilo, po następnych 22 minutach zostaje ćwierć, po upływie 2,5 godziny z kilograma pierwiastka zostaje mniej niż 1% po upływie 6 godzin 0,4 mg... Frans jest tak silnie promieniotwórczy, że dotychczas nie otrzymano choćby kawałka w stanie czystym zwłaszcza, że pod wpływem własnej promieniotwórczości natychmiast by odparował.

6 substancji z którymi wolałbym nie pracować

Inspiracją do wpisu był ten, niedawno opublikowany film popularnonaukowy z serii "Uwaga! Naukowy bełkot":

Jest to cenna seria, w ciekawy sposób przedstawiająca informacje z różnych dziedzin, jednak z tym odcinkiem mam pewien kłopot - autor chyba nie zupełnie rozsądnie zebrał 6 groźnych substancji pod mylącym tytułem a opowiadając o nich zastosował nadmierne uproszczenia. Co postaram się pokrótce objaśnić zanim podam swoją listę

Z czym można pracować i co nie jest naj
Jedną z maksym przypisywanych Einsteinowi jest ta o przekazywaniu informacji, mówiąca że należy upraszczać jak można, ale nie bardziej. Bo jeśli coś uprościmy za bardzo, możemy wprowadzić inną osobę w błąd.
Ten problem dotyczy Polonu-210 opisanego przez autora jako "najbardziej promieniotwórcza substancja znana Ludzkości". Jak tłumaczy w komentarzach, wybrał tą substancję, bo jest dostępna w stosunkowo dużych ilościach, silnie radioaktywna i ma na tyle długi czas półrozpadu, że człowiek zdąży się nią zatruć. Ale o tym w filmie nie wspomina. Widz dostaje tylko prosty przekaz "Polon-210 jest najbardziej promieniotwórczy w ogóle", co nie jest prawdą.

Zgodnie z definicją aktywności promieniotwórczej, jest to szybkość z jaką następują rozpady promieniotwórcze. Największą aktywność mają te z najkrótszymi czasami półrozpadu i małymi masami, z czego wynika że najbardziej promieniotwórczą substancją jest Wodór-7 o czasie półtrwania 2,3×10⁻²³ s i masie 8 unitów.
Tak że akurat Polon-210 byłby raczej "najbardziej promieniotwórczą substancją z jaką można się zetknąć" w tym znaczeniu, że jest stosunkowo dostępny i niektórzy muszą z nim pracować - choć można spekulować czy przypadkiem bardziej szkodliwy nie jest ameryk-243, spotykany w czujnikach dymu, który jest wytwarzany w większych ilościach a oprócz mało przenikliwego promieniowania alfa, produkuje też wysokoenergetyczne promienie gamma.
Podobny problem dotyczy "najbardziej palnej substancji" czyli trifluorku chloru, bo przecież fluorek ten sam w sobie nie jest specjalnie palny - jest natomiast silnym środkiem zapalającym, powodującym zapłon innych substancji z którymi się zetknie, a przy tym przeżerający substancje niepalne.
Myślę, że wśród najbardziej palnych substancji na pewno znajduje się silan, czyli krzemowy analog metanu. Duże powinowactwo krzemu do tlenu i ujemna jonizacja wodoru powodują, że w mieszance z tlenem ulega samozapłonowi w temperaturach około -100 °C, przy czym różne prace podają różne dane, w jednej opisano zapłon mieszanki z powietrzem w temperaturze -162 °C[1] Natomiast silniejszym od trifluorku chloru środkiem utleniającym i zapalającym inne substancje jest zapewne difluorek ditlenu, potrafiący zapalić stały metan w temperaturze 90 K.[2]

Inny problem dotyczy pozostałych substancji - tematem filmu są substancje "z którymi wolelibyście nie pracować" bo są niebezpieczne, trudne do obsługi, groźne jeśli się z nimi zetknąć. Tylko że w tym kontekście materiał wybuchowy oktanitrokuban pomimo swej niesamowitej siły wybuchowej zupełnie do zestawienia nie pasuje, jest bowiem stosunkowo bezpieczny - nie wybucha pod wpływem wstrząsów, nie powinien eksplodować nawet po uderzeniu młotkiem, dopiero wybuch spłonki inicjującej wywołuje eksplozję. Osobiście wolałbym pracować z nim, niż z na przykład chloranem potasu (jest ciekawszy).

Dlatego do zestawienia pasuje właściwie tylko batrachotoksyna, dwucyjan i ten bardzo azotowy materiał wybuchowy, eksplodujący spontanicznie.

Trochę zdziwiło mnie zatem, że autor filmu zapomniał o kilku innych substancjach, które warto tu pokrótce opisać. 

Z czym ja wolałbym jako chemik nie pracować:

1. Diselenek węgla
Analog dwusiarczku węgla, przydatny w niektórych syntezach. A przy tym związek niesamowicie wprost śmierdzący. Po tym jak w 1936 roku otrzymano go po raz pierwszy, konieczna była ewakuacja najbliższej miejscowości, leżącej po zawietrznej stronie laboratorium. Jest lotny, łatwo przenika przez gumę i wchłania się do organizmu, łatwo przenika przez błony komórkowe i jest neurotoksyczny. Chemik pracujący z tym związkiem przez dłuższy czas otoczony byłby banieczką nieznośnego zapachu i bez wątpienia znalazłby wolne miejsce w tramwaju.
Podobne efekty mogą dawać też inne związki selenoorganiczne, jak selenol, analog etanolu, czy selenofenol.

Nie chcę zostać na kilka tygodni człowiekiem-skunksem, więc pracy z tym związkiem będę unikał.

2. Dimetylortęć
Jedna z najsilniejszych znanych trucizn. Dawka śmiertelna dla człowieka właściwie nie jest znana, estymuje się ją na podstawie kilku wypadków śmiertelnych. Znanym przypadkiem było zatrucie badaczki Karen Wetterhahn, której na rękawiczki rozprysnęło się ok. 0,05 ml substancji. Przeniknęła przez rękawiczki i w krótkim czasie wchłonęła się przez skórę w ilości wystarczającej do zabicia. Z batrachotoksyną czy jeszcze silniejszą ciguarotoksyną można w miarę bezpieczne pracować, z dimetylortęcią nie jest już tak dobrze.
Tak że jeśli na prawdę nie będzie mi to do czegoś potrzebne, wolę z tą substancją nie pracować.

3. Benzo-a-piren
Jeden z najważniejszych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) będących rakotwórczymi składnikami dymu. Metabolity benzo-a-pirenu łączą się z DNA wywołując mutacje. Spożyty wywołuje raka żołądka i jelit, obecność w powietrzu sprzyja nowotworom płu, a zanieczyszczenie skóry może wywołać raka skóry. W niektórych badaniach już jednokrotna iniekcja podskórna ekstraktu zwierającego WWA wywoływała nowotwory u badanych zwierzat.

Tak że pracy nad tym związkiem czystym, lub w ekstraktach wolałbym też unikać.

4. Gaz musztardowy
Środek bojowy będący silnym środkiem alkilującym. Wywołuje silne oparzenia skóry które ujawniają się nawet dobę po kontakcie z substancją, wchłonięty drogą inhalacyjną daje objawy zatrucia z dużym opóźnieniem, od 4 do 6 godzin dla małych dawek (dla dużych natychmiastowo). Jest potwierdzonym środkiem rakotwórczym.

Tak więc pragnącym zachować zdrowie i ładną twarz też radzę unikać styczności z tą substancją

5. Azydek sodu
Sól kwasu azotowodorowego, zawierająca trzy połączone atomy azotu. Azydki nieorganiczne zwykle są stosowane w syntezie azydków organicznych, oraz 1,2,3 triazyn, ewentualnie tetrazolu. Niestety azydki są związkami nietrwałymi i bardzo silnie trującymi, porównywalnie z cyjankami. Chętnie hydrolizują do azotowodoru, gazu bardziej toksycznego niż tlenek węgla, który w śladowych, niewyczuwalnych stężeniach jest w stanie wywołać zatrucie. Ekspozycja wywołuje mdłości, bóle głowy, uszkodzenie włókien nerwowych, zaburzenia oddychania zaś działaniem długofalowym po zatruciu jest uszkodzenie wątroby i jąder. Zatrucia tym związkiem wśród chemików są notowane dość często.
Przy ogrzewaniu potrafią eksplodować. Z jonami metali ciężkich tworzą wrażliwe na wstrząsy i nacisk azydki, używane czasem jeszcze w spłonkach.

Tak więc z tymi związkami bez konieczności też dobrze by było nie pracować

6. Siarczan niklu
Ten związek jest akurat stosunkowo często spotykany w laboratoriach chemii nieorganicznej. Jego głównym niebezpieczeństwem jest łatwość wywoływania alergii - powtarzalny kontakt ze związkiem skutkuje rozwinięciem się alergii na nikiel i kilkunastu procent ludzi. A zaistnienie takiej alergii może potem poważnie utrudniać życie, w związku z występowaniem niklu w wielu stopach metali używanych w elektronice czy medycynie.

------
[1] http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/24448.pdf
[2] http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja00893a004

Świąteczna rocznica i obrazek

Zastanawiałem się nad tym jaki tu na święta dać wpis. Początkowo myślałem o chemicznym rozbiorze dań świątecznych, ale poza ciekawymi właściwościami buraków nie mogłem znaleźć nic interesującego. Potem przypomniałem sobie o pewnym zabawnym obrazku który idealnie pasował do tego dnia, ale robić wpis dla  jednego obrazka? To może jakaś rocznica, może akurat coś wpadnie.
Zajrzałem więc na świetną stronę On This Day in Chemistry, aby zobaczyć czy na Boże Narodzenie przypada rocznica czegoś ciekawego w chemii i od razu wiedziałem, że pomyślany pierwotnie śmieszny obrazek, pasuje do tego wpisu idealnie.

26 grudnia roku 1898 francuski chemik Pierre Curie i jego żona, chemiczka Maria Curie-Skłodowska, ogłosili odkrycie nowego pierwiastka - Radu - rozpoczynając nową erę chemii i fizyki. Ich małżeństwo i odkrycia są znane, nawet w pewnym stopniu zmitologizowane z bardzo silnym przesunięciem punktu ciężkości na Marię - w efekcie mało kto wie że Piotr też dokonał paru ciekawych odkryć, które zresztą silnie wiązały się z tym najsłynniejszym, dlatego w swej historycznej dygresji poprowadzę wątek od nietypowej strony.

Minerał Turmalin znany był już od średniowiecza ze swej niezwykle zmiennej kolorystyki, zmieniającej się często także w obrębie jednej bryły, toteż chętnie wykonywano z niego drobne ozdoby, nie ceniąc go jednak szczególnie. Jedną z ciekawych cech jaka sprzykrzała się właścicielom kamienia, było to że bardzo chętnie kurzył się, a po podgrzaniu przyciągał pył i skrawki tkaniny podobnie jak bursztyn. Zjawisko to pojawiało się po zmianie temperatury kamienia. Dopiero w XIX wieku wykazano, że ogrzewany kryształ elektryzuje się, wytwarzając na dwóch końcach silne ładunki przeciwnego znaku. Zjawisko to nazwano piroelektrycznością.
Efektem tym zainteresował się francuski krystalograf i fizyk Jaques Curie, który wciągnął w badania młodszego brata, też fizyka, Piotra. Wykazali oni że powstawanie ładunku ma pewien związek z rozszerzalnością cieplną kryształów turmalinu - kryształ podczas ogrzewania rozszerza się, ale nie we wszystkich kierunkach lecz bardziej wzdłuż. Powoduje to zaburzenie symetrii jonów w sieci krystalicznej, przez punkt ciężkości jonów dodatnich przestaje się pokrywać z punktem ciężkości jonów ujemnych. To zaburzenie symetrii polaryzuje kryształ. Jak też wykazali, istnieje efekt odwrotny - odkształcenie kryształu w polu elektrycznym.
Bracia oczywiście zastanowili się, czy podobny efekt można wywołać mechanicznie, i rzeczywiście, ściskany kryształ także elektryzował się po dwóch stronach. Ponieważ jednak istniała grupa kryształów elektryzujących się po ściśnięciu ale nie po ogrzaniu, stwierdzili że musi być to osobne zjawisko, nazwane przez nich piezoelektrycznością.
Aby móc dokładnie badać oba zjawiska zbudowali bardzo czuły elektrometr piezoelektryczny, pozwalający precyzyjnie i ilościowo mierzyć zmiany elektryzacji.

Piotr Curie zajął się w późniejszej pracy tajnikami magnetyzmu. Badając powiązanie między namagnesowaniem ciała a jego temperaturą, odkrył prostą zależność, nazwaną potem Prawem Curie, stwierdzającą że namagnesowanie paramagnetyka spada wraz ze wzrostem temperatury. We wzorze określającym prawo znaleźć musiał się specyficzny dla danego ciała współczynnik, nazwany potem stałą Curie. Temperatura w której namagnesowanie spada do zera i magnes przestaje być magnesem, została dla konsekwencji nazwana temperaturą Curie.
Tak więc wkład w naukę miał Piotr już ogromny i właśnie kończył doktorat, gdy znajomy przedstawił mu inteligentną i urodziwą Marię Salomeę Skłodowską, emigrantkę o wielkiej pasji do nauki. Zajmowała się w tym czasie badaniami nad własnościami magnetycznymi stali, ale narzekała na brak miejsca. Laboratorium Piotra było duże i dobrze wyposażone, z nim samym natomiast dało się dogadać. I tak Maria prowadziła swoje badania, Piotr swoje i z czasem zawiązało się pomiędzy nimi coś więcej niż tylko nić porozumienia.
Wreszcie gdy Piotr obronił doktorat i otrzymał profesurę, młodzi badacze ożenili się.

Piotr namawiał żonę na kontynuację pracy naukowej, na rozpoczęcie pracy doktorskiej. Musiała tylko znaleźć sobie jakiś ciekawy temat. Od czasu odkrycia promieni X na topie były podobne badania, dlatego mało opracowanie doniesienie Becquerela wydawało się doskonałym tematem.

Henri Becquerel zajmował się badaniem fluorescencji, to jest zjawiskiem świecenia się pewnych materiałów podczas naświetlenia światłem innego koloru. Gdy usłyszał o promieniach Roentgena zaczął zastanawiać się, czy promieni tych nie wydzielają oprócz światła także substancje fluoryzujące. Wziął kilka znanych mu minerałów fosforyzujących, kładł na kliszę fotograficzną obłożoną szczelnie grubym papierem i wystawiał na słońce. Pod wpływem słońca minerał powinien fluoryzować i jeśli wydzieli przy tym przenikliwe promienie X, to klisza mimo nieprzepuszczalnego dla światła papieru powinna się prześwietlić w miejscu położenia próbki.
Tak też działo się w przypadku pewnych soli uranu.
Niestety przypadek sprawił, że tak pięknie się rysująca koncepcja została podważona. Z powodu pochmurnej pogody odłożył do szuflady próbkę soli i kliszę. Po kilku dniach postanowił mimo wszystko spróbować naświetlania w chwilach gdy słońce przebijało się przez chmury, spodziewając się bardzo słabych obrazów. Tymczasem klisza została zaczerniona bardzo silnie, ale nie tam gdzie położył próbkę wystawiając na słońcu - lecz tam gdzie leżała ona na kliszy w szufladzie.
Początkowo myślał że wcześniej naświetlona próbka cały czas fosforyzowała w szufladzie, ale gdy porównał wyniki z solami uranu które nie fluoryzowały, musiał stwierdzić że promienie wydziela sam pierwiastek, bez konieczności uprzedniej obróbki. Najwyraźniej do wytworzenia niewidzialnych promieni nie potrzebna była lampa próżniowa.

Maria wzięła ten temat na warsztat i próbując zbadać wpływ tajemniczych promieni na materię, stwierdziła że wywołują one elektryzację. A ponieważ w laboratorium męża stał niezwykle precyzyjny przyrząd do badania tejże, szybko wykazała, że zdolność do jonizacji zależy od stężenia uranu w próbce. Mniej uranu, mniejsza jonizacja; więcej uranu, większa jonizacja. Aby potwierdzić teorię badała zależność dla różnych soli i minerałów i tu wykryła anomalię.
Zdolność do jonizacji blendy uranowej, była kilkakrotnie większa niż by to wynikało z ilości uranu. Posunęła się nawet do tego, ze zsyntetyzowała sztuczną postać minerału o takiej samej zawartości uranu jaj w naturalnym - i nadal promieniowanie minerału było większe.
Myśl, że w minerale ukrył się jakiś pierwiastek o silniejszej zdolności jonizującej była prosta ale w swej prostocie genialna. Oboje małżonkowie - bo Piotr też zaineresował się tematem - w optymistycznej naiwności sądzili ze pierwiastka musi być w minerale dużo, toteż rozkruszyli kilka bryłek i rozpuścili w kwasie, po czym zaczeli rozdzielać mieszaninę na składniki.
Oddzielili uran i w pozostałości stwierdzili silną aktywność frakcji zawierającej bizmut. Ponieważ sam bizmut nie był aktywny, poszukiwany pierwiastek misiał mieć podobne do niego właściwości. Zgłoszenie odkrycia zostało opublikowane w lipcu 1898 roku.
Jednak gdy badali pozostałości po wydzieleniu polonu, stwierdzili że jedna z frakcji także wykazuje dużą aktywność. Nie był to Polon, zatem w mieszaninie musiał kryć się kolejny pierwiastek. Badania spektroskopowe frakcji o właściwości Baru wykazały pojawienie się karminowej linii emisyjnej, której nie obserwowano u znanych pierwiastków. 26 grudnia małżonkowie zgłosili odkrycie nowego pierwiastka - nazwano go Radem.

Tak więc na odkrycie złożyło się kilka rozmaitych czynników.

A obrazek? Oto on:

Prawda że pasuje?

Kiedyś w laboratorium (14.)

Gdy mieliśmy zajęcia z radiochemii, prowadzący pokazał nam pouczającą rzecz - sprawdził stopień zjonizowania wykrywany w pomieszczeniu - wynosił ok. 2 miliremów/h. Po czym wziął opakowanie soli dla nadciśnieniowców, o zawartości sodu obniżonej przez dodatek potasu - i tutaj czujnik pokazał prawie 6 mR/h:

Zatem sól jest promieniotwórcza bardziej niż tło. Z czego to wynika? Oczywiście z dodatku potasu.
Naturalny potas zawiera 0,012% izotopu K-40, będącego izotopem nietrwałym. Rozpada się z wydzieleniem cząstek beta z okresem półtrwania  1,27 mld lat zamieniając się w argon. Sól zawierająca większą ilość potasu jest też bardziej promieniotwórcza, zbyt jednak mało aby nam przez samo to tylko  zaszkodziła (na pewno nam zaszkodzi jeśli będziemy jej nadużywali).
Ta właściwość dosyć przecież pospolitego pierwiastka jest używana w radiodatowaniu skał i skamielin - jeśli wiemy jaka powinna być zawartość potasu w skale, to znając różnicę między ilością teoretyczną a rzeczywistą i wiedząc ile argonu nagromadziło się wewnątrz ziaren mineralnych, możemy policzyć wiek próbki w zakresie setek milionów - miliardów lat.

ps. a za niedługo zdaję egzamin licencjacki i będę składał papiery na magisterkę.
ps2. - postanowiłem trochę uporządkować posty i te ze stałego cyklu kiedyś w laboratorium ponumerowałem
ps3. - egzamin zaliczyłem, papiery złożyłem. A że link dawany w komentarzu jest ciekawy, wkleję go w formie aktywnej:
 http://xkcd.com/radiation/
infografika porównująca dawki promieniowania z różnych źródeł. Dawka dla zamieszkania 50 mil od elektrowni węglowej jest większa niż dla zamieszkania 50 mil od elektrowni jądrowej.

Radon, czyli radioaktywność w każdym domu

Następną notkę na blogu chciałem poświęcić na omówienie "naturalnych i ziołowych" preparatów, mających nie zawierać związków chemicznych, ale jak to bywa, w ręce wpadł mi temat bardziej bieżący.

Rozmawiałem ze znajomą. Żart o tym, że nadzwyczaj tanie truskawki ze sklepu pewnie były sprowadzone z Japonii, sprowokował dyskusję na temat rozmaitych newsów medialnych. "Tyle się naoglądałam w internecie filmów o różnych truciznach we wszystkim, o skażeniu, że głowa mała. Że aspartam, że konserwanty czy coś" - wyznała. Ja na to wyraziłem opinię o rozmaitych panikarzach z "University of Youtube", którzy głośno protestują wobec czegoś co akurat jest na topie, a nie chce im się sprawdzać, czy na ich podwórku nie dzieje się aby coś gorszego. I nie chodzi mi o ludzi podpisującymi się pod ekologicznymi listami poparcia, który potem palą śmieciami w piecu - to norma. Nikt na przykład nie krzyczy i nie drży z przerażenia - rzekłem - że większe napromieniowanie niż katastrofa na drugim końcu świata, wywołać może zejście do piwnicy. Bo tam się gromadzi Radon, a on jest promieniotwórczy, wychodzi w ziemi; że uwalnia się z płyt betonowo-popiołowych...
- Radon?
- No, taki promieniotwórczy gaz...
W tym momencie zrozumiałem, że jeśli o takich rzeczach się powszechnie nie mówi, to się i o nich powszechnie nie wie, o czym przekonało mnie zdumienie jakie wykwitło na jej twarzy.

Jeśli o takich sprawach się nie wie, to się powinno zacząć o nich mówić. Albo pisać. A ponieważ Radon jest pierwiastkiem i to w dodatku chemicznym to idealnie pasuje do tego, aby o nim na moim blogu opowiedzieć.

A zatem przedstawmy naszego bohatera:

Radon jest gazowym pierwiastkiem chemicznym z grupy Helowców, o liczbie atomowej 86, i jak każdy pierwiastek położony za ołowiem w układzie okresowym nie posiada trwałych izotopów. Wszystkie są promieniotwórcze i krótkożyjące. Należy do gazów szlachetnych, bezbarwnych, bezwonnych i pozbawionych smaku, nadzwyczaj niechętnie wchodzących w jakiekolwiek reakcje chemiczne, choć ostatnie lata pokazały, że czasem jednak zachodzą z nimi drobne mezalianse. Przykładowo radon już w temperaturze pokojowej tworzy fluorki, co wiąże się z dostarczeniem fluorowi energii aktywacji powstającej przy rozpadzie. Z uwagi na bardzo krótki czas półtrwania jego chemia jest raczej słabo zbadana, zwłaszcza że jego związki ulegają rozkładowi pod wpływem własnej radioaktywności.
Najtrwalszym izotopem jest Radon-222, o czasie półtrwania 3,6 dnia - oznacza to, że z każdego grama po 3,6 dnia zostaje połowa, po następnym takim okresie zostaje ćwierć grama, po kolejnym jedna ósma i tak dalej. Po miesiącu zostają ślady.
Radon powstaje w toku naturalnych przemian promieniotwórczych, jako element naturalnego szeregu przemian promieniotwórczych (szereg uranowo-radowy). Związki Uranu są rozproszone w skorupie ziemskiej, niewielkie ilości zawierają minerały ilaste, większe granity i bazalty. W wyniku rozpadu uranu powstają kolejne izotopy promieniotwórcze, aż do Radu nad którego wydzieleniem trudniła się nasza Skłodowska. Rad, z okresem półtrwania 1600 lat, zamienia się w Radon.

W roku 1900 Ernst Friedrich Dorn, badający przemiany promieniotwórcze, zwrócił uwagę na gazy wydzielające się z preparatów Toru i Radu, co skądinąd objaśniało zauważony już wcześniej fakt utraty masy próbek soli radowych. Później świetny chemik Ruthenford potwierdził spetroskopowo, że oba gazy stanowią jeden pierwiastek. Owo "promieniotwórcze powietrze madame Curie"[1] nazwane zostało początkowo Emanacją, i nazwa taka funkcjonowała jeszcze dłuższy czas, aż wreszcie wyparła ją nazwa nadana najtrwalszemu izotopowi.

No dobrze, jest sobie taki pierwiastek i co nam do tego? A to chociażby, że wydzielając się z gleby gromadzi się w naszych domach gdzie codziennie wdychamy go z powietrzem, zaś znalazłszy się w płucach jak gdyby nigdy nic napromieniowuje okoliczną tkankę, doprowadzając do jej uszkodzenia. A warto przypomnieć, że promieniowanie jonizujące należy do najważniejszych czynników kancerogennych. Według wyliczeń amerykańskiej agencji ochrony środowiska (EPA) narażenie na radon stanowi drugą, po paleniu papierosów, przyczynę raka płuc w Stanach Zjednoczonych, skutkując około 21 tyś. zgonów rocznie (wobec prawie 160 tyś. zgonów wśród palaczy), w tym 2900 u osób nigdy nie palących. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) ocenia, że radon odpowiada za 15 % raków płuc na świecie.[2] Niestety nie znalazłem podobnych wyliczeń dla Polski, choć podejrzewam że procentowo dane są podobne. U palaczy narażonych na radon, oddziaływanie a więc i ryzyko choroby jest kilkukrotnie większe, większe niż ze względu na sam tytoń, bowiem oddziaływania obu czynników nakładają się na siebie. Badania z Francji sugerują ponadto, że radon w wodzie pitnej, może wpływać na częstość występowania białaczki.

Jak radon przedostaje się do mieszkań? Głównym źródłem jest ziemia, z której przez różne szczeliny i pory wydostaje się na powierzchnię. W miejscach przebiegu uskoków i podobnych nieciągłości, również tam, gdzie spoistość gruntu została naruszona pracami górniczymi, jego wydzielanie jest większe. Wielkość wydzielania jest też zależna od rodzaju podłoża - w podłożu ze skał osadowych radonu jest mało, natomiast w kamienistej glebie terenów podgórskich jest o dużo. Ciekawy przypadek zachodzi w Stanach Zjednoczonych, gdzie najwyższe stężenia notuje się w równinnym stanie Iowa. Przyczyną jest tu duża ilość granitowych głazów naniesionych przez lodowiec, zwiększająca aktywność gleby. Nie znalazłem informacji, czy podobny efekt występuje na Suwalszczyźnie i Warmii, gdzie ilość złożonych eratyków jest doprawdy ogromna.

Radon w mieszkaniach w USA

Ponieważ radon jest gazem 8 razy cięższym od powietrza, najchętniej gromadzi się w zagłębieniach terenu i piwnicach, do których przedostaje się przez szczeliny i pory ścian (każdy, komu wybijająca ze ścian woda zalała piwnicę, wie jak dużo może przez nie przelatywać). Stamtąd, powodu różnic ciśnienia i przeciągów, może się przemieszczać w górę, do części mieszkalnych. W ciągu kilkunastu godzin jego stężenie osiąga maksymalny poziom. Szybko podlega rozpadowi wydzielając silnie jonizujące promieniowanie alfa, przemieniając się w szereg nietrwałych pierwiastków, o czasach półtrwania rzędu kilkunastu minut. Ostatecznie najgroźniejsze są jednak izotopy Ołowiu-210 i Polonu-210 o czasach półtrwania odpowiednio 5 i 160 dni. Mają postać stałych cząstek, łatwo gromadzących się w kurzu i osadzających się w płucach. Również są promieniotwórcze - w sumie zatem można by powiedzieć, że Radon to trucizna, która truje kilka razy. Ponieważ ogólne stężenie izotopów jest zbyt małe, aby określać je w ilościowy sposób, zwykle podaje się ilość rozpadów promieniotwórczych w metrze sześciennym powietrza w ciągu sekundy - jeden taki rozpad to jeden Bekerel - 1 Bq / m ³ .

A jak to wygląda w Polsce? Na nizinach stężenia są raczej niskie, średnia krajowa to 10-40 Bq/m³, jednak na terenach podgórskich zwiększa się, najwyższą koncentrację wykazując w Sudetach.
Niektóre wyniki są zatrważające:

Badania prowadzone przez Państwowy Zakład Higieny wykazały najwyższe stężenia w miejscowościach województwa jeleniogórskiego, gdzie natrafiono na piwnice z promieniowaniem 2837,9 bekereli, czyli przewyższającym nowo przyjęte wskaźniki aż czternastokrotnie! Maksymalna dawka zanotowana w piwnicach w Krośnieńskiem to 1652,3 bekereli, w Wałbrzyskiem - 784,4 bekereli, natomiast na Górnym Śląsku - 366,3 bekereli. Biorąc pod uwagę zasięg pomiarów, można śmiało przypuszczać, że są miejsca, gdzie promieniowanie jest jeszcze wyższe. [3]

Maksymalna dopuszczalna norma to 200 Bq/m³, w niektóre badania wykazywały jeszcze wyższe stężenia w piwnicach - dlatego postawiona na początku teza, ze zejście do piwnicy może być groźniejsze niż katastrofa w Japonii jest w pełni uzasadniona. Wedle najnowszego komunikatu Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie, stężenie radioaktywnego jodu pochodzącego z Fukushimy, w dniu 30 marca, wyniosło 8,3 milibekereli na metr sześcienny powietrza nad Polską.[4] Mili to jedna tysięczna. Zatem "katastrofa na drugim końcu świata" wywołała skażenie rzędu 0,0083 Bq/m³, tysiące razy mniejsze od przeciętnego skażenia piwnic, i kilka milionów mniejsze od najwyższych notowanych w Polsce wartości. I kto dziś pójdzie po konfitury?

Problemem w okolicach Kotliny Jeleniogórskiej jest też radoczynna woda pitna. Przykładem mogą być Janowice Wielkie, w których ujęcie wody umieszczono w dawnej kopalni uranu. Pierwotnie zakładano zainstalowanie aparatury do odgazowania wody, lecz ostatecznie zrezygnowano z niej. Alarm podniósł dopiero Grzegorz Prokop, którego 10 letnia córka nagle zachorowała na chłoniaka - groźny nowotwór układu limfatycznego. Zawartość radonu w wodzie przekraczała tam kilkukrotnie zalecane normy, zaś ulatniając się np. podczas prysznicu, zamieniał łazienkę w domową komorę gazową. Dopiero po tym odpowiednie urządzenie zostało tam zamontowane.

Podobnie rzecz wygląda za granicą. W USA w ok. 14 procent mieszkań przekroczone są normy zawartości. Głośny stał się przypadek Stanleya Watarsa, pracownika elektrowni atomowej, u którego w 1984 roku czujniki promieniowania wykryły duże skażenie. Ponieważ w samym zakładzie nie doszło do żadnych awarii, było jasne, że źródło musiało znajdować się poza nim. Ostatecznie stwierdzono, że źródłem tym był dom pana Watarsa, a dokładnie zaradonowana piwnica. Oceniono ze wpływ wykrytego stężenia odpowiadał by wpływowi 135 papierosów wypalonych dziennie.

Jaki jest najlepszy sposób na radioaktywny gaz? Wietrzenie. To zaskakujące, ale jest to prosty i skuteczny sposób. Niestety w wielu polskich domach ze złą izolacją cieplną, mieszkańcy chronią się zimą przed mrozem takimi środkami, jak szczelne, plastikowe okna i zaklejone wywietrzniki, co prócz licznych tragedii związanych z czadem ulatniającym się z piecyków gazowych, wpływa też na zwiększenie zawartości Rn-222 w powietrzu domowym.

Temat popularnych zagrożeń promieniotwórczy jest jednak znacznie szerszy. Pewne ilości radonu mogą się też wydzielać z materiałów budowlanych - między innymi dlatego skały granitowe nie są zalecane w budownictwie mieszkaniowym, nawet na wykończenia.
Mało znana jest też dość duża aktywność popiołów pozostałych po spaleniu węgla, które jeszcze do niedawna były traktowane jak odpady niebezpieczne. Niestety popioły lotne i żużle często są używane jako dodatek do betonu i do wyrobu cegieł a nawet do naprawy dróg. Co prawda dane wskazują, że mimo dużego podwyższenia emisji, nie przekracza ona norm, ale mam wrażenie, że nie brano tu pod uwagę efektu łącznej emisji ze źródeł naturalnych i ze ścian, dlatego powszechność wykorzystywania takich materiałów, jest dla mnie niepokojąca.

Lutowy "Świat Nauki" dorzuca do naszych rozważań jeszcze jeden wątek [5], który pokrótce omówię. Otóż papierosy, oprócz setek innych szkodliwych związków, zawierają omawiany już Polon. Skąd się tam wziął? Pola tytoniu nawożone są nawozami fosforowymi, zawierającymi zwykle domieszki uranu. Szczególnie dużo zawiera go Tomasyna, będące wszakże zmielonym żużlem powstałym podczas świeżenia stali w metodzie Thomasa. Z uranu powstaje nasz radon, a z niego stałe izotopy potomne, które osadzają się na włochatych liściach tytoniu. Ok. 70% Polonu jest wydzielane wraz z dymem, a stamtąd trafia do płuc palaczy. Ocenia się że sam polon w dymie papierosowym, może odpowiadać za 2% raków płuc u palaczy.

Papieros też groźny

Jak zmniejszyć to ryzyko? Można używać specjalnych mieszanek nawozów, z mniejszą ilością uranu, ale byłyby ona za drogie. Można też płukać zebrane liście w odpowiednich roztworach, ale to również podwyższyło by ceny, podobnie jak hodowla bezwłosych odmian. Musiały by się na to zgodzić koncerny tytoniowe, ale z tym nie jest dobrze. Polon w tytoniu wykryto w latach 60. i wiadomo że dotychczas informacje o skali zagrożenie były ukrywane, zaś silny lobbing firm papierosowych blokował kolejne publikacje na ten temat. Spisek wielkich firm? Nieuczciwy sposób dbania o interesy? Nazywajcie to sobie jak chcecie. Ja nie palę i Wam też nie radzę.

Kończę mój przydługi artykuł. Nie straszenie a informowanie było jego celem. Następne wpisy porzucą (choć nie do końca) tematykę promieniowania, i może znajdzie się tam coś budzącego raczej rozbawienie niż niepokój.
A teraz otwórzcie szeroko okno, przewietrzcie mieszkanie, i pomyślcie o wiośnie, która właśnie nadchodzi, a od razu zrobi się wam lepiej.

-------
Przypisy i źródła:
[1] - określenie, jako cytat, znalazłem w jednej z książek, niestety nie pamiętam jakiej.
[2] http://www.epa.gov/radon/
[3] http://www.halat.pl/radon.html - dużo artykułów na ten temat
[4] http://paa.gov.pl/ -
[5] Brianna Rego, Promieniotwórczy dymek, Świat Nauki nr. 2 2011
* http://en.wikipedia.org/wiki/Radon

Edit: najnowszy komunikat PAA podaje, że stężenie radioaktywnego jodu-131 nad Polską zmalało dziesięciokrotnie, i w dniu 4 kwietnia wahało się między 800 a 200 mikrobekereli (Kraków-Gdynia). Mikro to jedna milionowa, a więc zakres 0,0008-0,0002 Bq/m³.

Edit 2: wg. PAA skażenie radioaktywnym jodem nad Polską nadal spada, i dla okresu pomiarowego 07-11 kwietnia wynosiło 130 - 360 mikrobekereli na metr sześcienny (0,00036-0,00013 Bq/m³)

Co z tym jodem?

Pierwotnie zamierzałem pierwszą notkę poświęcić fotorelacji z przeprowadzanej na zajęciach syntezy, ale w ręce sam wpadł mi doskonały temat. Dlatego będzie o tym, co ma jod do skażenia promieniotwórczego.

Tragiczne trzęsienie ziemi w Japonii i wywołana nim fala tsunami okazały się jedną z największych katastrof ostatnich lat. Na pewno zginęło kilka tysięcy ludzi, a wiele tysięcy uważa się za zaginione. Jednak największe przerażenie wywołała seria poważnych awarii w japońskich elektrowniach atomowych. Świat wciąż jeszcze pamięta o Czarnobylu, nic zatem dziwnego, że wszyscy obawiają się powtórki z historii. W informacjach na ten temat pojawił się wątek będący bezpośrednim powodem dla którego rozpoczynam ten temat, mianowicie informacja o "panice solnej" w Chinach. Jak podaje Onet:

Niektórzy mieszkańcy Państwa Środka wierzą, że zawierająca jod sól, uodparnia na promieniowanie radioaktywne. W czwartek w supermarketach w wielu chińskich miastach zabrakło jej. Pojawiły się również plotki, że radioaktywne substancje już przedostały się z elektrowni Fukushima do wody, wywołując skażenie, w efekcie czego sól morska będzie niezdatna do użycia.

Czytelnicy starsi ode mnie pamiętają zapewne rok 1986 i gorączkowe podawanie dzieciom obrzydliwego w smaku Płynu Lugola, zawierającego duże ilości jodu, dla zapobieżenia szkodliwemu wpływowi radioaktywnej chmury, jaka nadleciała nad Polskę w kilka dni po katastrofie Czarnobylskiej. Jednak dlaczego akurat Jod? I czy jego zażywanie może uchronić nas przed skażeniem? Zanim do tego dojdziemy, czas przedstawić naszego bohatera.

Jod jest niemetalicznym pierwiastkiem chemicznym z grupy fluorowców o liczbie atomowej 53, podobnym do chloru czy fluoru, jednak zdecydowanie mniej od nich reaktywnym. W przeciwieństwie do pozostałych pierwiastków z tej grupy, w stanie wolnym jest ciemnoszarym ciałem stałym o grafitowym połysku. Łatwo lotny, w podwyższonej temperaturze zamienia się w ciemnofioletową parę, co zachodzi bez topnienia na drodze sublimacji. Pary jodu zestalają się na chłodnych powierzchniach, co wykorzystuje się do jego oczyszczania. Stosunkowo szeroko rozpowszechniony w przyrodzie, nie tworzy jednak własnych minerałów, z uwagi na dużą rozpuszczalność związków. Przemysłowo otrzymuje się go z saletry chilijskiej zawierającej, oprócz azotanu (V) potasu, domieszki jodków i jodanów potasu, oraz z wody morskiej gdzie występuje w większych ilościach. Zużywa się go głównie do produkcji leków, barwników, a także filmów fotografii analogowej, choć wobec rozpowszechnienia technik cyfrowych coraz bardziej traci na znaczeniu. Jednak najważniejsze jest jego działanie biologiczne.
Jod jest niezbędnym mikroelementem, potrzebnym organizmowi do wytwarzania dwóch ważnych hormonów tarczycowych : Tyroksyny i Trójjodotyroniny. Odpowiadają one za prawidłowy przebieg przemiany materii, regulują pracę serca i przysadki mózgowej, regulują poziom glukozy we krwi i wydzielanie neuroprzekaźników, duże znaczenie ma też ich stymulujące działanie na rozwój ośrodkowego układu nerwowego, zwłaszcza we wczesnym okresie rozwoju. Niedobór jodu w diecie wywołuje zatem ich niedostateczne wydzielanie. Organizm próbuje przeciwdziałać temu, zwiększając aktywność tarczycy będącej gruczołem T3 i T4, czego zewnętrznym objawem jest jej powiększenie, tzw "wole endemiczne":

Kobieta z wolem endemicznym

Jest to oczywiście skrajny przypadek, dotyczący nieleczonej choroby. Znacznie groźniejsze są powikłania związane z niedoborem jodu w kobiet w ciąży, wówczas bowiem dojść może do nieodwracalnych zmian rozwojowych u płodu, określanych mianem Kretynizmu. Dziecko dotknięte kretynizmem cierpi na znaczny niedorozwój umysłowy, częściowo również fizyczny. Przebieg schorzenia można łagodzić przez podawanie jodu bądź hormonów tarczycowych, lecz raz zaistniałe zmiany nie ulegną cofnięciu.
Niedobór jodu występuje na terenach, w których jego zawartość w glebie jest niska. W przypadku Polski dotyczy to niestety przeważającej części jej powierzchni, z wyjątkiem wąskiego pasa nadmorskiego, gdzie jod z wody morskiej dociera pod postacią aerozolu, dlatego większość polaków jest zagrożona niedoborem. Szczególnie silny niedobór dotyczy terenów podgórskich. Skalę zjawiska oddają badania z lat 1992-93 , kiedy to co setne dziecko rodziło się z powiększeniem tarczycy, zaś u jednego na 4 tysiące występowały pierwsze objawy kretynizmu związanego z niedoczynnością. Jod zawarty w jedzeniu nie wystarczał, zaś specjalnej jodowanej soli używał tylko co czwarty polak. Dlatego właśnie od 1997 roku obowiązkowo każdy rodzaj soli spożywczej musi zawierać domieszkę jodu. Od tego czasu częstość występowania wola endemicznego i wiążących się z tym powikłań spadła drastycznie (tu polecam dobry artykuł na ten temat na Globalnym Śmietniku).

No dobrze, tylko co to wszystko ma wspólnego ze skażeniem promieniotwórczym i z Czarnobylem? Już wyjaśniam. Produktami kontrolowanego rozszczepiania jąder Uranu, do jakiego dochodzi w reaktorach atomowych, są lżejsze pierwiastki, w tym wiele izotopów promieniotwórczych. Do szczególnie groźnych należy tu izotop Jodu-131, stanowiący kilka procent odpadów reaktorowych. Jod występujący w naturze ma masę atomową równą 127 i jest pierwiastkiem trwałym. Jego groźny, cięższy krewniak rozpada się nadzwyczaj łatwo - czas półtrwania wynosi 8 dni, co oznacza, że z każdego grama po 8 dniach zostaje pół, po kolejnych 8 dniach - ćwierć, po następnych 8 dniach - ósma itd aż do zupełnego zaniku. Przez ten czas jednak emituje silne promieniowanie beta.
W świetle wszystkiego co napisałem powyżej powinno być jasne, że Jod, jako łatwo lotny pierwiastek chętnie ulatniał się do atmosfery podczas tak poważnej awarii, jaką był kilkudniowy pożar prętów paliwa jądrowego w reaktorze. Gdy wiatr przemieścił go nad obszar naszego kraju, od dawna cierpiące na powszechny niedobór organizmy obywateli zaczęły wchłaniać go i wbudowywać w tarczycę, gdzie osiągał koncentrację wystarczającą, aby doprowadzić do uszkodzenia tego narządu, a w dalszej perspektywie ryzyko nowotworu. Właśnie temu zapobiegać miał Płyn Lugola. Gdy organizm jest wysycony jodem w potrzebnej ilości, nie przyjmuje naddatkowych dawek, więc podanie roztworu zapobiegło wchłanianiu promieniotwórczego izotopu.

Taki jest właśnie sens podawania jodu. Zapobiegnie on tylko i wyłącznie uszkodzeniu tarczycy pod wpływem promieniotwórczego izotopu. W żadnym razie nie spowoduje uodpornienia na promieniowanie, nie ma zatem też żadnych własności ochronnych. Jeśli na takiego "najodowanego" człowieka opadnie Stront-90, również należący do produktów rozszczepienia uranu, to zapadnie na chorobę popromienną tak samo jak ten z wolem. Piszę o tym nie po to, aby wzbudzać niepokój u tych, który sądzili że na Japonię jodowana sól wystarczy - przeciwnie, sądzę że cała ta katastrofa zostanie opanowana, gdy zaś temat przygaśnie, w pamięci wielu osób pozostanie błędne przekonanie o nadzwyczajnych własnościach ochronnych jodu.
Niestety pojawiają się już sygnały świadczące, że próbuje się wykorzystać tą niewiedzę i żeruje na zainteresowaniu jakie wzbudza katastrofa, oto bowiem Monitor Polski informuje:

NOSE (dawna robocza nazwa A-FLUSIMINE 09) to donosowy aerosol zawierający mikroelementy pozyskane w wyniku jodkowo-potasowej maceracji pęków kwiatów goździków, wydatnie wspomagający układ odpornościowy w walce z infekcjami wirusowymi u stosujących go osób. (...)
5.) w naturalny sposób chroni organizm przed powikłaniami napromieniowania organizmu po dużych ekspozycjach promieniowania alfa, beta i gamma, niebezpiecznych dla zdrowia i życia ludzkiego.

Krótko mówiąc jest to preparat z goździków które moczyły się w wodzie z jodowaną solą, mający być przewspaniałym lekiem na grypę i inne przeziębienia a dzięki zawartości jodu mającym chronić przed wszelkim promieniowaniem - co w świetle powyższego jest oczywistą bzdurą. Zapewnienia, że to, iż preparat wpłynął pod inną nazwą tuż po kataklizmie w Japonii, nie jest ze strony producenta próbą wykorzystania całej historii, brzmią zupełnie niewiarygodnie.

---
Źródła (oprócz podawanych) :
*"Zbawienna szczypta soli", Rzeczpospolita 27 wrzesień 1994
* Szwedzki Państwowy Instytut Ochrony przed Promieniowaniem
* Wikipedia - Isotopes of Iodine
* Wikipedia - Kretynizm
* Wikipedia - Triiodothyronine