Kiedyś w laboratorium (8.)

Fenoloftaleina jest powszechnie używana jako wskaźnik kwasowo-zasadowy, w warunkach zasadowych przy pH 8,2 z formy bezbarwnej zamieniający się w formę różowo-malinową. Nie każdy jednak wie, że w ekstremalnych warunkach może przejść w jeszcze inne formy. Pod wpływem bardzo silnych zasad odbarwia się, zaś w bardzo silnych kwasach staje się pomarańczowa, co pewnego razu sprawdziłem:

Fenoloftaleina w stężonym kwasie siarkowym

Wszystkie te przemiany wiążą się ze zmianami budowy cząsteczki. Związek formalnie rzecz biorąc jest pochodną bezwodnika ftalowego, który skondensował z dwiema cząsteczkami fenolu, W związku z tym jedna połowa pochodzącej od dwóch grup karboksylowych, grupy karbonylowej, zostaje zajęta, zaś pozostała część formalnie rzecz biorąc może być uznana za cykliczny ester. Decyduje to o właściwościach.
W warunkach silnie zasadowych pierścień estrowy hydrolizuje do reszty karboksylowej. Swoje wodory odszczepiają też dwie cząsteczki fenolu. Powstała struktura mezomeryczna adsorbuje część światła, pozostawiając intensywny kolor pomiędzy fioletem a różem.
Gdy związek znajdzie się w środowisku silnie kwaśnym, pierścień estrowy hydrolizuje do grupy karboksylowej, jednak fenole nie odszczepiają wodoru, przez co na zwornikowym atomie węgla powstaje niedomiar elektronów i cała cząsteczka staje się dosyć trwałym kationem trifenylometylowym, o barwie intensywnie pomarańczowej.

Jako ciekawostkę można dodać, że fenoloftaleina jest środkiem przeczyszczającym, stosowanym w medycynie od stu lat. Nie znalazłem informacji wedle jakiego mechanizmu działa, ale podejrzewam że oddziałuje tu forma anionowa, pojawiająca się przy obecności zasadowej żółci. Obecnie jednak wycofuje się ją, z powodu jak na razie niedostatecznie potwierdzonych, ale jednak istniejących podejrzeń o rakotwórczość.

Podkręcone jądra i dużo złota

Odkrycie, jakie chcę dziś opisać, rzeczywiście bardzo pasuje do tytułu tego bloga, zbliża się bowiem do alchemii, tylko że tej naukowej.

Gdy w 1919 roku Rutherford bombardując azot promieniowaniem alfa zamieniając go w tlen, co niektórzy ogłosili, że oto alchemiczne marzenia o udanej transmutacji jednych substancji w drugie, zaczynają się spełniać. Rzeczywiście, zderzając z odpowiednią energią jądra atomowe, będące zlepkami protonów i neutronów, możemy sprawić że powstanie nam zlepek całkiem odmienny, więc jeden pierwiastek przemieni się w inny. W tym przypadku jądro azotu, a więc 7 protonów i 7 neutronów, zderzywszy się z cząstką alfa mającą po dwa protony i neutrony, zamieniło się w jądro tlenu mające 8 protonów i 9 neutronów, zaś jako reszta pozostał jeszcze jeden swobodny proton:

¹⁴N + α → ¹⁷O + p

W ten sposób wytwarza się też pierwiastki nie występujące w przyrodzie, przykładowo ze zderzenia jądra ołowiu i jądra żelaza, otrzymano pierwiastek 108 - Has:

208
82Pb + 58
26Fe → 265
108Hs + n

Tak więc nie ma w tym żadnej magii, jedne zlepki nukleonów zderzają się z innymi, i tworzą się stąd zupełnie inne zlepki. Normalna kolej rzeczy. Jeśli na przykład zderzymy jądro rtęci z protonem, zamienimy je w jądro złota, jednak tą drogą produkować się go najzwyczajniej nie opłaca.
Jednak niedawne odkrycie rosyjskiego fizyka Konstantego Piokowa zmienia ten obraz, że zaś jest ciekawe, myślę że warto je tu szerzej opisać. A wszystko ma duży związek z baseballem.

Baseball nie jest w Polsce zbyt popularny, ale z amerykańskich filmów ogólnie wiadomo, że chodzi tu o rzucanie i odbijanie małej piłki, biegane po narożach kwadratu i takie tam idiotyzmy. Jakże często widujemy w takich filmach decydujący moment, gdy jeden gracz rzuca starając się aby pałkarz nie trafił w piłkę, a pałkarz bardzo się stara trafić. I oczywiście po wielu trudach pod koniec filmu mu się to udaje, bo skupiał się na piłce, uwierzył w siebie czy coś w tym stylu. Niestety umiejętni rzucający dysponują nieco większym zasobem sztuczek, niż rzucanie wyżej albo niżej, sygnalizowane "tajnym" gestem. Bardzo umiejętni potrafią na przykład rzucić prosto w pałkarza, prościuteńko pod sam kij, i gdy już pałka pędzi ku nieuniknionemu spotkaniu, piłeczka skręca jak wiedziona niewidzialnym palcem. Ten hakowaty tor jest zresztą dobrze znany miłośnikom piłki nożnej, jako tajemniczy sposób omijania piłką muru przeciwników. Do kogo należy ów niewidzialny paluszek? Czyżby do opatrzności? Nie, to tylko Fizyka.

Gdy piłka leci w powietrzu to w zasadzie opływa ją z każdej strony i jedynym wpływem jaki na nie wywiera, jest tarcie. Inaczej rzecz się ma z piłką podkręconą. Obracająca się piłka, nie będąca zresztą ciałem idealnie gładkim, porywa ze sobą pewną warstewkę powietrza. Ta graniczna warstewka obraca się w tym samym kierunku. W związku z tym, gdy zderza się z powietrzem które omija piłkę, czyni to na dwa sposoby. Od jednej strony powietrze porwane przez piłkę porusza się naprzeciw opływającego. Obie masy powietrza zderzają się więc ze sobą i nieco sprężają. Od drugiej zaś strony pędzone powietrze opływa piłkę nieco szybciej. Zgodnie z prawem Bernouliego, w strumieniu cieczy poruszającej się szybciej niż ta otaczająca, spada ciśnienie. A zatem od jednej strony piłki ciśnienie powietrza się zwiększa a od drugiej maleje. Bardzo nie wiele, ale wystarczająco aby pojawiła się słaba siła spychająca piłkę w bok i zakrzywiająca jej tor. Sztuczkę tą znają dobrze gracze w tenisa, zarówno stołowego jak i pełno formatowego, a w pewnym stopniu też i inni gracze. Ta zaś drobna acz znacząca siła, nazywa się siłą Magnusa.
*Żart
I oto pewnego razu ktoś zastanowił się, co by było, gdyby bardzo zbliżyć do siebie dwie takie wirujące piłki. Okazało się, że gdy sprawić aby poruszające się w przeciwne strony będą się mijały w bardzo niewielkiej odległości, to zależnie o tego czy będą się obracały w tę samą czy w przeciwne strony, będą różnie reagowały. Nie trudno się domyśleć, że gdy wirują w tą samą stronę, ich otoczki powietrzne zderzają się ze sobą, odrobinkę odsuwając je od siebie. Efekt jest bardzo słaby, ale został zmierzony[1]
Niestety nie znamy gry w której zaobserwowany efekt mógłby się przydać, i pewnie wszyscy by o nim zapomnieli, gdyby nie przypomniał sobie o nim pewien fizyk, który lubi zderzać ze sobą pewne kulki. Atomy.
*Koniec żartu

Czy lecący atom może zachowywać się jak piłka? W pewnym uproszczeniu tak, ale nie wprost. Jako że mówimy o skali subatomowej, zauważmy że lecąca cząstka nie jest otoczona po prostu powietrzem, a tylko setkami atomów azotu, tlenu i całej reszty, zmierzających do nieuniknionego zderzenia. Jeśli jednak je usuniemy, cząstka nasza lecieć będzie w próżni. Jądra atomów, z różnych przyczyn, mogą posiadać pewien spin, wirując bądź w lewą bądź prawą stronę, jeśli tylko posiadają nieparzystą liczbę nukleonów. Bardzo ładnie, ale w próżni nic im tej spin nie da. Bo niby w jakim gazie miałaby powstawać opisywana siła? Na przykład w gazie prawdopodobieństwa.

Fizyka kwantowa uczy nas rozumieć że fizyki kwantowej nigdy nie zrozumiemy. Ale możemy ją sobie jakoś objaśniać na prostych przykładach. Na przykład jeżeli mówi się nam, że bardzo małe cząsteczki nie mają określonej wielkości, a im bardziej chcemy się o tym upewnić, tym bardziej nie mają, to znajduje to odpowiednik w próbie dokładnego zmierzenia chmury - z dokładnością do metrów się to udaje, ale przy dokładniejszych miarkach trudno jest nam określić, czy ta mgiełka na brzegach to już bardzo rzadka chmura, czy tylko taka otoczka. W efekcie tej nieokreśloności, opisywanej przez wzór Heisenberga, cząstki o rozmiarach zbliżonych do atomów, można traktować jako trochę rozmyte w przestrzeni. Można nawet powiedzieć, że są takimi zagęszczającymi się w środku chmurkami gazu umieszczonymi w próżni, i choć w pewnych doświadczeniach wykazują wyraźne właściwości sztywnych cząstek, w innych zachowują się jak pęk fal jakiegoś promieniowania.

*Żart
Dlatego też ktoś się kiedyś zastanowił, co się dzieje, gdy dwie takie chmurki się do siebie przybliżają? Niektóre teorie przewidują, że w związku z coraz ściślejszym nakładaniem się na siebie skrajnych obrzeży chmur prawdopodobieństwa, pomiędzy przybliżającymi się do zderzenia jądrami atomowymi powinny zachodzić pewne oddziaływania zanim jeszcze faktycznie się zetkną. A co gdy te jądra będą wirowały?

Wedle publikacji w Dzienniku Fizyki Doświadczalnej i Teoretycznej ze stycznia[2], K. Piokow uznał po prostu, że można tą rozmytą zewnętrzną warstwę traktować podobnie jak porwaną przez piłkę warstewkę powietrza, jeśli więc oba zderzające się jądra będą wirowały, to powinny w związku z tym zachodzić pomiędzy nimi wyraźne oddziaływania, całkiem jednak inne od tych w powietrzu. Takie rozemglone otoczki są bowiem właściwie częściami masy jąder, o której można powiedzieć, że z malejącym z odległością prawdopodobieństwem przebywa w tej przestrzeni. Dla naszych podkręconych jąder ma to akurat takie znaczenie, że gdy wirujące otoczki się zderzają, skutkuje to zmianą rozkładu masy pomiędzy nimi. Jeśli oba jądra wirowały w tą samą stronę, pomiędzy nimi nastąpi zagęszczenie prawdopodobieństwa, co będzie odpowiednikiem makroskopowego powstania "mostu" nukleonów łączącego jądra. W efekcie oba jądra są silnie przyciągane. To przyciąganie powoduje, że przekrój czynny zderzających się jader na tyle się zwiększa, że duże prawdopodobieństwo reakcji jądrowych pomiędzy nimi, umożliwia produkowanie nowych pierwiastków w opłacalnych ilościach.
Oczywiście aby efekt mógł zachodzić, spiny obracających się jąder muszą być odpowiednio ustawione, dlatego reakcję przeprowadza się w warunkach silnego pola magnetycznego. Reaktorem jest rurka ze specjalnego niemagnetycznego stopu glinu z aluminium.

Podawane są tu na przykład takie reakcje:

⁶³Cu + ²²⁷Ac → ¹⁹⁷Au + 2 ¹³C

Złoto powstaje w wyniku bombardowania płytki Aktynu, jonami miedzi. Jedynym odpadem jest węgiel.

³⁵Cl + ⁵⁰Ti → ⁹⁷Tc + ⁷Li

Technet jako produkt reakcji jąder chloru z tytanem. Odpadem jest lit. Najbardziej obiecująca jest jednak reakcja otrzymywania berkelu z boru i potasu:

¹⁰B + ⁴¹K→ ²⁴⁵Bk

Otrzymany izotop, nie występujący w przyrodzie, może znaleźć zastosowanie jako materiał rozszczepialny o małej objętości, umożliwiając stworzenie mikroładunków jądrowych. Niektóre rosyjskie instytucje już okazały zainteresowanie tymi wynikami.

------
[1] The Double Magnus Effect on balls P. Smith, Plasma Phys. 1971 doi: 13.665/0154-3366/71/12/123456
[2] New method of particles synthesis. Quantum Magnus Effect. K.Piokov, JETP vol.144, no.1

Prima Aprilis!

Celem objaśnień:
okazja aby móc sobie zażartować była na tyle kusząca, że nie mogłem się powstrzymać. Byłem szczerze ciekaw, czy któryś z czytelników zorientuje się, że się go wkręca, niestety poza jednym komentatorem, który wyłapał oczywistą bzdurę ze stopem glinu z aluminium (glin i aluminium to ten sam pierwiastek) nikt tu tego nie okazał. W zasadzie pierwsza część wpisu mówiąca o reakcjach jądrowych i o efekcie Magnusa jest najzupełniej prawdziwa. Im bardziej kłamstwo opiera się na prawdzie, tym bardziej jest wiarygodne. Moim wymysłem jest natomiast "podwójny efekt Magnusa" aczkolwiek wymyślony mechanizm jest tak prawdopodobny, że nie będę wcale zaskoczony gdy okaże się, że rzeczywiście następuje (a wtedy zgłoszę się i nazwą efekt moim imieniem). Także przypis został wymyślony, a link do niczego nie prowadzi, choć czasopismo Plasma Physic faktycznie istnieje.
Pan K.Piokow, to Kpiok - czyli 'oszust" w języku rosyjskim, co dla znających ten język mogłoby być wskazówką. Natomiast dla chemików wskazówką fałszywości wpisu powinny być równania reakcji jądrowych, polegające na przestawieniu liter symboli pierwiastków. W efekcie z dwóch bardzo lekkich pierwiastków boru B i potasu K powstawał mi bardzo ciężki berkel Bk, co już dla tych którzy się w równanie wczytają, powinno być dosyć oczywiste. Również tutaj przypis odnosi się do nieistniejącego artykułu, choć link rzeczywiście prowadzi na stronę znanego rosyjskiego czasopisma naukowego.
Teraz zaś oznaczę co jest żartem a co nie, bo nie ma takiej głupoty, w którą ktoś by nie uwierzył.

Chemistry Cat po polsku!

Zajrzałem ostatnio na Memowisko, aby zorientować się, to też ostatnio jest na topie. Aktualnie na topie jest oczywiście Paczaizm, ale wpadł mi w oko również inny kotek, bardziej pasujący do tego miejsca.


Chemistry Cat to uroczy kociak wykładający na auli, na tle tablicy zapisanej skomplikowanymi wzorami, w których dają się zauważyć myszki i kawałki sera. Zdjęcie pojawiło się parę lat temu, będąc wykorzystywane jako tło dla naukowych żarcików, opartych na grach słownych. W internecie anglojęzycznym jego popularność jest na prawdę spora. Jednakowoż w polskim internecie żart ten się nie zakorzenił, a że to na prawdę ładny mem, postanowiłem go przetłumaczyć.
Oczywiście nie wszystkie żarty daje się wprost przenieść na inny język, mam jednak nadzieję że to co wymyśliłem, nie odbiega za bardzo od poziomu oryginałów.






Gwoli objaśnień: Bar, Argon, Seryna występuje w mleku (więc i w serze), na tablicy Mendelejewa między rubidem a itrem jest stront, a Miedź ma po drodze do żelaza Nikiel i Kobalt, Woda to H2O a woda utleniona H2O2

W labolatorium...

Tym razem napiszę coś mniej chemicznego, a bardziej należącego do nauk humanistycznych - czyli o przejęzyczeniach i błędach wokół tematyki chemicznej. Niektóre są bardzo rażące, inne zakorzeniły się już w języku. Osobiście nie jestem językowym purystą, lubię czynić z językiem co tylko usta pozwolą wysłowić, co niekiedy daje się zauważyć w blognotkach, a wówczas nie trudno o przejęzyczenia. Są jednak pewne nazwy i określenia, które powinny brzmieć tak a nie inaczej, a używanie innych form często wynika nie z gwary, upraszczania czy oboczności, lecz z nieznajomości.
A teraz kilka przykładów:

Labolatorium:
Dla chemika jest to najbardziej chyba rażące przejęzyczenie. Sylaba "ra" ulega zamianie na "la" tworząc powtórzenie pierwszej sylaby, i tak LaboRatorium zamienia się w niepoprawne LaboLatorium. W zasadzie obie wersje są równie łatwe do wymówienia, ale wewnętrzny rym jest na tyle kuszący, że wielu łatwo zbacza na tą drugą formę. Trochę podobne są błędy "Lekramówka- Reklamówka" czy słynne "Kordła-Kołdra".
Dlaczego jednak pisze się tak a nie inaczej?
Przyczyna jest prosta. Słowo "laboratorium" pochodzi od łacińskiego "labora" co znaczy "praca". Niektórzy może przypominają sobie regułę zakonu benedyktynów Ora et Labora - to jest Módl się i Pracuj. Laboratorium jest zatem miejscem pracy, a ścisłym jego przetłumaczeniem jest "pracownia". O słowie "labola" w łacinie nie słyszałem.

Błędna forma jest bardzo powszechna; słyszałem ją nawet z ust niektórych wykładowców. Google dla "labolatorium" pokazuje 134 tysiące wyników w polskim internecie. Większość na forach dyskusyjnych i portalach ogólnotematycznych, choć zdarza się też na stronach konkretnych firm, jak choćby Labolatorium Fizycznych podstaw przetwarzania informacji ; Labolatorium Fotograficzne FOTOMI (dla profesjonalistów); Labolatorium Wobet czy Labolatorium Reklamy. Jeszcze więcej jest wyników dla "labolatoryjny", bo 367 tysięcy. Głównie dotyczą hurtowni oferujących sprzęt, choć pojawia się też ogłoszenie szukającego pracę jako "technik labolatoryjny".
Jest też angielska wersja tego błędu. "Labolatory" daje 256 tyś. wyników z czego 30 tyś. na stronach polskojęzycznych.

Probówka
Wbrew powszechnemu używaniu takiej formy, jest ona niezupełnie poprawna. Prawidłowo powinno być Próbówka[1][2]. Ma to logikę - o ile o próbach i próbkach słyszałem, o tyle "probki" nie wpadły mi w ucho; istnieje, owszem, probierstwo, ale dotyczyło konkretnej czynności oceny jakości rud i metali.

Obie formy mają zresztą ciekawą historię, bowiem pojawiły się w naszym języku bardzo dawno temu ale każda w inny sposób. Rzecz objaśnia tej wpis Poradni Językowej PWN:

Oto krótka historia wyrazu probówka. Wyraz ten pojawił się w polszczyźnie w latach siedemdziesiątych XIX w. Stopniowo wypierał używany w tych samych znaczeniach techniczny, chemiczny i medyczny, termin epruwetka (z franc. éprouvette). Powstał w procesie urzeczownikowienia formantem -ka dziś już nieużywanego (w Słowniku języka polskiego pod red. W. Doroszewskiego opatrzonego kwalifikatorem „wyraz przestarzały”), czasownika probować, który jest bezpośrednim zapożyczeniem z łac. probare (tzn. z krótkim o).
Od XVI w. funkcjonuje w polszczyźnie czasownik w formie próbować (także z prefiksami spróbować, popróbować, wypróbować), który został utworzony od rzeczownika próba – zapożyczenia z łac. proba za pośrednictwem niem. Probe. Regularnym derywatem od próbować jest próbówka.
A zatem w polszczyźnie są dwa szeregi słowotwórcze – jeden regularny fonetycznie, tzn. z ó: zapożyczenie próba › rodzime próbować › rodzime próbówka, i drugi nieregularny fonetycznie: zapożyczenie próba › zapożyczenie probować › rodzima probówka.
Z analizy zapisów słownikowych wynika, że dominuje już regularny fonetycznie szereg z ó. Krystyna Długosz-Kurczabowa, Uniwersytet Warszawski

Wychodziło by zatem na to, że próbówka to wyraz pierwotny, używany w znaczeniu chemicznym od dawna, a probówka to późniejszy wtręt. Ponieważ jednak obie używane są od ponad stu lat, słowniki uznają za dozwolone obydwie, byle nie zamiennie w obrębie jednego tekstu. Ja konsekwentnie używam formy próbówka, i jeszcze nie zwrócono mi na to uwagi.

Dla Probówka mamy 339 tyś. wyników a dla Próbówka 136 tysięcy.

Ligand
Na ten błąd zwrócił naszą uwagę wykładowca. Ligand to podstawnik związany z atomem centralnym w jonie kompleksowym. Jest to słowo rodzaju męskiego, rzeczowego, i odmienia się:
Kto, co? - Ligand
Kogo, Czego? - Liganda[3]
Niestety często trafia się forma ligandu, która jest w tym przypadku niepoprawna. Obie formy pojawiają się równie często i zamiennie. Zdaniem wykładowcy, chemicy organicy częściej piszą "ligandu" a nieorganicy "liganda" ale to ja nie zauważyłem tej prawidłowości.

Edit:
Amelinium
Przejęzyczona forma aluminium, czyli łacińskiej i technicznej nazwy pierwiastka glinu, zdobyła ostatnio dużą popularność, dzięki filmowi na temat malowania łodzi po pijanemu. Hasło rozeszło się po internecie jako nowy mem, podobny do słynnych "Forfiter" czy "Miota nim jak szatan" także biorących się z filmów, jednak spotykałem się z nim już wcześniej. Najwyraźniej obca nazwa nie każdemu językowi pasuje, stąd przeróbki "amelinium"; "amelinum"; "aleminum"; "aluminum" (ta ostatnia forma jest uznawana w języku angielskim za oboczność) itp. 
----
[1] http://www.sjp.pl/
[2] http://sjp.pwn.pl/haslo.php?id=2509192
[3] http://www.sjp.pl/ligand