30 Απρ 2012

Το "υπερψυχρό" νερό δεν παγώνει στους μηδέν βαθμούς


Κάτω από ειδικές συνθήκες, το νερό δεν παγώνει στους μηδέν βαθμούς Κελσίου, γνωρίζουν εδώ και καιρό οι επιστήμονες. Τώρα, μοριακές προσομοιώσεις στον υπολογιστή αποκαλύπτουν για πρώτη φορά την απόλυτη θερμοκρασία στην οποία το νερό υποχρεωτικά γίνεται πάγος : - 48 βαθμοί Κελσίου.
H θερμοκρασία πήξης του νερού γενικά εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως η καθαρότητά του και η ατμοσφαιρική πίεση.
Σε αντίθεση με τα περισσότερα άλλα υγρά, τα οποία παγώνουν πιο εύκολα σε υψηλή πίεση, το νερό παγώνει σε θερμοκρασία λίγο χαμηλότερη από τους μηδέν βαθμούς Κελσίου όταν εκτεθεί σε πίεση πάνω από μία ατμόσφαιρα.
Η θερμοκρασία πήξης μπορεί όμως να κατέβει και πολύ χαμηλότερα αν το νερό είναι απόλυτα καθαρό.
Ο λόγος είναι ότι ο σχηματισμός πάγου ξεκινά από σωματίδια σκόνης ή άλλων προσμείξεων, τα οποία λειτουργούν ως "πυρήνας" πάνω στον οποίο εμφανίζονται οι πρώτοι παγοκρύσταλλοι.
Έτσι, το απόλυτα καθαρό νερό μπορεί να παραμείνει σε μια υγρή "υπερψυχρή" (supercooled) κατάσταση πολύ κάτω από το μηδέν.
Μέχρι σήμερα, η χαμηλότερη θερμοκρασία που είχε μετρηθεί σε αυτό το υπερψυχρό υγρό νερό ήταν  - 41 βαθμοί Κελσίου. Οι φυσικοί, ωστόσο, υποψιάζονταν ότι το νερό μπορεί να παραμείνει στην υγρή φάση σε ακόμα χαμηλότερες θερμοκρασίες.
Αυτό όμως είναι δύσκολο να επιβεβαιωθεί πειραματικά λόγω των ασυνήθιστων θερμοδυναμικών ιδιοτήτων του νερού. Επιπλέον, σε τόσο χαμηλές θερμοκρασίες το νερό μετατρέπεται σε πάγο τόσο γρήγορα ώστε είναι δύσκολο να καταγραφεί με ακρίβεια η στιγμή της μετάβασης.
Η Βαλέρια Μολινέρο και η Έμιλι Μουρ, και οι δύο χημικοί στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα, προσομοίωσαν τη συμπεριφορά 32.768 μορίων νερού, λαμβάνοντας υπόψη τη θερμοκρασία, τη θερμοχωρητικότητα του νερού, την πυκνότητα και το περιθώριο συμπίεσής του.
Χρειάστηκαν χιλιάδες ώρες υπολογισμών μέχρι η προσομοίωση να δώσει την τελική απάντηση: η θερμοκρασία στην οποία το νερό δεν μπορεί σε καμία περίπτωση να παραμείνει στην υγρή φάση είναι  - 48 βαθμοί.
Όταν το νερό φτάνει αυτή τη θερμοκρασία, η πυκνότητά του μειώνεται, η δομή του αλλάζει και η συμπίεσή του είναι πιο εύκολη. Ως αποτέλεσμα, κάθε μόριο νερού σχηματίζει ασθενείς δεσμούς με τέσσερα άλλα μόρια και δημιουργεί έτσι ένα τετράεδρο.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, στη θερμοκρασία των  - 48 βαθμών το απόλυτα καθαρό νερό υπάρχει ως "ενδιάμεσος πάγος" – μια κατάσταση ανάμεσα στο υγρό και το στερεό.
Πέρα όμως του ότι ικανοποιεί επιτέλους την επιστημονική περιέργεια, τα αποτελέσματα της μελέτης θα μπορούσαν να έχουν σημαντικές εφαρμογές.
Ο σχηματισμός παγοκρυστάλλων στην ατμόσφαιρα ενδιαφέρει για παράδειγμα τους επιστήμονες που μελετούν την κλιματική αλλαγή: υγρό νερό σε θερμοκρασίες μέχρι και   - 40 βαθμούς Κελσίου έχει βρεθεί στα σύννεφα.
Όπως σχολιάζει στο Γαλλικό Πρακτορείο η Δρ Μολινέρο, η απόλυτη θερμοκρασία που έδωσε η μελέτη είναι απαραίτητη "προκειμένου να προβλεφθεί πόσο από το νερό στην ατμόσφαιρα βρίσκεται σε υγρή μορφή και πόσο σε στερεή. Αυτό είναι σημαντικό για τις προβλέψεις της κλιματικής αλλαγής".


28 Απρ 2012

Tο ηλεκτρόνιο αποκαλύπτει την τριπλή του προσωπικότητα


Αν και αποτελούν θεμελιώδη σωματίδια, τα ηλεκτρόνια υπό πολύ συγκεκριμένες συνθήκες φαίνονται να επιδεικνύουν διχασμένη προσωπικότητα – χωρίζονται σε τρία ξεχωριστά σωματίδια με διαφορετικές ιδιότητες. Οι επιστήμονες είχαν εντοπίσει τα δυο "κρυφά" πρόσωπά τους, το τρίτο όμως τους διέφευγε πεισματικά. 
Επί δεκαετίες η θεωρία της Φυσικής υπαγόρευε ότι ένα ηλεκτρόνιο δεν μπορεί να υποδιαιρεθεί σε μικρότερες οντότητες –αυτός ακριβώς είναι και ο λόγος για τον οποίο έχει κερδίσει τον τίτλο του "θεμελιώδους σωματιδίου".
Στη δεκαετία του 1980 ωστόσο διατυπώθηκε η άποψη ότι τα ηλεκτρόνια μιας μονοδιάστατης αλυσίδας ατόμων μπορούν να υποδιαιρεθούν σε τρία είδη ημισωματιδίων (ή αλλιώς οιωνεί σωματιδίων), το καθένα εκ των οποίων "αποκτά" μια ξεχωριστή ιδιότητά τους: τα ολόνια (holons) φέρουν το ηλεκτρικό φορτίο των ηλεκτρονίων, τα σπινόνια (spinons) φέρουν την ιδιοστροφορμή τους (σπιν), ενώ τα ορμπιτόνια (orbitons) φέρουν την τροχιακή στροφορμή τους –δηλαδή την ενέργεια της τροχιάς τους γύρω από τον πυρήνα του ατόμου.

Αυτό συμβαίνει επειδή τα ηλεκτρόνια όταν περιορίζονται σε μια μόνο διάσταση μέσα σε ένα υλικό συμπεριφέρονται ως κύματα, υιοθετώντας "αλλόκοτες" συμπεριφορές. Όταν ένα ηλεκτρόνιο υπό τέτοιες συνθήκες διεγερθεί το κύμα του διαιρείται στα τρία, παράγοντας τρία διαφορετικά κύματα εκ των οποίων το καθένα παίρνει ένα διαφορετικό χαρακτηριστικό του αρχικού.
Το κάθε ημισωματίδιο έχει δηλαδή μια ιδιότητα του ηλεκτρονίου – την οποία και μπορεί να μεταφέρει στα γειτονικά σωματίδια – χωρίς όμως να διαθέτει τις άλλες. Αυτά τα τρία "πρόσωπα" του ηλεκτρονίου δεν μπορούν ωστόσο να υπάρξουν έξω από το υλικό στο οποίο δημιουργούνται και είναι πολύ δύσκολο να απομονωθούν.
Η ανακάλυψη ήταν σχετικά τυχαία: στόχος των φυσικών ήταν, όπως είπαν, να μελετήσουν τις διεγέρσεις των σπινονίων και το γεγονός ότι, δίπλα στα σπινόνια, είδαν για πρώτη φορά και τα ορμπιτόνια αποτέλεσε ένα παραπάνω από ευχάριστο "μπόνους". "Το επόμενο βήμα θα είναι να παραγάγουμε το ολόνιο, το σπινόνιο και το ορμπιτόνιο ταυτοχρόνως" δήλωσε ο Γερόεν φαν ντεν Μπρινκ από το Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής της Στερεάς Κατάστασης της Δρέσδης, εκ των επικεφαλής της μελέτης, μιλώντας στην ηλεκτρονική ειδησεογραφική έκδοση του "Nature".

Το 1996 οι επιστήμονες κατόρθωσαν να διαιρέσουν ένα ηλεκτρόνιο σε ένα ολόνιο και ένα σπινόνιο, επιβεβαιώνοντας ένα μέρος της θεωρίας. Τώρα μια ομάδα ερευνητών από τη Γερμανία και την Ελβετία κατόρθωσε να χωρίσει το θεμελιώδες σωματίδιο σε ένα σπινόνιο και ένα ορμπιτόνιο, αποκαλύπτοντας και το τρίτο πρόσωπο των ηλεκτρονίων.
Όπως περιγράφουν στη μελέτη τους, η οποία δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση "Nature", οι φυσικοί χρησιμοποίησαν τον ελβετικό επιταχυντή Swiss Light Source (SLS) για να "χτυπήσουν" με μια ισχυρή δέσμη φωτονίων ακτίνων Χ ένα μεμονωμένο ηλεκτρόνιο σε ένα δείγμα μονοδιάστατου οξειδίου του στροντίου – ενός υπεραγώγιμου υλικού. Η ανάλυση των μεταβολών που προέκυπταν στη δέσμη των φωτονίων τούς "έδειξε" το ορμπιτόνιο μέσω της επιρροής του στην τροχιά των γειτονικών του ηλεκτρονίων κατά μήκος ολόκληρης της αλυσίδας.

 

24 Απρ 2012

Το πρώτο ουίσκι που ωριμάζει σε συνθήκες μηδενικής βαρύτητας

Ουράνια γεύση

Ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός (ISS) είναι ανοιχτός σε έρευνες της βιομηχανίας, όμως οι εταιρείες που πραγματοποιούν πειράματα σε τροχιά δεν είναι πάντα αυτές που θα περίμενε κανείς. Ένα σκοτσέζικο αποστακτήριο έστειλε συστατικά για ουίσκι στο σταθμό και περιμένει να δει τι γεύση θα αποκτήσει με την ωρίμανσή του τα επόμενα χρόνια.
To πείραμα πραγματοποιείται με τη βοήθεια της αμερικανικής εταιρείας NanoRacks, η οποία μεσολαβεί στη NASA για την αποστολή ιδιωτικών πειραματικών φορτίων στον ISS.
Όπως εξήγησαν εκπρόσωποι της εταιρείας στο Διεθνές Κέντρο Επιστημών του Εδιμβούργου, το αποστακτήριο Ardbeg της Σκωτίας εκτόξευσε φιάλες που περιέχουν συστατικά του ανώριμου ουίσκι, μαζί με καρβουνιασμένο ξύλο βελανιδιάς, το οποίο δίνει στο ποτό ιδιαίτερη γεύση.
Οι φιάλες περιέχουν ένα μείγμα τερπενίων, μιας κατηγορίας φυτικών μορίων που συχνά έχουν έντονο άρωμα και αποτελούν συστατικά πολλών αιθέριων ελαίων.
 «Πραγματοποιώντας πειράματα σε περιβάλλον μικροβαρύτητας για την αλληλεπίδραση των τερπενίων και άλλων μορίων, θα μάθουμε πολύ περισσότερα για τις γεύσεις και τα αρώματα, ακόμα και για εφαρμογές όπως τα τρόφιμα και τα αρώματα» δήλωσε στο BBC ο Μάικλ Τζόνσον, τεχνικός διευθυντής της NanoRacks.
Ποιος ξέρει; Ίσως τελικά η Ardbeg αποφασίσει να αλλάξει τη διαδικασία που ακολουθεί εδώ και 300 χρόνια και να μεταφέρει την παραγωγή σε τροχιά.

Περισσότερα :

Space 4 everyone : NanoRacks

Αποστακτήριο Ardbeg

21 Απρ 2012

Βιο-διμεθυλαιθέρας αντί για ντίζελ

Το Bio-DME project έχει ως στόχο να διερευνήσει τις δυνατότητες χρήσης του Βιο-διμεθυλαιθέρα - Bio-DME (Di-Methyl-Ether) σε επαγγελματικά οχήματα. Στη μέση του διετούς project, τα πρώτα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο Bio-DME αποδίδει σε καθημερινές δραστηριότητες επαγγελματικών οχημάτων.
Όταν χρησιμοποιείται σαν καύσιμο σε κινητήρα diesel, ο Bio-DME προσφέρει εξίσου υψηλή ενεργειακή απόδοση και χαμηλότερο επίπεδο θορύβων συγκριτικά με ένα συμβατικό κινητήρα. Σε σχέση με το diesel, ο Bio-DME παράγει 95% λιγότερες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα. Επιπλέον, κατά την καύση του, παράγονται πολύ χαμηλά επίπεδα μικροσωματιδίων και οξειδίων του αζώτου. Συνυπολογίζοντας τα παραπάνω, ο Bio-DME είναι το ιδανικό καύσιμο για πετρελαιοκινητήρες.
Ο διμεθυλαιθέρας είναι ένα αέριο που μετατρέπεται σε υγρό σε συνθήκες χαμηλής πίεσης, μόλις 5 bar. Η διαχείρισή του είναι απλή, θυμίζοντας προπάνιο. Μπορεί να παραχθεί από φυσικό αέριο και διάφορα είδη βιομάζας. Όταν παράγεται από τη βιομάζα, ονομάζεται Bio-DME.
Σε συνεργασία με αρκετές εταιρείες της αγοράς όπως η παραγωγός Bio-DME Chemrec και η εταιρία διανομής καυσίμου Preem, η Volvo εξέλιξε ένα σύστημα μεταφορών που περιλαμβάνει ολόκληρη την αλυσίδα, από την παραγωγή και διανομή του Bio-DME μέχρι τη χρήση του σε φορτηγά μεταφορών.
Δέκα φορτηγά Volvo Bio-DME λειτουργούν τώρα κανονικά από το φθινόπωρο και ήδη, στη μέση του project, τα αποτελέσματα ξεπερνούν κάθε προσδοκία. Πριν από λίγο καιρό, το πρώτο από τα δέκα φορτηγά ξεπέρασε το όριο των 100.000 χλμ. Συνολικά, τα οχήματα έχουν καλύψει περισσότερα από 400.000 χλμ.
"Είναι η πρώτη φορά που χρησιμοποιείται Bio-DME σαν καύσιμο αυτοκινήτου σε ευρεία κλίμακα και μετά την πρώτη αξιολόγηση της δοκιμής διαπιστώνουμε ότι φορτηγά Bio-DME λειτουργούν άριστα στο δρόμο, υπερβαίνοντας κατά πολύ τις προσδοκίες μας. Η τεχνολογία είναι αξιόπιστη και ολόκληρη η διαδικασία χαρακτηρίζεται από ενεργειακή απόδοση, από την παραγωγή και διανομή μέχρι τα ίδια τα οχήματα" δήλωσε ο Per Salomonsson, Project Manager Εναλλακτικών Καυσίμων της Volvo.
Η δοκιμή στο δρόμο θα συνεχιστεί μέχρι το τέλος της χρονιάς και μετά την αξιολόγηση θα χαρτογραφηθεί η βιωσιμότητα μιας μελλοντικής αγοράς για το Bio-DME.

Διαβάστε περισσότερα : www.biodme.eu   

Δείτε και το άρθρο : βιομάζα αντί για πετρέλαιο

19 Απρ 2012

Εισαγωγή στη Χημεία της όσφρησης


Είναι εντελώς φυσικό να θέλουμε να ελκύουμε τους άλλους ανθρώπους, όταν συζητάμε με αυτούς ή όταν φλερτάρουμε. Πώς κοινοποιούμε αυτή την επιθυμία στους γύρω μας ; 
Η γλώσσα του σώματος είναι ο ένας τρόπος, η οσμή είναι ο άλλος. Και τα δύο λειτουργούν
στη "χημεία" μας, αλλά χρησιμοποιώντας την αίσθηση της όσφρησης, το μήνυμα είναι καθαρά χημικό.
Η αίσθηση της όσφρησης στους ανθρώπους είναι λιγότερη ισχυρή σε σύγκριση με τα ζώα και βέβαια η όσφρηση είναι η τελευταία από τις αισθήσεις που κατανοήθηκε. 
Μέσα στη μύτη μας συμβαίνει μια μοριακή αλληλεπίδραση. Υπάρχουν αισθητήρες που μπορούν γρήγορα να παγιδέψουν και να ανιχνεύσουν μόρια που μεταφέρονται με την αναπνοή. Εάν εφαρμόζουν στο σωστό υποδοχέα, θα αναγνωριστούν και αυτό θα μεταφερθεί στον εγκέφαλό μας. 
Στην πραγματικότητα υπάρχουν διάφοροι τύποι υποδοχέων και η ενεργοποίηση των συνδυασμών τους καθορίζει την οσμή που καταλαβαίνουμε. 

Σε χημικό επίπεδο, ένα βιολογικό κύτταρο είναι ένας σάκος που περικλείεται με τη μεμβράνη,
γεμάτος με μοριακά σχήματα που αλληλεπιδρούν σε ένα υδατώδες υγρό. 
Οι σύνθετες διαδικασίες μέσα σε έναν οργανισμό συχνά αρχίζουν με ένα μοριακό "κλειδί" που εφαρμόζει σε μια αντίστοιχη μοριακή "κλειδαριά". Το κλειδί μπορεί να είναι ένα μικρό μόριο που κυκλοφορεί σε ένα υγρό του σώματος, ενώ η κλειδαριά είναι συνήθως είναι ένα μεγάλο μόριο, γνωστό σαν υποδοχέας, που συχνά βρίσκεται μέσα σε μια κυτταρική μεμβράνη.
Η επιφάνεια του υποδοχέα περιέχει μια κοιλότητα με συγκεκριμένο σχήμα (θέση του υποδοχέα), που εκτίθεται στο υγρό που περνάει. Χιλιάδες μορίων διέρχονται από αυτή τη θέση, αλλά όταν ένα μόριο έχει το κατάλληλο σχήμα (το μοριακό "κλειδί") και φτάνει στον υποδοχέα, αυτός το "αρπάζει" μέσω διαμοριακών έλξεων και αρχίζει η βιολογική επίδραση. 
Ας δούμε πώς λειτουργεί αυτό το συνταίριασμα στην όσφρηση. Μια ουσία πρέπει να έχει ορισμένες ιδιότητες για να έχει οσμή. Για να ταξιδεύει μέσω του αέρα, πρέπει να είναι αέριο ή ένα υγρό ή στερεό που να περνάει εύκολα στην αέρια φάση. Για να φτάσει στον υποδοχέα πρέπει να είναι διαλυτό, έστω σε μικρή έκταση, στη λεπτή ταινία υδατικού διαλύματος που περνάει από ρινικές διόδους. 
Ακόμα πιο σημαντικό είναι το ότι το μόριο με την οσμή ή ένα μέρος του πρέπει να έχει σχήμα που εφαρμόζει σε έναν από τους οσφρητικούς υποδοχείς που καλύπτουν απολήξεις νεύρων βαθιά στις ρινικές διόδους. Όταν συμβεί αυτό, οι νευρικές ωθήσεις φτάνουν στον εγκέφαλο που τις μεταφράζει σαν μια ειδική οσμή. 

Στη δεκαετία του 1950, εισάχθηκε η στερεοχημική θεωρία της όσφρησης για να εξηγήσει τη σχέση μεταξύ της οσμής και του μοριακού σχήματος. Η βασική της προϋπόθεση είναι ότι το σχήμα του μορίου (και μερικές φορές η πολικότητά του) και όχι η χημική σύστασή του είναι η πρωταρχική ανίχνευση της οσμής του. Σύμφωνα μ' αυτή τη θεωρία, υπάρχουν επτά πρωταρχικές οσμές και καθεμιά αντιστοιχεί σε ένα από τους επτά διαφορετικούς τύπους των οσφρητικών υποδοχέων. 
Οι επτά οσμές είναι : καμφορά, μοσχοβόλος, ανθώδης, μέντας, αιθέρα, καυτερή και σαπίλας (οι δύο τελευταίες οσμές εξαρτώνται περισσότερο από την πολικότητα των μορίων, παρά από το σχήμα τους).
Πολλές προβλέψεις της θεωρίας αυτής επιβεβαιώθηκαν πειραματικά. Αν δύο ουσίες εφαρμόζουν στον ίδιο υποδοχέα, πρέπει να έχουν την ίδια οσμή, ακόμα και αν η σύστασή τους διαφέρει.
Η καμφορά, το εξαχλωροαιθάνιο και το κυκλοοκτάνιο, ουσίες με διαφορετική σύσταση, ταιριάζουν και οι τρεις στον υποδοχέα καμφοράς και πραγματικά έχουν τέτοια οσμή. Αν διαφορετικά τμήματα ενός μορίου ταιριάζουν σε διαφορετικούς υποδοχείς, το μόριο πρέπει να έχει ανάμικτη οσμή. 
Τμήματα του μορίου της βενζαλδεΰδης ταιριάζουν στους υποδοχείς καμφοράς, ανθώδους και μέντας που σημαίνει τελικά μυρωδιά αμυγδάλου. Πραγματικά, άλλα μόρια που έχουν την ίδια μυρωδιά, ταιριάζουν και στους τρεις υποδοχείς. 
Παρ' όλα αυτά, η πρόβλεψη της οσμής μόνον από το σχήμα δεν είναι τόσο απλή.
Ένας από τους βασικούς λόγους αποτυχίας είναι ότι ένα μόριο στην αέρια φάση μπορεί να έχει πολύ διαφορετικό σχήμα από το σχήμα που θα έχει στο διάλυμα, από το οποίο το ανιχνεύει ο υποδοχέας. 

Στις αρχές της δεκαετίας του 1990 αποδείχθηκε η παρουσία 1000 υποδοχέων και πιστεύεται ότι με τους διάφορους συνδυασμούς, ένας άνθρωπος μπορεί να διακρίνει πάνω από 10.000 οσμές.
Αν και η βασική αρχή της παλιάς θεωρίας γίνεται δεκτή - ότι η οσμή εξαρτάται από το μοριακό σχήμα η φύση της εξάρτησης είναι σύνθετη και είναι περιοχή έρευνας για τις βιομηχανίες τροφίμων, καλλυντικών και εντομοκτόνων. Η αίσθηση της όσφρησης είναι τόσο ζωτική που το σημείο αυτό είναι πεδίο έρευνας εκτός από χημικούς και για βιολόγους. 
Πολλές άλλες βιοχημικές διεργασίες ελέγχονται από την εφαρμογή ενός μορίου σε μια θέση υποδοχέα σε ένα άλλο μόριο : τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες που εφαρμόζουν σε ορισμένες θέσεις και διευκολύνουν έτσι τις αντιδράσεις, νευρικές ωθήσεις μεταφέρονται όταν μικρά μόρια απελευθερώνονται από ένα νεύρο και εφαρμόζουν σε υποδοχείς σε ένα άλλο, οι ορμόνες ρυθμίζουν την απελευθέρωση ενέργειας και την ανάπτυξη με την εφαρμογή και ενεργοποίηση υποδοχέων, όπως επίσης η λειτουργία των γονιδίων καθορίζεται όταν συγκεκριμένα νουκλεϊνικά οξέα εφαρμόζουν σε ειδικές θέσεις άλλων. 
Πραγματικά, καμία άλλη μοριακή ιδιότητα δεν είναι τόσο κρίσιμη για τα ζώντα συστήματα, όσο το σχήμα. 

Διαβάστε ακόμα : Αρώματα

13 Απρ 2012

"Τιτανικός" : 100 χρόνια μετά

Την ατμόσφαιρα στον πολυτελή Τιτανικό θα προσπαθήσουν να επαναφέρουν οι διοργανωτές δύο κρουαζιέρων, ως φόρο τιμής στο διασημότερο ναυάγιο της σύγχρονης ναυσιπλοΐας, ακριβώς εκατό χρόνια μετά.
Η πρώτη κρουαζιέρα ξεκίνησε από τη Νέα Υόρκη των ΗΠΑ, πέρασε από το Χάλιφαξ του Καναδά και θα περάσει τη νύχτα της 14ης Απριλίου στο σημείο του Ατλαντικού που βυθίστηκε ο Τιτανικός το 1912, ενώ η δεύτερη ξεκίνησε από το Σαουθάμπτον της Βρετανίας στις 8 Απριλίου και θα βρεθεί επίσης στις 14 Απριλίου στο σημείο του ναυαγίου.

Τι γίνεται όμως στο βυθισμένο πλοίο ;
Μια νέα γενιά επιβατών απολαμβάνει το δείπνο της στο κατάστρωμα του Τιτανικού : βακτήρια που οξειδώνουν το σίδερο κατατρώγουν το κουφάρι του υπερωκεάνιου και θα το μετατρέψουν τελικά σε μια άμορφη μάζας σκουριάς.
"Σε 20 με 30 χρόνια το ναυάγιο ίσως θα καταρρεύσει"  προειδοποιεί η Ενριέτα Μαν, βιολόγος του Πανεπιστημίου Ντάλουσι στον Καναδά.
Η Δρ Μαν είναι μία από τους ερευνητές που εξέτασαν δείγματα του ναυαγίου τα οποία συλλέχθηκαν το 1991, δηλαδή 79 χρόνια μετά τη βύθιση του πλοίου στις 15 Απριλίου 1912. Στην αποστολή του 1991, σχεδόν 3.800 μέτρα κάτω από την επιφάνεια του Βορείου Ατλαντικού έξω από το Νιουφάουντλαντ του Καναδά, καταγράφηκαν συνολικά 28 είδη που ζουν στο ναυάγιο, ανάμεσά τους καβούρια, ανεμώνες, γαρίδες και αστερίες.
Για αυτή την αποικία, η βασική πηγή ενέργειας είναι η χημική ενέργεια από τις αντιδράσεις οξείδωσης του σιδήρου.
Η αποστολή του 1991 αποκάλυψε μεγάλες στήλες σκουριάς που θυμίζουν σταλακτίτες. Οι αναλύσεις έδειξαν τελικά ότι η σκουριά έχει βιολογική και όχι χημική προέλευση, καθώς σχηματίζεται από βακτήρια που οξειδώνουν το σίδηρο άτομο προς άτομο και τον μετατρέπουν σε σκουριά.
Τα βακτήρια βρίσκουν νοστιμότατα πολλά τμήματα του πλοίου -από τα φινιστρίνια και τις σιδερένιες σκάλες μέχρι τους καυστήρες από χυτοσίδηρο. Τα μόνα κομμάτια που παραμένουν άθικτα είναι τα μπρούτζινα.
H εξαφάνιση του πλοίου θα είναι μια σημαντική απώλεια, ωστόσο οι αποστολές στο ναυάγιο προσέφεραν και μια θετική αποκάλυψη: όλα τα παλιά πλοία και οι εξέδρες πετρελαίου που έχουν βυθιστεί στους ωκεανούς δεν θα σχηματίσουν αιώνιους σωρούς σκουπιδιών.
Τα βακτήρια έχουν τη λύση…

7 Απρ 2012

Εκρηκτική Χημεία

Τι κάνει μια ουσία να είναι ισχυρό εκρηκτικό ;
Πρώτον, θα πρέπει να είναι ασταθής ένωση και να διασπάται εύκολα, αλλά όχι τόσο ασταθής, ώστε να μη μπορεί να μεταφερθεί.
Δεύτερον, θα πρέπει να δίνει μεγάλο όγκο αερίων κατά τη διάσπασή της. Η ταχύτητα της διάσπασης είναι τόσο μεγάλη που έχει σαν αποτέλεσμα την απότομη αύξηση της θερμοκρασίας και της πίεσης.
Τα περισσότερα εκρηκτικά είναι οργανικά παράγωγα με πολλές νιτρο-ομάδες (-ΝΟ2).           
Τα πιο διαδεδομένα είναι το τρινιτροτολουόλιο και η νιτρογλυκερίνη.
Το τρινιτροτολουόλιο (ΤΝΤ, τροτύλη) παρασκευάζεται με νίτρωση του τολουολίου σε θερμοκρασίες 180 - 230οC. Πρώτα το τολουόλιο νιτρώνεται μέσω ενός μίγματος από θειικό και νιτρικό οξύ για την παραγωγή ΜΝΤ (mono-nitrotoluene). Το ΜΝΤ στη συνέχεια νιτρώνεται και γίνεται DNT (dinitrotoluene). Στο τελευταίο βήμα το DNT νιτρώνεται για άλλη μια φορά και παράγεται ΤΝΤ. Το ΤΝΤ παράχθηκε για πρώτη φορά από το Γερμανό χημικό Joseph Wilbrand και χρησιμοποιήθηκε ως κίτρινο χρώμα. Η χρήση του ως εκρηκτικού δεν είχε ανακαλυφθεί για μερικά χρόνια, κυρίως λόγω του ότι ήταν δύσκολο να εκραγεί και ότι ήταν λιγότερο δυνατό από κάποιες άλλες εναλλακτικές. Το ΤΝΤ μπορεί να χυθεί με ασφάλεια ως υγρό σε ειδικά περιβλήματα και είναι τόσο ανθεκτικό που το 1910 εξαιρέθηκε από τον βρετανικό νόμο περί εκρηκτικών (“Explosives Act”) και δε θεωρούνταν ως εκρηκτικό σε περιπτώσεις κατασκευής και αποθήκευσης, επειδή δε διασπάται με κρούση ή θέρμανση, αλλά μόνο με τη δράση πυροκροτητή.
Ένα από τα πρώτα εκρηκτικά ήταν η νιτρογλυκερίνη. Η νιτρογλυκερίνη ανακαλύφθηκε από τον χημικό Ascanio Sobrero το 1847 στο Πανεπιστήμιο του Τορίνο. Αρχικά την αποκάλεσε πυρογλυκερίνη (pyroglycerin) και προειδοποιούσε αδιάκοπα κατά της χρήσης της, στα γράμματα και τα άρθρα του, δηλώνοντας ότι ήταν υπερβολικά επικίνδυνη και αδύνατο να τη χειριστεί κανείς.
Η νίτρωση της γλυκερίνης διεξάγεται με ένα μίγμα νιτρικού οξέος 48% και θειϊκού οξέος 52% σε θερμοκρασία από - 20οC έως 3οC σε χαλύβδινους αντιδραστήρες. Ύστερα από 50 - 60 λεπτά σχηματίζεται η νιτρογλυκερίνη, που είναι πολύ ασταθής και διασπάται εκρηκτικά με ελαφριά κρούση ή θέρμανση.
4 mol νιτρογλυκερίνης που καταλαμβάνουν όγκο περίπου 500 ml, διασπώνται σε 29 mol  αερίων. Σε μια τέτοια έκρηξη, ο όγκος των αερίων που παράγονται μπορεί να είναι 20.000 φορές μεγαλύτερος από τον αρχικό όγκο της νιτρογλυκερίνης.
Ο Alfred Nobel πειραματίστηκε πάνω σε πιο ασφαλείς τρόπους για τον χειρισμό αυτής της επικίνδυνης ουσίας. Για ασφαλέστερη χρήση της, η νιτρογλυκερίνη μετατρέπεται σε δυναμίτιδα με ανάμιξη με απορροφητικές ύλες, όπως το πριονίδι του ξύλου. Η ανακάλυψη αυτή έγινε το 1863 από το Nobel, ο οποίος μετά από αυτό έγινε πάμπλουτος.
Ο Nobel, το 1895, καθόρισε στη διαθήκη του ότι οι τόκοι από την περιουσία του θα διατίθενται κάθε χρόνο για τα σημαντικότερα επιτεύγματα στη Φυσική, τη Χημεία, την Ιατρική και Βιολογία, την Οικονομία, τη Λογοτεχνία, καθώς και στη διατήρηση της Ειρήνης.
Άλλα γνωστά εκρηκτικά είναι ο κυκλονίτης (RDX) και η τετρανιτρική πενταερυθριτόλη (PETN) .
Η ισχυρότερη μέχρι σήμερα γνωστή εκρηκτική ύλη θεωρείται το οκτανιτροκυβάνιο (octanitrocubane, ONC). Η σύνθεση του έγινε στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο από την ερευνητική ομάδα του καθηγητή Philip Eaton και θεωρήθηκε δικαιολογημένα σαν ένα από τα σημαντικότερα επιτεύγματα της Χημείας του έτους 2000. Σημαντικός λόγος που συμβάλλει στην εξαιρετική εκρηκτική ισχύ του ONC είναι και το μεγάλο ενεργειακό περιεχόμενο του μητρικού υδρογονάνθρακα, του κυβανίου, λόγω της έντονης διάτασης των δεσμών άνθρακα, που βρίσκονται υπό γωνία C-C-C 90 μοίρες η οποία απέχει πολύ από την κανονικά προβλεπόμενη γωνία των 109,5 μοιρών.

Γενικά για εκρηκτικές ύλες

Άρθρο για την πυρίτιδα   


5 Απρ 2012

"Αναίσθητη" Χημεία

   Νάρκωση ή γενική αναισθησία είναι μια κατάσταση, όπου παρατηρείται απώλεια της συνείδησης και των αισθήσεων, όπως και των μυϊκών κινήσεων, χωρίς να επηρεάζονται σε σημαντικό βαθμό η αναπνοή, η κυκλοφορία και άλλες ζωτικές λειτουργίες. Οφείλεται σε παράλυση του Κεντρικού Νευρικού Συστήματος και είναι αναστρέψιμη. Όταν απομακρυνθεί το αναισθητικό, αποκαθίστανται οι λειτουργίες.
     Η ολική νάρκωση ανακαλύφθηκε μεταξύ του 1842 - 1847.
    Τα αναισθητικά που προκαλούν ολική νάρκωση, εισπνεόμενα από τον ασθενή, που χρησιμοποιήθηκαν κατά καιρούς είναι :
1. Το υποξείδιο του αζώτου ανακαλύφθηκε από τον Joseph Priestley το 1772 και σύντομα χρησιμοποιήθηκε από την αριστοκρατία σε "πάρτι με αέριο του γέλιου", καθώς σε μικρές ποσότητες προκαλεί ευθυμία. Σε μεγαλύτερες ποσότητες προκαλεί αναισθησία, γι' αυτό και ήταν από τα πρώτα αναισθητικά που χρησιμοποιήθηκαν σε μίγμα με οξυγόνο. Η δράση του είναι γρήγορη, αλλά απαιτούνται μεγάλες ποσότητες. Όταν αντί για οξυγόνο χρησιμοποιηθεί αέρας, δεν εισέρχεται αρκετό οξυγόνο στο αίμα και μπορεί να προκληθεί εγκεφαλική βλάβη.
2. Ο διαιθυλαιθέρας (κοινός αιθέρας) πρωτοχρησιμοποιήθηκε το 1845 στην οδοντιατρική. Είναι δραστικό αναισθητικό και χρησιμοποιήθηκε ευρέως για πολλά χρόνια. Παρενέργειες της δράσης του είναι η ναυτία όταν συνέρχεται ο ασθενής. Ακόμα, επειδή είναι πάρα πολύ εύφλεκτος και σχηματίζει με τον αέρα υπεροξείδια, ενώσεις δηλητηριώδεις και εκρηκτικές, η χρήση του σταμάτησε.
3. Το χλωροφόρμιο ως αναισθητικό πρωτοπαρουσιάστηκε το 1847 από τον Σκώτο Simpson και τον Γάλλο Flourens. Η χρήση του έγινε γρήγορα δημοφιλής, από τη στιγμή που η βασίλισσα Βικτωρία στην Αγγλία γέννησε το όγδοο παιδί της, έχοντας υποστεί αναισθησία με χλωροφόρμιο. Το χλωροφόρμιο δεν είναι εύφλεκτο, προκαλεί την επιθυμητή νάρκωση, αλλά έχει σοβαρά μειονεκτήματα : προκαλεί ζημιά στο συκώτι και αν έρθει σε επαφή με οξυγόνο, οξειδώνεται στο δηλητηριώδες αέριο φωσγένιο. Έτσι, η χρήση του εγκαταλείφθηκε.
     Στην Ελλάδα η πρώτη νάρκωση με αιθέρα έγινε στην Αθήνα τον Απρίλιο του 1847 από τον Βαυαρό γιατρό Treiber, ενώ το 1848 ο επίσης Βαυαρός γιατρός Landerer χρησιμοποίησε χλωροφόρμιο.
4. Ο διβινυλαιθέρας προτάθηκε σαν αναισθητικό το 1930. Είναι πολύ πιο δραστικός από τον κοινό αιθέρα, αλλά μειονεκτεί στο ότι πολύ γρήγορα ο ασθενής φτάνει σε πολύ βαθιά νάρκωση. Όπως και ο διαιθυλαιθέρας, είναι πολύ εύφλεκτος.
5. Το πιο δραστικό αναισθητικό αέριο, το κυκλοπροπάνιο, χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1934. Μικρές ποσότητες γρήγορα προκαλούν αναισθησία χωρίς να μείνει ο ασθενής αναίσθητος για πολύ. Το μεγάλο του μειονέκτημα είναι ότι σχηματίζει εκρηκτικά μίγματα με τον αέρα. Έτσι χρειάζεται απαραίτητα ειδικός εξοπλισμός και πεπειραμένος αναισθησιολόγος.
6. Τα σύγχρονα εισπνεόμενα αναισθητικά είναι οργανικές ενώσεις που περιέχουν αλογόνα (φθόριο, χλώριο, βρώμιο ή ιώδιο), όπως το αλοθάνιο. Αυτές οι ενώσεις δεν είναι εύφλεκτες και σχετικά με τις άλλες είναι πιο ασφαλείς για τον ασθενή.
Το αλοθάνιο χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1956 από τον Raventos και είναι πολύ ακριβό αναισθητικό. Είναι αλογονωμένος υδρογονάνθρακας, ενώ τα υπόλοιπα σύγχρονα εισπνεόμενα αναισθητικά είναι αλογονωμένοι αιθέρες. Οι αλογονωμένοι αιθέρες δεν είναι εύφλεκτοι και είναι λιγότερο τοξικοί από τα προηγούμενα γενικά αναισθητικά.
Παραδείγματα είναι το μεθοξυφλουράνιο που εισάχθηκε στην αναισθησιολογία το 1962, το ισοφλουράνιο λίγο αργότερα και το σεβοφλουράνιο (1990).
Συνήθως χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με υποξείδιο του  αζώτου και οξυγόνο.
Το μόνο μειονέκτημά τους είναι ότι συγκαταλέγονται στα "αέρια θερμοκηπίου".

     Περισσότερα για τα γενικά και για τα τοπικά αναισθητικά