Znajdź zawartość

Współcześni rodzice mają do wyboru olbrzymią liczbę zabawek dla swoich pociech. Pomysłowość producentów nie zna granic i wybór odpowiedniego prezentu często nie jest łatwym zadaniem. Mimo tej różnorodności dzisiaj nie uświadczymy wielu zabawek, które można było znaleźć na sklepowych półkach – oczywiście po drugiej stronie Żelaznej Kurtyny – jeszcze kilkadziesiąt lat temu. I nie dlatego, że zabawki te nie cieszyły się popularnością czy wyszły z mody, a dlatego, że zostały zakazane. Oto trzy przykłady najciekawszych naszym zdaniem zabawek, z którymi współczesne dzieci nie mają już do czynienia. Atomowe fascynacje W 1950 roku na rynek trafiła zabawka Gilbert U-238 Atomic Energy Lab, w której znajdowały się rudy uranu. Dzieci mogły dokonywać pomiaru radioaktywności próbek, obserwować rozpad promieniotwórczy czy poszukać radioaktywnych miejsc w swoim otoczeniu. W instrukcji napisano, by nie wyjmować próbek z pojemników, gdyż mają tendencję do kruszenia się. Nie chodziło tu jednak o kwestie związane z bezpieczeństwem, a z nauką. Wyjmowanie kruszących się próbek mogło doprowadzić do zanieczyszczenia nimi otoczenia i zwiększenia radioaktywności tła, co negatywnie wpłynęłoby na jakość pomiarów dokonywanych przez małych naukowców. W zestawie zawarty był zresztą nie tylko uran, ale i źródła promieniowania beta-alfa, beta oraz gamma. Użytkownicy mieli do dyspozycji komorę Wilsona (urządzenie do wykrywania promieniowania poprzez obserwację śladów cząstek elementarnych), spintaryskop (najprostszy licznik scyntylacyjny, pozwala na obserwację rozpadu atomowego), elektroskop (służy do wykrywania napięcia elektrycznego) oraz licznik Geigera. Dołączono też 60-stronicową instrukcję użytkownika i przewodnik nt. wydobycia uranu. W każdym zestawie znajdowała się też książeczka „Learn How Dagwood Splits the Atom!”. Był to częściowo komiks, częściowo podręcznik, w którym bohaterowie popularnego wówczas komiksu – Blondie i Dagwood Bumstead oraz ich dzieci, pies i przyjaciele – wyjaśniali podstawy energetyki atomowej. Ich mentorem i opiekunem, który wyjaśniał przeprowadzane eksperymenty, był Mandrake the Magician, inny popularny bohater komiksów. Książki zostały przygotowane pod nadzorem Leslie'ego R. Grovesa (dyrektor Manhattan Project) oraz Johna R. Dunninga (fizyk, jedna z kluczowych postaci Manhattan Project). Zabawka obecna była na rynku przez około rok. Sprzedano mniej niż 5000 zestawów. Problemem była zapewne wysoka cena – 49,50 USD – czyli około 500 dzisiejszych dolarów. W tym czasie firma Porter Chemical Company sprzedawała dwa inne zestawy dla dzieci, również zawierające rudę uranu, ale w cenie 10 i 25 USD. Z czasem w USA pojawiały się przepisy, które stopniowo uniemożliwiły sprzedaż zabawek, który mogłyby stwarzać jakiekolwiek zagrożenie. Dawka promieniowania emitowana przez zestaw Gilbert U-238 była taka, jak dawka promieniowania, którą otrzymujemy codziennie ze Słońca. Musimy pamiętać też, że wiele otaczających nas przedmiotów jest radioaktywnych, na przykład banany czy orzechy brazylijskie. Mimo tego, obecnie sprzedaż takich zabawek jak opisywany zestaw jest niemożliwa. Chemiczna kuźnia naukowców Atomowe laboratorium nie było jedynym zestawem naukowym oferowanym dzieciom. Kilka dekad wcześniej na rynku pojawiły się zestawy „małego chemika”. Inspirowane były przenośnymi zestawami chemicznymi, które w XVIII i XIX wieku sprzedawano naukowcom i studentom chemii. Te „dorosłe” zestawy zawierały szklane naczynia, związki chemiczne, moździerze i inne przedmioty, niezbędne do prowadzenia badań z dziedziny medycyny, geologii czy nauczania studentów. I to na nich wzorowano zestawy dla dzieci. Wiele z przenośnych zestawów chemicznych było produkowanych w Wielkiej Brytanii, ale same chemikalia pochodziły często z Niemiec. Pierwsza wojna światowa spowodowała, że przestały być one dostępne, produkcję przestawiono na potrzeby wojska. Jednak mniej więcej w tym samym czasie w USA bracia John J. i Harold Mitchell Porter założyli Porter Chemical Company i – inspirowani angielskimi „dorosłymi” zestawami oraz zdobywającą popularność zabawką „Erector set” – wczesnym „małym konstruktorem” – zaoferowali zestawy chemiczne dla dzieci. W zabawce Chemcraft znajdowały się związki chemiczne, wyposażenie laboratorium, waga i palnik alkoholowy. Ceny wahały się od 1,50 do 10 USD, w zależności od tego, jak bogate było wyposażenie zestawu. Bardzo szybko swoją wersję „małego chemika” zaoferował twórca „Erector set” Alfred Carlton Gilbert. Przez kolejne dekady obie firmy konkurowały na rynku oferując coraz to nowe zestawy reklamowane w pismach naukowych i gazetach dla dzieci. Pojawiły się też wyspecjalizowane zestawy, jak przeznaczone dla dziewczynek Sachetcraft pozwalające na wykonywanie własnych perfum i innych kosmetyków czy Laboratory Technician zawierający mikroskop i gotowe preparaty, które można było pod nim obserwować. Większość związków chemicznych znajdujących się w tych zestawach było nieszkodliwych, ale nie o wszystkich można to powiedzieć. Wczesne zestawy dla dzieci zawierały np. azotan potasu, kwas azotowy i siarkowy czy podchloryn wapnia. Dzieci mogły w domowym laboratorium przeprowadzać eksplozje, budować akumulatory czy zginać szkło nad palnikiem. Oczywiście do zestawów dołączone były szczegółowe instrukcje i zakładano, że odpowiedzialni rodzice poinstruują dzieci, jak bezpiecznie się bawić. Jednak w latach 60. rodzice zaczęli wyrażać coraz więcej obaw odnośnie bezpieczeństwa takich zabawek. Pojawiły się więc kolejne regulacje prawne, które coraz bardziej ograniczały możliwości tego typu zabawek. Producenci zaczęli od usuwania z zestawów palników i kwasów, mieli obowiązek oznaczać substancje niebezpieczne, z zestawów zaczęły znikać różne metale. Media, które jeszcze niedawno szeroko informowały o pojawianiu się kolejnych zabawek, teraz zaczęły przed nimi ostrzegać. W końcu zestawy chemiczne dla dzieci całkowicie zniknęły. Dzisiaj na rynku można spotkać zestawy chemiczne dla dzieci reklamowane jako „wolne od środków chemicznych”. Gdy miałem 9 lat rodzice dali mi małego chemika. Po tygodniu zdecydowałem, że chcę być chemikiem i tak już pozostało, pisał w swojej autobiografii laureat Nagrody Nobla z chemii Robert F. Curl. To jeden z wielu noblistów, którzy przyznają, że nauką zainteresowali się właśnie dzięki sprzedawanym przed dekadami zestawom dla dzieci. Zrób sobie zabawkę W latach 30. i na początku lat 40. w ofercie firmy AC Gilbert znajdował się Kaster Kit. Pomiędzy rokiem 1932 a 1941 pojawiło się kilka wersji tego zestawu. Służył on do produkcji własnych zabawek, a konkretne ołowianych figurek. W zestawie znajdowało się kilkadziesiąt form, zarówno płaskich jak i wypukłych, do których dziecko mogło wlać roztopiony ołów. W ten sposób powstawały ołowiane żołnierzyki, figurki sportowców, zwierząt, samolotów, samochodów i innych przedmiotów. Oczywiście nie mogło zabraknąć też elektrycznego tygla do roztapiania ołowiu. Po wlaniu ołowiu do formy wystarczyło poczekać, aż całość ostygnie. Następnie można było wyjąć figurkę z formy, obciąć nadmiarowy ołów i pomalować figurkę na dowolne kolory. Na filmie poniżej możecie zobaczyć, jak to działało. « powrót do artykułu

Tegoroczną Nagrodą Nobla z chemii podzielą się Benjamin List z Niemiec i David MacMillan z USA, zdecydowała Szwedzka Królewska Akademia Nauk. Nagrodę przyznano za rozwój asymetrycznej katalizy organicznej. Prace Lista i MacMillana mają olbrzymi wpływ na tworzenie nowych leków, a przy okazji czynią procesy chemiczne bardziej przyjazne środowisku naturalnemu. Bardzo wiele dziedzin nauki i obszarów działalności przemysłowej jest zależnych od możliwości tworzenia molekuł o pożądanych właściwościach. Takich, dzięki którym powstaną wytrzymałe materiały, w których będzie można przechowywać energię czy molekuł służących do walki z chorobami. Stworzenie takich cząsteczek wymaga użycia odpowiednich katalizatorów, substancji pozwalających kontrolować i przyspieszać reakcje chemiczne, ale które nie wchodzą w skład finalnego produktu tych reakcji. Katalizatory są wszechobecne. Mamy je też w naszych organizmach, gdzie katalizatorami są enzymy, biorące udział w wytwarzaniu związków chemicznych niezbędnych do życia. Przez całe dziesięciolecia uważano, że katalizatorami mogą być jedynie metale lub enzymy. Jednak w 2000 roku dowiedzieliśmy się, że istnieje trzeci rodzaj katalizatorów, gdy Benjamin List i David MacMillan – niezależnie od siebie – odkryli proces asymetrycznej katalizy organicznej, który opiera się na niewielkich molekułach organicznych. Ten pomysł na przeprowadzenie katalizy jest tak prosty i genialny, że aż rodzi się pytanie, dlaczego nikt nie wpadł na to wcześniej, powiedział Johan Åqvist, przewodniczący zespołu przyznającego Nagrodę Nobla z chemii. Naukowcy przez dziesięciolecia mogli tylko z zazdrością patrzeć na możliwości enzymów, dzięki którym natura tworzy niezwykle złożone cząsteczki. Nauka jednak powoli szła do przodu i nasze możliwości również się zwiększały. Na przełomie wieków, dzięki Listowi i MacMillanowi nasze zdolności w tym zakresie znacząco się zwiększyły. Obaj uczeni przenieśli możliwości tworzenia molekuł na całkowicie nowy poziom. Opracowali proce, który nie tylko jest mniej szkodliwy dla środowiska, ale przede wszystkim znacząco zwiększa możliwości tworzenie molekuł asymetrycznych. Chemicy przez długie lata mieli problem z tym, że wiele molekuł występuje w dwóch postaciach – odbić lustrzanych, które jednak nie są identyczne. Są obiektami chiralnymi, o różnych właściwościach. Za przykład może tutaj posłużyć limonen, cząsteczka odpowiadająca za zapach cytryny, której lustrzane odbicie daje zapach pomarańczy. Problem w tym, że zwykle potrzebujemy konkretnej wersji danej molekuły. Jest to wyjątkowo ważne przy produkcji leków. A gdy w procesie katalizy powstaną obie wersje, trzeba te wymieszane bliźniaczo podobne molekuły zidentyfikować i od siebie oddzielić, co nie jest łatwym zadaniem. W XIX wieku chemicy zauważyli niezwykłe zjawisko. Na przykład gdy do nadtlenku wodoru (H202) dodali srebra, dochodziło do pojawienia się wody (H2O) i tlenu (O2), jednak wydawało się, że cała ta reakcja nie miała żadnego wpływu na srebro. W 1835 roku szwedzki chemik Jacob Berzelius opisał taki proces na kilkunastu różnych przykładach i nazwał to zjawisko katalizą. Z czasem odkryto olbrzymią liczbę katalizatorów, dzięki którym można było łączyć lub rozdzielać molekuły. Proces katalizy zaczęto wykorzystywać tak powszechnie, że obecnie około 35% światowego PKB w jakiś sposób jest z nim związane. Jednak przed rokiem 2000 wszystkie znane katalizatory były albo metalami albo enzymami. Metale są świetnymi katalizatorami, ale mają poważną wadę – są bardzo wrażliwe na działanie tlenu i wody. Zatem do pracy często potrzebują beztlenowego suchego środowiska, a jego uzyskanie w wielkoskalowych procesach przemysłowych jest bardzo trudne. Ponadto wiele świetnych katalizatorów to szkodliwe dla środowiska i człowieka metale ciężkie. Drugim z rodzajów katalizatorów są enzymy. Jako, że są niezwykle wydajne, w latach 90. ubiegłego wieku prowadzono intensywne prace nad stworzeniem nowych enzymów do katalizy. Prace takie trwały też w Scripps Research Institute, w którym pracował Benjamin List. Naukowiec obserwując sposób działania enzymów zwrócił uwagę na fakt, że mimo iż często zawierają one metale, to wiele enzymów katalizuje procesy chemiczne bez pomocy metali. Wykorzystują jedynie aminokwasy. List zaczął więc się zastanawiać, czy aminokwasy te muszą być częścią enzymów, by prowadzić katalizę czy też mogą działać samodzielnie lub będąc częścią jakiejś prostszej cząstki. Naukowiec wiedział, że latach 70. prowadzono prace nad wykorzystaniem aminokwasu o nazwie prolina w procesie katalizy, ale je zarzucono. List przypuszczał, że stało się tak, gdyż pomysł nie wypalił. Mimo to, postanowił spróbować. Przeprowadził test, by sprawdzić, czy prolina może być katalizatorem reakcji aldolowej, w której atomy węgla z dwóch różnych molekuł łączą się ze sobą. Ku jego zdumieniu aminokwas świetnie się w tej roli sprawdził. W trakcie kolejnych eksperymentów List wykazał, że prolina nie tylko jest wydajnym katalizatorem, ale również może być wykorzystana w katalizie asymetrycznej, w trakcie której znacznie częściej powstaje tylko jedno z dwóch odbić lustrzanych molekuły. W porównaniu z metalami i enzymami prolina ma wiele zalet. Jest prostą, tanią i przyjazną środowisku molekułą. Naukowiec przygotował artykuł, który zaakceptowano do publikacji. Miał się on ukazać w lutym 2000 roku. Jednak List nie był jedynym, który w tym czasie pracował nad takim rozwiązaniem. David MacMillan pracował na Uniwersytecie Harvarda z metalami w roli katalizatorów. O ile w laboratorium łatwo jest o dobre warunki do pracy takich katalizatorów, to w przemyśle jest to bardzo trudne. Dlatego gdy przeniósł się z Harvarda na Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley zarzucił prace nad metalami i zaczął projektować proste molekuły organiczne, które – podobnie jak metale – miały uwalniać lub więzić elektrony. Wybrał kilka molekuł i testował je w roli katalizatorów reakcji Dielsa-Aldera, której produktem jest węglowodór cykliczny. Okazało się, że wykorzystane molekuły bardzo dobrze się sprawują, a niektóre z nich świetnie sobie radzą w reakcjach asymetrycznych. W wyniku ich pracy w ponad 90% przypadków powstawała tylko jedna z dwóch wersji poszukiwanej cząsteczki. W styczniu 2000 roku, na miesiąc przed ukazaniem się artykułu z wynikami pracy Lista, uczony przesłał do czasopisma naukowego swój własny artykuł. Nazwał w nim zaobserwowane przez siebie zjawisko katalizą organiczną. Od 2000 roku prace nad katalizą organiczną ruszyły z kopyta. W procesie tym nie tylko wykorzystuje się proste łatwe do uzyskania molekuły, ale w niektórych przypadkach cząsteczki te, podobnie jak enzymy, potrafią działać w systemie „pracy ciągłej”. Wcześniej konieczne było po każdym etapie procesu chemicznego wyizolowanie i oczyszczenie produktu przejściowego, w przeciwnym razie na końcu całego procesu uzyskiwano zbyt dużo produktu ubocznego. Dzięki katalizie organicznej często można przeprowadzić wiele kroków procesu produkcyjnego jednym ciągiem. Dzięki takiej reakcji kaskadowej znacząco zmniejsza się liczba odpadów w przemyśle chemicznym. Przykładem, jak bardzo wynalazek Lista i MacMillana zrewolucjonizował produkcję chemiczną niech będzie strychnina. Gdy w 1952 roku została po raz pierwszy zsyntetyzowana, konieczne było użycie 29 różnych reakcji chemicznych, jedynie 0,00009% oryginalnego materiału utworzyło strychninę. Reszta się zmarnowała. W 2011 roku dzięki katalizie organicznej produkcję strychniny uproszczono do 12 kroków, a sam proces był 7000 razy bardziej wydajny. Benjamin List urodził się w 1968 roku we Frankfurcie nad Menem w Niemczech. prace doktorską obronił na Uniwersytecie Goethego. Obecnie jest profesorem na Uniwersytecie w Kolonii i dyrektorem Instytutu Badań nad Węglem im. Maxa Plancka. Jest też głównym badacze w Instytucie Projektowania Reakcji Chemicznych na Hokkaido University. David MacMillan urodził się w 1968 roku w Bellshill w Szkocji. W wieku 22 lat wyjechał do USA by rozpocząć studia doktoranckie na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine. Później pracował na Uniwersytecie Harvarda i Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. Obecnie jest pracownikiem Princeton University. Był też założycielem i pierwszym dyrektorem pisma Chemical Science, wydawanego przez brytyjskie Royal Society of Chemistry. « powrót do artykułu

Rozgwieżdżone niebo od stuleci intryguje i fascynuje. Nie sposób nie rozważać jakie tajemnice skrywają te bliskie, lecz jeszcze niezbadane, jak i odległe zakątki kosmosu. Gwiazdy rodzą się z gazu i pyłu, rozproszonego tak bardzo, że mijają dni, a nawet tygodnie zanim poszczególne atomy lub cząsteczki zderzą się ze sobą. Ze względu na ogromne rozrzedzenie gazu, obecność promieniowania i niskie temperatury panujące w przestrzeniach międzygwiazdowych, znajdujące się tam związki chemiczne mogą być inne od tych, które są nam dobrze znane na Ziemi. Najnowsze badania naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk dotyczą nietypowych, wręcz egzotycznych molekuł, które zdają się być ciekawe z punktu widzenia astrochemii i być może uda się je kiedyś uchwycić w kosmosie. Przestrzenie międzygwiazdowe Przestrzeń pomiędzy gwiazdami nie jest pusta. Znajdujemy tam głównie (ale nie tylko!) wodór, hel i kosmiczny pył. Muszą minąć miliony lat zanim obłoki tej materii przekształcą się w zarodek gwiazdy i zaświecą przynajmniej tak jasno jak nasze rodzime Słońce. Chemii zachodzącej w obłokach międzygwiazdowych sprzyja promieniowanie, a czasem także wybuchy pobliskich, ginących gwiazd, a są to warunki na tyle drastyczne, że próżno je symulować w laboratorium. To jednak nie przeszkadza w poszukiwaniu związków chemicznych, które samoistnie nie powstałyby na Ziemi, lecz być może kiedyś zostaną odkryte w Kosmosie. Chemiczna różnorodność w kosmosie Nasz punkt obserwacyjny to tylko niewielka planeta w morzu galaktyk. Do dziś nie do końca rozgryźliśmy reaktywność atomów i cząsteczek w ekstremalnych warunkach. Od kilku dekad Jowisz i Saturn przykuwają uwagę ze względu na odkrycie w ich atmosferze analogu amoniaku zawierającego fosfor – fosfiny, a w roku 2020 do grona równie intrygujących posiadaczy tej cząsteczki przypuszczalnie dołączyła także Wenus. Dlaczego tak wielkie znaczenie ma poszukiwanie związków fosforu w kosmosie? Bez niego nie byłoby DNA i RNA, procesów enzymatycznych, czy hydroksyapatytu będącego naturalnym budulcem naszych kości. Choć w biomasie pierwiastek ten jest szósty pod względem występowania, a w skorupie ziemskiej dwunasty, to w obłokach międzygwiazdowych jest go nawet miliard razy mniej. O związkach fosforu w przestrzeni międzygwiazdowej wiemy ciągle niewiele; wykryto dotychczas jedynie niewielkie molekuły posiadające do czterech atomów, tj. PN, CP, PO, HCP, CCP, PH3 i NCCP. Większość z nich jest nietrwała w standardowych warunkach laboratoryjnych. Podążając śladami chemii fosforu, profesor Robert Kołos, członkowie jego zespołu dr Arun-Libertsen Lawzer i dr Thomas Custer oraz współpracujący z nimi profesor Jean-Claude Guillemin z Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (Francja) zaprezentowali w grudniowym numerze periodyku Angewandte Chemie wydajną syntezę cząsteczki HCCP, indukowaną światłem ultrafioletowym i prowadzoną w warunkach kriogenicznych. Cząsteczkę odpowiedniego prekursora  – tutaj jest to fosfapropyn, CH3CP – naświetlamy ultrafioletem, stopniowo odzierając ją z atomów wodoru. Tak powstaje HCCP, czteroatomowy dziwoląg. Sztuczka polega na wykorzystaniu zamarzniętego gazu szlachetnego jako środowiska reakcji – mówi dr Lawzer. Dotychczas identyfikacja cząsteczki HCCP była możliwa wyłącznie w zakresie mikrofalowym, a teraz poszerzono wiedzę na jej temat podając długości fal z zakresu podczerwonego i ultrafioletowego. Profesor Kołos komentuje: Niektórzy mogą ze szkoły pamiętać, że fosfor jest w związkach chemicznych trój- lub pięciowartościowy. Otóż w HCCP jest on jednowartościowy – realizując pojedyncze wiązanie do sąsiadującego węgla. To bardzo niezwykłe. Niezależnie od produktu końcowego - HCCP, naukowcy zaobserwowali nie mniej ważny produkt pośredni, potwierdzając istnienie cząsteczki fosfaallenu, CH2=C=PH. Nigdy dotąd nie była ona uzyskana w warunkach laboratoryjnych, a jedynie teoria wskazywała na możliwości jej tworzenia. Wśród cząsteczek astrochemicznej menażerii, również najważniejszych, są takie, których typowy chemik raczej za „prawdziwe” by nie uznał – widząc w nich jedynie molekularne fragmenty lub nietrwałe osobliwości – przyznaje prof. Kołos. Uchwycenie cząsteczki CH2=C=PH i poznanie jej spektroskopii jest istotne, gdyż, niezależnie od kontekstu astrochemicznego, poszerza ogólną wiedzę o chemii związków fosforoorganicznych. Czy kiedyś odnajdziemy HCCP lub CH2=C=PH w kosmosie? Obłoki międzygwiazdowe to rezerwuar materii bez wątpienia kryjący jeszcze liczne związki fosforu. Niektóre z nich zapewne zostaną niebawem odkryte, a na inne przyjdzie nam dłużej poczekać. « powrót do artykułu