Chemia

ALKOHOLE- związki chem. (pochodne węglowodorów), w których atom wodoru jest zastąpiony grupą węglowodorową OH. Grupa ta nazywa się też grupą funkcyjną.
WŁAŚCIWOŚCI:
-bezbarwne
-o ostrym zapachu
-lotne
-rozpusatwolne w wodzie
-łnie palne
-są rozpuszczalnikami niektórych związków organicznych
-ścinają białko
nie wykazują właściwości kwasowych ani zasadowych. mają odczyn obojętny
metanol jest silną trucizną
ROZPOZNANIE
Pod wpływem alk.etylowego zmienia się zabarwienie dwuchromianu potasu z pomarańczowej na zieloną
ZASTOSOWANIE ETYLOWEGO:
przem. farmaceutyczny
prod. farb i lakierów
przem. kosmetyczny
przem. Spożywczy
paliwa
do prod. kauczuku syntetycznego

GLICERYNA
Oleista, bezbarwna ciecz, miesza się z wodą w każdym stosunku, nietoksyczna
ZASTOSOWANIE
-prod. kosmetyków
-przem. spożywczy
-prod. dynamitu
KWASY KARBOKSYLOWE
WYSTĘPOWANIE: składnik jadu mrówek, pszczół, os i pokrzyw
ZASTOSOWANIE: octowy: ocet winny, spirytusowy, piwny stosowane w przem. spożywczym i gospodarstwie domowym jako środek konserwujący i przyprawa
WŁAŚCIWOŚCI:
Bezbarwne ciecze o ostrym, nieprzyjemnym zapachu. Związki reaktywne o typowych cechach kwasów: ulegają dysocjacji jonowej wytwarzając jony H+ , barwią lakmus na czerwono, w smaku są kwaśne, reagują z wodorotlenkami oraz z metalami.

WYŻSZE KWASY KARBOKSYLOWE
WŁAŚCIOWOŚCI
Palmitynowy i stearynowy są ciałami stałymi, nierozpuszczalnymi w wodzie, palą się żółtym kopcącym płomieniem.
Oleinowy jest cieczą, wynika to z budowy cząsteczki- między 9 a 10 atomem węgla występuje wiązanie podwójne.
ZASTOSOWANIE
Palmitynowy i stearynowy służy do wyrobu świec
Mydła są to sole sodowe i potasowe wyższych kwasów karboksylowych
Potasowe- maziste, szare
Sodowe- białe, twarde
Mydła toaletowe- sodowe z olejkami zapachowymi
ESTRY
WŁAŚCIWOŚCI
Bezbarwne lotne ciecze, słabo rozpuszczalne w wodzie o przyjemnym zapachu, dobre rozpuszczalniki
ZASOSOWANIE:
prod. dezodorantów, perfum, mydeł
prod. esencji zapachowych i smakowych
REAKCJA ESTRYFIKACJI:
Kwas karboks.+ alkoholŕester+woda
HCOOH+C2H6ŕHCOOC2H5+H2O
W reakcji estryfikacji katalitozatorem jest stężony roztwór kwasu siarkowego.

CZĄSTECZKI:
CH3OH-alk. metylowy
C2H5OH-alk. etylowy
CnH2n+1COOH-ogólny wzór kw. karb.
HCOOH –mrówkowy
CH3COOH-octowy
C13H33COOH-oleinowy
C15H31COOH-palminowy
C17H35COOH-stearynowy
R1COOR2-ogólny wzór estrów

(1867–1934), żona Piotra Curie, fizyk i chemik, współtwórczyni nauki o promieniotwórczości; autorka pionierskich prac fizyki i chemii jądrowej. Po ukończeniu pensji w Warszawie naukę kontynuowała początkowo na nielegalnym Uniwersytecie Latającym, a następnie od 1904 kierowała laboratorium i od 1906 (po śmierci męża) katedrą promieniotwórczości; zorganizowała Instytut radowy w Paryżu; przyczyniła się do powstania, otwartej 1912, Pracowni Radiologicznej Warszawskiego Towarzystwa Naukowego, a później w 1932 r. Instytutu Radowego w Warszawie. Kontynuowała badania A. H. Becquerela nad promieniowaniem emitowanym przez sole uranu; w wyniku tych prac wysunęła pogląd o atomowym charakterze promieniotwórczości (O promieniowaniu wysyłanym przez związki uranu i toru 1896). Podczas systematycznych badań promieniotwórczych minerałów zawierających uran i tor stwierdziła, że niektóre z nich wykazują większą aktywność promieniotwórczą, niżby to wynikało z zawartości w nich uranu i toru; wyraziła przypuszczenia, że minerały te zawierają silniejsze od dotychczas znanych pierwiastki promieniotwórcze; dalsze badania doprowadziły do odkrycia w 1898 r., wspólnie z Piotrem Curie, polonu i radu, za które to prace małżonkowie Curie (wraz z Becquerelem) otrzymali 1903 Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki; następnie Skłodowska-Curie wyodrębniła rad. W 1911 r. Skłodowska-Curie otrzymała po raz drugi Nagrodę Nobla, tym razem w dziedzinie chemii, za pracę nad chemicznymi i fizycznymi właściwościami polonu i radu oraz za prace dotyczące metod wyodrębniania, oczyszczania i pomiaru aktywności pierwiastków promieniotwórczych. W 1995 r. prochy Marii Skłodowskiej-Curie i jej męża spoczęły w paryskim Panteonie.

Maria (Marie Fr.) Skłodowska-Curie (urodzona w Warszawie, 7 Listopada 1867) była jedną z pierwszych kobiet naukowców. Zyskała światową sławę i stała się też , jednym z najlepszych naukowców tamtego stulecia. Osiągała niesamowite wyniki w matematyce i fizyce. Zdobywczyni dwóch Nagród Nobla, za fizykę w 1903 i za chemię w 1911, jako pierwsza rozpoczęła pionierskie studia nad radem i polonem i pozwoliła ludzkości na zrozumienie pojęcia radioaktywności.
Zapewne najsłynniejsza kobieta naukowiec, Maria Skłodowska-Curie zapisała się w historii wieloma jako pierwsza:
oByła pierwszą osobą która użyła pojęcia radioaktywności dla tego fenomenu.
oByła pierwszą kobietą w Europie, która otrzymała doktorat z nauki.
oW 1903, stała się pierwszą kobietą, która zdobyła nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Nagroda była wręczona Curie, jej mężowi Pierre, oraz Henri Becquerel, za odkrycie radioaktywności.
oByła też pierwszą kobietą wykładowcą, profesorem i kierownikiem laboratorium na Uniwersytecie Sorbony w Paryżu (1906).
oW 1911otrzymała drugą nagrodę Nobla (tym razem w Chemii) za odkrycie i odizolowanie czystego radu i jego komponentów. Była pierwszą osobą, która kiedykolwiek otrzymała dwie nagrody Nobla.
oSkłodowska była również pierwszą matką – Noblistką, której córka została laureatką Nobla. Najstarsza z jej córek Irene Joliot-Curie w 1935 roku otrzymała to jedno z największych wyróżnień także w dziedzinie chemii.
oByła pierwszą kobietą, która za wybitne zasługi została pochowana na paryskim Panteonie. Otrzymała 15 złotych medali, 19 wyróżnień i innych honorów.

Maria Skłodowska urodziła się jako piąte i najmłodsze dziecko Bronisławy Boguskiej, pianistki, piosenkarki i nauczycielki i Władysław Skłodowskiego, profesora matematyki i fizyki. Kiedy była mała i mieszkała w Polsce nazywano ją zdrobniale Manią. Od dzieciństwa posiadała wspaniałą pamięć i już w wieku 16 lat otrzymała złoty medal za wyróżniające ukończenie nauki w liceum. Ponieważ jej ojciec stracił swoje oszczędności w skutek złych inwestycji, Maria musiała rozpocząć pracę jako nauczycielka i w tym samym czasie kontynuowała naukę na nieoficjalnym polskim uniwersytecie. Mając 18 lat podjęła pracę guwernantki i przeżyła nieszczęśliwą pierwszą miłość. Dzięki swoim zarobkom mogła sfinansować paryskie studia medyczne swojej siostry Broni, wiedząc, że ta pomoże w jej dalszej edukacji.
W 1891 roku Maria Skłodowska pojechała do Paryża i rozpoczęła uczestnictwo w wykładach Paul’a Appel, Gabriela Lippmanna i Edmunda Bouty na Sorbonie. Tam spotkała fizyków, którzy byli już dobrze w świecie nauki – Jean’a Perrin, Charlsa Maurain i Aimé Cotton’a. Skłodowska pracowała do późnej nocy w swoim studenckim mieszkaniu, żywiąc się jedynie chlebem, masłem i herbatą. Licencjat z nauk fizycznych otrzymała w roku 1893. Rozpoczęła pracę w laboratorium Lippmann’a, a w 1894 roku uzyskała kolejny licencjat, tym razem z matematyki. licence of mathematical sciences. Wiosną tego właśnie roku spotkała Pierra Curie.
Maria Skłodowska była córką polskiego bezwyznaniowca, ale matka przekonała ja do religii katolickiej. Jednak opuściła Kościół przed 20 rokiem życia, a jej ślub z Pierrem Curie był czysto cywilną ceremonią, ponieważ jak zapisała w swoim pamiętniku Pierre nie należał do żadnej religii, a ja żadnej nie praktykowałam.
Ich ślub (lipiec 25, 1895) dał początek partnerstwu, które szybko przyniosło rezultaty o światowej skali, najpierw odkryciem polonu (nazwanego tak przez Marię na cześć Polski) latem 1898, a potem radu kilka miesięcy później. Kontynuując odkrycie Henriego Becquerel (1896) nowego zjawiska, które Maria później nazwała „radioaktywnością”, Skłodowska szukała potwierdzenia tezy i zdecydowała się znaleźć własność uranu w innych pierwiastkach. Dowiodła to równocześnie z G.C. Schmidtem.
Badając minerały skierowała swą uwagę na blendę smolistą – minerał o aktywności podobnej do czystego uranu, która można było wyjaśnić obecnością w rudzie małej ilości nieznanej substancji o wysokiej aktywności. Pierre Curie przyłączył się do jej pracy, by wspólnie rozwiązać ten problem, a to doprowadziło do odkrycia nowych pierwiastków – polonu i radu. Podczas gdy Pierre Curie poświęcił się studiom fizycznym nowych radiacji, Maria Curie starała się przetworzyć czysty rad w stan metaliczny – z pomocą chemika A. Debierne, jednego z podopiecznych Pierra Curie. W rezultacie tych badań Maria Curie otrzymała tytuł doktora nauk w czerwcu 1903 i z Pierrem nagrodzono ją Davy Medal of the Royal Society. Także w 1903 roku podzielili się z Becquerel’em nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki za odkrycie radioaktywności.
Narodziny jej dwóch córek – Ireny i Ewy w 1897 i 1904 roku nie przerwały intensywnych prac naukowych Marii. Została wykładowca fizyki w École Normale Supérieure dla dziewcząt w Sévres (1900) i zaprezentowała metodę nauczania opartą na pokazach eksperymentów. W grudniu 1904 została szefem asystentów w laboratorium kierowanym przez Pierra Curie.
Nagła śmierć Pierra Curie (kwiecień 19, 1906) mocno dotknęła Marię Curie, ale była również punktem zwrotnym w jej karierze: od tej chwili poświęciła całą swoją energię, by samodzielnie zakończyć pracę naukową, której się wspólnie podjęli. 13 maja 1906 roku została przyjęta na stanowisko profesora, które pozostawało wolne po śmierci jej męża; była pierwszą kobietą uczącą w Sorbonie. W 1908 została profesorem tytularnym, a w 1910 opublikowała swą fundamentalną o promieniotwórczości. W 1911 otrzymała nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za wyodrębnienie czystego radu. W 1914 zobaczyła zakończenie prac budowlanych Laboratoriów Instytutu Radu na Uniwersytecie Paryskim. Podczas pierwszej wojny światowej Maria Curie z pomocą swojej córki – Ireny odkryła wykorzystanie promieni X. W 1918 Instytut Radu – załoga do której dołączyła Irena – rozpoczął działalność i stał się centrum fizyki nuklearnej i chemii. Maria Curie w szczytowym punkcie swojej sławy i od 1922 członkini Akademii Medycznej poświęciła się badaniom nad medycznym zastosowaniem radioaktywnych substancji chemicznych.
W 1921 roku w towarzystwie swoich córek Maria Curie odbyła tryumfalną podróż do USA, gdzie prezydent Warren G. Harding wręczył jej gram radu jako rezultat zbiórki kobiet amerykańskich. Prowadziła wykłady w Belgii, Brazylii, Hiszpanii i Czechosłowacji. Została mianowana członkiem International Commission on Intellectual Co-operation przez Konsula Ligi Narodów. Ogromną satysfakcją dla Marii założenie Fundacji Curie w Paryżu oraz otwarcie w 1932 roku w Warszawie Instytutu Radu, którego dyrektorem została jej siostra Bronia.
4 lipca 1934 roku niedaleko Sallanches (Francja), Maria Skłodowska-Curie zmarła na leukemię ( choroba popromienna) spowodowaną działaniem radu, który uczynił ją sławną.
W 1995 roku prochy Marii Skłodowskiej-Curie zostały przeniesione na paryski Panteon, była pierwszą kobietą, którą za jej wybitne osiągnięcia spotkał taki zaszczyt.

“My mother was 37 years old when I was born. When I was big enough to know her, she was already an aging woman who had reached the summit of renown. And yet it is the ‘celebrated scientist’ who is strangest to me – probably because the idea that she was a ‘celebrated scientist’ did not occupy the mind of Marie Curie. It seems to me rather, that I have always lived near the poor student, haunted by dreams, who was Marie Sklodowska long before I came into the world.” Eve Curie, biographer of her mother Albert Einstein powiedział o niej:”Marie Curie jest z wszystkich istnień, tym jednym, którego sława nigdy się nie skończy.” Źródło: Madame Curie by Irene Curie, DaCapo Press 1937
Cytat ze studenckiej książki kucharskiej: “Marie Curie: Kobieta -odkrywca, która gotowała, czyściła, odnalazła rad i wychowała córkę – noblistkę ale nigdy nie zapomniała jak się robi dobre pierogi.”
Quotes of Maria Sklodowska-Curie:
A scientist in his laboratory is not a mere technician: he is also a child confronting natural phenomena that impress him as though they were fairy tales.
Life is not easy for any of us. But what of that? We must have perseverance and above all confidence in ourselves. We must believe that we are gifted for something and that this thing must be attained.
Nothing in life is to be feared. It is only to be understood.
One never notices what has been done; one can only see what remains to be done.
One of our pleasures was to enter our workshop at night; then, all around us, we would see the luminous silhouettes of the beakers and capsules that contained our products.

HONORARY DEGREE AWARDED BY THE UNIVERSITY OF CHICAGO
ID: 000050
Name: Marie Sklodowska Curie
Degree: Doctor of Science
Date: June 14, 1921, the One Hundred Twentieth Convocation
Title: Professor of Radiology, University of Warsaw, Poland; Professor of Science, University of Paris, France
Citation: Scientist, discoverer, and author of international reputation, significant figure in the development of the new science of radioactivity, Nobel laureate both in 1903 and 1911, discoverer of the new elements polonium and radium; for these services and especially for the new insight which your discoveries have given into the nature of matter, and the new stimulus which they have been to the development of human thought.

Promieniotwórczość odkrywana na raty

Promienie X, promieniotwórczość uranu, elektron, promieniotwórczość polonu i radu – to przełomowe odkrycia, którym czasopisma popularnonaukowe na całym świecie poświęcają wiele artykułów rocznicowych, przypominających wydarzenia sprzed stu lat. W większości przedstawiają one jednak nieprawdziwy obraz.
Postęp nauki polega na dokonywaniu odkryć i poprawianiu błędów. Dziś wiemy więcej niż nasi przodkowie sprzed stu lat. Stąd jednak bierze się trudna do przezwyciężenia pokusa, aby odkrycia przeszłości traktować po prostu jako wstęp i przyczynki do nauki współczesnej i pomijać błędy jako wydarzenia nieistotne, które nie prowadzą do postępu. Ta pokusa, związana z samą naturą nauki, sprawia często, że nie zastanawiamy się, jak naprawdę dokonywano odkryć lub formułowano teorie i jak na nie patrzono w owym czasie. Jest to szczególnie niebezpieczne w historii nauk ścisłych, takich jak fizyka. Jeśli bowiem dziedzina ta odznacza się porządkiem logicznym, to tak samo powinna wyglądać jej historia. Jeśli porządek logiczny jest akurat odwrotny od porządku chronologicznego, to w podręcznikach, artykułach i wykładach często przepisuje się historię tak, aby ugruntowywać przekazywane idee. Zdarza się też pobłażliwe traktowanie starych osiągnięć i przeciwstawianie obecnych, “dobrych” poglądów tym dawnym, naiwnym i błędnym. To najbardziej zdradliwa forma przekłamywania historii.
Dość łatwo opisać i scharakteryzować odkrycie promieni X przez Wilhelma Conrada Röntgena w listopadzie 1895 roku, ponieważ było to wydarzenie dobrze umiejscowione w czasie i od razu uznane za wielką rewelację. Bardziej złożona jest historia odkrycia promieniotwórczości, o czym będzie mowa poniżej. Najtrudniej zaś jest opisać początki elektronu, albowiem jego “odkrycie” było w istocie długoletnim procesem, który można zrozumieć tylko wtedy, gdy zapoznamy się z poglądami i oryginalnymi tekstami z tamtego okresu. Temu tematowi poświęcę za miesiąc odrębny artykuł.
Opierając się na dokumentach z tamtej epoki, postaramy się w obu artykułach “podsłuchać czas”, wczuć w atmosferę sprzed stu lat, bo jest to jedyna, właściwa metoda przedstawiania historii wydarzeń naukowych.
ZACZĘŁO SIĘ OD PROMIENI KATODOWYCH
W ostatnich dekadach XIX stulecia w badaniach fizycznych przodowali uczeni niemieccy i brytyjscy, a nieco za nimi pozostawali Francuzi. Istniała jednak spora różnica poglądów, zwłaszcza między Niemcami i Brytyjczykami. Fizycy brytyjscy interpretowali przyrodę tak, jakby prawa zwykłej mechaniki obowiązywały nadal na poziomie mikroskopowym. Stąd, na przykład, brały się próby wyjaśniania koncepcji eteru elektromagnetycznego za pomocą modeli mechanicznych. Wielu fizyków niemieckich uznawało, że nastawienie mechanistyczne ich brytyjskich kolegów jest mylące, a przesadna skłonność do posługiwania się takimi modelami była raczej przeszkodą niż pomocą w rozwiązywaniu problemów naukowych.
Promienie katodowe, opisane pierwszy raz w 1867 roku przez niemieckiego fizyka Johanna Hittorfa jako Glimmstrahlen (promienie świecące), zostały tak nazwane w 1876 roku przez innego Niemca Eugena Goldsteina. Stanowiły one wdzięczny obiekt zainteresowań fizyków w wielu laboratoriach, ponieważ aparatura do badania wyładowań elektrycznych w gazach rozrzedzonych była nieskomplikowana, a piękne barwy świecących gazów cieszyły oko. Wielki rozgłos zdobyły badania przeprowadzone przez brytyjskiego uczonego Williama Crookesa, który propagował pogląd, że promienie katodowe to czwarty stan skupienia materii – materia w stanie promienistym.
Z wymienionych powodów fizycy w Niemczech nie przyjęli forsowanej przez Brytyjczyków korpuskularnej teorii promieni katodowych, lecz uznali je za pewną postać światła rozprzestrzeniającego się w eterze. Było to zgodne z przeświadczeniem, że tylko światło może wywoływać fosforescencję. Odchylenie promieni katodowych w polu magnetycznym interpretowano jako wynik gwałtownej zmiany współczynnika załamania w resztkach gazu blisko magnesu. Ta promienista teoria promieni katodowych zdawała się potwierdzać, kiedy niemiecki fizyk Philipp Lenard wykazał, że mogą one przenikać przez bardzo cienkie folie metalowe. Wydawało się wtedy niemożliwe, by materia mogła być przenikalna dla obiektów materialnych.
Badając promienie katodowe w licznych laboratoriach, prędzej czy później musiano spostrzec, że znajdujące się blisko osłoniętej rury do wyładowań światłoczułe ekrany fosforyzują, a klisze fotograficzne ulegają zaczernieniu. Znane są dwa przypadki fizyków (a pewnie było ich więcej), którzy odesłali takie zaczernione klisze do producenta, domagając się ich wymiany na nie uszkodzone. W lutym 1890 roku Goodspeed i Jennings w Filadelfii otrzymali nawet na osłoniętej kliszy, znajdującej się blisko rury do wyładowań, pierwszą fotografię przedmiotów, ale nie przywiązali do tego żadnej wagi.
Tylko Röntgen podjął systematyczne badania zauważonej przez siebie przypadkowo fluorescencji ekranu pokrytego platynocyjankiem baru i jemu przypadła sława odkrywcy niewidzialnych promieni.
PRZYPADKOWE ODKRYCIE PROMIENIOTWÓRCZOŚCI URANU
Promieniotwórczość uranu też została odkryta przypadkowo, jako konsekwencja odkrycia promieni X. Po publikacji pracy Röntgena 28 grudnia 1895 roku cały świat został zafascynowany niezwykłymi właściwościami nowych promieni, które stały się głównym tematem dyskusji we wszystkich środowiskach.
20 stycznia 1896 roku Henri Poincaré opowiedział o zadziwiającym odkryciu Röntgena na posiedzeniu Akademii Nauk w Paryżu. Wysunął wówczas hipotezę, że emisja promieni X ma związek ze zjawiskiem fosforescencji, czyli opóźnionym wysyłaniem światła po naświetleniu danej substancji. Obecny na posiedzeniu Becquerel postanowił sprawdzić tę hipotezę. Miał w swej pracowni minerał, siarczan uranylowo-potasowy, K2[UO2 (SO4)2] (H2O)2, znany jako substancja o silnej fosforescencji. Wystawił go więc na działanie światła słonecznego, a następnie sprawdził, że położony na pewien czas na kliszy fotograficznej, owiniętej w czarny papier, powoduje jej wyraźne zaczernienie. Na posiedzeniu Akademii Nauk 24 lutego Becquerel przedstawił ten wynik, uznając, że hipotezę Poincarégo potwierdzono.
Postanowił jednak kontynuować doświadczenia. Tymczasem w końcu lutego pogoda w Paryżu się popsuła i rzadko świeciło słońce. Czekając na poprawę pogody, Becquerel przechowywał mało naświetlony minerał razem z kliszą w szufladzie. Po paru dniach zdecydował się wywołać kliszę i ze zdumieniem stwierdził, że jej zaczernienie jest bardzo duże. Zrozumiał wtedy, że jego poprzedni wniosek był błędny i na następnym posiedzeniu Akademii Nauk 2 marca ogłosił, iż sól uranylowa sama z siebie wysyła nieznane przenikliwe promieniowanie. Tak więc błędna hipoteza i zbieg okoliczności doprowadziły do odkrycia, uhonorowanego potem Nagrodą Nobla.
Becquerel postanowił zbadać dokładniej właściwości nowo odkrytego promieniowania. Trzykrotnie jeszcze w marcu 1896 roku na posiedzeniach Akademii Nauk przedstawiał swoje wyniki. Najpierw, 9 marca, oznajmił, że promienie wysyłane przez siarczan uranylowo-potasowy, trzymany przez kilka dni w ciemności, powodują po przejściu przez dwumilimetrową płytkę aluminiową rozładowanie elektroskopu listkowego. Stwierdził też, że te niewidzialne promienie mogą ulegać odbiciu i załamaniu. Cały czas konsekwentnie posługiwał się kliszami fotograficznymi. W kolejnym komunikacie, 23 marca, podał dokładniejsze wyniki dotyczące zdolności jonizującej nowych promieni. Porównując skutki działania promieni Röntgena wychodzących z rury Crookesa i promieniowania soli uranowej, stwierdził, że pierwsze z nich rozładowuje elektroskop ponad 100 razy szybciej. Tydzień później Becquerel podał, że promienie uranowe ulegają podwójnemu załamaniu i polaryzacji.
Doświadczenia Becquerela były starannie przemyślane i wykonane, ale wyniki dotyczące rzekomego odbicia, załamania i polaryzacji promieni uranowych, uzyskane zawodną metodą badania zaczernienia kliszy fotograficznej, były – jak dziś wiemy – błędne i przyczyniły się do wyraźnego spadku zainteresowania nowymi promieniami.
Becquerel był znanym i cenionym fizykiem, toteż jego wyników nikt nie podawał w wątpliwość. Skoro promienie uranowe wykazywały właściwości falowe, jak zwykłe światło, uznano, że ich naturę lepiej zrozumiano niż odkrytych wcześniej, lecz nadal tajemniczych promieni Röntgena. Najlepiej świadczy o tym fakt, iż na wspomnianych trzech posiedzeniach Akademii Nauk przedstawiono ponad 30 doniesień o badaniach promieni Röntgena; w tej powodzi komunikaty Becquerela o promieniowaniu uranowym, mającym właściwości podobne do zwykłego światła, nie mogły wywołać szerszego oddźwięku.
Na wieść o odkryciu promieni Röntgena ówczesnych uczonych ogarnął ogromny zapał. Nowe pole badań przyciągnęło także mniej kompetentnych naukowców, którzy swoimi doniesieniami potęgowali zamęt. Nic więc dziwnego, że w atmosferze nie słabnącego zainteresowania promieniami X, a jednocześnie licznych doniesień o wielości źródeł przenikliwego promieniowania, niewielkie wrażenie wywołał kolejny komunikat Becquerela, który 23 maja doniósł, że uran metaliczny także wysyła niewidzialne promieniowanie, i to z natężeniem czterokrotnie większym niż wcześniej badane sole uranu.
PROMIENIE URANU TO PO PROSTU ŚWIATŁO!
Wszędzie niewidzialne promienie!Już 27 stycznia 1896 roku, parę tygodni przed pierwszym komunikatem Becquerela, Gustave Le Bon wystąpił na posiedzeniu Akademii Nauk z referatem na temat “czarnego światła” (lumi?re noire). Twierdził on, że zwykła lampa parafinowa wysyła szczególne promieniowanie, które może przenikać przez płytki metalowe. Umieszczał on kliszę fotograficzną pod negatywem osłoniętym żelazem lub ołowiem i po 3 godzinach naświetlania widział na kliszy obraz tak wyraźny, jakby nie było przeszkody między kliszą i źródłem światła.3 lutego Le Bon wystąpił z następnym komunikatem: tym razem twierdził, że starał się wyeliminować możliwy wpływ ciepła i światła zebranego w płytkach metalowych. Jednak na tym samym posiedzeniu Niewęgłowski doniósł, że powtórzył doświadczenia Le Bona w całkowitej ciemności (bez źródła światła!) i wywnioskował, iż obraz na kliszy powstaje wskutek energii promieniowania skupionej w metalu. Natomiast Moreau twierdził, że można otrzymać obraz na kliszy zamkniętej w pudełku blisko zwykłej cewki indukcyjnej bez rury Crookesa. 10 lutego Henry przedstawił wyniki swych badań, z których zdawało się wynikać, że fosforyzujący siarczek cynku powoduje, iż metale stają się przezroczyste dla promieni X, lub że sama ta substancja emituje jakieś nowe niewidzialne promieniowanie przenikliwe. 9 marca Troost potwierdził, że siarczek cynku pozwala uzyskiwać na osłoniętej kliszy obrazy tak wyraźne, jak przy użyciu promieni X z rury Crookesa. W końcu lutego nadeszła też wiadomość z USA, gdzie Mau otrzymał fotografię klucza na szczelnie osłoniętej kliszy po pięciogodzinnym naświetleniu zwykłym światłem słonecznym. Inny Amerykanin, Egbert, potwierdził, że światły taońca pozwala otrzymywać na szczelnie osłoniętej kliszy obrazGatuk wyraźne, jak przy użyciu promieni X. Te fałszywe wyniki zostały po paru miesiącach sprostowane, na razie jednak dopatrywano się wszędzie istnienia promieni, przenikających przez nieprzezroczyste dla zwykłego światła przeszkody.Inni badacze “odkrywali” jeszcze bardziej egzotyczne źródła niewidzialnego przenikliwego promieniowania. Na przykład prof. McKissick z Alabama Polytechnic Institute twierdził, że jego źródłem jest m.in. cukier i zwykła kreda. W Erlangen Arnold ogłosił, że promienie Becquerela są wysyłane przez siarczek cynku, fluoryt, różne mieszaniny innych siarczków i wolframianów, a nawet przez otrzymywany z żywicy węglowodór C18H18.Komunikaty na kolejnych posiedzeniach Akademii Nauk w Paryżu potwierdzały odkrycia Le Bona. 16 marca Ellinger doniósł o pomyślnym powtórzeniu wszystkich doświadczeń z “czarnym światłem”, a 11 maja sam Le Bon podał następny sensacyjny wynik: oto “czarne światło” kondensuje się w płytach metalowych, którymi – po godzinnym naświetleniu światłem łuku elektrycznego – okładano kliszę i negatyw. Obraz otrzymywany potem na kliszy powstawał, zdaniem Le Bona, dzięki “czarnemu światłu” skupionemu uprzednio w metalu.6 lipca Colson zapewnił członków Akademii Nauk, że cynk, po oczyszczeniu powierzchni papierem ściernym, działa na kliszę fotograficzną, a 13 lipca Pellat doniósł, że otrzymał podobny wynik dla stali. Colson przypisywał to zjawisko parom metalu, natomiast Pellat, powołując się na doświadczenia Becquerela z metalicznym uranem, był zdania, że metale wysyłają przenikliwe niewidzialne promieniowanie. 24 sierpnia 1896 roku Henry doniósł na posiedzeniu Akademii Nauk w Paryżu, że nawet światło emitowane przez robaczki świętojańskie potrafi przenikać przez czarny papier. Odkrycie to wkrótce potwierdził Muraoka w Kioto.Sprostowanie tych błędnych doniesień zabrało sporo czasu. Na przykład Muraoka wycofał swe doniesienie dopiero w marcu 1898, a Le Bon obstawał przy “czarnym świetle” jeszcze w styczniu 1899 roku.
John Joseph Thomson podczas odczytu pt. Promienie Röntgena, wygłoszonego na uniwersytecie w Cambridge 10 czerwca 1896 roku, powiedział: Po odkryciu promieni Röntgena Becquerel odkrył nowy rodzaj światła, którego właściwości przypominają promienie Röntgena bardziej niż jakiekolwiek światło znane dotychczas… Becquerel wykazał, że to promieniowanie soli uranowych może ulegać polaryzacji, jest więc to niewątpliwie światło; może także ulegać załamaniu. Tworzy ono przejście między promieniami Röntgena i zwykłym światłem, przypomina promienie Röntgena swym działaniem fotograficznym, zdolnością przechodzenia przez substancje nieprzezroczyste dla zwykłego światła i charakterystycznym działaniem elektrycznym, natomiast przypomina zwykłe światło swą zdolnością polaryzacji i załamania [...]
Promieniowanie soli uranowych jest szczególnie interesujące z innego punktu widzenia. Sir George Stokes wykazał, że w przypadku fosforescencji wywołanej światłem słonecznym lub lampy łukowej światło wysyłane przez fosforyzujące ciało ma długość większą od światła wywołującego fosforescencję; natomiast w przypadku fosforescencji odkrytej przez Becquerela wysyłane jest światło o mniejszej długości fali niż światło padające [...]
Tymczasem jesienią 1896 roku holenderski fizyk Pieter Zeeman odkrył w Lejdzie rozszczepienie linii widmowych w polu magnetycznym. Kiedy 30 października ogłoszono o tym w Holenderskiej Królewskiej Akademii Nauk, wielu fizyków od razu zdecydowało się zająć tym od dawna poszukiwanym zjawiskiem. Był wśród nich także Becquerel, który swe prace na temat zjawiska Zeemana i efektu Faradaya aż siedmiokrotnie przedstawiał na posiedzeniach Akademii Nauk w Paryżu (między 8 listopada 1897 a 16 stycznia 1899 roku).
Hendrik Anton Lorentz, profesor fizyki w Lejdzie, był na przełomie stuleci uznawany przez wszystkich teoretyków za lidera. Cechowała go nadzwyczajna biegłość w rozwiązywaniu problemów. Już następnego dnia po wysłuchaniu komunikatu Zeemana ogłosił kompletne teoretyczne wyjaśnienie zjawiska wraz z przewidywaniem polaryzacji rozszczepionych linii. O wadze, jaką przywiązywano wówczas do tego odkrycia, świadczy najlepiej fakt, że w 1902 roku Lorentz i Zeeman zostali laureatami Nagrody Nobla z fizyki. Do Lorentza jeszcze wrócę za miesiąc, gdy będzie mowa o odkryciu elektronu.
Nie dziwmy się więc Becquerelowi, że porzucił “nieciekawy” temat, jakim zdawały się promienie uranowe, i zajął się zagadnieniem, które wówczas elektryzowało wszystkich. Mimo to ogłosił jednak jeszcze trzy krótkie komunikaty na temat “promieni uranowych”
23 listopada 1896 oraz 1 marca i 12 kwietnia 1897 roku. W tym ostatnim stwierdzał, że aktywność soli uranowej nie zmieniła się zauważalnie w ciągu roku badań. Był on w tym okresie chyba jedynym uczonym poświęcającym swój czas badaniu promieni, uznanych powszechnie za znacznie mniej ciekawe od promieni Röntgena. Dość powiedzieć, że w 1896 roku ukazało się ponad 1000 prac oraz 50 książek i broszur na temat promieni Röntgena, a tylko kilkanaście artykułów na temat “promieni uranowych” .
Następna praca Becquerela na temat promieniotwórczości została przedstawiona dopiero 27 marca 1899 roku, rok po pierwszej publikacji Marii Skłodowskiej-Curie i parę miesięcy po odkryciu polonu i radu. Właściwie cały czas od maja 1896 do wiosny 1898 roku był okresem stagnacji w badaniach promieni Becquerela.
PONOWNE ODKRYCIE PROMIENIOTWÓRCZOŚCI
Trudno powiedzieć, jak potoczyłaby się historia promieniotwórczości, gdyby w końcu 1897 roku Maria Skłodowska-Curie nie zdecydowała zająć się systematycznie tak “nieciekawym” zagadnieniem, jakim wydawało się wówczas promieniowanie uranu. Skończyła właśnie swoją rozprawę dyplomową na temat właściwości magnetycznych hartowanej stali i gdyby kontynuowała te badania, zapewne jej nazwisko nie przeszłoby do historii.
Jej pierwsza samodzielna praca na temat promieniotwórczości – nazwa właśnie przez nią zaproponowana – to zerwanie z praktykami ówczesnych badaczy nowych promieni. Po pierwsze, Maria Skłodowska-Curie użyła do badań precyzyjnego i czułego elektrometru – zamiast metody fotograficznej, która ze względu na jakość ówczesnych klisz dawała tylko wyniki jakościowe, niepowtarzalne i często – jak widzieliśmy – błędne. Po drugie, postanowiła zbadać dostępne minerały, skały i inne substancje.
To zerwanie z przeszłością przyniosło od razu przełomowy wynik: okazało się, że natężenie promieniowania w różnych minerałach zawierających uran nie jest proporcjonalne do zawartości tego pierwiastka. Na tej podstawie wysunęła śmiałą hipotezę, że istnieje nowy, nieznany pierwiastek promieniotwórczy. Ponadto, dzięki systematycznym badaniom, stwierdziła promieniotwórczość toru; tego odkrycia dokonał niezależnie niemiecki fizyk Gerhard Schmidt, który – stosując metodę fotograficzną analogicznie do Becquerela – stwierdził ponadto, że promienie torowe ulegają załamaniu i odbiciu (rozpraszaniu), lecz nie dają się polaryzować. Utrwalił więc częściowo błędne wyniki Becquerela.
Okazało się, że wyniki, do jakich mnie ta praca doprowadziła, odsłaniają widoki tak ciekawe, że pan Curie, odstępując od swych robót, będących w biegu, przyłączył się do mnie i odtąd wspólnie nasze usiłowania skierowaliśmy ku wydobyciu nowych ciał promieniotwórczych i ich zbadaniu – napisała Maria Skłodowska-Curie we wstępie do swej rozprawy doktorskiej Badanie ciał radioaktywnych.
Polskie echaW roczniku z 1896 roku wydawanego w Warszawie tygodnika “Wszechświat” znalazło się sześć długich ilustrowanych artykułów oraz czternaście krótkich notatek na temat promieni Röntgena, trzy notatki na temat “czarnego światła” Le Bona i przenikliwego promieniowania wysyłanego przez pewne grzyby i tylko dwie notki o promieniach wysyłanych przez uran.Dobrze odzwierciedla to rozkład zainteresowania ówczesnych uczonych nowymi promieniami.
Tak więc, to właśnie pierwsza jej publikacja, ogłoszona w maju 1898 roku, ponownie skierowała uwagę badaczy na promienie Becquerela. Dwa miesiące później, po niezwykle uciążliwej pracy mającej na celu wydzielenie poszukiwanej substancji z blendy smolistej, małżonkowie Curie donieśli o odkryciu nowego pierwiastka promieniotwórczego: Niektóre rudy, zawierające uran i tor (blenda smolista, chalkolit, uranit), są bardzo aktywne pod względem emisji promieni Becquerela. W poprzedniej pracy jedno z nas wykazało, że ich aktywność jest nawet większa od aktywności uranu i toru i wyraziło opinię, że fakt ten należy przypisać jakiejś innej, nadzwyczaj aktywnej substancji, która znajduje się w tych rudach w bardzo nieznacznej ilości [...] Przypuszczamy, że ciało, które wyodrębniliśmy z blendy smolistej, zawiera nieznany jeszcze metal, zbliżony do bizmutu pod względem właściwości chemicznych. Jeśli istnienie tego metalu się potwierdzi, proponujemy dla niego nazwę “polon” – od nazwy ojczyzny jednego z nas.
W okresie, gdy kobiety miały trudności z dostaniem się na wyższe uczelnie i kiedy odmawiano im wielu praw, zwłaszcza studiowania na równi z mężczyznami nauk ścisłych, wielu ludziom wydawało się mało prawdopodobne, by wspaniały pomysł systematycznego badania promieniotwórczości mógł się zrodzić samodzielnie w głowie młodej Polki.
Wśród Francuzów częste było wtedy przekonanie, że to wybitny uczony Piotr Curie podsunął swej żonie temat badań i czuwał nad nimi, a Maria spełniała tylko rolę pomocniczą. Jednak wszystkie znane fakty świadczą, że jest to przekonanie błędne i niesprawiedliwe. Maria Skłodowska-Curie, według powszechnej opinii osoba niezwykle skromna, a przy tym kochająca żona, niemal zawsze podkreślała, że odkrycia w dziedzinie promieniotwórczości są ich wspólnym dziełem. Z jednym wyjątkiem: właśnie gdy chodziło o sam pomysł zajęcia się promieniotwórczością. W swej “Autobiografii” napisała: Zdecydowałam się wreszcie na temat mojej rozprawy doktorskiej. Uwagę moją zwróciły ciekawe wyniki badań Henri Becquerela soli rzadkiego metalu – uranu.
Podobnie, Irena Joliot-Curie we wspomnieniach o swej matce i ojcu napisała wyraźnie: Moja matka… zdecydowała się podjąć badania promieni Becquerela… Nie ma więc powodu, żeby odmawiać Marii Skłodowskiej-Curie samodzielności w podjęciu decyzji, która przyniosła wyniki tak przełomowe dla nauki.
SCEPTYCYZM CROOKESA
HyperfosforescencjaOpinię ówczesnych fizyków bardzo dobrze charakteryzuje poniższy wyjątek z książki profesora Uniwersytetu Warszawskiego, Wiktora Biernackiego pt. Nowe dziedziny widma, wydanej w Warszawie w połowie 1898 roku, a więc pisanej zapewne w czasie, kiedy Maria Skłodowska-Curie zdecydowała się na podjęcie badania promieniotwórczości:Becquerel wykrył, że sole uranowe wysyłają niewidzialne promienie przenikające przez glin, papier czarny dla światła nieprzezroczysty, i rozpraszają ładunki elektryczne. Podobnie jak ciała fosforyzujące, po krótkim oświetleniu, przez pewien czas (kilkanaście godzin) świecą, tak też sole uranowe wysyłają, lecz znacznie dłużej, bo miesiące całe, owe promienie niewidzialne. Zjawisko to fizycy niektórzy nazywają hyperfosforescencją. Jeszcze mocniej w sposób podobny działa czysty metal uran. Znaleziono wiele jeszcze innych ciał, wysyłających podobne promienie niewidzialne, jak siarek cynku, siarek wapnia itp. Wszystkie te ciała fosforyzują widzialnie; lecz, chociaż już świecić widzialnie przestają, przez czas bardzo długi jeszcze wysyłają owe promienie niewidzialne, o własnościach zbliżonych do własności promieni Röntgena. Tym promieniom niewidzialnym nadano ogólne miano promieni Becquerela. Wszystkie one rozpraszają ładunki elektryczne, ulegają jednak mocniejszemu pochłanianiu w powietrzu, aniżeli promienie Röntgena. Prócz tego Becquerel wykazał, że dają się one odbijać od powierzchni zwierciadlanych, załamywać, oraz polaryzować.Fosfor świecący przy powolnym utlenianiu w powietrzu wilgotnym, prócz promieni widzialnych, wysyła też promienie niewidzialne, przenikające przez papier czarny i działające na czułe klisze fotograficzne; glin jest jednak dla nich nieprzezroczysty.W świetle robaczków świętojańskich zawarte są też podobne promienie, przenikające i przez glin, a nawet przez cienkie blaszki miedziane. Jak i promienie Becquerela, ulegają one odbiciu, załamaniu i polaryzacji.Każdy niemal dzień przynosi nowe w tej dziedzinie odkrycia; zakres ciał wysyłających promienie o właściwościach dotychczas nieznanych rozszerza się coraz bardziej: jedne z nich fosforyzują i widzialnie i niewidzialnie (hyperfosforyzują), inne tylko niewidzialnie, promieniami o własnościach podobnych do własności promieni Röntgena.Jeśliśmy się zgodzili uważać promienie X za przejaw drgań eteru poprzecznych, z tym większą słusznością przypuścić to możemy dla promieni Becquerela i promieni im analogicznych. Lecz ponieważ ze względu na ich zdolność odbijania się, załamania i polaryzacji, zbliżają się one bardziej do promieni widzialnych, aniżeli promienie Röntgena, więc też przypisać im należy fale o długościach pośrednich pomiędzy długością fal poznanych dotychczas promieni pozafiołkowych oraz promieni X.W książce Biernackiego promienie Röntgena są omawiane szczegółowo na kilkudziesięciu stronach, natomiast promienie Becquerela tylko w tej krótkiej wzmiance, przytoczonej tu w całości i zawierającej – jak dziś wiemy – przeważnie fałszywe stwierdzenia.
William Crookes, wówczas prezes British Association for the Advancement of Science, w referacie na zjeździe tej organizacji w Bristolu, we wrześniu 1898 roku, poświęcił promieniotwórczości zaledwie drobną część swego wystąpienia. Z jego słów wynika wyraźnie, że tę dziedzinę badań nadal traktował marginesowo w porównaniu z badaniami promieni X: Nie znaleziono dotychczas żadnego innego źródła promieni Röntgena poza rurą Crookesa, ale stwierdzono istnienie promieni podobnych rodzajów. Promienie Becquerela, wysyłane przez uran i jego związki, zyskały teraz towarzystwo w promieniach – odkrytych niemal równocześnie przez Curie i Schmidta – wysyłanych przez tor i jego związki. Promienie torowe działają na płyty fotograficzne przez zasłony z papieru lub aluminium i są pochłaniane przez metale i inne ciała gęste. Jonizują one powietrze, czyniąc je przewodnikiem elektryczności; można je załamywać i przypuszczalnie odbijać, przynajmniej rozpraszać. W odróżnieniu od promieni uranowych, nie ulegają polaryzacji przy przejściu przez turmalin, a więc przypominają pod tym względem promienie Röntgena.
Zupełnie niedawno pan i pani Curie ogłosili odkrycie, które, jeśli zostanie potwierdzone, na pewno pomoże w badaniu tego niejasnego działu fizyki. Zwrócili oni uwagę na nowy składnik minerału uranu, blendy smolistej, który w porównaniu z uranem posiada 400 razy większą zdolność emitowania jakiejś formy energii, zdolnej do działania na płytę fotograficzną i wyzwalania elektryczności przez czynienie powietrza przewodnikiem. Wydaje się też, że aktywność promienista nowego ciała, któremu odkrywcy nadali nazwę Polonium, nie wymaga ani wzbudzania przez światło, ani przez elektryczność; podobnie jak uran, czerpie ono swą energię z jakiegoś stale odnawiającego się, niewyczerpanego źródła, którego przedtem się nie domyślano [...]
Crookes nazywał polon “ciałem”, a więc nie zdobył się jeszcze na zaliczenie polonu do pierwiastków chemicznych (w innej części swego referatu omawia obszernie odkrycia kryptonu, neonu i metaargonu – dziś nazywanego ksenonem – dokonane przez Ramsaya między majem a lipcem tego roku, a także odkrytego przez siebie “monium”, który zresztą okazał się wkrótce mieszaniną dwóch znanych już pierwiastków). Poświęca jednak trochę miejsca problemowi źródła energii promieni uranowych i torowych i tu przedstawia swą hipotezę, według której te ciężkie pierwiastki mają zdolność przejmowania energii od najszybszych cząsteczek z ogona rozkładu Maxwella.
Zmniejszenie prędkości szybkich cząsteczek ochładzałoby warstwę powietrza, w której się znajdują, ale to ochładzanie byłoby szybko kompensowane przez promieniowanie i przewodzenie z otaczającej atmosfery; w zwykłych warunkach różnica temperatury byłaby niezauważalna, wobec czego uran wydawałby się nieustannie wysyłać promienie energii bez widocznych środków odtwarzania.
Całkowita energia ruchu translacyjnego i wewnętrznych ruchów cząsteczek w spokojnym powietrzu przy normalnej temperaturze i ciśnieniu wynosi około 140 000 stopo-funtów na jard sześcienny powietrza. Zatem powietrze w pokoju o wysokości 12, szerokości 18 i długości 22 stóp zawiera energię wystarczającą do poruszania maszyny o mocy jednego konia mechanicznego przez dwanaście godzin. Źródło, z którego czerpią energię uran i inne ciężkie atomy, czeka tylko na dotknięcie magicznej pałeczki nauki, aby pozwolić dwudziestemu stuleciu usunąć w cień wspaniałości stulecia dziewiętnastego [...]
W końcu 1898 roku fizycy niemieccy, Julius Elster i Hans Geitel, udowodnili doświadczalnie, że promieniowanie uranu jest takie samo przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym i w próżni, jak również po umieszczeniu uranu w kopalni na głębokości 852 m. Przeczyło to hipotezie Crookesa.
NA SCENĘ WKRACZA ERNEST RUTHERFORD
Ernest Rutherford przybył do laboratorium Thomsona w Cambridge z Nowej Zelandii i początkowo zajmował się innym fascynującym wówczas tematem – wykorzystaniem odkrytych niedługo przedtem fal elektromagnetycznych do przesyłania informacji. Przez krótki okres do niego właśnie należał rekord – pobity potem przez Guglielmo Marconiego – odległości, na którą przesyłano sygnały. W styczniu 1899 roku ukazała się w “Philosophical Magazine” jego obszerna rozprawa pt. Promieniowanie radu i wywołane przez nie przewodnictwo elektryczne, wysłana do redakcji z Cambridge z datą 1 września 1898 roku. Można z niej wnioskować, że Rutherford rozpoczął badania promieniotwórczości dużo wcześniej, zapewne w podobnym czasie jak Maria Skłodowska-Curie.
Już na wstępie Rutherford przypomniał, że Becquerel stwierdził, iż promieniowanie uranu można załamywać i polaryzować, podczas gdy nie uzyskano żadnych pewnych wyników na temat polaryzacji i załamania promieni Röntgena. Mimo wielokrotnych prób nie udało się Rutherfordowi potwierdzić eksperymentalnie, iż promieniowanie uranu istotnie ulega załamaniu i polaryzacji. W omawianej pracy otrzymał ważny wynik: promieniowanie uranu ma dwie składowe, różniące się znacznie zdolnością przenikania przez materię. Składową silnie pochłanianą nazwał promieniowaniem a, a składową przenikliwą – promieniowaniem b. Ten wynik świadczył, że promieniowanie uranu jest bardziej skomplikowane, niż to wynikało z pierwszych badań Becquerela. Pomyślał więc, iż, być może, małżonkowie Curie zbyt się pospieszyli, postulując istnienie nowej substancji:
Możliwe, że odkryte przez Curie bardzo silne promieniowanie blendy smolistej jest wywołane częściowo raczej bardzo złożoną strukturą tego materiału niż tym, że próbka zawiera nową, silnie promieniującą substancję.
ODKRYCIE RADU
Tymczasem małżonkowie Curie wraz z Gustavem Bémontem kontynuowali badania zmierzające do wydzielenia z blendy smolistej kolejnej nowej substancji. Odkrycie radu zostało zakomunikowane 26 grudnia 1898 roku:
Fakty każą nam przypuszczać, że w tym nowym związku promieniotwórczym znajduje się nowy pierwiastek, który proponujemy nazwać radem. Nowy ten związek zawiera na pewno bardzo znaczną ilość baru, mimo to jednak jest on silnie promieniotwórczy. Promieniotwórczość radu musi być zatem ogromna.
Odkrycia polonu i radu rozwiały wszelkie wcześniejsze wątpliwości na temat istnienia nowych pierwiastków. Teraz z kolei wielu fizyków uznało, że promieniotwórczość to bardzo fascynujący temat. Sam Becquerel po dwóch latach powrócił do badań uranu i 27 marca 1899 roku przedstawił w paryskiej Akademii Nauk komunikat, w którym odwoływał swe poprzednie doniesienia na temat załamania i polaryzacji promieni uranowych. Podał także ważny wynik, że aktywność soli uranowej w jego laboratorium pozostała nie zmieniona od maja 1896 roku.
Następny rok przyniósł nowe odkrycia. Liczba prac na temat promieniotwórczości zaczęła szybko rosnąć. W Paryżu André Debierne odkrył kolejny pierwiastek promieniotwórczy, aktyn (wyniki przedstawiono 16 października 1899 roku na posiedzeniu Akademii Nauk). Największe znaczenie dla rozwoju badań promieniotwórczości miało jednak zaangażowanie się w nie Rutherforda, który wkrótce (w 1900 roku) doniósł o odkryciu emanacji toru, a potem wraz z Frederickiem Soddym opracował pierwszą teorię przemian promieniotwórczych. W 1903 roku Becquerel oraz małżonkowie Curie otrzymali Nagrodę Nobla z fizyki. Po przedwczesnej, tragicznej śmierci Piotra Curie w 1906 roku Maria Skłodowska-Curie kontynuowała badania samodzielnie. W 1911 roku została uhonorowana drugą Nagrodą Nobla, tym razem z chemii. Trzy lata wcześniej Nagrodę Nobla z chemii otrzymał Ernest Rutherford. Wtedy było już wiadomo, że badanie promieniotwórczości prowadzi do przewrotu w nauce o budowie materii.
Kto co wniósł? Odkrycia polonu i radu są wspólnym osiągnięciem Marii i Piotra Curie. Ewa Curie w znanej książce Maria Curie tak pisała o swoich rodzicach:Nie możemy dociec – i zresztą nie mamy prawa dociekać, co w ciągu tych lat ośmiu wniósł w ową pracę on, a co ona, bowiem oni tego wyraźnie nie chcieli. Wielkość umysłu Piotra znamy z jego poprzednich prac, wielkość umysłu Marii wykazała nam jej wspaniała hipoteza [...]…Więc dosyć mamy dowodów na to, że w naukowym związku ich dwojga wymiana była wzajemna i równe udziały. To nam musi wystarczyć i całkowicie zaspokoić naszą ciekawość w tym względzie. Teraz już nam nie wolno oddzielać w pracy jej od niego, teraz muszą się oni dla nas złączyć w jedno, tak jak się łączą w jedno ich notatki i ich podpis – zawsze wspólny – na komunikatach przesyłanych towarzystwom naukowym, na pracach ogłaszanych drukiem. Zawsze pisać będą: “stwierdziliśmy”, “zauważyliśmy”, kiedy zaś wyraźna konieczność skłania ich do oddzielenia ich roli w jakimś fragmencie pracy, taką znajdą sobie wzruszającą formę obejścia tej konieczności: Niektóre rudy zawierające uran i tor (smółka uranowa, chalkolit, uranit) są bardzo aktywne pod względem wysyłania promieni Becquerela. W poprzedniej pracy jedno z nas wykazało, że ich aktywność jest nawet większa od aktywności uranu i toru i wyraziło opinię, że fakt ten należy przypisać jakiemuś innemu, nadzwyczaj aktywnemu ciału, które znajduje się w tych rudach w bardzo nieznacznej ilości.
Trudno nie zgodzić się ze zdaniem amerykańskiego historyka Lawrence’a Badasha, który tak podsumował pierwsze lata promieniotwórczości: We wczesnych miesiącach 1898 roku promieniotwórczość to było “martwe pole” – istniała, ale nikt nie wiedział, co z nią zrobić. Trzeba było nie tylko odkrycia aktywności toru, najpierw przez Gerharda C. Schmidta, a potem przez Marię Curie, lecz głównie późniejszych odkryć polonu i radu przez małżonków Curie, aby powróciło zainteresowanie tą dziedziną. Wtedy bowiem stało się oczywiste, że jest to zjawisko atomowe o wielkim znaczeniu.

PODZIAŁ ZWIĄZKÓW. BUDOWA TLENKÓW

I. Wszystkie związki nieorganiczne dzielimy na:
1. tlenki EO, np. CaO, CO2
2. wodorki EH, np. NH3
3. wodorotlenki EOH, np. Ca(OH)2
4. kwasy HR, np. HNO3
5. sole MR, np. CuSO4
6. inne związki, które nie tworzą odrębnej grupy ze względu na brak cech wspólnych. Przykładem takiego związku może być węglik wapnia CaC2 zwany karbidem.

W 1992 roku otrzymano nowy związek, azotek węgla o wzorze C3N4, który charakteryzuje się twardością większą od diamentu. Porównywalną, ale mniejszą twardość mają jeszcze kwarc, karborund i azotek krzemu Si3N4, a z metali tylko wolfram może się z nimi porównywać.

Tlenki są to dwuskładnikowe związki tlenu z innymi pierwiastkami.

EO

gdzie: E – dowolny pierwiastek, O – tlen

II. Pierwiastki grup 1, 2 i 13 układu okresowego tworzą tylko tlenki, w których metal znajduje się na jednym stopniu utlenienia, np. Na2O, CaO, Al2O3.
Nazwy tlenków tworzy się dodając do wyrazu „tlenek” nazwę pierwiastka w dopełniaczu, np. CaO – tlenek wapnia. Jeśli ten występuje na więcej niż jednym stopniu utlenienia, w nawiasie pisze się jego stopień cyfrą rzymską, np.
Cu2O tlenek miedzi (I)
CuO tlenek miedzi (II)
SO2 tlenek siarki (IV), ale dopuszczalna jest nazwa dwutlenek siarki
SO3 tlenek siarki (VI) lub trójtlenek siarki
P2O5 tlenek fosforu (V) lub pięciotlenek fosforu
III. Wszystkie tlenki można podzielić na tlenki metali i tlenki niemetali.
IV. W tlenkach metali grup 1, 2, 13 duża różnica elektroujemności między metalem a tlenem powoduje znaczny udział jonowego charakteru wiązań (60% – 90%) i dlatego tlenki tych metali określa się jako związki jonowe.
W tlenkach metali bloku d kowalencyjność wiązań wzrasta w miarę wzrostu stopnia utlenienia pierwiastka i w pewnym momencie przeważa.
Jonowe kryształy tlenków metali są zbudowane z kationów metali i dwuujemnych jonów tlenkowych O2-.
Ponieważ kationy metali leżących w bloku d układu okresowego są często barwne, więc i tlenki tych metali są barwne.
V. Niemetale, których elektroujemność jest zbliżona do elektroujemności tlenu, tworzą z nim tlenki o wiązaniach kowalencyjnych spolaryzowanych.

Estry kwasów karboksylowych są związkami szeroko rozpowszechnionymi w przyrodzie. Liczne estry nadają charakterystyczne zapachy olejkom roślinnym i owocom, w związku z czym używa się ich do wyrobu syntetycznych esencji zapachowych.

Na zapach jaśminu składa się ponad 200 składników, ale podstawowymi są:
 Cis -jasmon
 Cis-jasmonian metylu
 Octan benzylowy
 Alkohol benzylowy
 Benzoesan benzylu
 Benzoesan cis-3-heksenu
 N- acetyloantralian metylu

Na charakterystyczny zapach olejku jaśminowego wpływa zaledwie parę procent jego składników, a spośród nich cis-jasmon i cis jasmonian metylu są najważniejsze.

Cis jasmon składa się z pierścienia o pięciu atomach węgla, do którego dołączony jest łańcuch składający się z kolejnych pięciu atomów. W połowie tego łańcucha znajduje się wiązanie podwójne, co oznacza, że przy dwóch połączonych z sobą atomach węgla brakuje atomu wodoru. Związek taki można zsyntetyzować w laboratorium, ale wymaga to specjalnych starań, aby umieścić podwójne wiązanie w odpowiednim miejscu i stworzyć wokół niego odpowiednią geometrię molekularną. Dużo łatwiej można otrzymać podobny związek nie zawierający wiązania podwójnego, o nazwie dihydrojasmon, Chemicy, którzy go po raz pierwszy uzyskali, odkryli, że pachnie on tak samo jak cis-jasmon. Podwójne wiązanie nie miało więc wpływu na zapach. Odkrycie tego związku doprowadziło do znacznego obniżenia kosztów produkcji olejku jaśminowego, ponieważ kilogram naturalnego ekstraktu jaśminowego kosztuje 5000$, a jego chemiczny odpowiednik – dihydrojasmon – tylko 50$ za kilogram.

Inne estry mające właściwości zapachowe to:
 Maślan butylu – zapach ananasa
 Octan izoamylu – zapach bananów
 Octan oktylu – zapach pomarańczy

Wiele estrów niższych kwasów karboksylowych i alkoholi otrzymuje się syntetycznie i stosuje jako rozpuszczalniki do farb i lakierów. Na przykład popularny rozpuszczalnik “nitro” zawiera głównie octany alkoholi o trzech, czterech, i pięciu atomach węgla w cząsteczce.

Duże znaczenie praktyczne mają estry kwasu salicylowego (orto- hydroksybenzoesowego). Kwas salicylowy jest hydroksykwasem, dlatego też może tworzyć estry zarówno z alkoholami, jak i kwasami. Spośród nich niewątpliwie najważniejszym jest octan kwasu salicylowego (popularna, choć nieścisła nazwa: kwas acetylosalicylowy), będący głównym składnikiem takich leków jak aspiryna, czy polopiryna.

Niektórych estrów używa się do wyrobu dobrych win, natomiast do innego napoju – denaturatu dodawany jest Bitrex. Jest to ester benzoesan denatonium, który jest jedną z najbardziej gorzkich substancji świata. Bitrex jest dodawany do denaturatu, jak i do innych środków chemicznych aby zniechęcić dzieci (lub dorosłych amatorów tego typu trunków) do picia.

Aminokwasy są to pochodne węglowodorów zawier-
ające w swoich cząsteczkach dwa rodzaje grup f. : karboksylowe -COOH i aminowe -NH2.Wzór ogólny : (alfa i beta) R-CHNH2-(CH2)n-COOH . Grupy te decydują o charakterystycznych właś. aminokwasów
Najprostszy aminokwas to “Gly” – Glicyna :
H2N-CH2-COOH
“Ala” – Alanina : CH3-CHNH2-COOH
“Val” – Walina : CH3-CHCH3-CHNH2-COOH
“Leu” -Leucyna: CH3-CHCH3-CH2-CHNH2-COOH
“Ile”-Izoleucyna CH3-CH2-CHCH3-CHNH2-COOH
“Phe” – FenyloAla: Benzen-CH2-CHNH2-COOH
“Ser” – Seryna : HO-CH2-CHNH2-COOH
“Glu” kw.Glutani HOOC-CH2-CH2-CHNH2-COOH
zasada “Lys” – Lizyna : H2N-(CH2)4-CHNH2-COOH
Właściwości fizyczne aminokwasów : – barwa biała
- subst. krystaliczna ; – wysoka temperatura wrzenia
- jonowy charakter ; – dobrze rozpusz. się w wodzie.
Właściwości chemiczne aminokwasów : – Reagują z kwasami i zasad. wykazując charakter amfoteryczny.
- JONY OBOJNACZE są kationami i anionami, a ich “+” i “-” ładunki wzajemnie się równoważą.
- Zdolne są do łączenia się cząst. za pomocą gr.funk.
Są to reakcje Kondensacji, w wyniku których powstają tzw. PEPTYDY.
- Niektóre aminokwasy otrzymuje się na skalę przemysłową, należą do nich przede wszystkim :
KWAS GLUTAMINOWY, LIZYNA i metionina.
OTRZYMYWANIE : – Aminokwasy otrzymuje się z fluorowcokwasów w reakcji z amoniakiem.:
R-CHCL-COOH + 3NH3 —– NH4CL + R-CHNH2-COONH4 (sól aminowa) —– R-CHNH2-COOH
BIAŁKA – Podobnie jak skrobia i celuloza, należą do naturalnych związków wielkocząsteczkowych. Białka składają się z : C – 50 – 54 % , O – 21,8 – 23,5 % H – 6,5 – 7,3 % , N – 15 – 17,6 % , S – 0,3 – 2,2 %
WZÓR OGÓLNY : H2N – RC/COOH – H
BIAŁKA dzieli się na : PROSTE, składające się tylko z aminokwasów, i Białka ZŁOŻONE, których łańcuch polipeptydowy jest związany ze składnikiem niebiałkowym, np. cukrem, tłuszczem, r.fosforanową
WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE BIAŁEK : – nie mają charakterystycznej temp. topnienia i temp. rozkładu. Niektóre z nich np. b. Włosów, paznokci są w H2O nierozpuszczalne, inne się w niej rozp. Takim wodnym roztw. jest białko jaja kurzego.
DENATURACJA BIAŁKA – polega ona na nieodwracalnym zniszczeniu wyższych struktur białkowych. Jedynie struktura pierwszo i drugo rzędowa nie ulegają destrukcji.
REAKCJA BIURETOWA – Jest charakterystyczna dla związków zawierających wiązanie peptydowe. Powstaje w niej osadu o czerwonofioletowym kolor.
REAKCJA KSANTOPROTEINOWA – Służy do wykrywania białek. Polega ona na nitrowaniu pierść. Aromat. Wyst. W łańcuchach bocznych niektórych aminokwasów. Pojawia się w niej żółte zabarwienie.

Wiązanie chemiczne jest siłą przyciągającą do siebie atomy i utrzymującą je razem. Powstające w wyniku tych oddziaływań zgrupowania atomów nazywamy cząsteczkami (molekułami).
Wiązania chemiczne różnią się siłą wiązania. Wiązaniami silnymi są wiązania kowalencyjne. Nie ulegają one samorzutnemu rozerwaniu w temperaturach fizjologicznych. Wiązania słabe występujące pojedynczo łatwo ulegają rozpadowi już w stosunkowo niskich temperaturach. Istotnego znaczenia nabierają dopiero, gdy występują w grupach. Długość wiązania jest związana z jego siłą: im wiązanie silniejsze, tym bliżej siebie znajdują się atomy.
W układach biologicznych zasadniczą rolę odgrywa kilka typów wiązań chemicznych. Silniejsze i bardziej stabilne są wiązania kowalencyjne. Wiązania niekowalencyjne, choć słabsze, odgrywają istotną rolę stabilizując struktury biologiczne takie jak białka, kwasy nukleinowe czy błony komórkowe.
Wiązania kowalencyjne
Tworzenie wiązań kowalencyjnych polega na uwspólnianiu elektronów. Zachodzi ono pomiędzy dwoma silnie elektroujemnymi atomami dążącymi do przyłączenia elektronów. Istnieją dwa rodzaje wiązań kowalencyjnych: spolaryzowane i niespolaryzowane.
Wiązania niespolaryzowane:
To takie, które tworzą dwa identyczne fragmenty drobiny np.:
O – O, Cl – Cl, CH3 – CH3
Wiązanie niespolaryzowane występuje między atomami o identycznej elektroujemnosci i każdy z nich oddziaływuje tak samo na wspólne pary elektronów.
Wiązania spolaryzowane:
To wspólne pary elektronów przesunięte w kierunku atomu bardziej elektroujemnego. W tego rodzaju wiązaniach wspólna para elektronowa nie jest równomiernie rozłożona, lecz przesunięta w kierunku atomu bardziej elektroujemnego co prowadzi do polaryzacji tego wiązania. Wiązanie to tworzy się pomiędzy atomami niemetali dla których różnica ich elektroujemnosci jest większa od 0 i mniejsza od 1,7 w skali Paulinga. Cząsteczki substancji z wiązaniem kowalencyjnym spolaryzowanym mogą być dipolami jak np.: HCl czy woda lecz mogą pozostać elektrycznie obojętne jak np.: dwutlenek węgla.
Właściwości substancji kowalencyjnych
Tworzą one w stanie stałym 2 rodzaje kryształów: cząsteczkowe i kowalencyjne.
Tomasz Marszałek kl. la

Kryształ cząsteczkowy jest zbudowany z odrębnych cząsteczek. Podczas rozpuszczania lub topnienia rozpada się na pojedyncze cząsteczki.
Jednak większość substancji kowalencyjnych tworzy kryształy cząsteczkowe. W krysztale tym atomy połączone są wiązaniami kowalencyjnymi tworząc cząsteczkę gigant. Przykładowe substancje tworzące ten rodzaj kryształu to: diament, krzem, węglik krzemu.
Substancje kowalencyjne w stanie ciekłym i stałym nie przewodzą prądu elektrycznego. Wyjątkiem jest grafit. Substancje te są izolatorami jednak wystarczy niewielkie zanieczyszczenie by stały się one półprzewodnikami.
Nie ulegają dysocjacji jonowej.
Wiązania spolaryzowane (silnie) rozpuszczają się tylko w rozpuszczalnikach polarnych czyli przede wszystkim w wodzie natomiast niespolaryzowane rozpuszczają się tylko w rozpuszczalnikach niepolarnych.
Substancje kowalencyjne reagują zwykle wolno, gdyż zachodzi konieczność rozerwania wiązania.
Wiązania kowalencyjne tworzące kryształ cząsteczkowy mają stosunkowo niskie temperatury topnienia i wrzenia, a tworzące kryształ kowalencyjny są bardzo trwałe mają wysokie temp. wrzenia i topnienia.
Wiązania wodorowe
Atom wodoru łączyć się może normalnie tylko jednym wiązaniem kowalencyjnym. Jednak wodór zdolny jest do utworzenia dodatkowego wiązania wodorowego. Jest to słabe oddziaływanie elektrostatyczne pomiędzy silnie elektroujemnym atomem (akceptorem) , a atomem wodoru, który jest kowalencyjnie połączony z innym atomem elektroujemnym(donorem). W wiązaniu tym wodór pełni rolę mostka łączącego dwa elektroujemne atomy.
We wzorach wiązanie wodorowe oznacza się zwykle linią przerywaną:

Podstawowe znaczenie dla właściwości i budowy wody maja wiązania wodorowe. Powodują one, że silnie oddziałujące między sobą cząsteczki H2O przechodzić w stan gazowy zaczynają dopiero przy 100° C. Gdyby nie istnienie wiązań wodorowych cała woda na Ziemi znajdowała by się w postaci pary wodnej. Również lód zawdzięcza swoje niezwykłe właściwości tym słabym oddziaływaniom. Każdy atom tlenu łączy się dwoma wiązaniami kowalencyjnymi z atomami wodoru, oraz dwoma wiązaniami wodorowymi z sąsiednimi cząsteczkami (Rys1).

Tomasz Marszałek kl. la

Rys.1

Wiązania wodorowe wpływają nie tylko na temperaturę wrzenia i rozpuszczalność związków, lecz także odgrywają zasadniczą rolę przy tworzeniu trójwymiarowych struktur makrocząsteczek takich jak białka i kwasy nukleinowe.
Wiązania jonowe
W przypadku wiązań kowalencyjnych chmura elektronowa przesunięta jest zazwyczaj w kierunku atomu o większej elektroujemności. Kiedy takie wiązanie pęka, elektrony pozostają z atomem o większej elektroujemności; staje się on jonem o ujemnym ładunku – anionem. Drugi atom z rozerwanej pary pozbawiony zostaje elektronów i nabywając ładunek dodatni staje się kationem. W niektórych układach różnica elektroujemności pomiędzy atomami biorącymi udział w wiązaniu jest na tyle duża, że elektrony przeciągnięte zostają całkowicie na stronę jednego z nich. Taka sytuacja ma miejsce w cząsteczce NaCl. Duża różnica elektroujemności (Na 0,9; Cl 3,0) powoduje, że elektrony nie są już dzielone pomiędzy atomami (jak w wiązaniu kowalencyjnym), lecz przeniesione całkowicie na atom chloru. Tak więc w rzeczywistości mamy do czynienia z następującym rozkładem ładunków: Na+Cl-. Atomy takiej cząsteczki połączone są wiązaniem jonowym. Jest to elektrostatyczne przyciąganie utworzonych przez atomy pierwiastka jonów. Różnica elektroujemnosci obu atomów musi być większa lub równa 1,7 w skali Paulinga.
Tomasz Marszałek kl. la

Właściwości substancji jonowych
Tworzą one w stanie stałym jonowa siec krystaliczną. Nie składa się ona z cząsteczek, lecz z gigantycznej liczby ułożonych na przemian jonów dodatnich i ujemnych. Każdy z jonów stara otoczyć się jak największa liczbą jonów znaku przeciwnego, ponieważ dążą do tego, aby energia całego układu była jak najmniejsza. Liczba jonów przeciwnego znaku, która otacza dany jon bezpośrednio w sieci krystalicznej to liczba koordynacyjna. Zależy ona głównie od stosunku wielkości anionu do kationu. Dla anionu NaCl liczba ta wynosi 6. W sieci krystalicznej każdy jon ma swoje miejsce tzw. węzeł.
Substancje jonowe w stanie stałym nie przewodzą prądu, lecz w stanie ciekłym są przewodnikiem. Wynika to z tego, że w stanie stałym jony mogą jedynie drgać, a po stopieniu mogą się poruszać odbijając się między sobą. W stanie ciekłym powstają dwa rodzaje nośników prądu elektrycznego: kationy i aniony.
Substancje jonowe ulegają dysocjacji jonowej czyli rozpadowi na jony.
Rozpuszczają się w rozpuszczalnikach polarnych czyli przede wszystkim w wodzie. Nie rozpuszczają się w rozpuszczalnikach niepolarnych takich jak benzyna, czterochlorek węgla czy eter.
Reakcje z udziałem związków jonowych zachodzą niezwykle szybko prawie natychmiastowo.
Mają one stosunkowo wysokie temperatury wrzenia i topnienia np.: NaCl topi się w temp. 801 stopni C, a wrze w temp. 1413 stopni C.
Wiązanie metaliczne
Wiązanie metaliczne to elektrostatyczne oddziaływanie pomiędzy kationami metalu znajdującymi się w węzłach sieci krystalicznej, a gazem elektronowym , który utworzony jest z elektronów walencyjnych (rys.2).
Substancje połączone wiązaniem metalicznym mogą charakteryzować się możliwością zginania i rozciągania. Są też świetnymi przewodnikami ciepła i elektryczności. Możemy z nich tworzyć stopy o dowolnych proporcjach.
Rys.2
Wiązanie koordynacyjne (donorowo – akceptorowe)
Jest to wiązanie utworzone przez wspólną parę elektronową pochodzącą od jednego atomu. Dawca pary elektronowej to donor, a atom lub jon który potrzebuje tej pary to akceptor. Wiązanie koordynacyjne po utworzeniu ma takie same własności jak wiązanie atomowe spolaryzowane.

sorki ale nie wiem jak wam wstawic rysunki )

NIE UŻYWAĆ W VII L.O. W KATOWICACH.

Większoœć pierwiastków chemicznych występuje w postaci dwu lub większej liczbie typów atomów, różnišcych się między sobš liczbš atomów w jšdrze. Wyróżniamy np. trzy typy atomów wodoru (H), pięć typów atomów węgla (C) oraz 16 typów ołowiu (Pb) .Te różne typy atomów jednego i tego samego pierwiastka nazywane sš IZOTOPAMI (isos = równy, topos = miejsce), ponieważ zajmujš one to samo miejsce w układzie okresowym pierwiastków. Wszystkie izotopy danego pierwiastka majš takš samš liczbę protonów, lecz różniš się liczbš neutronów w jšdrze.

Aczkolwiek izotopy danego pierwiastka majš takie same właœciwoœci chemiczne, można je rozróżnić stosujšc właœciwoœci fizyczne. Niektóre sš radioaktywne, wobec tego można je wykrywać i okreœlić iloœciowo na podstawie intensywnoœci promieniowania. Inne izotopy można rozróżniać na podstawie nieznacznych różnic w masie atomowej spowodowanych obecnoœciš dodatkowego neutronu w jšdrze. Substancje zawierajšce w jšdrze izotop 15N (ciężki azot), zamiast zwykłego 14N lub 2H (ciężki wodór, deuter) w miejsce 1H majš większš masę co można wykryć za pomocš spektrometru masowego.

Ogromny postęp w badaniach nad wyjaœnieniem szczegółów metabolicznej aktywnoœci komórek zawdzięczamy zastosowaniu substancji “znakowanych” izotopami, np. cukru znakowanego przez wprowadzenie na miejsce zwykłego węgla (12C) węgla promieniotwórczego (11C lub 14C) bšdŸ węgla ciężkiego (13C). Znakowanš substancję podaje się lub wstrzykuje badanemu zwierzęciu lub roœlinie, bšdŸ też hoduje się w jej roztworze komórki, a następnie izoluje się i bada znakowane produkty powstajšce w wyniku normalnego przebiegu procesów metabolicznych tych organizmów lub komórek. Doœwiadczenie takie pozwalajš dokładnie przeœledzić, etap po etapie, kolejne reakcje, jakim podlega dany zwišzek oraz okreœlić, w jakiej postaci znaczone atomy zostajš ostatecznie wydzielone z komórki bšdŸ organizmu. Dzięki zastosowaniu np. promieniotwórczego wapnia (45Ca) można zbadać szybkoœć tworzenia się substancji kostnej oraz wpływ na ten proces witaminy D i hormonu wydzielanego przez gruczoły przytarczyczne. Metoda ta pozwala na rozwišzanie wielu problemów biologicznych, które nie dały by się rozwikłać w żaden inny sposób.

BOMBA KOBALTOWA

Urzšdzenie do napromieniowywania przedmiotów lub organizmów żywych promieniami g emitowanymi przez izotop kobaltu 60Co o aktywnoœci rzędu 1013-1014 Bq. Ze względu na dużš przenikliwoœć promieniowania g, aktywny kobalt jest otoczony grubš osłonš biologicznš (warstwš ołowiu), w której znajdujš się kanały wyprowadzajšce na zewnštrz wišzkę promieniowania. Bomba kobaltowa może też być wyposażona w mechanizm umożliwiajšcy zdalnš manipulację próbkami bez narażania otoczenia na promieniowanie. Bomba kobaltowa jest stosowana w lecznictwie do zwalczania chorób nowotworowych, w defektoskopii, do sterylizacji żywnoœci oraz w chemii radiacyjnej do badań procesów fizykochemicznych zachodzšcych podczas napromieniowywania wysokoenergetycznymi kwantami g prostych i złożonych układów chemicznych.

BROŃ JĽDROWA

Broń masowego rażenia, w której wykorzystuje się reakcję rozszczepienia jšder lub reakcję jšdrowš do wyzwalania w krótkim czasie wielkich iloœci energii (wybuch jšdrowy). Wyróżnia się następujšce rodzaje broni jšdrowej:

1. Bomba jšdrowa (atomowa) -składa się z urzšdzenia detonujšcego, konwencjonalnego materiału wybuchowego (trotyl) i materiału rozszczepialnego (uran 235U lub pluton 239Pu), podzielonego na dwie lub więcej częœci, każda o masie mniejszej niż masa krytyczna. Wybuch bomby jšdrowej następuje po odpaleniu ładunku prochowego i szybkim skupieniu wszystkich częœci materiału rozszczepialnego, co inicjuje niekontrolowanš reakcję rozszczepienia, trwajšcš aż do rozproszenia materiału rozszczepialnego. Moc bomby jšdrowej może osišgnšć kilkaset kiloton TNT (rys. a; str)

2. Bomba termojšdrowa (wodorowa) -składa się z substancji czynnej (prawdopodobnie mieszaniny deuteru i trytu lub deuterku litu 6LiD), połšczonej z bombš jšdrowš i pełnišcš funkcje zapalnika. Wybuch bomby jšdrowej wytwarza temperaturę rzędu 107 K, niezbędnš do zapoczštkowania niekontrolowanej reakcji termojšdrowej. Moc bomby termojšdrowej może dochodzić do 100 mln ton TNT (rys. b; str )

3. Bomba kobaltowa -bomba jšdrowa lub termojšdrowa umieszczona w płaszczu z metalicznego kobaltu. W czasie wybuchu tej bomby powstaje w dużych iloœciach izotop 60Co emitujšcy promieniowanie g, co powoduje znaczne skażenia promieniotwórcze terenu. Jak dotychczas, taka bomba nie była wypróbowana.

4. Bomba neutronowa -bomba termojšdrowa, której głównš częœć energii wybuchu unosi strumień neutronów szybkich. Niszczy przede wszystkim organizmy żywe.

777

ROPA NAFTOWA

Ciekła, naturalna mieszanina węglowodorów parafinowych (alkany), naftenowych (cykloalkany) i aromatycznych (areny); zawiera także org. związki siarki, tlenu, azotu, związki metaloorg. oraz składniki miner.: związki żelaza, krzemu, wanadu, sodu, niklu i innych metali; ma barwę żółtobrun., zielonkawą lub czarną, b. rzadko bywa bezb. lub czerwonawa; gęstość 0,73–0,99 g/cm3, wartość opałowa 38–48 MJ/kg. Głównym składnikiem lżejszych frakcji ropy naftowej (wrzących w temp. do 200°C) są węglowodory parafinowe, udział ich zmniejsza się we frakcjach wrzących w wyższej temperaturze; zawartość węglowodorów naftenowych wzrasta ze wzrostem temp. wrz. frakcji ropy naftowej, najwięcej jest ich we frakcjach olejowych, wrzących powyżej 350°C; węglowodory aromatyczne występują we wszystkich frakcjach ropy naftowej, a udział ich rośnie wraz ze wzrostem temp. wrz. frakcji; im wyżej wrząca frakcja ropy naftowej, z tym większej liczby pierścieni są zbud. cząsteczki wchodzących w jej skład węglowodorów aromatycznych. Tlen w ropie naftowej występuje w kwasach naftenowych i tłuszczowych, fenolach, żywicach, asfaltach; azot — gł. w aminach cyklicznych i acyklicznych; siarka — w postaci siarkowodoru, sulfidów, disulfidów, tioli, a także jako rozpuszczalna siarka elementarna; zależnie od zawartości siarki ropę naftową dzieli się na: niskosiarkową (o zawartości siarki do 0,5%) i wysokosiarkową (powyżej 0,5%); zawartość siarki w niektórych gatunkach ropy naftowej dochodzi do 6%. Ze względu na typ związków chem. przeważających w ropie naftowej rozróżnia się najczęściej ropę bezparafinową, parafinową, naftenową, aromatyczną.

Istnieją 2 grupy teorii dotyczących pochodzenia ropy naftowej. Teorie o jej nieorganicznym pochodzeniu (których twórcami są m.in. D.I. Mendelejew 1877, A.D. Ross 1891, H. Moissan 1896, N.A. Kudriawcew 1951, P.N. Kropotkin 1955) zakładają, że ropa naftowa powstaje w wyniku reakcji chem. zachodzących w głębi Ziemi, np. wskutek działania wody na węgliki metali ciężkich, w następstwie polimeryzacji gazów wydzielających się z jądra Ziemi; niektóre z tych teorii wiążą powstanie ropy naftowej z magmami zasadowymi. Teorie o nieorg. pochodzeniu ropy naftowej nie znalazły wielu zwolenników. Przeważająca większość badaczy przyjmuje teorie o jej organicznym pochodzeniu (stworzone m.in. przez B. Radziszewskiego 1877, K. Englera i H. Höfera 1890, J.E. Hackforda 1932, D. White’a 1935), w myśl których ropa naftowa powstaje przez przeobrażenie szczątków roślinnych i zwierzęcych nagromadzonych wraz z drobnymi okruchami miner. w osadach mor.; czynnikami powodującymi przejście substancji org. w bituminy (ropa naftowa, gaz ziemny, asfalt i ozokeryt) są: środowisko redukujące, odpowiednie — temperatura i ciśnienie, działalność bakterii, oddziaływanie pierwiastków promieniotwórczych i in. Głównym produktem przeobrażeń substancji org. jest kerogen, z którego pod wpływem procesów diagenezy i metamorfizmu powstaje ropa naftowa (i gaz ziemny). Powstawanie i nagromadzenie ropy naftowej jest związane z istnieniem sedymentacyjnych basenów ropo- i gazonośnych, wykazujących tendencję do obniżania się w stosunku do sąsiednich obszarów, zazwyczaj przez kilka okresów geol.; osady i skały zawierające szczątki org. mogły w trakcie osiadania osiągnąć strefy, w których temperatura i ciśnienie umożliwiły przekształcenie ich w składniki ropy naftowej. Pod względem tektonicznym rozróżnia się m.in. baseny śródplatformowe, śródfałdowe, fałdowo-platformowe oraz przyoceaniczne platformowe. Rozpoznano ok. 350 basenów roponośnych (powierzchni największych od 10 tys. km2 do ok. 500 tys. km2), w tym ok. 150 basenów o znaczeniu przem. (opłacalne wydobycie). Skałami macierzystymi ropy naftowej mogą być skały ilaste lub węglanowe, zawierające powyżej 0,5% kerogenu. Pod wpływem ciśnienia warstw stopniowo nagromadzających się w nadkładzie skały macierzystej i in. czynników (zmiany temperatury, ruchy górotwórcze) ropa naftowa może uwalniać się z miejsc gdzie powstawała, migrować i nagromadzać w skałach porowatych lub silnie spękanych, zw. kolektorami; do najważniejszych z nich należą wapienie i dolomity, w których występuje prawie połowa geologicznych zasobów ropy naftowej, a także osady piaszczyste, piaskowce i łupki. Powstanie złoża ropy naftowej (nagromadzenie ropy w warstwie przepuszczalnej wraz z towarzyszącym jej gazem ziemnym, a często i wodą) jest uwarunkowane występowaniem odpowiednich struktur geologicznych (antyklina, monoklina, uskok, wysad solny), umożliwiających zatrzymanie ropy w kolektorze przez warstwy nieprzepuszczalne (tzw. ekran), którymi są przeważnie iły, łupki ilaste, margle, kwarcyty. W antyklinach i in. strukturach geol. często występuje wiele złóż tworzących rozległe pola naftowe. Złoża ropy naftowej występują w utworach od kambru do trzeciorzędu, głównie w utworach mezozoicznych (ponad 50% odkrytych złóż) i trzeciorzędowych (ok. 25%).

Ropę naftową i asfalt znano już kilka tys. lat temu, w starożytności ropę wykorzystywano m.in. do balsamowania ciał, oświetlania, w celach leczn. oraz w technice wojennej (m.in. płonące strzały, tzw. ogień grecki — mieszanina ropy naftowej, siarki i wapna zapalająca się w zetknięciu z wodą); najczęściej wydobywano ją z b. płytkich otworów albo zbierano z powierzchni w miejscu naturalnego jej wypływu z warstwy roponośnej bądź szczeliny. W 2 poł. XIX w. nastąpił rozwój górnictwa naft.; 1854 Ignacy Łukasiewicz zbudował pierwszą kopalnię ropy naftowej w Bóbrce koło Krosna, gdzie ropę wydobywano w sztolni.

Za początek współcz. górnictwa naft. przyjmuje się wywiercenie 1859 pierwszego szybu naft. w USA (Pensylwania), w kilka lat później rozpoczęto eksploatację ropy naftowej w Rosji (Baku), Kanadzie i Rumunii, w końcu XIX w. w Indonezji i Iranie. Wydobycie ropy naftowej początkowo niewielkie (kilka tys. t w poł. XIX w.), już 1900 wyniosło ok. 20 mln t, 1913 — prawie 54 mln ton, a przed II wojną świat. ponad 300 mln ton. Szybki wzrost wydobycia był wynikiem rosnącego zapotrzebowania na ropę, spowodowanego coraz powszechniejszym zastosowaniem silnika spalinowego, jak również odkryciem nowych pól naft. w USA (Teksas, Kalifornia), Wenezueli, Meksyku, ZSRR i innych krajach. Do poł. XX w. największymi producentami ropy naftowej były Stany Zjedn. (ponad 60% produkcji świat.), Wenezuela, ZSRR, Meksyk i Rumunia. Po II wojnie świat. dynamiczny rozwój motoryzacji, lotnictwa, wykorzystanie w coraz szerszym zakresie ropy naftowej w energetyce (elektrownie naft.) oraz przemyśle chem. (ropy naftowej przeróbka), wpłynęły na intensyfikację jej poszukiwań i gwałtowny wzrost jej wydobycia. W wyniku prowadzonych gł. przez amer. i bryt. towarzystwa naft. badań geofiz., geochem. i próbnych wierceń odkryto wielkie złoża ropy naftowej na Bliskim Wsch. i w Afryce, wiele złóż podmor., m.in. w Zat. Meksykańskiej i M. Północnym. Rozpoczęto eksploatację dużych pól naft. w ZSRR i w Chinach. Rozpoznanie nowych złóż ropy naftowej zwiększyło świat. rezerwy ropy; 1970 szacowano je na 73 mld t, 1980 — 90 mld t, a 1990 — 135,5 mld t, z czego na kraje Bliskiego Wsch. i Afryki Pn. przypadało ok. 70%, Amerykę Pn. i Pd. — ponad 15%, Eurazję (bez Bliskiego Wsch.) — ok. 13%.

Najbogatszym obszarem roponośnym w świecie jest region Zat. Perskiej; w utworach mezozoicznych platformy arab., szelfie zatoki oraz osadach mezozoicznych i trzeciorzędowych gór Zagros występuje ok. 65% świat. rezerw ropy naftowej. Z państw położonych nad Zat. Perską największe zasoby ma Arabia Saudyjska (35,4 mld t, ponad 25% zasobów świat., 1990), na obszarze której występują wielkie pola naft. Al-Ghawar, Abu Hadrija i podmor. As-S; b.nijaktor duże zasoby ropy naftowej posiadają również: Irak (13,6 mld t, pola naft. Ar-Rumajla, Kirkuk), Kuwejt (13,1 mld t, Al-Burkan), Zjedn. Emiraty Arab. (13 mld t, szczególnie wydajne podmor. pola Az-Zakkum, Umm asz-Szaif, Mubarraz) i Iran (12,7 mld t, Aga Dżari, Gacz Saran i podmor. w rejonie wyspy Chark); ponadto ropa naftowa występuje w Katarze, Bahrajnie i Omanie. W Afryce ważnymi obszarami roponośnymi są pn. Sahara (złoża w utworach paleozoicznych, mezozoicznych i trzeciorzędowych platformy saharyjskiej) i wybrzeża Zat. Gwinejskiej; kraje afryk. o największych zasobach ropy to: Libia (3,1 mld t, pola naft. Zaltan, Sarir), Nigeria (2,4 mld t, delta Nigru i podmor. pole Okan) i Algieria (1,8 mld t, Hasi Masud). Do najzasobniejszych regionów roponośnych Ameryki należy strefa Zat. Meksykańskiej i M. Karaibskiego, obejmująca złoża USA na Niz. Zatokowej (m.in. wielkie pola naft. Midland i East Texas w Teksasie, Luizjanie) i w szelfie Zat. Meksykańskiej, Meksyku (zwł. bogate w stanach Veracruz i Tabasco), Wenezueli (wokół jez. Maracaibo, delta Orinoko) i Kolumbii; inne ważniejsze pola naft. znajdują się w stanach: pn. Alaska, Kansas i Oklahoma w USA oraz w prow. Alberta w Kanadzie; największe rezerwy ropy naftowej w Ameryce posiadają: Wenezuela (8,6 mld t), Meksyk (6,1 mld t) i USA (3,6 mld t). W Eurazji (bez regionu Zat. Perskiej) bardzo duże rezerwy ropy naftowej ma Rosja (około 7 mld t), której szczególnie zasobne złoża występują na Niz. Zachodniosyberyjskiej (pola naft.: samotłorskie, mamontowskie, fiodorowskie) i w regionie wołżańsko-uralskim, zw. Drugim Baku (Samarska Łuka, Tujmazy); znacznymi zasobami ropy dysponują Chiny (3,2 mld t, złoża w rejonie Daqing w Mandżurii, w delcie Huang He, podmor. w M. Żółtym i w M. Wschodniochińskim), Indonezja i Indie, a spośród krajów zachodnioeur. — Norwegia (1 mld t) i W. Brytania, eksploatujące złoża podmor. na M. Północnym (pole naft. Ekofisk w sektorze norw., Forties, Piper i Brent w sektorze bryt.).

Polska, podobnie jak większość krajów eur., posiada b. małe zasoby ropy naftowej (ok. 2 mln t); eksploatowane od poł. XIX w. złoża w Krośnieńsko-Jasielskim Zagłębiu Naftowym zostały prawie wyczerpane; niewielkie złoża występują w utworach trzeciorzędowych zapadliska przedkarpackiego (m.in. Grobla k. Bochni), większe i bardziej wydajne znajdują się w pn.-zach. części kraju, na Pobrzeżu Bałtyckim (Kamień Pomorski), gdzie ropa występuje w skałach wieku permskiego oraz w szelfie M. Bałtyckiego, na pn. od przyl. Rozewie.

W 2 poł. XX w. ropa naftowa stała się jednym z najważniejszych surowców w gospodarce świat.; jej udział w globalnym bilansie paliwowo-energ., w przeliczeniu na paliwo umowne, 1950–70 wzrósł z 25% do 40%, 1980 — do ok. 45%, 1991 wynosił ok. 37%. Zwiększający się udział ropy naftowej w produkcji energii i paliw, zwł. w krajach rozwiniętych, wpływał na dynamikę jej wydobycia; 1950–70 produkcja ropy naftowej wzrosła prawie czterokrotnie, z 520 mln t do 2,3 mld t, 1980 osiągnęła wielkość ok. 3 mld t i na zbliżonym poziomie (ok. 2,9–3 mld t) utrzymywała się 1990–92. Około 50% świat. wydobycia ropy naftowej do lat 60. pochodziło z USA, ZSRR i Wenezueli; udział tych krajów w produkcji ropy w latach 70. zmniejszył się na rzecz państw położonych nad Zat. Perską (Arabia Saudyjska, Iran, Kuwejt, Irak i in.) i afryk. (Libia, Nigeria, Algieria), na które 1970 przypadało ok. 40% wydobycia świat.; w latach 80. gł. producentami ropy naftowej nadal pozostawały ZSRR i USA, natomiast udział krajów bliskowsch. i afryk. zmniejszył się do ok. 30%, w związku z dużym wzrostem produkcji ropy naftowej w Chinach, Meksyku, Norwegii i W. Brytanii. Od lat 80. znaczącymi w świecie producentami ropy naftowej stały się Brazylia, Egipt, Syria, Indie i Malezja.

Ropa naftowa jest jednym z gł. towarów w handlu świat.; eksport obejmuje prawie połowę wydobywanej ropy (1991 — 1,4 mld t). Największymi dostawcami ropy naftowej są kraje rozwijające się, zrzeszone w Organizacji Krajów Eksportujących Ropę Naftową (OPEC); około 80–90% wydobywanej ropy naftowej przeznaczają one na eksport, a wpływy w wywozu tego surowca stanowią w tych krajach do 70–90% wartości eksportu. Około 50% dostarczanej na rynek świat. ropy pochodzi z krajów Bliskiego Wsch., gł. z Arabii Saudyjskiej (ponad 23% świat. eksportu), Iranu, Zjedn. Emiratów Arab., Kuwejtu; do 1990 (wojna nad Zatoką Perską) dużym eksporterem był również Irak. Ważnymi eksporterami ropy naftowej są także Nigeria, Libia, Wenezuela, a z państw nie należących do OPEC — Meksyk, Norwegia, Rosja i W. Brytania. Głównymi odbiorcami ropy naftowej są kraje Europy Zach. (zwł. Francja, Włochy, Holandia, Niemcy i Hiszpania), Japonia i USA, których wydobycie nie pokrywa zapotrzebowania krajowego; dużymi importerami są Singapur i Korea Pd.; ropę naftową importują również wszystkie kraje środk. i wsch. Europy (bez Rosji), większość krajów pd. i wsch. Azji, Afryki oraz Ameryki Środk. i Południowej. Import ropy naftowej przez kraje rozwinięte do pocz. lat 70. charakteryzował się dużą dynamiką wzrostu w związku z niskimi cenami ropy (do 3 dol. USA za baryłkę) oraz intensywnym rozwojem przemysłu refineryjnego i petrochem. w tych krajach; wydobycie i dystrybucja ropy w większości państw ją eksportujących, znajdowały się pod kontrolą koncernów: bryt. (British Petroleum), bryt.-hol. (Shell) i amer. (Exxon, Gulf, Mobil, Standard Oil of California — od 1984 p.n. Chevron, Aramco). Wzrost cen ropy naftowej (do 12 dol. za baryłkę — 1973, około 30 dol. — 1984), ustalanych od 1973 przez kraje OPEC, przy jednoczesnym ograniczaniu jej wydobycia, spowodował kryzys energ. w gospodarce świat.; przyczynił się do spadku importu w krajach rozwiniętych, zastępowania ropy innymi paliwami (elektrownie gazowe), rozbudowy energetyki jądr. oraz wprowadzania energooszczędnych technologii. Duże dochody uzyskiwane przez kraje OPEC ze sprzedaży ropy naftowej spowodowały ich szybkie bogacenie się (zwł. krajów arab.), umożliwiły również przejmowanie udziałów koncernów zagr. w górnictwie naftowym. Wzrastający eksport ropy naftowej z krajów nie zrzeszonych w OPEC wpłynął na spadek cen ropy (18 dol. za baryłkę w końcu lat 80., ok. 15 dol. — 1994) na rynku światowym.

Większość wydobywanej w świecie ropy naftowej jest przetwarzana w krajach wysoko rozwiniętych, gł. w USA, państwach Europy Zach. (W. Brytania, Włochy, Francja, Holandia, Niemcy, Hiszpania) i Japonii; na te kraje przypada ok. 60% świat. potencjału przemysłu rafineryjnego; dobrze rozwinięty przemysł refineryjny mają: Rosja i nowo uprzemysłowione kraje azjat. (Singapur, Korea Pd.), stosunkowo słabo — kraje OPEC. W USA przemysł rafineryjny jest skoncentrowany w pobliżu ośr. wydobycia ropy naftowej (wielkie kompleksy rafinerii w Houston, Corpus Christi, Nowym Orleanie), pd. Kalifornii (Los Angeles, San Francisco), portach atlantyckich (Nowy Jork, Filadelfia) oraz w dużych rynkach zbytu na produkty naft. (Chicago, Detroit, Toledo, Minneapolis). W Europie Zach. rafinerie są zlokalizowane w pobliżu portów dowozowych ropy, gł. z nich to: Rotterdam w Holandii (największy w świecie kompleks refinerii, moc przerobowa ok. 90 mln t rocznie), Marsylia i Hawr we Francji, Antwerpia w Belgii, Milford Haven i Londyn w W. Brytanii, Genua, Milazzo i Rawenna we Włoszech; także w wielkich okręgach przem. (Zagłębie Ruhry). W Japonii największymi ośr. tego przemysłu są porty dowozowe ropy: Nagoja, Kōbe, Jokohama i Tokio, natomiast w Rosji większość rafinerii powstała w regionie wołżańsko-uralskim oraz w okręgu moskiewskim. Duże rafinerie znajdują się również w Singapurze, Korei Pd. (Josu, Ulsan), Antylach Hol. (Willemstad), Meksyku (Ciudad Madero, Salamanca), Brazylii (Rio de Janeiro, Săo Sebastiăo), a także w krajach OPEC, m.in. w Arabii Saudyjskiej (Ras Tannura), Kuwejcie (Mina al-Ahmadi), Iranie (Abadan), Algierii (Sakikda), Wenezueli (Maracaibo). Powszechne wykorzystanie ropy naftowej w gospodarce świat. przyczyniło się do rozwoju transportu rurociągowego i mor., przemysłu stoczniowego. Gęsta sieć rurociągów, dostarczających ropę naftową do rafinerii z ośr. wydobycia bądź portów dowozowych, powstała w USA (dł. ok. 350 tys. km), Europie Zach. (m.in. rurociągi międzynar. Marsylia–Karlsruhe i Triest–Wiedeń, podmor. na M. Północnym), Rosji (w tym rurociąg Przyjaźń z Drugiego Baku do Białorusi, Polski, Ukrainy, Słowacji, Niemiec i Węgier), a także w krajach OPEC. Transport rurociągowy jest intensywnie rozbudowywany zwł. na Bliskim Wsch.; lądowe i podmor. rurociągi łączą ośr. wydobycia z wielkimi terminalami naft.: Al-Dżubajl, Ras Tannura, Ad-Dammam i Janbu al-Bahr w Arabii Saudyjskiej, Chark w Iranie, Al-Manama w Bahrajnie, Abu Zabi i Das w Zjedn. Emiratach Arab.; z pól naft. Arabii Saudyjskiej i Iraku rurociągi biegną do portów w Libanie i Syrii. Do transportu mor. ropy wykorzystuje się tankowce (budowane głównie w stoczniach jap. i koreań.) o nośności 200–300 tys. DWT i większej. Główne szlaki przewozu wiodą: z Zat. Perskiej przez cieśn. Ormuz, M. Czerwone i Kanał Sueski, a także wokół Afryki (szlak dla supertankowców) do Europy Zach. i USA, z Zat. Perskiej przez O. Indyjski oraz cieśn. Malakka i Lombok (w pobliżu indonezyjskiej wyspy Bali) do Azji Wsch., gł. do Japonii; znaczne ilości ropy naftowej przewozi się z Indonezji i Malezji do Azji Pd. i Wsch., z portów pn. Afryki przez M. Śródziemne do pd. Europy, z Nigerii przez O. Atlantycki do USA i krajów Europy Zach., z Wenezueli i Meksyku do USA; wzdłuż zach. wybrzeży Ameryki Pn. biegnie szlak przewozu ropy naftowej z Alaski do portów Kalifornii. Nośność świat. floty tankowców 1991 wynosiła 264 mln DWT; przewóz ropy naftowej i produktów naft. — ponad 1,5 mld t rocznie; większość statków do przewozu ropy naftowej pływa pod tanią banderą, gł. liberyjską, panamską, gr., bahamską i cypryjską. Na gł. szlakach transportu ropy naftowej, zwł. u pd. i zach. wybrzeży Europy, często dochodzi do skażenia morza w wyniku katastrof tankowców i wycieków ropy.

Występowanie ropy naftowej

Ropa naftowa powstaje w wyniku przeobrażenia szczątków organicznych nagromadzonych w skałach osadowych, głównie pochodzenia morskiego. Procesy przemian substancji organicznych w kerogen, a następnie w ropę naftową, gaz ziemny i inne bituminy, zachodzą pod ciśnieniem skał nadkładu, w podwyższonej temperaturze; niekiedy znaczną rolę w przebiegu tych procesów przypisuje się bakteriom. Ropa naftowa przemieszcza się (migruje) ze skał macierzystych (zwykle ilastych) ku górze; mechanizm tej migracji nie został dotąd w pełni wyjaśniony. Przemieszczanie się ropy naftowej możliwe jest tylko w skałach silnie prowatych lub spękanych (tzw. skały zbiornikowe lub kolektory); złoża ropy powstają w miejscach, gdzie skały te przykryte są od góry skałami nieprzepuszczalnymi (tzw. Pułapki ropy naftowej), co uniemożliwia dalszą migrację ropy ku górze. Typowe pułapki ropy naftowej powstają w antyklinach, przy uskokach, przy słupach solnych, a także w soczewkach skał przepuszczalnych otoczonych skałami nieprzepuszczalnymi.

przy słupie solnym przy uskoku

soczewkach piaszczystych wśród łupkóww antyklinie

PRZERÓBKA

Procesy technol., którym poddaje się ropę naft. w celu otrzymania z niej różnych produktów; do najważniejszych produktów przeróbki ropy naftowej należą: 1) paliwa — gaz płynny, benzyna samochodowa i lotn., nafta, olej napędowy, oleje opałowe; 2) oleje smarowe; 3) gacz parafinowy, z którego otrzymuje się parafinę; 4) asfalty i koks naft.; 5) smary stałe. W zależności od rodzaju ropy naft. oraz produktów, jakie mają być z niej otrzymywane, stosuje się odpowiednie technologie przeróbki ropy naftowej. Ropę naft. poddaje się przeróbce w rafineriach paliwowych, paliwowo-olejowych oraz w rafineriach petrochem. (rafineria ropy naftowej). W rafineriach paliwowo-olejowych stosuje się tzw. zachowawczą metodę przeróbki ropy, polegającą na rozdziale ropy naft. na frakcje, bez chem. zmiany jej składników; z ropy naft., poddanej destylacji pod ciśnieniem atmosf., otrzymuje się frakcje wrzące do temp. 300–350°C, a pod ciśnieniem zmniejszonym (w celu uniknięcia rozkładu składników ropy naft.) — frakcje wrzące powyżej tej temperatury. Destylację prowadzi się w instalacjach tzw. rurowo-wieżowych (gł. aparatami są piece rurowe i kolumny destylacyjne, zw. wieżami — stąd nazwa, oraz wymienniki ciepła, chłodnice, pompy). Odwodnioną ropę naft. poddaje się stabilizacji (oddzielenie najlżejszych, gazowych węglowodorów), ogrzewa w piecu (do temp. 350°C) i wprowadza do kolumny destylacyjnej atmosf., w której następuje jej rozdzielenie na: benzynę, naftę, olej napędowy (odprowadzane po ochłodzeniu do zbiorników magazynowych) oraz mazut; mazut — po ogrzaniu — wprowadza sie do kolumny destylacyjnej próżniowej, z której odbiera się destylaty olejowe i gudron. W celu uzyskania produktów handl. otrzymane frakcje poddaje się procesom uszlachetniającym, np. benzynę — odsiarczaniu, reformingowi, frakcje olejowe — rafinacji (np. odparafinowaniu, odasfaltowaniu). W rafineriach paliwowych i petrochem. niektóre frakcje otrzymane w wyniku destylacji ropy poddaje się tzw. procesom destruktywnym. W rafineriach paliwowych prowadzi się gł. katalityczny kraking destylatów próżniowych (średnich i ciężkich) oraz koksowanie mazutu; uzyskuje się w ten sposób duże ilości wysokooktanowych benzyn silnikowych i oleju napędowego. W rafineriach nastawionych na uzyskiwanie surowców do syntez org. (etenu, propenu, butadienu, benzenu, toluenu) podstawowym procesem destruktywnym jest piroliza lekkich frakcji naft., prowadzi się też kraking katalityczny cięższych frakcji uzyskanych w wyniku destylacji atmosferycznej.

Destylacja

Uproszczony schemat atmosferyczno – próżniowej destylacji ropy naftowej: 1 kolumna destylacyjna atmosferyczna, 1a kolumna destylacyjna próżniowa, 2 piec rurowy, 3 wymiennik ciepła.

BITUMINY naturalne produkty stanowiące mieszaninę węglowodorów łańcuchowych i cyklicznych, a często również ich pochodnych zawierających tlen, azot, siarkę; wg teorii przyjmowanych za najbardziej prawdopodobne bituminy powstały z materiału org. nagromadzonego w osadach ilastych lub ilasto-węglanowych pochodzenia mor., składającego się gł. z planktonu, wodorostów i bakterii, w wyniku jego rozkładu w warunkach beztlenowych, a następnie długotrwałych (ciągnących się przez całe okresy geol.) procesów geochem. (ropa naftowa). Głównymi przedstawicielami bituminów są ropa naft. i gaz ziemny; do bituminów zalicza się także produkty odgazowania i degradacji ropy naft.: ozokeryt, asfalt i asfaltyt, a także produkty przemian metamorficznych kerogenu lub ropy naft., takie jak keryt i szungit. Bituminy tworzą nagromadzenia w skałach porowatych lub szczelinowych (gł. w piaskach i piaskowcach), stanowią również składniki skał (skały bitumiczne, kerogen), poza tym wchodzą w skład próchnicy, a także węgli kopalnych (zwł. węgla brun.) i torfu. Bituminy należą do podstawowych surowców energ. i chemicznych.

KEROGEN rozproszona w skałach osadowych substancja bitumiczna w postaci drobnych, czarnych ziarn, nierozp. w rozpuszczalnikach org.; powstaje w wyniku biochem. i geochem. przeobrażeń substancji pochodzenia roślinnego i zwierzęcego podczas tworzenia się skał osadowych. Z k. pod wpływem procesów diagenezy i metamorfizmu powstaje ropa naftowa i gaz ziemny.

GAZ ZIEMNY mieszanina węglowodorów — najlżejszych homologów metanu — oraz (w zmiennych ilościach) azotu, dwutlenku węgla, siarkowodoru, gazów szlachetnych. Występuje gł. w porowatych piaskach, piaskowcach, wapieniach i dolomitach, niekiedy także w szczelinach skał magmowych. Zazwyczaj towarzyszy złożom ropy naft. lub węgla kam., tworzy także samodzielne złoża. Powstaje w wyniku analogicznych procesów jak ropa naft. lub stanowi jeden z produktów uwęglania substancji roślinnej. Rozróżnia się: gaz ziemny suchy, zawierający najczęściej ok. 95% metanu, 2% etanu, 3% węglowodorów wyższych i innych gazów (siarkowodór, dwutlenek węgla, azot), oraz gaz ziemny mokry, w którym występuje najczęściej ok. 80% metanu, 6,5% etanu, 6% propanu, 4% butanu, 3,5% pentanu oraz węglowodory wyższe; z mokrego gazu ziemnego wyodrębnia się węglowodory w postaci gazu płynnego oraz gazoliny. Gaz ziemny jest cennym surowcem w produkcji sadzy, gazu syntezowego oraz jest stosowany jako paliwo. Wartość opałowa: 35,2 · 106–62,8 · 106 J/m3 (8400–15 000 kcal/m3). W Polsce występuje gł. na Podkarpaciu, w środk. części Niz. Południowowielkopolskiej (k. Ostrowa Wielkopolskiego) i na Pomorzu Zachodnim.

OZOKERYT wosk ziemny, naturalna mieszanina stałych węglowodorów, gł. parafinowych; czarny, brun., żółty lub zielonkawy; plast.; temp. topn. ok. 50°C, gęstość 0,845–0,930 g/cm3; powstaje w wyniku szybkiego odgazowania ropy naft. podczas jej migracji ku powierzchni Ziemi; wypełnia szczeliny i puste przestrzenie w skałach osadowych; występuje gł. w Turkmenistanie (płw. Czeleken), Uzbekistanie (obwód fergański), na Ukrainie (Borysław, Starunia); stosowany gł. do otrzymywania cerezyny.

BIOLITY skały osadowe pochodzenia org.; dzielą się na: akaustobiolity (skały niepalne), do których należą niektóre skały krzemionkowe (np. diatomity, spongiolity), większość wapieni (np. muszlowce, wapienie rafowe, kreda) i skał fosforanowych; kaustobiolity (skały palne), obejmujące węgle kopalne, ropę naft., ozokeryt, asfalt.

BENZYNA

Mieszanina ciekłych, lekkich węglowodorów ; bezb. ciecz o temp. wrz. 35–200°C, gęstości 0,67–0,8 g/cm3; ciepło spalania około 42 MJ/kg (10 000 kcal/kg ); nie miesza się z wodą, miesza się z rozpuszczalnikami org.; gł. składnikami benzyny są alkany (zw. też parafinami) o łańcuchu prostym i rozgałęzionym, o wzorze CnH2n +2, gdzie n = 5–12, alkeny (olefiny) C nH2n o n = 5–12, oraz cykloalkany CnH2n o n = 5 i 6 (tzw. nafteny), i węglowodory aromatyczne. Ze względu na sposób otrzymywania rozróżnia się:

-benzynę naturalną – niskowrzącą frakcję destylacji ropy naft.: lekką, o temp. wrzenia 40–160°C, i ciężką (ligroinę), o temp. wrzenia 160–200°C,

-benzynę krakową – uzyskiwaną w procesach krakingu (termicznego, oraz obecnie powszechnie stosowanego w świecie fluidalnego krakingu katalitycznego) ciężkich frakcji ropy naft.,

-benzynę polimeryzacyjną – uzyskiwaną w procesie polimeryzacji gazowych węglowodorów,

-benzynę syntetyczną – produkt upłynniania węgla oraz syntezy Fischera i Tropscha.

Zależnie od przeznaczenia rozróżnia się:

1)benzyny stanowiące paliwo do silników gaźnikowych — benzynę samochodową, o liczbie oktanowej badawczej, zależnie od gatunku, 86–92 (regular), 92–96 (premium) i powyżej 96 (super), (temp. wrz. 35–200°C), i benzyny lotnicze, o liczbie oktanowej powyżej 90 (temp. wrz. 40–180°C); benzyny silnikowe zawierają antydetonatory, inhibitory utleniania i korozji oraz in. dodatki uszlachetniające,

2)benzyny przemysłowe, używane jako rozpuszczalniki — benzyny ekstrakcyjne, o wąskich przedziałach temp. wrz. (np. 80–120°C), stosowane do ekstrakcji tłuszczów, żywic, wosków itp., i benzynę lakową, o temp. wrz. 135–200°C, wykorzystywaną do produkcji lakierów, farb, past do podłóg i butów,

3)benzyny specjalne, np. benzyna apteczna (temp. wrz. 50–105°C), dokładnie oczyszczona, służąca do odkażania i odtłuszczania skóry, do lamp górn. (temp. wrz. 50–140°C), benzyny laboratoryjne (normalne lub wzorcowe), używane do celów analitycznych.

ETYLINA

benzyna z dodatkiem płynu etylowego, którego gł. składnikiem (55–64%) jest tetraetyloołów — związek zwiększający oktanową ; liczbę benzyny; stosowana jako paliwo do silników gaźnikowych; obecnie w Polsce są używane 3 gatunki etyliny: o liczbie oktanowej 98 (barwy czerwonej), 94 (barwy żółtej) i 86 (barwy zielonej).

BENZYNA SYNTETYCZNA

mieszanina ciekłych węglowodorów; otrzymywana w wyniku upłynniania (gł. proces to uwodornianie) paliw stałych (węgli kopalnych, smół) — tzw. proces Bergiusa, syntezy z gazu wodnego — tzw. synteza Fischera i Tropscha, i innymi metodami.

LIGROINA

benzyna ciężka, frakcja ropy naftowej o temperaturze wrzenia 160–230°C, mieszanina węglowodorów, której gł. składnikami są heksan i heptan; stosowana jako paliwo do traktorów i płyn hydrauliczny.

FISCHERA I TROPSCHA SYNTEZA

Proces syntinowy – metoda syntezy węglowodorów z tlenku węgla i wodoru (gazu syntezowego); proces można prowadzić w temp. 180–200°C pod ciśn. atmosf. lub podwyższonym (ok. 1 MPa) w obecności katalizatora kobaltowego (lub torowego) albo w temp. 200–300°C, pod ciśn. 1,5–2,7 MPa, w obecności katalizatora żelazowego. Otrzymuje się produkty gazowe, ciekłe — tworzące frakcję benzynową, zw. syntiną lub benzyną syntinową, i olejową, zw. kogazyną , oraz stałe, stanowiące syntet. parafinę; skład otrzymanej mieszaniny produktów zależy od parametrów procesu i stosunku reagentów (H2 : CO od 1 : 2 do 2 : 1). Benzyna syntinowa jest paliwem silnikowym o niskiej jakości, służy gł. jako dodatek do innych benzyn; składniki frakcji ciekłej stanowią surowiec chem., m.in. do produkcji środków myjących i zwilżających, olejów smarowych, kwasów tłuszczowych. W skali przem. synteza ta została zastosowana 1932 przez F. Fischera i H. Tropscha; po II wojnie świat., ze względu na wysokie koszty produkcji i niską jakość otrzymywanych produktów, stosowana coraz rzadziej.

Przez korozję rozumie się proces działania środowiska na tworzywo, a więc każdego środowiska na każde tworzywo. Ta uniwersalność zjawiska powoduje, że korozja stanowi poważny, ogólnopaństwowy problem gospodarczy. Korozji ulegają z różną szybkością i w różnej postaci wszelkie tworzywa oraz materiały stosowane w technice i praktyce dnia dzisiejszego, począwszy od metali, poprzez betony, żelbety, ceramikę, drewno – do plastyków włącznie.

Zdania specjalistów w dziedzinie korozji – chemików, inżynierów, techników – można zdefiniować jedynie w sposób negatywny (zapobieganie szkodom). Ponieważ nie mogą oni pochwalić się jakimiś nowymi, rewelacyjnymi, wynalezionymi przez siebie produktami, to najchętniej przekonują społeczeństwo o znaczeniu swojej istotnie niezwykle ważnej pracy, posługując się liczbami. Szacuje się np., że niemal połowa wyprodukowanej w latach 1890-1923 stali (ok. 1800 mln ton) uległa zniszczeniu przez korozję. Obliczono także, że w RFN straty związane z korozją wynoszą ok. 70 marek na głowę: w kraju tym kilkaset ton żelaza i stali zamienia się co roku w rdzę.

Co to jest rdza? Nie jest to określona substancja, jak np. tlenki żelaza: Fe2O3 lub Fe3O4, lecz dość nieokreślone połączenie związków żelaza, tlenu i wodoru. Główny składnik rdzy stanowi związek o wzorze sumarycznym FeO(OH), będący równocześnie tlenkiem i wodorotlenkiem żelaza, i zawierający żelazo na stopniu utlenienia +3. Oprócz tego w skład rdzy wchodzi woda, tlenki lub wodorotlenki żelaza o nieco innym składzie, a także trochę węglanów żelaza.

Aby skutecznie przeciwdziałać korozji, należy dokładnie poznać jej mechanizm i przyczyny. Codzienna obserwacja naszego otoczenia wystarcza do stwierdzenia, że żelazo nie rdzewieje w obecności wody oraz nie rdzewieje w obecności tlenu. Oprócz wody i tlenu czynnikiem wybitnie przyspieszającym rdzewienie żelaza są jony wodorowe. Obserwacje te pozwalają na ułożenie przypuszczalnego mechanizmu procesu rdzewienia. W pierwszym etapie powierzchnia żelaza ulega pod wpływem wody częściowemu zjonizowaniu

Fe ŕFe2+ + 2e

Jony wodorowe wychwytują elektrony przesuwając reakcję w prawo

2e + 2H+ ŕ2H

Ponieważ wodór gazowy nie wydziela się w procesie rdzewienia a w warunkach beztlenowych korozja nie występuje, należy przyjąć, że atomy wodoru wchodzą w reakcje z tlenem, przesuwając obie reakcje w prawo

2H + 1O2 ŕH2O

Przedstawiony schemat rdzewienia żelaza nie obejmuje jeszcze wszystkich przyczyn wpływających na intensywność procesów korozyjnych. Wskazuje na to proste doświadczenie. Chemicznie czysty cynk wrzucony do probówki z kwasem solnym lub siarkowym rozpuszcza się bardzo powoli a pęcherzyki gazu są ledwo widoczne. Zupełnie inaczej zachowuje się cynk techniczny. Reakcja przebiega od początku energicznie i stale zwiększa się jej szybkość. Analogicznie różnice obserwuje się podczas rozpuszczania chemicznie czystego i technicznego żelaza.

Podobne przyspieszenie procesu rozpuszczania można zaobserwować, gdy do cynku lub żelaza o wysokiej czystości przywiązać lub przylutować kawałek metalu bardziej szlachetnego, np. miedzi. Po wrzuceniu do kwasu cynk (żelazo) intensywnie się rozpuszcza.

Oba opisane zjawiska: znaczny wzrost szybkości rozpuszczania się technicznego cynku oraz cynku lub żelaza w kontakcie z metalem bardziej szlachetnym można wyjaśnić tworzeniem się ogniw elektrochemicznych. Metal mniej szlachetny pełni rolę anody, metal, pierwiastek lub związek o bardziej dodatnim potencjale normalnym – rolę katody. Ponieważ w ogniwie anoda ulega rozpuszczaniu, nic dziwnego, że procesem korozji jest objęty metal mniej szlachetny. Techniczny cynk zawiera zwykle domieszki miedzi, srebra, grafitu i węgla, które w kontakcie z roztworem i cynkiem tworzą krótkozwarte mikroogniwa. W żelazie dodatnie bieguny mikroogniw mogą tworzyć nie tylko domieszki innych metali, ale przede wszystkim ziarenka grafitu, stopy żelaza z węglem (cementyt, austenit) oraz siarczki i tlenki żelaza. W miarę rozpuszczania się metalu coraz więcej tego rodzaju domieszek zagęszcza się na powierzchni, liczba mikroogniw wzrasta i proces korozji przybiera na sile.

Szybkość procesów korozyjnych może być wyrażona w różnej formie. Najczęściej szybkość korozji Vk podaje się jako ubytek masy metalu na jednostkę powierzchni czasu

gdzie:

m1 – masa metalu przed korozją

m2 – masa metalu po korozji

s – powierzchnia korodującego metalu

t – czas korozji metalu

oraz jako ubytek grubości przekroju metalu na jednostkę czasu

gdzie d oznacza gęstość metalu w g/cm3.

Oba sposoby wyrażania szybkości korozji metali odnoszą się do korozji równomiernej.

Polaryzacja. Zmiana potencjału elektrody w stosunku do jego wartości w stanie spoczynku, kiedy to występuje tylko prąd wymiany I0, następuje w wyniku polaryzacji elektrody. Przez granicę faz elektroda-roztwór przepływa wówczas pewien prąd wypadkowy Ia. Zasadniczym powodem polaryzacji jest bezwładność procesów zachodzących na granicy faz elektroda-elektrolit.

Rozróżnia się trzy rodzaje polaryzacji:

P o l a r y z a c j a a k t y w a c y j n a jest wynikiem oporów reakcji elektrochemicznych, tj. reakcji z udziałem wolnych elektronów, na granicy elektroda-roztwór. Dla małych wartości prądu anodowego Ia<10 I0 wartość polaryzacji aktywacyjnej jest niewielka.

P o l a r y z a c j a s t ę ż e n i o w a jest wynikiem różnicy stężeń na powierzchni katody i anody w stosunku do stężenia roztworu. Jeżeli jako elektrody weźmie się miedź w roztworze siarczanu miedzi, to widać, że w sąsiedztwie katody następuje zmniejszanie stężenia jonów Cu2+ w wyniku ich reakcji z miedzią metaliczną. W pobliżu anody natomiast zwiększa się stężenie jonów Cu2+ w związku z utlenianiem miedzi.

P o l a r y z a c j a o p o r o w a jest wynikiem oporów kontaktów elektrody i warstw pasywnych na jej powierzchni.

Rodzaje korozji

ˇKorozja elektromechaniczna. Najpospolitsza w odniesieniu do metali, spowodowana niejedrodnością i różnica potencjałów na powierzchni metalu. Podlega ona takim samym zależnościom jak reakcje w ogniwach galwanicznych, dlatego też przeniesiono do zjawisk korozji wiele określeń, pojęć i zależności wprost z elektrochemii.

ˇKorozja chemiczna. Stanowi proces chemicznego utleniania metali w suchych gazach oraz w ciekłych środowiskach nie mających charakteru elektrolitu, np. w cieczach organicznych. Cechą charakterystyczną korozji chemicznej jest to, że utlenianie metalu, redukcja utleniacza i powstawanie produktu korozji zachodzą w tym samym miejscu powierzchni metalu bez przepływu swobodnych elektronów przez granicę faz.

ˇKorozja lokalna. Jeżeli korozja metalu w środowisku wodnym zachodzi nierównomiernie, to obszary katodowe i anodowe występujących ogniw korozyjnych można wyróżnić bądź gołym okiem, bądź pod mikroskopem.

ˇKorozja ogólna. Przy bardzo małych rozmiarach ogniw metal ulega korozji równomiernej, w której na całej powierzchni występują miejsca anodowe i katodowe zmieniając w czasie swoje położenie. Jeżeli produkty korozji nie przechodzą do roztworu, to wydzielają się równomierne na całej powierzchni metalu. Korozja elektrochemiczna ogólna prowadzi do zniszczeń równomiernych. Potencjał katody jest równomierny potencjałowi anody i dalej potencjałowi korozyjnemu. Korozję elektrochemiczną lokalną charakteryzują anody oddzielone od katod. Powierzchnia anody jest przy tym dużo mniejsza od powierzchni katody, a potencjał anody – niższy od potencjału katodowego. Produkty korozji nie chronią przed dalszą korozją, po przekroczeniu iloczynu rozpuszczalności wytrącają się i odkładają pomiędzy anodą i katodą.

ˇKorozja z depolaryzacją wodorową. Ten typ korozji zachodzi przede wszystkim w kwasach, a w przypadku niektórych metali – również w roztworach silnie alkalicznych. Szybkość wydzielania wodoru, a w efekcie i korozji metalu może zależeć od procesu katodowego lub anodowego. Korozję metali w środowiskach kwaśnych charakteryzuje, zarówno w procesie katodowym jak i anodowym, występowanie polaryzacji aktywacyjnej. Cynk jest przykładem metalu, który charakteryzuje się małą polaryzacją aktywacyjną rozpuszczania a wysokim nadnapięciem wydzielanego na nim wodoru. Zanieczyszczenia cynku miedzią czy żelazem zmniejszają polaryzację katodową cynku i powodują zwiększenie szybkości korozji. O przebiegu korozji metali łatwo pasywujących się w rozcieńczonych kwasach decydują najczęściej procesy anodowe. Wzrost stężenia utleniacza w roztworze zwiększa polaryzację anodową, a z kolei obecność silnych depasywatorów zmniejsza polaryzację anodową. Obok dominującej funkcji procesów katodowych może mieć miejsce jednakowe ich działanie. Oznacza to, że w procesie korozyjnym występuje jednakowa polaryzacja katodowa i anodowa. Stal węglowa koroduje z większą szybkością niż czyste żelazo. Obecność w nim siarki zwiększa jeszcze szybkość korozji.

ˇKorozja z depolaryzacją tlenową. Korozja metali w wodzie i roztworach obojętnych jest bardziej powszechna niż w środowiskach kwaśnych. W procesie anodowym występuje polaryzacja aktywacyjna, w procesie katodowym redukcji tlenu występuje polaryzacja stężeniowa związana z ograniczoną rozpuszczalnością tlenu w środowisku wodnym. O szybkości procesu korozji będzie decydować graniczna gęstość prądu katodowej redukcji tlenu, która zależy od stężenia tlenu. Szybkość ogólnej korozji różnych stali w wodzie jest uzależniona od szybkości dyfuzji tlenu do ich powierzchni. Wielkość polaryzacji anodowej w pewnym zakresie nie ma znaczenia, decyduje wielkość prądu granicznego redukcji tlenu.

ˇKorozja atmosferyczna. Korozja atmosferyczna jest przykładem korozji elektrochemicznej. Szybkość jej jest uzależniona od zawartości wilgoci oraz zanieczyszczeń w powietrzu i na metalu. Przyjmuje się, że zjawisko korozji atmosferycznej ma miejsce w atmosferze o wilgotności względnej powyżej 70%, gdyż wtedy może nastąpić kondensacja pary wodnej na powierzchni metalu. Duże znaczenie ma również strefa klimatyczna, a także mikroklimat występujący w obrębie tych stref. Korozję atmosferyczną przyspieszają zanieczyszczenia atmosfery, np. SO2, które zwiększa ją przewodnictwo skondensowanej na powierzchni metalu pary wodnej. Dalszym czynnikiem przyspieszającym korozję są zanieczyszczenia stałe osadzające się na metalu, a szczególnie sadze i pył węglowy, które intensyfikują proces katodowej redukcji tlenu.

ˇKorozja galwaniczna. Korozja ta jest wywołana kontaktem dwóch metali czy stopów o różnych potencjałach, powodującym wytworzenie się ogniwa galwanicznego. Różnica potencjałów w szeregu galwanicznym, mniejsza niż 50 mV, nie ma praktycznie znaczenia. Efektywność ogniwa zwiększa się ze wzrostem różnicy potencjału stykających się z sobą metali w środowisku korozyjnym. Przykładem tego rodzaju korozji może być korozja stali węglowej znajdującej się w kontakcie ze stalą chromowo-niklową, miedzi lub mosiądzu ze stałą zwykłą lub ocynkowaną, która po rozpuszczeniu cynku będzie ulegała korozji. W przypadku metali silnie pasywujących się, mimo znacznych różnic potencjałów, efekty korozyjne mogą być niewielkie, bowiem warstewki pasywne mogą dobrze chronić przed korozją. W praktyce w celu zmniejszenia efektu galwanicznego w przypadku konieczności łączenia metali czy stopów należy przestrzegać, żeby różnica potencjałów była jak najmniejsza i tak dobierać metale, żeby metal stanowiący katodę w ogniwie galwanicznym miał małą powierzchnię, a metal anody dużą. Pozwoli to rozłożyć efekt korozyjny na dużej powierzchni i w ten sposób zmniejszyć jej szkodliwość. Dlatego śruby, nakrętki, spawy powinny być w takich przypadkach wykonane z bardziej szlachetnego materiału niż materiał blach czy konstrukcji. Korozja galwaniczna jest groźniejsza w roztworach o małym przewodnictwie, np. w miękkich wodach, ponieważ atak korozyjny koncentruje się blisko złącza metali. Korozja galwaniczna może być wywołana nie tylko obecnością wspomnianych makroogniw, lecz także i takich mikroogniw, które występują w obrębie jednego kawałka metalu. Przykładem tego rodzaju korozji może być selektywna korozja stopów, polegająca na rozpuszczaniu się składnika mniej szlachetnego, np. cynku w mosiądzu. Dalszym przykładem korozji galwanicznej wywołanej obecnością mikroogniw jest selektywna korozja żeliwa szarego w wodzie lub glebie, prowadząca do przemiany żelaza w rdzę, w której pozostaje rozrzucony grafit.

ˇKorozja naprężeniowa. Która zachodzi w przypadku współdziałania czynników elektrochemicznych z naprężeniami mechanicznymi. Korozja tego typu, związana z dyslokacjami w metalu, może objawiać się jako pękanie międzykrystaliczne lub śródkrystaliczne.

ˇKorozja zmęczeniowa. Zachodząca przy cyklicznych naprężeniach metalu w środowisku agresywnym, objawiająca się pękaniem określonych miejsc konstrukcji, zwłaszcza w kotłach parowych i środowisku wody morskiej.

ˇKorozja cierna. Zachodząca na powierzchniach granicznych dwu ściśle dopasowanych płaszczyzn metali, które ulegają drganiom lub przesunięciom oscylacyjnym.

ˇKorozja kawitacyjna. Spowodowana powstawaniem luk próżniowych w cieczach wskutek szybkiego ruchu lub wibracji (śruby okrętowe, wirniki turbin hydraulicznych itp.)

ˇKruchość wodorowa. Występująca w stalach niskostopowych o dużej wytrzymałości z powodu wnikania wodoru do stali w czasie np. trawienia lub powlekania galwanicznego.

ˇKorozja szczelinowa. Która objawia się w szczelinie między metalami o niedostatecznym dostępie powietrza i tlenu, co uniemożliwia samoodnawianie się warstewki tlenkowej na stali i stopach aluminium.

ˇKorozja kontaktowa. Zachodząca na styku dwóch metali o różnych potencjałach w roztworze.

ˇKorozja selektywna. Spowodowana lokalnym zubożeniem stopu w chrom przez jego związanie w węgliki i wydzielanie na granicy ziarn metalu.

ˇKorozja wżerowa (pitting). Występująca szczególnie w środowisku chlorków, powodująca głębokie wżery w metalu.

ˇKorozja wysokotemperaturowa (gazowa). Która jest chemicznym procesem utleniania metali w różnego typu spalinach lub środowiskach zawierających siarkę, siarkowodór lub chlorowce. Objawia się ona zniszczeniem metalu i zmianą wytrzymałości mechanicznej.

ˇKorozja katastrofalna. Która jest skrajnym przypadkiem korozji wysokotemperaturowej, gdy proces zniszczenia metalu zachodzi szybko.

ˇKorozja kwasowa. Gdy w tworzywo nieorganiczne wnika ośrodek o pH niższym od 7 i działa chemicznie na materiał.

ˇKorozja siarczanowa. W czasie której siarczany środowiska działają na związki zawarte w cemencie portlandzkim, powodując powstanie soli Candlota o dużej objętości właściwej, rozsadzającej strukturę betonu.

ˇPęcznienie. Dotyczące tworzyw organicznych, plastyków, których stosunkowo luźna struktura umożliwia wnikanie w głąb materiału obcych atomów powodujących pęcznienie i pogorszenie własności mechanicznych.

ˇSolwatacja. Zachodząca również w odniesieniu do plastyków, w których w przypadku chemicznego reagowania cząsteczek tworzywa z penetrującymi cząsteczkami środowiska może zachodzić destrukcja objawiająca się formowaniem kompleksów – solwatów – lub utlenianiem tworzywa.

Ochrona metali przed korozją.

Ze względu na ogromne straty, jakie ponosi gospodarka wskutek korozji, opracowano wiele metod zapobiegania a przynajmniej hamowania tego niepożądanego zjawiska. Do najważniejszych metod ochrony antykorozyjnej można zaliczyć:

ˇelektrochemiczną ochronę katodową i protektorową

ˇmetaliczne i niemetaliczne powłoki ochronne

ˇdyfuzyjne ulepszanie powierzchni metali

ˇstosowanie inhibitorów

Ochrona katodowa polega na podłączeniu do elementów konstrukcji narażonych na

korozję ujemnego bieguna źródła prądu stałego o niewielkim napięciu (1-2 V). Anodą może być złom żelazny lub nierozpuszczalna elektroda grafitowa.

Znacznie częściej stosuje się elektrochemiczną ochronę protektorową, polegającą na połączeniu metalu chronionego, np. żelaza, z blokiem metalu mniej szlachetnego. Jeżeli oba metale znajdują się w tym samym elektrolicie, powstaje krótkozwarte ogniwo, w którym bardziej aktywny magnez lub cynk spełnia rolę anody, a żelazo – katody. Bloki magnezu przytwierdza się w pewnych odstępach do rurociągów podziemnych lub do stalowych kadłubów okrętów, chroniąc je w ten sposób przed korozją. Chociaż zużyte anody magnezowe co pewien czas muszą być wymieniane, jest to prostszy zabieg, niż stałe zasilanie prądem chronionych elementów, jak to ma miejsce przy ochronie katodowej.

Powłoki z metalu mniej szlachetnego od żelaza oprócz izolacji od tlenu i wilgoci zapewniają równocześnie ochronę protektorową. Nawet w przypadku poważnego uszkodzenia powłoki cynkowej naniesionej na znajdującą się pod nią stal, ta ostatnia będzie katodą i jej podatność na korozję będzie w znacznym stopniu ograniczona.

Zupełnie inaczej wygląda sprawa, gdy metalowa powłoka jest bardziej szlachetna niż pokryty nią metal. Ochronne działanie np. powłoki miedziowej, cynkowej czy niklowej naniesionej galwanicznie na żelazo jest tak długo skuteczne, jak długo powłoka jest szczelna. Z chwilą jej uszkodzenia, w obecności wilgoci i zanieczyszczeń proces korozji żelaza jest intensywniejszy niż bez powłoki. Miedź, cyna czy nikiel stają się katoda, a żelazo ulega anodowemu rozpuszczaniu: Fe = Fe2+ + 2e. Stan równowagi reakcji przesuwa się w prawo wskutek zużywania elektronów w reakcji redukcji wodoru w elektrolicie kwaśnym lub redukcji tlenu (O2 + H2O + 4e = 4OH-) w elektrolicie obojętnym lub zasadowym.

Zadaniem powłok niemetalicznych jest izolowanie powierzchni metalu od dostępu tlenu i wilgoci. Używane w tym celu farby i lakiery oprócz ochrony przed korozją służą zarazem do dekoracji powierzchni. Inną metodą uzyskania trwałej, szczelnej i dobrze przylegającej powłoki jest utlenianie (pasywacja) powierzchni metali. Niektóre metale, np. aluminium, samorzutnie pokrywają się na powietrzu zwartą warstwą tlenku, który chroni metal przed dalszą korozją. Utleniając metal anodowo w odpowiednim elektrolicie można uzyskać grubszą i lepiej chroniącą warstwę tlenkową.

Najnowszą metodą ochrony metali jest wytwarzanie tzw. powierzchni stopowych. Proces przypomina w pewnym stopniu elektrolityczne (galwaniczne) powlekanie metali, ale zamiast wody używa się jako rozpuszczalnika fluorków metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych z dodatkiem ok. 1% fluorku metalu tworzącego powierzchnię stopową. Istotą procesu jest dyfuzja atomów metalu stanowiącego anodę w głąb powierzchni drugiego metalu będącego katodą. W stopionej soli fluorkowej o temp. 800-1600 K powstaje stop powierzchniowy o grubości 25 do kilkuset mikrometrów. Dotychczas uzyskano ponad 500 różnych powierzchni stopowych. Można dla przykładu przytoczyć odporne na korozje dyfuzyjne powłoki berylowe na miedzi, tytanie, niklu, kobalcie, żelazie, i innych metalach. Powłoki tytanu na miękkich stalach oraz stopach niklowych i miedziowych zwiększają odporność na działanie kwasów. Równie korzystne okazało się aluminiowanie w stopionych fluorkach. Metoda wytwarzania powierzchni stopowych nie ogranicza się do samych metali. Uzyskano np. twarde i błyszczące powierzchnie krzemowe na platynie.

Innym sposobem hamowania procesu korozji jest wykorzystanie tzw. inhibitorów, czyli substancji silnie adsorbujących się na powierzchni metalu i blokujących w ten sposób dostęp jonów wodorowych. Właściwości inhibitujące wykazują substancje powierzchniowo aktywne, wielkocząsteczkowe, związki tworzące nierozpuszczalne osady z jonami metalu a także inne związki zawierające azot i siarkę. Na przykład dodatek 0,05% siarczku dwufenyloetanu zmniejsza o 75% ubytek żelaza w kwasie solnym. Zamiast stosowanego dawniej natłuszczania obecnie konserwuje się i transportuje cenne i precyzyjne urządzenia metalowe w szczelnych opakowaniach z folii polietylenowej zawierających wewnątrz minimalną ilość łatwo lotnych inhibitorów. Również dodatek inhibitorów do farb i lakierów wybitnie polepsza ich właściwości antykorozyjne.

Przy pisaniu pracy korzystałem z książki “OCHRONA PRZED KOROZJĄ – PORADNIK”

Proszek do prania jest skomplikowaną mieszaniną wielu substancji, które wzajemnie współdziałając w kąpieli piorącej mają wpływ na końcowy efekt prania. Na efekt ten składa się – o czym nie wolno zapominać – także działanie mechaniczne (ruch bielizny w pralce, tarcie przy praniu ręcznym), temperatura i czas działania tych czynników, ale niewątpliwie fizyczne i chemiczne działanie składników środka piorącego, a więc także ich dobór, ilość i wzajemny stosunek w recepturze odgrywają tu rolę podstawową.

Podstawowe znaczenie mają substancje powierzchniowo czynne. Mogą mieć one różną budowę i charakter chemiczny. W proszkach występują zazwyczaj jednocześnie anionowe i niejonowe środki powierzchniowo czynne. Obniżają one napięcie powierzchniowe na styku wody, tkaniny i znajdujących się na niej zanieczyszczeń i w ten sposób ułatwiają zwilżenie tkaniny i obecnego na niej brudu, najczęściej nierozpuszczalnego w wodzie – hydrofobowego. W efekcie ułatwiają oddzielenie tego brudu, rozbicie go na drobne cząstki i zawieszenie w roztworze środka piorącego.

W tej samej grupie związków jest również mydło – sole sodowe kwasów tłuszczowych, które kiedyś było jedną z podstawowych substancji powierzchniowo czynnych. We współczesnych proszkach spełnia z reguły już inną funkcję: obniżania pienistość (co jest istotne w przypadku prania w pralkach automatycznych) oraz ułatwiania wypłukiwania resztek proszku z tkanin w końcowym etapie prania.

Kolejna grupa składników to tzw. wypełniacze aktywne, które wspomagają działanie substancji powierzchniowo czynnych. Dzięki obecności tych wypełniaczy działanie to jest znacznie skuteczniejsze. Mówimy o tzw. zjawisku synergizmu.

W tej grupie są przede wszystkim substancje zmiękczające wodę tzn. przeciwdzia łające niekorzystnemu oddziaływaniu zawartych w wodzie twardej jonów wapnia i magnezu na inne składniki kompozycji piorącej i procesy podczas prania zachodzące. Najczęściej stosowane są trójpolifosforan sodowy oraz glinokrzemiany sodowe – zeolity.

Soda i krzemiany (najczęściej używane w postaci szkła wodnego) decydują o alkaliczności kąpieli piorącej i poprzez to o przebiegu zjawisk elektrycznych na styku woda – brud – tkanina, które także mają swój udział w praniu. Szkło wodne decyduje również o strukturze proszku, stąd jego udział w recepturze ma związek z technologią, jaką proszek jest produkowany.

Sól sodowa karboksymetylocelulozy i często obecnie zamiast niej stosowane polkarboksylaty wraz ze wspomagającymi ich działania fosfonianami to tzw. inhibitory zaszarzania, które zapewniają, że zdyspergowane cząsteczki brudu i nierozpuszczalne składniki proszku nie osiadają ponownie na pranej tkaninie.

Dodatki specjalne zróżnicowane są w zależności od przeznaczenia proszku. Tak np. proszki do tekstyliów kolorowych zawierają polimer typu PVP zapobiegający przenoszeniu barwnika z jednej tkaniny na drugą. Do tego rodzaju proszków dodaje się często enzym celulazę, który likwiduje mikrowłókienka powstające w wyniku naruszenia struktury włókien tkaniny lub dzianiny (mechacenie), a przez to daje efekt ożywiania kolorów. W recepturach obecne są także inne enzymy: proteazy – powodujące biochemiczne naruszenie zabrudzeń białkowych, czy też lipazy i amylazy, taką samą rolę spełniające w przypadku zabrudzeń tłuszczowych i skrobiowych. Rozdrobnione cząsteczki tych zabrudzeń dają się łatwiej oddzielić od włókien. W przypadku tkanin białych istotnym składnikiem są rozjaśniacze optyczne – substancje adsorbujące się z kąpieli piorącej na powierzchni włókien i sprawiające, że widmo światła odbitego od tkanin jest inne niż światła padającego, bardziej przesunięte w światła niebieskiego, w wyniku czego uzyskuje się efekt pogłębienia bieli.

Za usuwanie barwnych plam po owocach, winie, kawie czy herbacie odpowiedzialne są wybielacze chemiczne. Są to związki uwalniające w podwyższonej temperaturze aktywny tlen (tzw. tlen atomowy), który niszczy barwniki zawarte we wspomnianych plamach. Często z wybielaczem współdziała jego aktywator – substancja o skomplikowanej budowie i nazwie chemicznej, którą określa się skrótem TAED. Powoduje ona, że efektywne działanie wybielacza następuje w niższej temperaturze – pranie powyżej 90°C przestaje być konieczne.

Tlen aktywny daje jeszcze inny efekt niezmiennie istotny z punktu widzenia zapewnienia higieny odzieży i bielizny. Powoduje zabijania wielu drobnoustrojów (bakterii, wirusów, grzybów). Dzięki temu tekstylia po praniu są bardziej czyste także pod względem mikrobiologicznym. Przy spełnieniu określonych warunków można mówić o działaniu dezynfekcyjnym. Inne dodatki to inhibitory piany – substancje obniżające pienistość kąpieli piorącej, coraz częściej zastępujące w tej roli tradycyjne mydło oraz kompozycja zapachowa.

Ostatnią grupę stanowią wypełniacze, które w zasadzie nie uczestnicząc w procesie prania odgrywają rolę nośników innych składników recepturalnych. Najczęściej stosowanym wypełniaczem jest siarczan sodowy.