Azot Kjeldahla

Kiedyś kiedyś, w laboratorium... Na zajęciach z chemii środowiska badałem zawartość azotu w żywności metodą Kjeldahla.

Białka z jakich zbudowane są żyjące organizmy, składają się z aminokwasów, zawierających azot. Chcąc więc oznaczyć zawartość białka w pożywieniu mierzy się zazwyczaj po prostu zawartość azotu. Metodę tą wymyślił duński chemik pracujący na potrzeby browarów - zawartość białka w ziarnie przekłada się na właściwości słodu a te na jakość piwa.
Sama idea jest dosyć prosta - próbkę żywności roztwarza się w kwasie siarkowym w wysokiej temperaturze. W takich warunkach białka, skrobia i większość innych substancji ulegną zniszczeniu, zaś azot pochodzący z amin, głównie tych w białkach, ulegnie zamianie w siarczan amonu.
NR'+ H2SO4 → (NH4)2SO4 + CO2 + H2O
Po zalkalizowaniu roztworu mocną zasadą, siarczan amonu rozłoży się z wydzieleniem amoniaku:
(NH4)2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O + 2NH3
Amoniak jest bardzo lotny więc podczas gotowania roztworu odparuje i wraz z parą wodną będzie skraplany w chłodnicy. Rozpuszczony w wykroplinach amoniak musi być teraz schwycony w roztworze. W tym celu skropliny wprowadza się do odbieralnika z kwasem borowym, będącym stosunkowo słabym kwasem. Zobojętnianie kwasu zmienia odczyn i kolor wskaźnika. Pochłoniętą ilość amoniaku odmiareczkowuje się kwasem. Proste.

Nie pamiętam czy sami mineralizowaliśmy próbkę prezed ćwiczeniem, chyba korzystałem z roztworu już przygotowanego. Mętna zalkalizowana próbka gotowała się cały czas:

Aparatura była skonstruowana trochę nieklasycznie:

Odbieralnikiem była zwykła kolbka z mianowanym roztworem kwasu borowego i z dodatkiem odczynnika Tashiro, czyli mieszaniny wskaźników - czerwieni i błękitu metylenowych. W miarę wykraplania amoniaku zawartośc stawała się zielona:

Aby po przemiareczkowaniu zasadą powrócić do głębokiego fioletu:

W tym przypadku azotu było niewiele.

Sama matoda jest dosyć dokładna, ale tak wyznaczoną zawartość białka mogą podwyższać inne substancje też uwalniające azot w formie soli amonowych. Znanym przykładem jest melamina, nagminnie używana przez nieuczciwych producentów do zawyżania zawartości białka w mleku lub paszach. Właśnie to było powodem niedawnego skandalu w Chinach gdzie wypuszczenie na rynek chrzczonego melaminą mleka w proszku spowodowało zatrucie tysięcy niemowląt.

Nietypowe minerały

Kilka przykładów minerałów, które zdecydowanie wyróżniają się spośród reszty.


Arkanit
Minerał zawiera w sumie dosyć pospolite pierwiastki, jest to bowiem po prostu krystaliczny siarczan potasu, jest jednak minerałem rzadkim - znajduje się go na terenach hydrotermalnych, na przykład w Lacjum we Włoszech, w pobliżu złóż guano ale też w jaskiniach. Po raz pierwszy opisany jako kryształy na drewnianych podkładach toru wagoników w nieczynnej kopalni, został znaleziony w zaledwie kilku jaskiniach na świecie.
Jego nazwa bierze się z łacińskiego Arcanum co oznacza tajemnicę i nawiązuje zapewne do nie zbyt chętnego pojawiania się na powierzchni. Nazwa ta spodobała się fantastom, i pojawia się w kilku grach komputerowych, jako magiczny, cenny materiał.
Graczy jednak zapewne nie ucieszy wiadomość, że w jaskiniach arkanit powstaje z odparowywania nietoperzego moczu.

Urycyt
Innym minerałem którego powstanie wiąże się z moczem zwierzęcym, jest urycyt, czyli po prostu krystaliczny mocznik. Występuje w jaskiniach suchego klimatu

Karpatyt
Minerał organiczny stanowiący naturalną formę koronenu - węglowodoru aromatycznego w formie pierścienia złożonego z pierścieni benzenowych.

Po raz pierwszy opisany na Ukrainie, znany też ze Słowacji, został nazwany od gór Karpat. Ma postać żółtych igieł i dość wyraźnie świeci w ultrafiolecie na jasno niebiesko.

Sam węglowodór budzi zainteresowanie chemików ze względu na skłonność do samoorganizacji w kolumny ustawionych na płask cząsteczek, jak stos talerzy, co może znaleźć zastosowanie w chemii supramolekularnej.


Minerały płonących hałd
Zapłon skały płonnej wewnątrz pokopalnianej hałdy wywołuje powstanie specyficznych warunków, przypominających tereny wulkaniczne, zaś w miejscach gdzie z wnętrza hałdy wydobywają się gorące gazy, może dochodzić do krystalizacji nietypowych minerałów.
Hałdy zawierające siarczki mogą w ten sposób wytworzyć siarkę rodzimą, te powęglowe także  minerały amoniaku, jak siarczan glinowo-amonowy czyli Czermigit, stanowiący naturalną formę ałunu amonowego. Bardzo nietypowym minerałem jest Kladnoit, znaleziony po raz pierwszy w czeskim Kladnie, stanowiący skrystalizowany ftalimid, ważny odczynik w chemii organicznej. Ma postać przezroczystych płatków:

Towarzyszy mu niekiedy Hoelit, czyli 9,10 antrachinon, związek stanowiący prekursor barwników alizarynowych:

Ponieważ łatwo zamienia się w formę fenolową może stanowić dobry reduktor. Jest też używany w przemysłowej produkcji wody utlenionej. Jako minerał przybiera postać żółtych igieł:

Podobny minerał tworzy acetamid, czyli amid kwasu octowego.


Abelsonit
Jedyny minerał porfiryny.

Porfiryny to ważna grupa związków zawierający obszerny pierścień z czterech cząsteczek pirolu, skierowanych atomami azotu do środka. Pierścień chętnie tworzy kompleksy z atomami metalu, co ma znaczenie dla właściwości związku - porfiryna kompleksująca żelazo to hem, stanowiący aktywnie przenoszącą tlen częścią hemoglobiny we krwi. Chloryna kompleksująca magnez to chlorofil, zielony barwnik roślin. A Abelsonit to krystaliczny kompleks z niklem:

Porfiryny są na tyle trwałe, że często pozostają nierozłożone w pozostałościach po rozpadzie materii roślinnej. Wykrywa się je w torfie, węglu a zwłaszcza w ropie i asfalcie. Częściowo shydrolizowany chlorofil może rozpuszczać się w wodzie i w zetknięciu z solami niklu tworzyć ten specyficzny minerał. Ma postać czerwonych lub pomarańczowych igieł.

Mellit
Mellit nazywany jest też miodowym kamieniem. Ma postać charakterystycznych kryształków powstających w pobliżu złóż węgla brunatnego. Nietypowy jest jego skład - to sól glinowa kwasu melitowego, będącego pochodną benzenu z kwasową grupą karboksylową przy każdym węglu:

Diomignit
Jedyny dotychczas uznany płynny minerał. Ma postać mikroskopijnych płynnych inkluzji wewnątrz kryształów spodumenu i berylu, chemicznie rzecz biorąc to tetraboran litu.

Otrzymywanie kamienia filozoficznego

Kamień filozoficzny stanowi bardzo użyteczny katalizator w wielu typach przemian chemicznych, a ponieważ był mi potrzebny do otrzymywania założonych ligandów, musiałem go zsyntezować. Nie było łatwo.

Podstawowym surowcem jest cintamanian nonbornylu, mający postać przezroczystego proszku. Zbiegiem okoliczności wykazuje taka samą wartość załamania światła co powietrze, w związku z czym jest trudny do zauważenia. Aby upewnić się czy na pewno nabrałem go na łopatkę, musiałem obserwować go w ultrafiolecie. Jego użycie pozwala pominąć niektóre kłopotliwe etapy, w rodzaju wygrzewania w gnoju, co przyspiesza samą reakcję.

A zatem, wziąłem wyjściowy substrat i starłem na drobno w agatowym moździerzu, niestety dość łatwo sublimował, więc należało robić to pod przykryciem:

I rozpuściłem  w odrobinie aqua vitae (otrzymywanej, co ciekawe, z destylacji skiełkowanej pszenicy). Ponieważ jest to bardzo lotny rozpuszczalnik, wszystkie naczynia musiałem chłodzić suchym lodem. Do mieszaniny dodałem kilka kawałków ekstraktu niebieskiego, otrzymywanego przez nasycenie eteru światłem dziennego nieba. Ekstrakt przechowuje się pod warstwą oleum fantasmagoricum ma bowiem skłonność do ciemnienia w zetknięciu z pospolitą materią:

Klasyczne metody obejmowały teraz etapy długotrwałego wygrzewania połączonego z naświetlaniem światłem słonecznym, jak się jednak okazuje procedurę daje się uprościć przy pomocy reaktora mikrofalowego. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych technik etap ten skraca się z siedmiu dniu do zaledwie jedenastu godzin:

Mieszanina poreakcyjna stanowiła ciemny płyn o kolorze przypominającym przypalony lukier:

Należało go teraz odparować, otrzymując czarny proszek.

W kolejnym etapie roztarłem otrzymany proszek ze świeżą krwią bydlęcą i siarką, poddając działaniu tęczowego światła pryzmatu. Tylko w takich warunkach możliwe jest otrzymanie homogennej masy, co ma znaczenie w dalszym etapie.
Właściwa synteza odbywała się w kryształowym flakonie zanurzonym w płuczce dźwiękowej, nastawionej na ciągłą emisję tybetańskiej mantry Om mani padre humm! Ze względu na oddziaływania kwantowe musiałem tego dokonać z zamkniętymi oczami aby nie dokonać obserwacji. Z tego też powodu nie zrobiłem zdjęć.

Po ośmiu dniach rozdzielałem mieszaninę na kolumnie wypełnionej manną z nieba. W średniowieczu eluentem był mocz dziewicy, lecz obecnie stosuje się roztwory syntetycznego  mocznika*. Oddzielenie białego produktu od czarnych pozostałości przebiegało w takich warunkach bardzo łatwo:

Produkt po ochłodzeniu zastygł w formie mlecznej kaszy, o wyraźnym kwiatowym zapachu:

Najbardziej kosztowny był ostatni etap, a przy tym dosyć kłopotliwy - ze wstawieniem reakcji musiałem poczekać do pełni księżyca.

W środku nocy, po rytualnej modlitwie, wziąłem jajko filozoficzne i napełniłem mieszaniną białego proszku, rtęci, jemioły, popiołu kostnego, proszku diamentowego, białego fosforu, jodku miedzi II, wodorku tlenu, wolframianu tungstenu, meteorytu Tunguskiego (podobno Czelabiński też się nadaje), pióra anioła stróża, śliny muchy, łzy pchły i kreciego potu. Po czym włożyłem do lustrzanego reaktora wypełnionego wcześniej mieszaniną księżycowego i słonecznego światła:

Reaktor poddawałem działaniu wirującego magnesu przez trzydzieści dni. Przez ten czas jajko zmieniło kolor na zielony. Dopiero po rozpuszczeniu jej w wodzie królewskiej pokazał się ciemnoczerwony osad.
Ostatnim etapem była rekrystalizacja z alkoholu. udało mi się uzyskać ładny, czerwony kryształ:

Jak podaje literatura[1], katalityczna ilość kamienia filozoficznego pozwala na przemianę wody w ody i arie operowe.
-------
* mocznika syntetyzowanego przez chemiczki-dziewice

[1] S.Sendovigus "Easly made a Magna Opus", Acta Tresmegista Chemiana, -8 (13.) 66-63

3 rok blogowania

Oto właśnie mija mi trzeci rok prowadzenia bloga. Nie było łatwo, ale jakoś to idzie do przodu.

Na początek statystyki:

Dotychczas blog był przeglądany 355 tysięcy razy, co jak na niepopularną tematykę stanowi chyba nie najgorszy wynik; średnia dzienna przeglądalność to ok 200-250 wejść, w porywach do trzystu. Miesięczna zmieniała się skokowo zależnie od popularności poszczególnych notek, ze szczytem 49 400 w kwietniu zeszłego roku. Wynikło to w dużej mierze z dużej popularności dwóch wpisów.
Trzy najpopularniejsze posty na blogu w ogóle zostały przeze mnie popełnione w minionym roku, co chyba wskazuje na to, że bynajmniej nie obniżam lotów. Najpopularniejsza piątka to:

- Czy Kaczor Donald odkrył karbeny? (22354)
- Jak mieszać aby nie namieszać (21173)
- Benzen w napojach (19880)
- Mieszaniny ogrzewające (13340)
- Anegdoty o chemikach i ich wypadkach (13208)

Najczęściej wchodzono do mnie ze stron Wykop.pl, Blog de Bart, oraz Joe Monster; najczęstszym wyszukiwanym hasłem był ałun (mam z tego powodu regularnie kilkanaście wejść każdego dnia, co pokazuje, że utrafiłem w nośny temat).

A co tam tymczasem u mnie? Ostatni semestr studiów chemicznych, coraz bliższe widmo obrony pracy, której pisania właściwie jeszcze nie zacząłem. A co dalej to sam nie wiem - albo będę próbował zaczepić się w jakiejś firmie, albo poszukam jakiś fajnych studiów doktoranckich.