‚Wystrzałowe “ życie chemika
Transkrypt
‚Wystrzałowe “ życie chemika
„Wystrzałowe ” życie chemika Przedstawione poniżej eksperymenty mogą być wykorzystane przez nauczycieli podczas pierwszych lekcji chemii, aby zachęcić uczniów do nauki tego eksperymentalnego przedmiotu oraz przekonać ich, że bez eksperymentów nie można byłoby osiągnąć obecnego stanu wiedzy. Mogą też stanowić wstęp do omawiania zasad bezpieczeństwa na lekcjach chemii. Bardzo ważnym aspektem nauczania chemii w szkołach są eksperymenty chemiczne. Pokazy doświadczeń oprócz roli edukacyjnej polegającej na ilustrowaniu zagadnień omawianych przez nauczyciela w ramach programu nauczania pełnią rolę informacyjną. Służą przybliżeniu uczniom prawdziwego oblicza chemii oraz zachęcają ich do samodzielnego zgłębiania wiedzy chemicznej wykraczającej często poza sztywne ramy podręcznika, a także do wybrania chemii jako przyszłego kierunku studiów. Pokazy te dowodzą, że nauka, nie tylko chemia, jest fascynującą przygodą, dostępną dla każdego, bez względu na wiek i wykształcenie. Niektóre eksperymenty chemiczne można wykonywać także poza laboratorium. Przykłady takich właśnie eksperymentów chemicznych są często prezentowane przez studentów Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, np. w czasie Festiwalu Nauki, który odbywa się corocznie we wrześniu. Jednak nawet najbardziej efektowne doświadczenie bez słowa wyjaśnienia pozostaje w pamięci widzów jedynie jako efektowna i głośna eksplozja, której czasem towarzyszą dym i przykry zapach. Dlatego bardzo ważne jest, aby osoba przeprowadzająca doświadczenie potrafiła coś powiedzieć o nim, a nie była milczącą maszyną mieszającą w odpowiedniej kolejności odczynniki. Być może podanych poniżej kilka anegdot pomoże przyszłym eksperymentatorom. Mogą one być także wykorzystane przez nauczycieli chemii podczas lekcji, szczególnie tych, podczas których uczniowie spotykają się z chemią po raz pierwszy. Ważne jest, aby ten pierwszy kontakt zachęcił ich do dalszej nauki i przekonał, że chemia jest nie tylko pisaniem wzorów na tablicy lub uczeniem się symboli pierwiastków na pamięć, ale przede wszystkim jest nauką eksperymentalną i bez eksperymentów nie można byłoby osiągnąć obecnego stanu wiedzy. Kogo nazywamy chemikiem? Według słów J.J. Bechera, jednego z twórców teorii flogistonu [1]: "Chemicy to dziwna klasa śmiertelników, którzy znajdują przyjemność wśród sadzy i płomieni, trucizn i ubóstwa, jednak wśród tych okropieństw żyje im się tak słodko, że niech zginę, jeśli miałbym się zamienić miejscem z Królem Persji". Chemia jako oddzielna dziedzina nauki istnieje dopiero od około 200 lat, a pierwszymi chemikami byli zazwyczaj przyrodnicy, lekarze, farmaceuci, często filozofowie. Tym, co ich łączyło była pasja poznania czegoś nowego oraz chęć stawienia czoła niebezpieczeństwom, które wiązały się z wykonywaniem eksperymentów chemicznych; często w warunkach, które dziś uznalibyśmy za niedopuszczalne. Laboratorium w tamtych czasach najczęściej była kuchnia lub inne pomieszczenie, które było wystarczająco oświetlone, i w którym był dostęp do wody i źródła ciepła. Tak oto opisane zostało przez F. Wöhlera laboratorium J.J. Berzeliusa, najwybitniejszego chyba chemika XIX wieku [2]: "Laboratorium zajmuje dwa zwykłe pokoje, tylko z najprostszym wyposażeniem. Nie ma tam pieca, źródła wody ani gazu. W jednym z pokoi stoją dwa zwykle, długie stoły zrobione z drewna sosnowego; jeden był mój, drugi należał do Berzeliusa. Wzdłuż ścian stoją szafy z odczynnikami, rynna z rtęcią znajdująca się pod okapem połączonym z kominem. Pokój ten łączy się z kuchnią, gdzie Anna, jego sławna służąca przeprowadza czasem swoje eksperymenty, jako jego jedyny asystent." W tamtych czasach bardzo łatwo było rozpoznać chemika, a to z powodu licznych ran; brakujących palców u rąk, blizn na twarzy, czasem braku jednego oka. Jednakże chemicy pokazywali swe rany z dumą, świadczącą o „odwadze wystarczającej, aby zmagać się z tak niebezpiecznymi substancjami" [1]. Rysunek 1 J.J. Berzelius Spalanie wodoru w tlenie Doświadczenie to jest chyba jednym z najpopularniejszych eksperymentów chemicznych. Wodór został po raz pierwszy otrzymany przez H. Cavendisha (1731-1810) w roku 1766 w wyniku działania kwasu solnego i kwasu siarkowego na różne metale (żelazo, cynk, cynę). Otrzymany przez siebie gaz Cavendish opisał jako „zapalający powietrze"; a podczas eksperymentów z nim wielokrotnie odnosił rany najczęściej w wyniku eksplozji pojemnika, w którym umieszczał mieszaninę wodór-tlen. Często opowiadana jest anegdota o tym wielkim uczonym, nie znajdująca jednak potwierdzenia w źródłach historycznych: „Pewnego razu Cavendish chciał sprawdzić czy można oddychać wodorem tak, jak oddycha się powietrzem. Wytworzył on więc znaczną ilość wodoru w reakcji cynku z kwasem, a następnie nabrał go pełne płuca i wstrzymał oddech. Po krótkiej chwili doszedł do przekonania, że wodór nie jest gazem, w którego atmosferze da się oddychać; jednocześnie nie jest to też gaz trujący, ponieważ uczony wciąż był w królestwie żywych. Starając się nie zapomnieć swoich obserwacji Cavendish wypuścił z płuc zmagazynowany tam wodór przez usta. Pech chciał, że w pobliżu stała zapalona świeca, a on zupełnie przypadkowo skierował swój wydech w jej stronę. W wyniku eksplozji uczony utracił część włosów, a także kilka ze swoich zębów. Jednak czy tak było naprawdę? – historia na ten temat milczy.” Niebezpieczna mąka Pierwszy zapis dokumentujący eksplozję mąki pochodzi z roku 1795, a sporządził go włoski chemik Carlo Ludovico Morozzo di Bianzé [3]. Wypadek miał miejsce w Turynie w roku 1785 i początkowo sądzono, że jego powodem był wodór, metan lub inny łatwopalny gaz. Morozzo był pierwszym, który zdał sobie sprawę z możliwości wybuchu aerozolu bardzo suchej mąki. W swym raporcie pisał on: "Dnia 14 grudnia 1785 roku o godzinie 6 po południu w domu piekarza Giacomelli miała miejsce eksplozja, która spowodowała wypadnięcie okien oraz wyrwanie drzwi z zawiasów, a odgłos eksplozji był słyszany z dużej odległości. W momencie eksplozji bardzo jasny płomień trwający kilka sekund był widziany w sklepie, a źródłem jego zdawało się być pomieszczenie znajdujące się na tyłach składu mąki nad sklepem, gdzie chłopiec tam zatrudniony odważał mąkę przy świetle świecy. W wyniku eksplozji chłopiec ten miał poranioną twarz oraz spalone włosy, jednak nie odniósł większych obrażeń. Nie był on jedyną ofiarą wybuchu; inny chłopiec, który także pracował w sklepie widząc zbliżający się ogień myśląc, że dom plonie wyskoczył przez okno i złamał nogę. ...Pokój, w którym doszło do eksplozji jest podzielony na dwie części ścianą, w której znajduje się otwór. W części położonej wyżej zmagazynowana jest mąka, w części poniżej odbywa się ważenie mąki, która wysypuje się, przez otwór w ścianie. Chłopiec pracujący w tym pomieszczeniu manipulował przy tym otworze tak, aby mąka wysypywała się szybciej. W pewnej chwili nastąpiła nagła lawina mąki, która utworzyła chmurę w dolnym pomieszczeniu. Chmura ta w wyniku kontaktu z zapaloną świecą gwałtownie eksplodowała. ...Piekarz powiedział, że nigdy nie miał tak suchej mąki jak w tym właśnie roku. Pamięta on jednak, iż podobny wypadek, lecz nie tak groźny miał już miejsce, gdy magazynował on w swym sklepie niezwykle suchą mąkę kukurydzianą. ...Poznawszy wszystkie fakty towarzyszące temu wydarzeniu, nie znajduję innego wytłumaczenia jak to, iż za eksplozję odpowiedzialna jest mąka, której to drobiny zawieszone w powietrzu stanowią zagrożenie, równie wielkie jak wodór czy metan” Inny przykład eksplozji aerozolu zaobserwowano w roku 1844 w kopalni węgla w Haswell, w Anglii. Doszło tam do eksplozji, która kosztowała życie 95 górników. Wyjaśnienia jej przyczyn podjął się sławny uczony M. Faraday wraz ze znanym geologiem tamtych czasów Sir Ch. Lyellem. Ich badania wykazały, że w wyniku braku odpowiedniej wentylacji na ścianach szybów nagromadziła się duża ilość pyłu węglowego, którego mieszanina z powietrzem była jednym z powodów takiej wielkiej siły wybuchu. Faraday i Lyell zalecili usprawnienie systemu wentylacyjnego, co skutecznie zapobiegło kolejnym eksplozjom w kopalni. Proch strzelniczy i uczeni Otrzymanie przez C.L. Bertholleta chloranu potasu stanowiło ważne wydarzenie w historii nie tylko chemii. Zastosowanie chloranu do produkcji prochu strzelniczego poprawiło wyraźnie jego właściwości. Berthollet niezwłocznie poinformował o swym odkryciu innego wielkiego chemika ówczesnych czasów – Lavoisiera. Aby sprawdzić moc nowego rodzaju prochu, uczeni udali się do Essonnes gdzie w miejscowej fabryce prochu rozpoczęli swoje eksperymenty. Miejscowy rzemieślnik ucierał ręcznie w moździerzu składniki prochu, kierując się poleceniami Lavoisiera. Jednym z nich było, aby nie wykonywać zbyt gwałtownych ruchów pistelem i zawsze chronić się w czasie pracy za specjalnie skonstruowanym drewnianym ekranem. Po kilku godzinach, gdy Lavosier i Berthollet wracali z posiłku i byli kilkaset metrów od miejsca eksperymentu nastąpiła eksplozja. Osoby nie chronione ekranem zostały odrzucone, na co najmniej 10 metrów od miejsca produkcji prochu, moździerz rozpadł się na drobne kawałki, a pistel znaleziono w znacznej odległości od miejsca wybuchu. Gdyby chemicy przyszli kilka minut wcześniej, być może skończyłoby się to dla nich tragicznie, a Lavoisier nie zostałby twórcą nowoczesnej chemii. O tym, że chloran potasu to bardzo niebezpieczny związek chemiczny przekonał się też inny Francuz. Podczas budowy fabryki produkującej chloran Berthollet nalegał, aby zachować możliwie największe środki ostrożności. Jednak młody dyrektor budowanej fabryki uważał się za wielkiego znawcę chemii i chcąc udowodnić Bertholletowi, iż jego ostrzeżenia są bezpodstawne zaczął uderzać metalowym prętem w pojemnik z chloranem. Na nieszczęście pojemnik eksplodował, powodując wybuch również innych zbiorników stojących nieopodal, co kosztowało życie kilku robotników i oczywiście nieroztropnego dyrektora. Szczęśliwie Berthollet widząc głupotę młodego człowieka oddalił się zawczasu na bezpieczna odległość i nie ucierpiał w tym wypadku. Rysunek 2 C.L. Berthollet O konieczności noszenia okularów ochronnych Często widzowie na pokazach doświadczeń chemicznych pytają, dlaczego muszą zakładać okulary ochronne, przecież nic im się nie stanie, bo stoją daleko i są bardzo ostrożni (niestety nawet studenci chemii, a czasem i ludzie z tytułami naukowymi nie przestrzegają tej reguły bezpieczeństwa). Oto kilka przykładów takiej nieostrożności. W czerwcu 1808 roku słynny francuski chemik J. Guy-Lussac próbował powtórzyć doświadczenie H. Davy`ego, polegające na otrzymywaniu sodu i potasu w wyniku elektrolizy ich stopionych soli. Próby te przerwała eksplozja kolby zawierającej potas. Kawałki naczynia uderzyły Guy-Lussaca w twarz, oślepiając go. Dopiero po miesiącu odzyskał on wzrok, ale w wyniku uszkodzenia gruczołów łzowych jego oczy do końca życia pozostały czerwone i załzawione. Aby to ukryć zaczął nosić okulary, które uchroniły go 36 lat później podczas kolejnej eksplozji szklanego naczynia zawierającego związek chemiczny, wybuchający w zetknięciu z powietrzem. Tym razem Guy-Lussac uniknął uszkodzenia oczu, choć jego twarz znów została poważnie poraniona odłamkami szkła. Innym chemikiem, który nie stosował okularów ochronnych w czasie pracy był Pierre-Louis Dulong (1785-1838) – pracujący nad syntezą trichloroazotu (NCl3) z azotu i chloru. Przepuszczając chlor przez stężony roztwór chlorku amonu, otrzymał on w końcu upragniony produkt, który okazał się substancja niezwykle wybuchowa, o czym Dulong przekonał się tracąc w wyniku eksplozji palec i wzrok w jednym oku. Podobne obrażenia odnieśli pracując nad trichloroazotem Davy i Faraday. Po jednej z eksplozji z oka tego ostatniego usunięto aż 13 odłamków szkła. Także Bunsen (który znany jest jako konstruktor palnika gazowego używanego w każdym laboratorium chemicznym) na pewien czas utracił wzrok eksperymentując w swoim laboratorium. Stało się tak na skutek eksplozji organicznych związków arsenu, którymi Bunsen zajmował się w początkach swej kariery naukowej. Oprócz krótkotrwałej ślepoty ucierpiał on także wdychając szkodliwe opary arsenu. To wydarzenie spowodowało, że do końca życia swoje zainteresowania ograniczył do związków nieorganicznych i osiągnięcia w tej właśnie dziedzinie chemii przyniosły mu sławę. SYLWESTER HUSZAŁ, JERZY GOLIMOWSKI (Warszawa) Literatura [1] Jaffe B.: Crucible - the lives and achievments of the great chemists (1934) [2] Tilden W.A.: Chemical discovery and invention (1917) [3] Cardillo P.: Some historical accidental explosions. Journal of Loss Prevention in the Process Industries (2001) 14, 69-76