Okres połowicznego rozpadu

N_t=N₀•(½)^t/T_½

gdzie:
N₀-początkowa ilość pierwiastka
N_t-ilość pierwiastka po czasie t
T_½-okres połowicznego rozpadu
t-czas rozpadu

Wzór jest całkiem prosty, zadania z tego tematu też, więc nad czym się rozwodzić?

A nad zastosowaniem tych obliczeń!

Temat jest mi bliski raptem od kilku lat - archeologia.

Okazuje się, że okres połowicznego rozpadu izotopu węgla ¹⁴C, jest bardzo przydatny w datowaniu różnych znalezisk archeologicznych, zwłok, papirusów, skamielin...

Datowanie radiowęglowe, bo o nim mowa, polega na ustaleniu stosunku radioaktywnego izotopu ¹⁴C do stabilnego ¹²C w badanej próbce.

Ten pierwszy jest obecny w atmosferze ziemskiej w postaci dwutlenku węgla, czyli w formie przyswajalnej przez rośliny (na drodze fotosyntezy) i w dalszym etapie - przez zwierzęta.

Laureat nagrody Nobla, Willard Frank Libby, wysnuł hipotezę, że zawartość radioaktywnego izotopu ¹⁴C w organizmach żywych pozostaje stosunkowo niezmienna przez całe ich życie, czyli w czasie gdy przyswajają składniki odżywcze. Natomiast po śmierci, gdy przestają dostarczać nowe porcje izotopu, jego zawartość, w związku z promieniotwórczym rozpadem, zaczyna stopniowo spadać. Czas połowicznego rozpadu węgla ¹⁴C wynosi 5730 lat, czyli możemy stwierdzić, że zwłoki, w których zawartość promieniotwórczego izotopu jest czterokrotnie niższa niż normalnie, mają 11460 lat.

Niestety metoda ta nie jest zbyt dokładna, ponieważ stężenie węgla ¹⁴C w atmosferze nie jest stałe, ulega zmianom spowodowanym zmienną aktywnością Słońca, czy zmianom pola magnetycznego Ziemi. Również działalność człowieka, jak emisja gazów cieplarnianych, czy testy nuklearne, spowodowały zaburzenie stosunku zawartości izotopów ¹²C i ¹⁴C. Dlatego metodę datowania radiowęglowego możemy stosować do znalezisk starszych niż 300 lat, a i dla nich przyjmuje się dokładność ±25 lat.

Zjawiska fizyczne i przemiany chemiczne

Mąż mi powiedział, że jako chemiczka powinnam być dobrą barmanką... 

w końcu moja praca polega na mieszaniu różnych substancji, mam w tym dużą wprawę, więc powinnam również świetnie przyrządzać drinki.

Ale jak to jest w pracy barmana? Czy przygotowując drinki wykorzystuje zjawiska fizyczne czy reakcje chemiczne?

Z przemianą chemiczną mamy do czynienia, gdy z wyjściowej substancji powstaje nowa, o innych właściwościach. Mieszając wódkę z sokiem nie tworzymy nowego związku chemicznego, tylko mieszaninę. Składniki tej mieszaniny w odpowiednich warunkach można rozdzielić i odzyskać użyty alkohol. Podobnie jest z gotowaniem wody, czy tworzeniem lodu, szronu etc. Każda z tych przemian jest odwracalna - powstałą w wyniku gotowania parę wodną można skroplić, a lód można roztopić i odzyskać wodę w stanie ciekłym. Nie zachodzą tu reakcje chemiczne jedynie przemiany fizyczne.

A jak jest z kwaśnieniem mleka, kiszeniem ogórków, czy spalaniem węgla?
Tu mamy do czynienia z przemianami chemicznymi, ponieważ powstały nowe związki chemiczne o innych właściwościach. Ze słodkiego, klarownego mleka powstaje kwaśna zawiesina, jasnozielone ogórki ciemnieją i również zmieniają smak, a węgiel w wyniku spalania zamienia się w popiół.

Rozważmy jeszcze jeden, smaczny, przykład - pieczenie ciasta. W cieście drożdżowym małe żyjątka zjadają cukier i produkują dwutlenek węgla, którego pęcherzyki spulchniają ciasto i sprawiają, że rośnie - jest to przemiana chemiczna (nawet biochemiczna). W przypadku ciasta z sodą - pod wpływem temperatury następuje jej rozpad termiczny z wytworzeniem dwutlenku węgla i wody, tu też mamy proces chemiczny.

Inne przykłady do rozważenia:

1 topnienie parafiny

2 rdzewienie żelaza

3 rozkład tlenku rtęci

4 mieszanie piasku z wodą

5 topnienie lodu

6 przepływ prądu przez przewodnik

7 spalanie benzyny

8 łączenie tlenu z węglem

9 mieszanie plasteliny niebieskiej z żółtą

10 smażenie jajecznicy

11 mielenie kawy

12 palenie świecy

Składniki kosmetyków: parabeny

Dziś znów o szkodliwych składnikach kosmetyków (to będzie bardzo dłuuugi cykl). 

Parabeny, czyli łatwa i krótka nazwa, która nic nam nie mówi. 

Chemicznie pod tą nazwą kryją się estry kwasu para­-hydroksy­benzoesowego, najczęściej metylowy, etylowy, propylowy, butylowy oraz benzylowy.

Struktury mają całkiem przyjemne i proste, korzystnie też wpływają na trwałość kremów (są stosowane jako konserwanty), niestety ich działanie jest trochę mniej przyjazne dla skóry.

Czego szukać w składzie kosmetyków...

Methylparaben (Methyl 4-hydroxybenzoate, E218), 

Ethylparaben (Ethyl 4-hydroxybenzoate, E214), 

Propylparaben (Propyl 4-hydroxybenzoate, E216),  iso-propylparaben,  

Butylparaben (Butyl 4-hydroxybenzoate),  iso-butylparaben,

Benzylparaben (Benzyl 4-hydroxybenzoate).

W uproszczeniu wyglądają tak (w miejscu oznaczonym literą R znajduje się grupa metylowa, etylowa etc...): 

Znajdziemy je wśród składników balsamów, kremów do twarzy czy do opalania, szamponów i płynów do kąpieli, a nawet w cieniach do powiek. 

Powodują alergiczne stany zapalne skóry takie jak pokrzywki, czy rumienie. Przenikają przez barierę ochronną skóry i wchłaniają się do krwi i limfy działając ogólnie na cały organizm. Najłatwiej pokonują skórę cienką, którą mamy w pachwinach, na klatce piersiowej, szyi i w okolicach narządów płciowych. Mają działanie estrogenne (najbardziej ester butylowy), więc zaburzają gospodarkę hormonalną organizmu, mogą niekorzystnie wpływać na rozwój zarodka i płodu u kobiet ciężarnych. Na mężczyzn działają feminizująco. Są szczególnie niekorzystne dla osób o skórze wrażliwej i skłonnej do podrażnień, nie należy ich również stosować w czasie laktacji i ciąży. Pod wpływem promieniowania UVB mogą przyspieszać starzenie się skóry. Butylparaben jest podejrzewany o działanie rakotwórcze (rak piersi).

Parabeny mają działanie bakterio- i grzybobójcze, dlatego znajdziemy je nie tylko w kosmetykach ale też w produktach spożywczych, ponieważ zostały uznane za produkty bezpieczne. Jednak bezpieczny nie znaczy zdrowy.

Stosować czy nie stosować?

Kosmetyków z parabenami nie powinny stosować dzieci, kobiety w ciąży i karmiące piersią. Osoby o skórze wrażliwej również powinny ich unikać. 

Ale jaką mamy alternatywę? Komercyjne kosmetyki muszą zawierać jakieś konserwanty, aby mogły stać na sklepowej półce długi czas i nie tracić korzystnych właściwości (jeśli takowe posiadają). Jeżeli kosmetyk nie zawiera parabenów, to prawdopodobnie znajdziemy w nim fenoksyetanol, pochodne fenolu, formaldehyd czy wiele innych, bardziej szkodliwych. Osobiście wolę kupić naturalne olejki roślinne lub... kosmetyk zawierający parabeny. Jednak zwracam uwagę, aby nie był to ester butylowy. Zwracam też uwagę na pozycję, na której jest dany składnik wymieniony - im dalej, tym mniej go dodano do kosmetyku.

Odmiany alotropowe węgla

Temat niby szkolny, ale nie do końca...

Jak mawiała Marilyn Monroe diamenty są najlepszymi przyjaciółmi kobiety, a chemicznie czym są diamenty i skąd wzięła się ta przyjaźń?

Diament zbudowany jest jedynie z węgla (pierwiastka, nie kopaliny), podobnie jak powszechnie stosowany grafit czy mniej znane fulereny, jednak wygląda zupełnie inaczej.

Wszyscy wiemy jak wygląda diament, a jak grafit, więc nie będę się nad tym rozwodzić. Zastanówmy się jednak skąd biorą się te różnice.

Diament tworzy przejrzyste i bardzo twarde kryształy. Grafit, natomiast, jest czarno-szary i bardzo miękki. Mimo, że oba składają się z takich samych atomów, są zupełnie różne. Wynika to z różnic w ich budowie krystalograficznej, prościej mówiąc - atomy węgla są ze sobą inaczej połączone.

Spójrzmy na struktury uwidocznione powyżej.

Górna struktura obrazuje diament. 

Czarne kulki to atomy węgla, każdy z nich ma takie samo otoczenie - jest połączony z czterema identycznymi atomami (czterema, ponieważ węgiel jest czterowartościowy - ma cztery "łapki"). Wszystkie odległości między atomami są również identyczne. W ten sposób powstaje zwarta struktura, którą bardzo trudno uszkodzić. Ponieważ wszystkie elektrony walencyjne biorą udział w tworzeniu wiązań, diament jest izolatorem elektrycznym i jest bierny chemicznie. Inaczej: nie ma wolnych elektronów, które "hasają" sobie wokół atomów i dają się wciągać w różne gry i zabawy.

Dolny obrazek przedstawia grafit. 

Tu atomy węgla leżą w płaszczyznach równoległych do siebie. W samej płaszczyźnie wszystkie atomy mają takie samo otoczenie - wiążą się z trzema innymi atomami tworząc wzór przypominający plastry miodu. Natomiast między płaszczyznami działają słabe siły trzymające je względem siebie. Wiązania te są słabe, dlatego struktura grafitu nie jest zbyt stabilna i wystarczy niewielka siła aby grafit uszkodzić. W odróżnieniu od diamentu nie wszystkie elektrony walencyjne są zaangażowane w tworzenie wiązań atomowych (bo tylko trzy z czterech). Niewykorzystane elektrony znajdują się pomiędzy płaszczyznami i odpowiadają za bardzo dobre przewodnictwo elektryczne grafitu.

Żeby lepiej to sobie wyobrazić powyższe struktury możemy porównać do... makaronu (ach, te kulinarne inspiracje).

Diamenty to kluski lane, a grafit to lasagne. 

Nie ważne z której strony kluskę naciśniemy czy przekroimy, zawsze będzie zachowywać się tak samo. Ponieważ jest w środku pełna - będzie też stawiać opór. Natomiast lasagne jest dużo mnie trwała. Wystarczy nacisnąć ją widelcem, by sos wypłynął a płaty makaronu przesunęły względem siebie.

Właśnie na tym polegają różnice w budowie diamentu i grafitu.

Idąc dalej kulinarnym tropem nanorurki porównam do cannelloni a fulereny do muszelek, lub uszek. Ale na tym dziś zakończę moje fantazje.

Spróbujmy jeszcze określić czemu diamenty zawdzięczają miłość Marilyn Monroe i wielu innych kobiet...

być może twardości i szlachetności, być może połyskowi (który jest efektem odpowiedniego szlifowania diamentów), albo nawet ich magicznym mocom (w nie wierzyli Majowie), ale najprawdopodobniej główną przyczyną popularności diamentów jest ich wysoka cena... 

Próżność zwycięża.

Jony proste, czyli jednoatomowe kationy i aniony

Każdy z nas dąży do doskonałości (no, może prawie każdy)...

Możemy marzyć o idealnych kształtach, przepięknej urodzie, wyjątkowym intelekcie czy wybitnym poczuciu humoru. 

Marzenia marzeniami ale czy mamy szansę stać się idealnymi?

Czy macie jakiś sposób żeby osiągnąć doskonałość?

Najważniejsze to znaleźć sobie ideał do którego nie jest zbyt daleko, który, choć teoretycznie, jest w naszym zasięgu.

Osobiście chciałabym wyglądać jak Joanna Krupa ;) W sprzyjających warunkach jestem w stanie to osiągnąć, wystarczy odpowiednia ilość środków finansowych i dobry chirurg plastyk, który odejmie mi trochę stąd i zowąd... Jeden z moich kolegów co jakiś czas wrzuca na "twarzoksiążkę" zdjęcia Arnolda Schwarzenegger'a, ponieważ dąży do osiągnięcia jego sylwetki... i ma na to szansę, wystarczy ciężki trening, dieta i ogromna ilość samozaparcia. 

Ale nie ma szans cofnąć się w czasie i odmłodzić o 30 lat. Podobnie jak ja nie mam szansy wyglądać jak Naomi Campbell.

Wyobraźcie sobie, że atomy również dążą do doskonałości i są w stanie ją osiągnąć w sprzyjających warunkach. 

Tym ideałem, do którego zmierzają są GAZY SZLACHETNE, czyli pierwiastki znajdujące się w ostatniej grupie układu okresowego, posiadające wypełnione wszystkie (możliwe do zapełnienia) orbitale. 

Gazy szlachetne są cool, z nikim się nie zadają i nie wiążą, są typowymi singlami i jest im z tym dobrze. Mają wypełnione wszystkie orbitale walencyjne (te z ostatniej powłoki elektronowej), czyli nie mają możliwości tworzyć wiązań chemicznych.

"Sąsiedzi" gazów szlachetnych wiedzą, że niewiele im do nich brakuje, też chcą być idealni, dlatego próbują się do nich upodobnić. Czasem osiągają to oddając to czego mają za dużo, a czasem "pakując", żeby mieć więcej. Innymi słowy: jednym ze sposobów upodobnienia się do gazu szlachetnego może być oddanie "nadmiarowych" elektronów znajdujących się na ostatniej powłoce, a drugim - przyjęcie nowych elektronów w celu wypełnienia wszystkich orbitali walencyjnych.

Gdy obojętny elektrycznie atom oddaje lub przyjmuje ujemnie naładowane elektrony, zmienia się jego ładunek. Po oddaniu elektronu pozostaje ładunek dodatni, a przyjęcie elektronów powoduje pojawienie się ładunku ujemnego.

Najlepiej to rozważyć na przykładach.

"Szlachetnym" sąsiadem atomu litu jest hel. Lit ma trzy elektrony a hel - dwa. Żeby być takim jak hel, lit musi pozbyć się jednego elektronu i wcale nie jest to trudne. Niestety w jądrze atomowym litu są trzy protony (o ładunku dodatnim, równoważące ładunek elektronów), natomiast hel posiada dwa protony. A tu nic nie można zmienić*. Czyli po całej operacji upodabniania się do helu, lit ma trzy protony (3+) i dwa elektrony (2-). Sumaryczny ładunek wynosi "+" (1+).

Magnez najbliżej ma do neonu, tylko jego "doskonałość" jest w stanie osiągnąć. Jednak magnez posiada dwanaście elektronów (i tyle samo protonów), a neon ma ich po dziesięć. Gdy magnez odda dwa elektrony pozostanie mu dziesięć elektronów (10-) i dwanaście protonów (12+). Ostateczny ładunek wyniesie "2+".

Do neonu jako ideału dążą też inne pierwiastki, m.in. fluor. Ten posiada dziewięć elektronów, gdy zdobędzie jeszcze jeden, ładunek dziesięciu elektronów (10-) będzie przeciwstawiony dziewięciu protonom znajdującym się w jądrze (9+), czyli pozostanie ładunek "-".

Podobnie siarka, czy fosfor dążą do osiągnięcia takiej ilości elektronów, jaką ma argon. Dlatego przyjmują: siarka - dwa, a fosfor - trzy elektrony, tworząc jony odpowiednio "2-" i "3-".

Wszystko jasne?

Więc czas wprowadzić nowe pojęcie - oktetu elektronowego.

Jak już wcześniej wspomniałam wszystkie gazy szlachetne mają zapełnione przez elektrony wszystkie możliwe orbitale. Na ostatniej powłoce znajdują się elektrony walencyjne i jest ich osiem (z wyjątkiem helu, który ma tylko dwa). Dlatego pierwiastki dążą do posiadania ośmiu elektronów walencyjnych, a więc osiągnięcia oktetu elektronowego.

Porównajmy zapisy konfiguracji elektronowej fluoru, neonu i magnezu z zapisem konfiguracji omówionych jonów.

Powyższe schematy klatkowe najlepiej obrazują, że oba upodabniają się do neonu, wszystkie też na ostatniej, drugiej, powłoce posiadają upragnione osiem elektronów, czyli OKTET.

Jeden z nich jest anionem, drugi - kationem. Który to który?

*Gdybyśmy zmienili ilość protonów w jądrze atomu - zmienilibyśmy cały atom. Lit posiadający dwa protony nie będzie już litem, lecz helem.

Składniki kosmetyków: SLS i SLES

Dziś temat dla kobiet, choć nie tylko... kosmetyki... 

Pewnie wiele osób sądzi, że jako chemik powinnam bez mrugnięcia okiem cytować czy oceniać składy kosmetyków, ba, najlepiej by było gdybym sama sobie wytwarzała kremiki, żeliki itp.
Niestety, studia chemiczne nie przygotowują nas do tego, gorzej!... osoby które nie wybrały "kosmetycznej" specjalizacji nie miały nawet szans zobaczyć odpowiedniego laboratorium! 

Ja kosmetyków nie wybrałam, bardziej kręciła mnie metaloorganika ;) 

Jednak miałam szczęście na doktoracie na chwilę trafić do odpowiedniego laboratorium i "ukręcić" sobie krem nawilżający. 

Od tego momentu zaczęłam świadomie czytać składy komercyjnych kremów, a później, stopniowo, rozszerzałam swoje zainteresowania na inne produkty pielęgnacyjne. W ten sposób dowiedziałam się jakich substancji mam unikać, a jakich poszukiwać. 

Dziś natchnęło mnie na SLS i SLES, czyli sodium lauryl sulphate i sodium laureth sulphate. 

Co to jest? Internet wam powie, że są to związki powierzchniowo czynne, surfaktanty, czy emulgatory. 

A wyglądają tak:

Ale o co chodzi? 

Najprościej rzecz ujmując substancje te w kosmetykach działają jako środki myjące (detergenty), środki pianotwórcze, czy utrwalacze emulsji. Znajdziemy je m.in. w szamponach, mydłach, żelach do kąpieli i pastach do zębów. Niestety nie są to substancje przyjazne człowiekowi. 

Oba związki są drażniące, ponieważ usuwają ze skóry nie tylko brud i zanieczyszczania, ale też naturalny film ochronny. Przez to skóra narażona na działanie SLS lub SLES staje się sucha i podrażniona. Jeszcze gorzej działają na oczy!

Jednocześnie są to substancje niezwykle popularne, przede wszystkim ze względu na ich niską cenę (w końcu światem rządzi pieniądz!), czy dobre właściwości powierzchniowo czynne i pianotwórcze. Umożliwiają otrzymanie dużej ilości piany z małej ilości kosmetyku (wysoka wydajność - to wszyscy lubimy).

Zarówno SLS, jak i SLES były podejrzewane o działanie rakotwórcze. Wprawdzie nie udowodniono tego, co nie oznacza, że są nieszkodliwe. W detergentach zawierających SLES może pojawiać się w śladowych ilościach 1,4-dioksan, który to ma potwierdzone działanie kancerogenne.

Obu osławionych substancji powinny unikać szczególnie osoby ze skórą wrażliwą czy atopową, choć osobom ze zdrową skórą też mogą zaszkodzić. Na pewno nie są polecane dla dzieci i niemowląt. Dlatego nie wierzcie reklamom i zawsze sprawdzajcie skład kupowanego kosmetyku!

Pamiętacie starą reklamę szamponu dla dzieci, który "nie szczypie w oczy"? Jest cały czas w sprzedaży i ma w swoim składzie SLES. Nie zamierzam go jednak kupować by aplikować sobie do oczu.

Z ciekawostek:

SLS ma właściwości biobójcze, działa miejscowo jako antybiotyk.

Jest też repelentem przeciwko... rekinom :)

Przyciąga swoim zapachem niektóre gatunki owadów latających, po czym je zabija.

Do tego zaburza percepcje słodyczy, dlatego tuż po umyciu zębów inaczej odczuwamy smaki (a zawsze myślałam, że to przez mentol).
Smacznego.