30 Σεπ 2012

Χημικοί δεσμοί διακρίνονται για πρώτη φορά σε εικόνες μικροσκοπίου

Όπως συμβαίνει στην ανθρώπινη ζωή, έτσι και στη χημεία οι δεσμοί των ατόμων που συγκροτούν ένα μόριο είναι άλλοτε πιο στενοί και άλλοτε πιο χαλαροί, καθορίζοντας την τελική μορφή και τη συμπεριφορά του. Αυτό είναι γνωστό στη θεωρία, για πρώτη φορά όμως μπορούμε να το παρακολουθήσουμε και στην πράξη χάρη στην πρώτη λεπτομερή απεικόνισή τους που πέτυχε διεθνής ομάδα επιστημόνων.
Οι εικόνες, οι οποίες δημοσιεύθηκαν στην επιθεώρηση "Science", δείχνουν για πρώτη φορά τις φυσικές διαφορές που παρουσιάζουν οι δεσμοί των ατόμων ανάλογα με το πόσο ισχυροί είναι. Θεωρείται ότι θα προσφέρουν βαθύτερη κατανόηση των χημικών αντιδράσεων και θα βοηθήσουν σημαντικά τους τομείς της νανοεπιστήμης και της νανοτεχνολογίας.
Επίσης, προσφέροντας ένα "εργαλείο" για τη μελέτη της κατανομής των φορτίων η νέα τεχνική απεικόνισης ενδέχεται να οδηγήσει, όπως επισημαίνεται σε ένα δεύτερο σχετικό άρθρο, στη μελλοντική χρήση των μορίων ως μερών σε μικροσκοπικά ηλεκτρονικά κυκλώματα.
Για να σχηματίσουν ένα μόριο τα άτομα δημιουργούν δεσμούς στους οποίους "μοιράζονται" ένα ή περισσότερα από τα εξωτερικά ηλεκτρόνιά τους. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων που μοιράζονται – το αν δηλαδή θα είναι ένα, δυο, τρία ή έξι – καθορίζει το πόσο ισχυρός είναι ο μεταξύ τους δεσμός και κατ’ επέκταση τη γεωμετρική δομή και τη σταθερότητα του μορίου καθώς και το πόσο ενεργό θα είναι στις αντιδράσεις.
Οι εικόνες που δόθηκαν στη δημοσιότητα οπτικοποιούν για πρώτη φορά την ισχύ των δεσμών που συνδέουν τα άτομα, με ένδειξη το μήκος τους. Οι πυκνότεροι σε ηλεκτρόνια ισχυρότεροι δεσμοί εμφανίζονται πιο "κοντοί" και λιγότερο φωτεινοί από τους πιο χαλαρούς "μακρύτερους" δεσμούς. Η διαφορά μήκους είναι βεβαίως υπερβολικά μικρή – μόλις μερικά πικόμετρα ή τρισεκατομμυριοστά του μέτρου.
"Έχουμε ξαναδεί δεσμούς αλλά δεν μπορούσαμε να διακρίνουμε διαφορές μεταξύ τους. Τώρα μπορούμε να απεικονίσουμε αυτές τις μικροσκοπικές διαφορές ανάμεσά τους" δήλωσε ο Λέο Γκρος του Ερευνητικού Κέντρου της IBM στη Ζυρίχη, επικεφαλής της μελέτης που διεξήχθη με τη συνεργασία γαλλικών και ισπανικών ερευνητικών ιδρυμάτων. Το 2009 ο Γκρος είχε επίσης επιτύχει την πρώτη απεικόνιση των χημικών δεσμών ενός μορίου, η οποία όμως ήταν πολύ πιο "θολή" σε σχέση με τη σημερινή.
Ο Γκρος και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν για να επιτύχουν την απεικόνισή τους ένα ειδικά τροποποιημένο μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (atomic force microscopy, AFM). Επέλεξαν για τη μελέτη τους φουλερένια – και συγκεκριμένα φουλερένια C60 ή buckyballs, τα οποία προσφέρονται για τέτοιου είδους εγχειρήματα αφού αποτελούν μια άψογα δομημένη "μπάλα" από 60 άτομα άνθρακα.
Επίσης χρησιμοποίησαν μόρια νανογραφενίου καθώς και επίπεδους πολυαρωματικούς υδρογονάνθρακες, όπως το εξαβενζοκορονένιο που συνέθεσαν ειδικά για τη μελέτη. Η δομική συμμετρία που επιδεικνύουν και οι τρεις αυτοί τύποι μορίων επέτρεψαν στους επιστήμονες να διακρίνουν τους δεσμούς των ατόμων από τις "παρεμβολές" που δημιουργούνται στην προσπάθεια απεικόνισής τους.

Πηγή : in.gr

24 Σεπ 2012

Επτά στρέμματα σε ένα γραμμάριο


Πορώδες υλικό καταρρίπτει κάθε ρεκόρ ελεύθερης επιφάνειας

Ένα συνθετικό υλικό που αναπτύχθηκε σε αμερικανικό εργαστήριο είναι τόσο πορώδες ώστε ένα μόνο γραμμάριό του περιέχει αρκετή επιφάνεια για να καλύψει επτά στρέμματα, έκταση που αποτελεί νέο παγκόσμιο ρεκόρ.
Χάρη στην αχανή ελεύθερη επιφάνειά του, δηλαδή το σύνολο της εξωτερικής και εσωτερικής του επιφάνειας, το νέο υλικό NU-110 θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ασφαλή αποθήκευση φυσικού αερίου σε οχήματα και εγκαταστάσεις.
Τo NU-110, όπως και το παρόμοιο υλικό NU-109, ανήκουν σε μια κατηγορία κρυσταλλικών νανοδομών που ονομάζονται μεταλλο-οργανικά πλέγματα, εξηγούν οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Northwestern του Σικάγο. Στα υλικά αυτά, οργανικά μόρια συνδέονται μεταξύ τους μέσω ατόμων μετάλλων.
Η ανακάλυψη δημοσιεύεται στο Journal of the American Chemical Society.
Με επικεφαλής τον Δρ Ομάρ Φάρα, η ερευνητική ομάδα συνέθεσε και χαρακτήρισε το νέο υλικό και επιπλέον προσομοίωσε τη συμπεριφορά του.
Το δυσκολότερο μέρος των πειραμάτων ήταν η απομάκρυνση των μορίων διαλύτη που παρέμεναν παγιδευμένα στους πόρους του υλικού και περιόριζαν έτσι την ελεύθερη επιφάνειά του. Αντί να χρησιμοποιήσουν θερμότητα, η οποία θα μπορούσε να καταστρέψει την κρυσταλλική δομή, οι ερευνητές απομάκρυναν τους διαλύτες διοχετεύοντας στους πόρους διοξείδιο του άνθρακα.
Ο Δρ Φάρα ελπίζει τώρα να διπλασιάσει την επιφάνεια του υλικού χρησιμοποιώντας μοριακούς συνδέσμους μικρότερου όγκου.

Πηγή : in.gr

7 Σεπ 2012

Υπερανθεκτικό υδροτζέλ είναι και απίστευτα ελαστικό

Ένα πολυμερές υλικό που περιέχει κυρίως νερό, παρόμοιο με τα υλικά από τα οποία κατασκευάζονται οι φακοί επαφής, δεν προσφέρει μόνο άριστη αντοχή, αλλά μπορεί επίσης να τεντώνεται μέχρι 20 φορές το αρχικό του μήκους. Το νέο υδροτζέλ είναι επίσης βιοσυμβατό και θα μπορούσε μια μέρα να αντικαθιστά φθαρμένες αρθρώσεις.
Το φυσικό καουτσούκ, το οποίο μπορεί να τεντωθεί μόνο μέχρι έξι φορές το αρχικό του μήκους, θα φαινόταν άκαμπτο μπροστά του.
Τα υδροτζέλ είναι σχετικά νέα υλικά που αποτελούνται από υδρόφιλα πολυμερή μόρια και αποτελούνται έως και κατά 99,9% από νερό. Το ίδιο, όμως, συμβαίνει και με πολλούς ιστούς του ανθρώπινου σώματος.
 “Ο χόνδροι, η καρδιά, ακόμα και ο εγκέφαλος, μπορούν να θεωρηθούν υδροτζέλ” σχολιάζει ο μηχανικός Τσιγκάνγκ Σούο, επικεφαλής της ομάδας που ανέπτυξε το νέο υλικό.
Εκτός όμως από ακραία ελαστικότητα, το νέο υλικό προσφέρει και εξαιρετικά υψηλή αντοχή. Το υδροτζέλ στους μαλακούς φακούς επαφής αντέχουν σε δυνάμεις μερικών εκατοντάδων Joule (μονάδα μέτρησης της ενέργειας) ανά τετραγωνικό μέτρο, ενώ οι ανθρώπινοι χόνδροι μέχρι 1.000 Joule/m2.
"Στο δικό μας υλικό, η ενέργεια θραύσης ανεβαίνει στα 10.000 Joule/m2" υπερηφανεύεται ο Σούο.
Όπως αναφέρουν οι ερευνητές στο περιοδικό Νature, το υπερελαστικό υδροτζέλ αποτελείται από δύο πολυμερή : το αλγινικό οξύ που προέρχεται από φύκια, και τo πολυακρυλαμίδιο που χρησιμοποείται στη βιομηχανία και τις βιοϊατρικές έρευνες.
Τα μόρια αλγινικού οξέος ενώνονται μεταξύ τους με ιοντικούς δεσμούς, ενώ τα μόρια πολυακρυλαμιδίου από ισχυρότερους ομοιοπολικούς δεσμούς. Όταν το υλικό τεντωθεί, οι ομοιοπολικοί δεσμοί εμποδίζουν τη θραύση του υλικού, ενώ οι ιοντικοί δεσμοί σπάνε και σχηματίζονται εκ νέου όταν το υδροτζέλ επανέλθει στο αρχικό του σχήμα.
Ακόμα και όταν τεντωθεί στο σημείο να υποστεί πλαστική παραμόρφωση, το υδροτζέλ μπορεί να ανακτήσει το αρχικό του σχήμα με απλή θέρμανση στους 80 βαθμούς Κελσίου.
Δεδομένου ότι και τα δύο πολυμερή θεωρούνται βιοσυμβατά, το νέο υδροτζέλ θα μπορούσε ίσως να χρησιμοποιηθεί σε τεχνητούς χόνδρους υψηλής αντοχής.

Πηγή : in.gr

5 Σεπ 2012

Χημεία και μαγειρική ("Μοριακή γαστρονομία")

Όταν ακούει κάποιος "γαστρονομία" φέρνει στο μυαλό τραπέζια με φουά γκρα και αστακούς και τρούφες. Το επίθετο "μοριακή", από την άλλη πλευρά, μάλλον κόβει την όρεξη, γιατί φέρνει στο μυαλό χημικές αντιδράσεις.
Ο όρος "μοριακή γαστρονομία" επινοήθηκε το 1992 από τον φυσικό Νίκολας Κούρτι και τον χημικό  Ερβέ Τις. Έγινε ο τίτλος για μια σειρά εργαστηρίων που διεξάχθηκαν στην Ιταλία (αρχικά με τίτλο "Επιστήμη και Γαστρονομία") που έφερε σε επαφή επιστήμονες και επαγγελματίες μαγείρους για συζητήσεις σχετικά με την επιστήμη πίσω από τα παραδοσιακά παρασκευάσματα μαγειρικής. Τελικά, ο συντομευμένος όρος "μοριακή γαστρονομία" έγινε επίσης το όνομα της επιστημονικής εξερεύνησης πίσω από τις παραδοσιακές μεθόδους μαγειρέματος.
Ο Ουγγρικής καταγωγής καθηγητής Φυσικής στην Οξφόρδη Νίκολας Κούρτι ήταν εκείνος που πρώτος συνέδεσε τη φυσική και τη χημεία με τη μαγειρική. Το 1969 έδωσε μια διάλεξη στη Βασιλική Εταιρεία του Λονδίνου  περί των ιδιοτήτων των μικροκυμάτων και έφτιαξε σε φούρνο μικροκυμάτων μια αντίστροφη "Αλάσκα" (παγωτό απ' έξω, καυτή μαρέγκα μέσα).
Ο Κούρτι παρουσίαζε και την τηλεοπτική εκπομπή "Ο Φυσικός στην κουζίνα", όπου επέδειξε διάφορες επιστημονικές τεχνικές στην κουζίνα και μεταξύ άλλων είπε : "ενώ μπορούμε να μετρήσουμε τη θερμοκρασία στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης δεν ξέρουμε τι συμβαίνει στο εσωτερικό του σουφλέ μας".
Για τον όρο "μοριακή γαστρονομία" γράφει χαρακτηριστικά ο Τις στο βιβλίο του "Μοριακή Γαστρονομία : Κατσαρόλες και Δοκιμαστικοί Σωλήνες" (εκδόσεις Πατάκη) : "Δώσαμε το όνομα μοριακή γαστρονομία στο επιστημονικό πεδίο που ασχολείται με τις χημικές, φυσικές και βιολογικές μεταβολές που πραγματοποιούνται στη μαγειρική. Θέλαμε να συμπεριλάβουμε στις μελέτες μας όχι μόνο τη μαγειρική, αλλά και το πώς τρώμε και όλες τις δραστηριότητες που αφορούν το φαγητό".
Η μοριακή γαστρονομία… με μια ματιά
Συγκεντρώνει γνωστές συνταγές και ελέγχει εάν ισχύουν τα διάφορα "μυστικά επιτυχίας" που τις συνοδεύουν παραδοσιακά.
Προσαρμόζει τις συνταγές με βάση την επιστημονική γνώση και σε κάποιες περιπτώσεις τις εμπλουτίζει με νέα υλικά.
Προτείνει νέους συνδυασμούς τροφών και συνταγές, αλλά και τρόπους σερβιρίσματος και παρουσίασης των φαγητών.
Ανακαλύπτει καινούργιες μεθόδους παρασκευής φαγητών, γλυκών και ποτών.
Κωδικοποιεί και εκλαϊκεύει τα πώς και τα γιατί της μαγειρικής και της ζαχαροπλαστικής και τα κάνει γνωστά στο ευρύτερο κοινό.
Οι ανακαλύψεις και τα διδάγματα των πρωτοπόρων του κινήματος άρχισαν γρήγορα να διαδίδονται, ενώ τα βιβλία τους έγιναν απαραίτητα βοηθήματα για ανήσυχους και δημιουργικούς σεφ που ήθελαν να κατανοήσουν σε μεγαλύτερο βάθος τη μαγειρική διαδικασία και τις λεπτές αποχρώσεις της γεύσης.
Η μοριακή γαστρονομία μπορεί να μοιάζει λίγο επικίνδυνη αποστολή λόγω της χρήσης χημικών ουσιών και οργάνων, αλλά δεν απευθύνεται αποκλειστικά στους επαγγελματίες σεφ.
Δίνει απαντήσεις σε ερωτήματα που έχουν αρκετοί λάτρεις της κουζίνας και του καλού φαγητού.

Παρουσίαση  του βιβλίου "Μοριακή γαστρονομία : Κατσαρόλες και δοκιμαστικοί σωλήνες" (από  το biblionet.gr)


Νίκολας Κούρτι  (Wikipedia)  

Ερβέ Τις  (Wikipedia

Και βέβαια μια επίδειξη μοριακής, υψηλής, πειραματικής ή όπως αλλιώς θέλετε γαστρονομίας :
παρασκευή σφαιρικού τζατζικιού ("spherical tzatziki"). Στη συγκεκριμένη περίπτωση η σφαιροποίηση στηρίζεται στην προσθήκη γαλακτικού ασβεστίου στο μείγμα που πρόκειται να γίνει μικρές σφαίρες και κατόπιν εμβάπτιση σε διάλυμα αλγινικού νατρίου.

1 Σεπ 2012

Σάκχαρα ανιχνεύθηκαν στην περιοχή μακρινού άστρου

Διεθνής ομάδα αστρονόμων ανίχνευσε μόρια σακχάρων στο νέφος που περιβάλλει ένα νεογέννητο άστρο -μια ανακάλυψη που επιβεβαιώνει ότι τα δομικά υλικά της ζωής αφθονούν στο Σύμπαν.
"Στο δίσκο αερίου και σκόνης που περιβάλλει αυτό το πρόσφατα σχηματισμένο άστρο, ανακαλύψαμε γλυκολαλδεΰδη, η οποία είναι η απλούστερη μορφή σακχάρου, όχι πολύ διαφορετική από τη ζάχαρη που βάζουμε στον καφέ" αναφέρει ο Γες Γιόργκενσεν του Ινστιτούτου "Νιλς Μπορ" της Δανίας, επικεφαλής της μελέτης.
"Το μόριο αυτό είναι ένα από τα συστατικά για το σχηματισμό του RNA, το οποίο είναι ένα από τα δομικά υλικά της ζωής, όπως και το DNA με το οποίο σχετίζεται" επισημαίνει.
Η γλυκολαλδεΰδη ανιχνεύθηκε στην περιοχή του άστρου IRAS 16293-2422, το οποίο ανήκει στην ίδια κατηγορία με τον Ήλιο και βρίσκεται σε απόσταση 400 ετών φωτός.
Οι φασματικές αναλύσεις δείχνουν ότι το σάκχαρο βρίσκεται σχετικά κοντά στο άστρο, περίπου στην απόσταση που χωρίζει τον Ήλιο από τον πλανήτη Ουρανό στο δικό μας σύστημα, Δεδομένου ότι το IRAS 16293-2422 είναι ένα νεαρό άστρο, η ανακάλυψη δείχνει ότι ορισμένα από τα βασικά συστατικά της ζωής υπάρχουν ήδη στο σύστημα όταν αρχίζουν να σχηματίζονται πλανήτες.
Γλυκολαλδεΰδη έχει ανιχνευθεί και παλαιότερα στο Διάστημα, για παράδειγμα κοντά στο κέντρο του Γαλαξία μας, αυτή όμως είναι η πρώτη φορά που εντοπίζεται τόσο κοντά σε ένα άστρο.
Εκτός όμως από γλυκολαλδεΰδη, το νέφος αερίου και σκόνης που περιβάλλει το IRAS 16293-2422 περιέχει και άλλα οργανικά μόρια, όπως αιθανόλη και αιθυλενογλυκόλη.
Η έρευνα πραγματοποιήθηκε με τη γιγάντια συστοιχία ραδιοτηλεσκοπίων ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), η οποία στην τελική της μορφή θα αποτελείται από 66 επιμέρους ραδιοτηλεσκόπια.
To ALMA  βλέπει το Σύμπαν σε μια περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που βρίσκεται ανάμεσα στα μικροκύματα και την υπέρυθρη ακτινοβολία. Το αόρατο αυτό φως εκπέμπεται από κοσμικά νέφη και άλλα σώματα εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας, περίπου 10 με 50 βαθμούς Κελσίου πάνω από το απόλυτο μηδέν στους -273,15 βαθμούς.
Στην περίπτωση του συστήματος IRAS 16293-2422, το ALMA ανίχνευσε τη φασματική υπογραφή μορίων γλυκολαλδεΰδης που μετατρέπονται από στερεό σε αέριο λόγω της θερμότητας του άστρου.

Η ανακάλυψη δημοσιεύεται στο Astrophysical Journal Letters.

Περισσότερα για τη γλυκολαλδεΰδη (wikipedia)

Πηγή : in.gr