Chemiczny świat

Subskrybuje zawartość
"Uczony jest w swojej pracowni nie tylko technikiem, lecz również dzieckiem wpatrzonym w zjawiska przyrody, wzruszające jak czarodziejska baśń." Maria Skłodowska-Curie
Zaktualizowano: 1 godzina 35 minut temu

Mydło wszystko umyje...

czw., 08/21/2014 - 22:52
Mydło, które jest najtańszym surfaktantem może być w użyciu już od 4500 lat. Pochodzenie tego środka czystości być może sięga czasów prehistorycznych. Pierwsi ludzie smażąc mięso nad ogniem mogli zauważyć, że po ulewie pozostałości po ognisku otacza dziwna piana, a popiół sprawia, że naczynia do gotowania i ręce stają się czystsze niż zazwyczaj. We wczesnych społeczeństwach, które rozwijały się blisko zbiorników wodnych substancje podobne do mydła mogły być pozyskiwane z roślin takich jak: mydlinica, juka, skrzyp, liście fuksji, agawa. Odkryto, że Babilończycy produkowali mydło około 2800 lat p.n.e. Podczas prac wykopaliskowych na terenie starożytnego Babilonu w glinianych butlach znaleziono materiał podobny do mydła. Napisy na naczyniach wskazują, że został on uzyskany poprzez gotowanie tłuszczu z popiołem, co jest znaną metodą produkcji mydła. Produkt ten był znany również Fenicjanom około 600 lat p.n.e. Sądzi się, że używano go do czyszczenia włókien tekstylnych (np. bawełny i wełny), a później jako środek stylizujący włosy oraz lek na rany. Dowody wskazują również, że Egipcjanie kąpali się regularnie, Papirus Ebersa (dokument medyczny datowany na około 1500 rok p.n.e.) opisuje produkt podobny do mydła uzyskany z mieszanki oleju zwierzęcego i roślinnego z solami alkalicznymi, który był używany do kąpieli oraz leczenia chorób skóry.
W starożytnym Rzymie oleje, maści, wyciągi z roślin oraz kosmetyki były używane w znacznych ilościach, ale nie ma dowodów na to, że stosowano mydło jako środek myjący. Higiena osobista obejmowała nacieranie ciała oliwą z oliwek oraz piaskiem i zeskrobanie oleju, piasku, brudu, smaru oraz martwych komórek naskórka za pomocą metalowego, małego, zakrzywionego narzędzia. Pomimo tego istnieją dowody, że mydło było w Rzymie produkowane. Opisano syntezę mydła z łoju koziego oraz ekstraktu z popiołu drzewnego (zawierał związki o odczynie zasadowym np. wodorotlenek potasu, węglan potasu) z dodatkiem soli, żeby produkt był twardy. Rzymianie wiedzieli, że w ten sposób produkują mydło, chociaż proces chemiczny nie był całkowicie zrozumiały. Rzymianie używali również ługu (wodorotlenek sodu), silniejszej zasady niż ekstrakt z popiołu oraz bardziej efektywnej w zamienianiu tłuszczu w mydło. Mydło używane jako środek higieny osobistej, stało się popularne w pierwszych wiekach Imperium Rzymskiego. Starożytni Niemcy i Galowie również odkryli substancję zwaną mydłem, wykonaną z łoju i popiołu, której używali do farbowania włosów
W Średniowieczu znaleziono mało przykładów na produkcję mydła do mycia. Chociaż były łaźnie publiczne, gdzie udostępniano kostki mydła, to samo mycie nie było modne. Codzienne kąpiele były powszechnym zwyczajem tylko w Japonii, a kąpiel raz w tygodniu była popularna wiosną w średniowiecznej Islandii. 
W szóstym wieku, w Europie produkcja mydła stała się rzemiosłem. W wieku trzynastym głównym producentem mydła w Europie była Francja. Produkcja mydła w tym czasie polegała na łączeniu olejów roślinnych i zwierzęcych z popiołami roślinnymi oraz przyjemnymi zapachami. Podczas, gdy mydło w południowej Europie, Włoszech, Hiszpanii i południowej części Francji zawierało wysokiej jakości oliwę z oliwek, mydło produkowane w Anglii i północnej Francji zawierało tłuszcz zwierzęcy o znacznie gorszej jakości (łój, tłuszcz z bydła), a mydło z północnej Europy składało się również z oleju rybnego. Po jakimś czasie zaczęto regulować dochodowy proces produkcji mydła i zostało ono opodatkowane jako przedmiot luksusowy w Anglii i Francji przez cały XVII, XVIII i XIX wiek. Zwyczaj kąpieli wrócił do mody w XIX wieku, przez co zużycie mydła ogromnie wzrosło. Zniesienie niektórych podatków sprawiło, że z towaru luksusowego mydło stało się przedmiotem codziennej higieny osobistej.
Ważnych krokiem w kierunku produkcji mydła na szeroką skalę było opatentowanie wytwarzania siarczanu sodu oraz węglanu sodu  w 1791 roku przez francuskiego chemika, Nicolasa Leblanca (metoda Leblanca). Metodę tę rozwijano następnie w Anglii. Pierwszym etapem było działanie kwasem siarkowym na sól kamienną, uzyskując siarczan (VI) sodu:2 NaCl + H2SO4 → Na2SO4+ 2 HClUzyskany siarczan (VI) sodu mieszano z węglem i kamieniem wapiennym, a następnie prażono w krótkich piecach obrotowych:Na2SO4 + 2 C + CaCO3 → Na2CO3 + CaS + 2 CO2Otrzymany stop ługowano wodą, uzyskując roztwór sody. Po odparowaniu tego roztworu otrzymywano sodę krystaliczną.
Wady metody: powstawianie dużych ilości gazów zawierających chlorowodór i uciążliwych odpadów stałych, wydzielających trujący siarkowodór.
W związku z ukazaniem się pierwszych ustaw zakazujących wypuszczanie chlorowodoru w powietrze (1863), chlorowodór absorbowano w wodzie, a kwas solny utleniano do chloru metodą mokrą Weldona (za pomocą tlenku manganu (IV) w alkalicznym roztworze). Hałd siarczku wapnia pozbywano się działaniem dwutlenku węgla, przez co powstawał siarkowodór, który spalano w powietrzu z kontakcie z boksytem uzyskując siarkę.
Metodę Leblanca wyparła metoda amoniakalna Solvaya opracowana w latach 60. XIX w. przez Ernesta Solvaya. Obejmuje ona kilka następujących po sobie etapów. W pierwszym do nasyconego roztworu chlorku sodu wprowadza się dwutlenek węgla i amoniak, które reagując z wodą dają wodorowęglan amonu:2 NH3 + 2 CO2 + 2 H2O → 2 (NH4)HCO3W obecności nadmiaru chlorku sodu tworzy się wodorowęglan sodu, wydzielający się w postaci osadu:2 (NH4)HCO3 + 2 NaCl → 2 NaHCO3 + 2 NH4ClOdsączony wodorowęglan sodu poddaje się procesowi kalcynacji (ogrzewa się). Wtedy ulega rozkładowi z utworzeniem węglanu sodu:2 NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2Uwolniony dwutlenek węgla zostaje ponownie skierowany do reaktora, w którym zachodzi reakcja tworzenia wodorowęglanu. Głównym źródłem dwutlenku węgla w procesie Solvaya jest rozkład wapieni:CaCO3 → CaO + CO2Wapno palone, CaO, poddaje się gaszeniu:CaO + H2O → Ca(OH)2Wodorotlenek wapnia służy do odzyskiwania amoniaku z chlorku amonu:2 NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2 NH3 + 2 H2OOdzyskany amoniak kieruje się ponownie do reaktora.Jeśli zsumujemy wszystkie równania, to otrzymamy równanie:2 NaCl + CaCO3 → Na2CO3+ CaCl2
Produkcja sody metodą Solvaya odbywa się w dwóch fabrykach w Polsce: Janikowskie Zakłady Sodowe "Janikosoda S.A." i Inowrocławskie Zakłady Sodowe "Mątwy S.A.". Wytwarza się w nich 1,2 mln ton sody rocznie.
SODA - nazwa zwyczajowa węglanu soduSODA AMONIAKALNA - węglan sodu otrzymany metodą SolvayaSODA DO PIECZENIA - wodorowęglan sodu (najczęściej z dodatkami)SODA KALCYNOWANA - węglan sodu bezwodny (nazwa techniczna)SODA KAUSTYCZNA - wodorotlenek sodu (nazwa techniczna)SODA KRYSTALICZNA - uwodniony węgla soduSODA OCZYSZCZONA - wodorowęglan sodu (nazwa handlowa)SODA RODZIMA (NATRON, NATRYT) - minerał składający się głównie z sody krystalicznej, surowiec w przemyśle hutniczym i szklarskimSODA ŚNIEŻNA (TRONA) - dwuwęglan trójsodowy - składnik środków myjących i piorącychSODA ŻRĄCA - wodorotlenek sodu (nazwa zwyczajowa)
Pod względem chemicznym mydło jest mieszaniną soli sodowych lub potasowych długołańcuchowych kwasów tłuszczowych, otrzymaną przez hydrolizę (zmydlenie) tłuszczu roślinnego za pomocą alkaliów.
Reakcja zmydlania
Surowe grudki mydła zawierają oprócz mygła glicerynę i nadmiar alkaliów, których można się pozbyć przez zagotowanie z wodą i dodanie NaCl w celu wytrącenia czystych soli (karboksylanów sodowych). Czyste mydło jest suszone, perfumowane i prasowane w kostki. Ponad to do mydeł kolorowych dodaje się barwników, do leczniczych antyseptyków, mydła które mają pływać w wodzie, spienia się.

Mydła wykazują właściwości czyszczące, ponieważ dwa końce ich cząsteczki mają zupełnie inną naturę. Jeden koniec jest jonowy i dlatego jest hydrofilowy ("lubi" wodę), dlatego próbuje on rozpuścić się w wodzie. Z drugiej strony znajduje się długa węglowodorowa część cząsteczki, która jest niepolarna i hydrofobowa i wykazuje skłonność do rozpuszczania się w tłuszczu.

Gdy mydła zostają rozproszone w wodzie, długie węglowodorowe "ogony" skupiają się razem w splątaną hydrofobową kulę, a jonowe "głowy" wystają na zewnątrz do warstwy wodnej. Takie skupiska nazywamy micelami. Kropelki tłuszczu i oleju rozpuszczają się w wodzie, gdy zostaną pokryte niepolarnymi "ogonami" cząsteczek mydła ze środka miceli. Gdy zostaną rozpuszczone, tłuszcz i brud mogą zostać spłukane.

cząsteczka tłuszczu i micela

John Toedt, Darrell Koza, Kathleen Van Cleef-Toedt, Chemical Composition of Everyday Products, GREENWOOD PRESS, London 2005.
Adam Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007.
Józef Kępiński, Technologia chemiczna nieorganiczna, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1975.
John McMurry, Chemia organiczna, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007.http://pl.wikipedia.org/wiki/Metoda_Solvaya.
http://mymen3.w.interia.pl/tluszcze/1.html.
http://pl.wikipedia.org/wiki/Micela.
Kategorie: Chemia

Charakteryzowanie nanostruktur: krótka historia mikroskopii

wt., 07/29/2014 - 14:41
29 Grudnia 1959 roku znany fizyk Richard Feynman wystosował zaproszenie do naukowców, aby zająć się nowym obszarem poszukiwań, w jego wykładzie „Tam na dole jest jeszcze mnóstwo miejsca”, wygłoszonym na corocznym spotkaniu American Physical Society w California Institute of Technology (Caltech). Wielu uważa tą przemowę jako początek nowoczesnego obszaru jakim jest nanotechnologia.
Słowo mikroskop pochodzi z greckiego mikros (mały) i skopeo (patrzeć na). Od samego początku nauki interesowano się możliwością poznawania coraz mniejszych detali otaczającego nas świata. Biolodzy chcieli poznać strukturę komórki, bakterii, wirusów oraz cząstek koloidalnych. Naukowcy zajmujący się materiałami pragnęli zobaczyć  niejednorodności i niedoskonałości metali, kryształów oraz ceramiki. W geologii, szczegółowe poznanie skał, minerałów oraz skamieniałości w skali mikroskopowej daje wgląd w pochodzenie naszej planety oraz jej cennych źródeł materiałów.
Replika mikroskopu Leeuwanhoek'a Nikt do końca nie wie kto wynalazł mikroskop. Mikroskop optyczny prawdopodobnie rozwinął się z teleskopu Galileusza w XVII wieku. Jeden z najwcześniejszych przyrządów do obserwowania bardzo małych obiektów wykonał Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723), który składał się z potężnej soczewki wypukłej oraz regulowanego uchwytu dla badanego obiektu. Przy pomocy tego bardzo prostego mikroskopu, van Leeuwenhoek  mógł oglądać próbki w powiększeniu do 400 razy. Dzięki temu odkrył pierwotniaki, plemniki i bakterie, oraz mógł sklasyfikować czerwone krwinki na podstawie kształtu.
Czynnikiem limitującym w mikroskopie van Leeuwenhoek’a była pojedyncza soczewka wypukła. Problem został rozwiązany poprzez dodanie kolejnej soczewki, w celu powiększenia obrazu powstającego na pierwszej soczewce. Ten złożony mikroskop – składający się z obiektywu i okularu razem z kondensorem, źródłem światła – jest podstawą dzisiejszych mikroskopów optycznych.
Typy mikroskopówMikroskopy możemy podzielić na trzy główne typy:
  •  optyczne,
  • cząstek naładowanych (elektronowe, jonowe),
  •  z sondą skanującą.

W mikroskopach optycznych mamy do czynienia ze światłem widzialnym oraz przeźroczystymi  soczewkami, dzięki którym możemy zobaczyć obiekty o rozmiarze jednego mikrometra, takie jak komórki krwi (7 μm) lub ludzki włos (100 μm). W mikroskopach elektronowych i jonowych zamiast światła używana jest wiązka naładowanych cząstek oraz elektromagnetyczne lub elektrostatyczne soczewki, które skupiają wiązkę. Dzięki takiej budowie możemy zobaczyć obiekty o rozmiarach 10 nm (1 nm = 1 x 10-9 m). Mikroskopy z sondą skanującą używają fizycznej sondy (bardzo mała i bardzo ostra igła), która skanuje próbkę poprzez kontakt lub bliski kontakt z powierzchnią próbki. Mapa różnych sił i oddziaływań, które występują pomiędzy powierzchnią i próbką tworzy obraz. Mikroskopy tego typu również mają rozdzielczość w skali atomowej.
Najlepsze mikroskopy optyczne, działające z użyciem spolaryzowanego promieniowania ultrafioletowego, osiągają maksymalne powiększenie do ok. 3500×. Mikroskopy, w których stosowane jest światło widzialne, osiągają maksymalne powiększenia rzędu 1500×.  Kiedy naukowcy i wynalazcy trudzili się, aby osiągnąć lepszą rozdzielczość, zdali sobie sprawę z tego, że czynnikami limitującymi nie są tylko ilość i jakość stosowanych soczewek, ale również długość fali światła używanego do oświetlania. Światło widzialne uniemożliwiało zobaczenie obiektów, których odległość od siebie była mniejsza niż kilka setek nanometrów. Użycie światła o krótszej długości fali (niebieskie lub ultrafioletowe) dawało niewielkie polepszenie.

W 1920 roku odkryto, że przyśpieszone elektrony w próżni zachowują się podobnie do światła. Przemieszczają się w linii prostej i mają właściwości falowe z długością fali około 100 000 razy mniejszą niż światło widzialne. Ponadto dowiedziano się, że pola elektryczne i magnetyczne mogą być użyte w celu kształtowania ścieżki elektronów. Ernst Ruska z Uniwersytetu w Berlinie połączył te cechy i skonstruował pierwszy elektronowy mikroskop transmisyjny (TEM) w 1931. Za to i kolejne prace w tym kierunku otrzymał Nagrodę Nobla z dziedziny fizyki w 1986 roku. Pierwszy mikroskop elektronowy składał się z dwóch soczewek magnetycznych, a trzy lata później dodano trzecią soczewkę i osiągnięto rozdzielczość 100 nm. Dziś, mikroskop elektronowy osiąga rozdzielczość lepszą niż 0,05 nm, czyli więcej niż 4 000 razy lepszą niż typowy mikroskop optyczny i 4 000 000 razy lepszą niż ludzkie oko. Dzięki tym wynalazkom możemy obecnie charakteryzować nanostruktury oraz "bawić się" pojedynczymi atomami. Bez tych technologii idea Feynman'a byłaby niemożliwa do zrealizowania.
Ponad rok temu, za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego oraz cząsteczek tlenku węgla, naukowcy z IBM stworzyli najmniejszy film na świecie. Obiekty w kadrze wykonane są z 65 czasteczek CO (co daje 130 atomów). Kropki, które widzimy to atomy tlenu. :)

FEI (fei.com), An Introduction to electron microscopyhttp://en.wikipedia.org/wiki/Antonie_van_Leeuwenhoekhttp://pl.wikipedia.org/wiki/Mikroskop_optyczny
SEM - Studenci Entuzjaści Mikroskopii
Kategorie: Chemia

Nanostruktury

wt., 07/22/2014 - 16:51
Nanostruktury to termin obejmujący materiały, których rozmiar 1, 2 lub 3-wymiarowy wynosi około 1-100 nm.
Inna definicjaIstnieje krytyczna, fizyczna wielkość elementów struktury, po przekroczeniu której następuje skokowa zmiana właściwości.
Prawie każda substancja po sproszkowaniu zawiera oprócz drobin mikrometrycznych pewną ilość drobin o wymiarach poniżej 100 nm. Nie oznacza to jednak, że mamy do czynienia z nanoproszkiem. Tego typu proszek uzyskamy dopiero wtedy, gdy poprowadzimy proces rozdrabniania w sposób pozwalający na uzyskanie proszku o dużym udziale nanodrobin.
Podział nanostruktur ze względu na liczbę wymiarów, względem których wielkości nanostruktur mierzy się w nanometrach:
Nanostruktury O-D (nano w każdym wymiarze):
o  promień 1-100 nm,o   < 106 atomów na nanocząstkę,
Koloidalne kropki kwantowe. Różne rozmiary kropek kwantowych dają różne kolory.
  • duża powierzchnia,
  • niespotykane właściwości optyczne (efekty kwantowe),
  • szkło barwione – małe klastry o rozmiarach porównywalnych do długości fali światła,
  • fotografia – małe cząstki koloidalnego srebra odpowiadają za tworzenie obrazu.

Nanostruktury 1-D:
  • nanodruty, druty kwantowe, nanorurki,
  • nanodruty mogą być przewodnikami, półprzewodnikami i izolatorami, mogą mieć strukturę krystaliczną, zmiana średnicy wpływa na pasmo wzbronione i przewodnictwo cieplne,
Fotografia SEM nanodrutu z niklu.

  •  nanorurki:
o  warstwa heksagonalnej sieci węgla (grafen) zrolowana w celu utworzenia rurki o średnicy około 1 nm i długości do mikrona,o   zasadniczo wolne od defektów,o   koniec może być zamknięty przez połowę fulerenu,o   mogą być jednościenne, wielościenne i liniowe,o   właściwości:§  półprzewodniki,§  przewodnictwo cieplne i elektryczne,§  wytrzymałość mechaniczna, elastyczność.o   nanorurki z azotku boru:§  odporne na utlenianie, odpowiednie w wysokich temperaturach,§  moduł Younga 1,22 TPa,§  półprzewodniki,§  właściwości elektryczne uzależnione od średnicy i ilości powłok.o   nanorurki z SiC:§  odporne na utlenianie,§  odpowiednie w trudnych warunkach.
Fotografia TEM pojedynczej, wielościennej nanorurki z WS2.

Struktury 2-D:
  • cienkie filmy, studnie kwantowe, supersieci,
Przykłady supersieci. Po lewej stronie supersieć utworzona z nanocząstek PbSe i Au. Po prawej stronie supersieć utworzona z nanocząstek Fe2O3 i Au.
  • pojedynczy „dwuwymiarowy” film o grubości 1-100 nm,
  • elektrony są ograniczone w jednym kierunku,

o  wpływ na funkcję falową i gęstość stanów,
  • fotony są ograniczone w jednym kierunku,

o   wpływ na transport ciepła.
Struktury 3-D:
  • nanokompozyty, nanokryształy,
  • struktura krystaliczna nie musi być identyczna z tą, którą spotykamy w większych układach o tym samym składzie; nanocząstki wykazujące uporządkowanie krystaliczne mogą być monokryształami albo składać się z wielu różnie zorientowanych kryształów czy ziaren; w drugim przypadku w materiale pojawiają się granice ziaren, których obecność wpływa na jego właściwości,
  • nanostrukturalne materiały masowe obejmują:

o   krystaliczne lub wielowarstwowe cienkie filmy,o   materiały polikrystaliczne z ziarnami o strukturze nano (ceramika),o   amorficzne/szkliste materiały.
  •  nanokompozyty:

o  składają się z dwóch lub więcej syntetycznych materiałów, z których co najmniej jeden ma średnicę w nanoskali,o mogą wykazywać ulepszone właściwości chemiczne, optyczne, fizyczne, mechaniczne w porównaniu ze składnikiem występujących w większej ilości,o   wiele możliwości:§  materiał ograniczny + materiał ograniczny,§  organiczny + nieorganiczny,§ nieorganiczny + nieorganiczny.

Charakteryzowanie nanostruktur - krótka historia mikroskopii


https://class.coursera.org/nanosensors-001
Robert W. Kelsall, Ian W. Hamley, Mark Geoghegan, Nanotechnologie, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2008.
Adam Bielański, Podstawy Chemii Nieorganicznej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007, str. 746.
Michał Bystrzejewski, Andrzej Huczko, Hubert Lange, Piotr Baranowski, Jan Kozubowski, Michał Woźniak, Marcin Leonowicz, Waldemar Kaszuwara, Nowe nanostruktury węglowe: „cebulki”, fulereny-„giganty”, kapsułki, „strączki grochu”…, Wiadomości Chemiczne 2004. 58. 3-4.
http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_dot
http://en.wikipedia.org/wiki/Nanowire
http://en.wikipedia.org/wiki/Inorganic_nanotube
http://nanotechweb.org/cws/article/tech/23914/1/ibmfigure_1b
Kategorie: Chemia

Elektroda jonowymienna na sali operacyjnej

czw., 07/17/2014 - 20:44
Elektrody jonowymienne z membranami polimerowymi są rutynowo stosowane w przyrządach biomedycznych, do mierzenia dokładnego poziomu ważnych jonów we krwi, takich jak Ca2+, Na+, K+, Li+, H+ oraz Cl-. Takie elektrody zazwyczaj zawierają matrycę z bardzo plastycznego polimeru, z materiałem jonowymiennym, którym może być na przykład czwartorzędowa sól amonowa, taka jak chlorek tridodecylometyloamoniowy (TDMAC).
W ogólnym przypadku w środku elektrody znajduje się roztwór zawierający jony C+(aq) i B-(aq). Elektroda jest zanurzona w analizowanym roztworze, który zawiera jony C+(aq), A-(aq) i być może jeszcze inne jony. W idealnym przypadku nie jest ważne jakie jony kryją się pod oznaczeniami A- i B-. Różnica potencjału elektrycznego (napięcia)  w poprzek membrany jonowymiennej jest mierzona przez dwie elektrody odniesienia (na przykład Ag│AgCl). Jeśli zmieni się stężenie (poprawniej aktywność) C+ w analizowanym roztworze, potencjał mierzony pomiędzy dwoma elektrodami odniesienia również ulegnie zmianie. Uzyskane napięcie mówi nam o stężeniu jonu w roztworze.
E – potencjał elektrody jonoselektywnej,R – stała gazowa,T – temperatura bezwzględna,z – liczba ładunków elementarnych jonu,F – stała Faradaya,a – aktywność jonu,ln – symbol logarytmu naturalnego.


Krzepnięcie krwi musi być precyzyjnie regulowane w ludzkim ciele, w celu zminimalizowania krwotoków w przypadku ran oraz tworzenia się zakrzepów w zdrowych tkankach. Proces ten jest kontrolowany przez szereg substancji, w tym heparynę, molekułę z wysokim ładunkiem ujemnym wydzielaną przez komórki tuczne w pobliżu ścian naczyń krwionośnych.
Heparyna (łac. Heparinum) – organiczny związek chemiczny, polisacharyd zbudowany z około 80 reszt monosacharydów, pochodnych glukozy (głównie N-siarczan-6-o-siarczan-D-glukozoaminy) i kwasu L-iduronowego, połączonych w nierozgałęziony łańcuch.
Fragment cząsteczki heparyny.

Heparyna podawana w czasie operacji, w celu zapobieganie krzepnięcia krwi musi być monitorowana, aby uniknąć niekontrolowanego krwawienia. Wcześniej można było mierzyć tylko czas krzepnięcia; nie było bezpośredniej, szybkiej metody wykrycia heparyny na poziomie fizjoloficznym. Rozwiązaniem okazała się wirująca elektroda jonoselektywna, która może odpowiadać na klinicznie istotne stężenia heparyny w czasie rzeczywistym podczas operacji. Obracanie się elektrody poprawia jej wrażliwość o rząd wielkości.
W przypadku elektrody jonowymiennej mierzącej stężenie heparyny wymiana następuje pomiędzy jonami Cl-zawartymi w membranie, a jonami SO3- występującymi w strukturze heparyny. Dzięki temu w analizowanym roztworze zwiększa się stężenie jonów Cl-.
Wymiana jonów pomiędzy heparyną, a membraną.

Daniel C. Harris, Quantitative Chemical Analysis, W. H. Freeman and Company, New York 2007, str. 298.
http://www.google.com/patents/US5453171.
http://pl.wikipedia.org/wiki/Heparyna.
http://pl.wikipedia.org/wiki/Elektroda_jonoselektywna.


Kategorie: Chemia

Technet - pierwszy syntetyczny pierwiastek

pon., 07/14/2014 - 15:44
Syntetyczne pierwiastki to takie, które nie występują w stanie naturalnym, ale mogą być sztucznie tworzone poprzez reakcje jądrowe. Pierwszym tak zsyntetyzowanym pierwiastkiem jest technet (żadnego z około 20 jego izotopów nie wykryto na kuli ziemskiej), który swoją nazwę zawdzięcza greckiemu słowu technetos – sztuczny. Jego otrzymanie wypełniło dziurę w układzie okresowym, a właściwości pierwiastka zgadzały się z przewidzianymi przez Mendeleev’a.97Tc, o okresie półtrwania 90 dni, uzyskano po raz pierwszy w 1937 roku za pomocą bombardowania molibdenu deuteronami. Najdłużej żyjący izotop technetu (98Tc) ma czas połowicznego rozpadu równy 4,2 miliona lat. Technet jest tworzony w czerwonych olbrzymach.
Najczęściej stosowanym izotopem technetu jest 99mTc, gdzie „m” oznacza, że jest izotopem metastabilnym. Technet-99m emituje wysokoenergetyczne promieniowanie γ, ale ma stosunkowo krótki czas połowicznego półrozpadu (6,01 godziny). Te właściwości czynią ten izotop szczególnie atrakcyjnym w badaniach in vivo, ponieważ energia promieniowania γ jest wystarczająca, aby mogła być wykryta na zewnątrz ciała, a krótki czas półrozpady gwarantuje, że większość jąder rozpadnie się w ciągu 24 godzin. 99mTc jest używany w medycynie jądrowej, na przykład jako radiofarmaceutyk do obrazowania i badań czynnościowych mózgu, kości, krwi, płuc, wątroby, serca, tarczycy oraz nerek. Do organizmu wprowadza się go w postaci związków kompleksowych Tc (IV).
Izotop jest tworzony podczas rozszczepienia jądrowego w elektrowniach jądrowych, ale bardziej użytecznym źródłem laboratoryjnym jest generator technetu, którego działanie polega na rozpadzie 99Mo do 99mTc. Czas połowicznego rozpadu 99Mo to 66 godzin, co czyni go bardziej wygodnym do transportu i przechowywania niż 99mTc. W większości komercyjnych generatorów 99Mo występuje w postaci jonu, MoO42-, który jest zaabsorbowany na Al2O3.  99MoO42-rozpada się do jonu 99mTcO4-, który słabiej wiąże się z tlenkiem glinu. Kolumnę z unieruchomionym 99Mo przemywa się sterylnym roztworem soli fizjologicznej i zbiera się roztwór, w którym znajduje się 99mTc.

Shriver & Atkins' Inorganic Chemistry,  Oxford University Press; 5th Revised edition edition (January 1, 2010), str. 7.
Adam Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007, str. 905
Kategorie: Chemia

Radioaktywność banana

pt., 07/11/2014 - 16:22

Banany są dobrym źródłem potasu, który jest również jednym z najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków w skorupie ziemskiej (2,1%). Pierwiastek ten ma trzy izotopy:
Nuklid Zawartość [%] Względna masa atomowa 39K 93,2581 38,9637 40K 0,0117 39,9640 41K 6,7302 40,9618
0,0117% potasu w naturze występuje w postaci radioaktywnego izotopu 40K, który ulega przemianie według równania:40K →40Ca + e,a jego czas połowicznego rozpadu (t1/2) wynosi 1,26 x 109 lat. Stąd pytanie: jak radioaktywne są banany? Pytanie to nie jest aż tak bardzo pozbawione sensu, jak się wydaje. Owoc ten został wspomniany w naukowej publikacji jako źródło promieniowania użyteczne w ćwiczeniach laboratoryjnych.
Duży banan zawiera około 600 mg potasu. Jeśli 0,0117% z tego to 40 K, to ilość tego izotopu wynosi:0,600 g x 0,000117 = 7,02 x 10-5g.
Czas połowicznego rozpadu to 1,26 x 109 lat, czyli 3,97 x 1016 s. Korzystając z odpowiedniego wzoru (rozpad promieniotwórczy jest reakcją pierwszego rzędu) możemy obliczyć stałą szybkości reakcji:k = ln2/t1/2 = 0,6933/(3,97 x 1016s) = 1,75 x 10-17 s-1
Wprowadzając kolejny wzór możemy obliczyć ilość przemian promieniotwórczych w  1 molu (6,022 x 1023 atomów) 40K w ciągu jednej sekundy:ΔN/N = -ktΔN/(6,022 x 1023) = -(1,75 x 10-17s-1)(1 s)ΔN = -1,05 x 107Wynika z tego, że w jednym molu (40 g) 40K w ciągu sekundy, około 10,5 miliona atomów ulega przemianie.
Próbka ma aktywność 1 Bq, gdy zachodzi w niej jeden rozpad promieniotwórczy na sekundę.
Korzystając z powyższej definicji, ilości 40K w bananie oraz obliczonej aktywności 1 mola izotopu w ciągu sekundy, możemy ułożyć następującą proporcję:40 g 40K (1 mol)  – 1,05 x 107 rozpadów
7,02 x 10-5 g (w bananie) – x
x = 18,4,czyli duży banan ma aktywność 18,4 Bq. Dla porównania, ameryk stosowany w typowych detektorach dymu ma aktywność około 1800 bananów.
Potas zawarty jest również w ludzkim ciele.  W organizmie człowieka o masie 70 kg znajduje się 140 g potasu (co ciekawe, sodu jest mniej: 100 g). Wynika z tego, że jest go około 230 razy więcej niż w bananie. Stąd, aktywność promieniotwórcza ciała to: 230 x 18,4 Bq = 4230 Bq, a w ciągu roku następuje 1,33 x 1011 rozpadów jądra 40K.
Ciekawe jest to, że około 12% rozpadów odbywa się jako wychwyt elektronu:40K + e → 40Ar (większość atmosferycznego argonu tworzy się w ten sposób),dlatego w ciągu jednego roku, w ciele 70 kg osoby, powstaje 1,33 x 1011 x 0,12 = 1,6 x 1010atomów argonu.

David W. Ball, Journal of Chemical Education, 81 (2004) str. 1440.
I. A. Leenson, Journal of Chemical Education, 83 (2006) str. 214.
http://pl.wikipedia.org/wiki/Bekerel
http://en.wikipedia.org/wiki/Banana
Kategorie: Chemia

Żywność funkcjonalna...

śr., 07/09/2014 - 16:20
...czyli, obroniłam licencjat :)

Pracę licencjacką (teoretyczną) pisałam na specjalności chemia i analiza żywności, stąd jej tytuł to: "Żywność funkcjonalna a zapobieganie i leczenia cukrzycy typu 2".

























Kategorie: Chemia

Ciekawa cząsteczka: cyjanek nitroilu

ndz., 06/29/2014 - 20:44
Nieuchwytny cyjanek nitroilu został zsyntetyzowany i opisany. Pierwsze próby w kierunku jego syntezy odbyły się w 1996 roku, otrzymano wtedy izocyjanek.Konwersja 50% (silnie zależna od warunków reakcji).
Intrygujący: zawiera silny utleniacz (grupa NO2) przyłączony do znakomitego paliwa (CN).
Charakterystyka:
  •  bezbarwny w stanie stałym,
  • topi się do bezbarwnej cieczy (-85oC ± 1oC),
  • niewielka ilość tlenków azotu może nadać mu kolor jasnożółty lub niebieska,
  • czysty NCNO2 jest stabilny w temperaturze pokojowej, w fazie gazowej może być utrzymywany (kilka dni) pod niskim ciśnieniem w szklanym naczyniu, w którym znajdują się jedynie śladowe ilości CO2,
  • w fazie ciekłej obserwuje się zmianę koloru na zielonkawo-niebieską po kilku godzinach w temperaturze -80oC, z powodu śladowych ilości zanieczyszczeń,
  • podgrzewanie przez godzinę do 50 i 100oC powoduje tylko niewielką dekompozycję; podgrzewanie do 140oC – całkowita dekompozycja (produkty główne: CO2, N2, produkty powstające w mniejszej ilości: NO, NO2, N2O).
Reakcje:
  • w reakcji z NO2 powstaje niestabilny rodnikowy produkt pośredni, NCN(O)O-NO2, który prawdopodobnie może dysocjować tworząc NCNO o niebieskim kolorze,
  • NCNO2 jest bardzo reaktywny,
  • w obecności BF4-reaguje z nitrylami formując odpowiednie fluorki kwasów karboksylowych,
  •  reakcja z cyjankiem silylu – tworzy się cyjan,
  • wolno hydrolizuje (poniżej 0oC) do azotanu amonu:

Ciekawe zastosowania:
  • ponieważ NCNO2 ma doskonały bilans tlenowy oraz duże, dodatnie ciepło tworzenia, może być wykorzystywany jako materiał o wysokiej gęstości energetycznej (materiał wybuchowy),
  •  może być stosowany jako paliwo rakietowe,
  • wiele potencjalnych zastosowań w syntezie organicznej.

Interesujący trimer:

  • pierwsze odnośniki literaturowe już 106 lat temu, jednak najprawdopodobniej nie został jeszcze otrzymany,
  • przewidywania: ciśnienie detonacji 42,1 GPa, prędkość detonacji 9770 km/s, duża zawartość tlenu (składnik paliwa rakietowego)
Dr. Martin Rah, Guillaume Bélanger-Chabot, Prof. Ralf Haiges and Prof. Karl O. Christe, Angewandte Chemie International Edition, 53 (2014) 6893–6897, DOI: 10.1002/anie.201404209
Kategorie: Chemia

Fraktale ze srebra pod mikroskopem elektronowym

wt., 06/10/2014 - 18:33
Od niedługiego czasu w Toruniu, w Pracowni Analiz Instrumentalnych, spotyka się niewielka grupa studentów zainteresowanych mikroskopią i nanoskopią. Poznajemy zasady działania Skaningowego Mikroskopu Elektronowego (SEM), Transmisyjnego Mikroskopu Elektronowego (TEM) oraz Mikroskopu Sił Atomowych (AFM). 
Dziś postanowiliśmy zobaczyć wytworzony wcześniej fraktal, o którym pisałam w tym wpisie i sprawdzić jego kształt przy coraz większych powiększeniach. 
Wytworzony fraktal
Zdjęcia z wykorzystaniem SEM, czerwoną ramką zaznaczyłam, który obszar został dalej powiększany.
Zdjęcia z wykorzystaniem SEM, inny fragment struktury.Chciałabym wszystkich zachęcić do śledzenia naszej strony na facebook'u (SEM - Studenci Entuzjaści Mikroskopii), która dopiero się rozwija, ale będziemy starać się umieszczać na niej ciekawe informacje. Zamierzamy zrobić fraktale o różnej wielkości i sprawdzić, który z nich będzie miał najlepszą strukturę.
Kategorie: Chemia