Zagadki chemiczne // Wszystkie chwyty dozwolone II

Współczesny rozwój techniki zmusza chemików - analityków do stałego poszukiwania nowych metod szybkiej, dokładnej identyfikacji i ilościowego oznaczania substancji. Często - jak w analizie śladowej - ilości minimalnych. "Wszystkie chwyty dozwolone" mówi więc sobie analityk, sięgając po metody z rozmaitych dziedzin i przystosowując je do swoich potrzeb. A więc:

---

1. Dlaczego możliwe było odkrycie pierwiastka helu na Słońcu, choć nie znano go jeszcze na Ziemi?

2. O jakiej metodzie analitycznej można powiedzieć, że wywodzi się od plamy?

3. Skąd wywodzi się nazwa "analiza miareczkowa"?

4. Czy płomień palnika może służyć do analizy?

Odpowiedzi:

Ad.1

Hel wykryto na Słońcu wcześniej (1868) niż na Ziemi (1894), ponieważ pierwiastek ten tworzy się w reakcjach termojądrowych zachodzących we wnętrzu gwiazd czynnych, a więc i na Słońcu, w którego atmosferze stwierdzono jego obecność. Umożliwiła to analiza spektralna (analiza widmowa), pozwalająca uzyskiwać i badać charakterystyczne widma pierwiastków. Nieznane prążki w widmie promieniowania słonecznego naprowadziły na trop nowego, nie znanego jeszcze wówczas pierwiastka chemicznego. Był nim właśnie hel. Stąd też wzięła się i nazwa pierwiastka: od Heliosa, greckiego boga Słońca.

Rys. 1 Słońce nieustannie wyrzuca naładowane cząstki elementarne w postaci wiatru słonecznego, który czasem dociera do naszej atmosfery; protuberancje – czyli jasne struktury widoczne ponad brzegiem tarczy słonecznej; widzialne linie widm emisyjnych helu; cykl protonowy - cykl reakcji jądrowych, w których z czterech jąder wodoru powstaje razem stabilne jądro helu. Reakcje zachodzą z wydzieleniem energii jądrowej w temperaturze kilkunastu milionów kelwinów.

Ad.2

Można tak powiedzieć o chromatografii bibułkowej. Chromatografia jest techniką rozdzielania mieszanin substancji na poszczególne składniki lub grupy składników. Jednym z jej działów jest chromatografia bibułowa - rozdzielcza lub osadowa. Na arkusz lub krążek specjalnej bibuły nanosi się nieco roztworu badanej mieszaniny, a potem zanurza w specjalnie przygotowanym roztworze. Substancje ulegają rozdzieleniu, gdyż jedne posuwają się na bibule szybciej, inne wolniej. Rozdzielone substancje tworzą na bibule plamy, widoczne w przypadku, gdy są to substancje barwne, lub wymagające "wywołania" w przypadku substancji bezbarwnych.

Rys. 2 Kolory flmastrów rozdzielone na bibułce; rezulaty chromatograficznych doświadczeń przeprowadzanych w NCATS na wydarzeniu "Frontiers in Science and Medicine" w 2017

Ad.3

Analiza miareczkowa, czyli analiza objętościowa, jest działem analizy ilościowej i polega na ilościowym oznaczeniu składnika roztworu przez pomiar objętości roztworu mianowanego, jaki został użyty na ilościowe przeprowadzenie reakcji chemicznej z tym składnikiem. Roztwór mianowany (czyli o ściśle określonym, znanym stężeniu) dodaje się niewielkimi porcjami, a pod koniec już tylko kroplami, by móc uchwycić właściwy punkt końca miareczkowania np. reakcji zobojętniania przy użyciu wskaźnika). Od tych niewielkich ilości, jakby "miareczek", pochodzi nazwa tego typu analizy.

Rys. 3 Miareczkowanie wobec fenoloftaleiny, która w środowisku zasadowym ma kolor malinoczerwony. Roztwór w ostatniej kolbie jest wyraźnie przemiareczkowany, co jest częstym błędem podczas analizy objętościowej.

Ad.4

Tak, obecność związków niektórych pierwiastków możemy wykryć umieszczając próbkę w płomieniu palnika gazowego na druciku platynowym. Taką analizę wykonujemy często nieświadomie w kuchni: gdy osolona woda z ziemniaków lub zupa wykipi z garnka i zaleje płomień palnika, obserwujemy, że natychmiast barwi się on na żółto. Analiza jakościowa w płomieniu palnika przydaje się też poza laboratorium. Znana jest anegdota o fizyku amerykańskim, Robercie Woodzie. Jadał on obiady w małym pensjonacie paryskim i podejrzewał, że z higieną przyrządzania posiłków nie wszystko jest tam w porządku. Pewnego dnia, gdy na obiad podano drób, po skończonym posiłku posypał dyskretnie jakimś proszkiem pozostawione na talerzu kości. Następnego dnia wziął ze sobą do stołu małą lampkę spirytusową, zapalił ją i do płomienia wprowadził kilka kropli zupy - płomień zabarwił się na piękny karminowy kolor. Potwierdziło to jego podejrzenia, że zupę ugotowano na resztkach z obiadu z poprzedniego dnia; proszkiem, którym posypał kości, był chlorek litu, a związki litu barwią płomień na karminowo.

Rys. 4 Zabarwiony płomień od: litu - karminowy; sodu - żółty; stront - czerwony, siarczku miedzi - zielony.