Научната магија на течностите - приказни за мендкрафт
Неодамна објавено од наша страна, од пријатели од издавачката куќа „Публика“, „Liquid. Пријатни и опасни материи што течат низ нашите животи “е една од најдобрите книги за популаризација на науката во последниве години, која управува со„ невозможното “: да објасни јасно и добро комплицирани научни поими за навидум„ тривијални “работи (ставаме во наводници, зашто ништо не е тривијално ако го погледнете внимателно), како што се виното, водата, керозинот во авионот или фреонот во климатизерите. Барем еднаш на секои неколку страници, реакцијата на кој било читател ќе биде: „Леле, не го знаев тоа!“.
Марк Миодауник е директор на Институтот за изработка на Универзитетскиот колеџ во Лондон, универзитетски професор и еден од најталентираните автори на популарни научни книги, со два брилијантни тома за науката за материјалите.
И двајцата беа преведени во нашата земја, во Јавната колекција: Бестселер 10 чудотворни материјали, наградени со награда за книга на Националната академија за комуникација во науките и Винтон награда на Кралското друштво, како и неговата нова книга „Течни. Пријатни и опасни материи што течат низ нашите животи “, од кои ве покануваме да уживате подолу во фрагментот што ќе ви ја разбуди curубопитноста.
Ме запленија на безбедносната проверка на аеродромот за путер од кикирики, мед, сос од песто, паста за заби и што најмногу ме боли, шише виски од еден слад. Во такви ситуации, мојот сенф неизбежно скока. Јас велам работи како „Сакам да разговарам со претпоставен“ или „Путерот од кикирики не е течен“, иако знам дека е така. Путерот од кикирики тече и го добива обликот на контејнерот во кој е сместен - тоа го прават течностите - значи е течно. Како и да е, тоа ме тера да се фаќам дека дури и сега, во свет полн со „паметна“ технологија, контролата на безбедноста на аеродромот не може да направи разлика помеѓу течен крем и течен експлозив.
Преминувањето на повеќе од 100 милилитри течност низ безбедносните проверки е забрането од 2006 година, но оттогаш нашата технологија за откривање не е многу подобрена. Рентгенските скенери откриваат предмети во багажот. Поточно, го предупредува чуварот кога ќе се соочи со сомнителни форми: разликува пиштоли од фен за коса и ножеви за пенкало. Но, течностите немаат форма. Тие само имаат форма на контејнер во кој се наоѓаат. Технологијата за скенирање на аеродромот може да открие и густина и голем број хемикалии. Но, тука повторно се јавуваат проблеми. Молекуларниот состав на експлозивен нитроглицерин, на пример, е сличен на оној од путер од кикирики. Двете се изработени од јаглерод, водород, азот и кислород - но едниот е течен експлозив, а другиот е само ... што друго, вкусно. Постојат огромен број опасни отрови, отрови, оксиданти и патогени, неверојатно тешко да се разликуваат од безопасни течности брзо и безбедно. Токму овој аргумент што го слушнав од многу чувари на безбедност (и нивните претпоставени) обично ме тера да прифатам - неволно - дека мојот путер од кикирики или друга течност заборавам да Ги вадам од рачниот багаж, тие претставуваат значителен ризик.
И, каква бања би била комплетна без многу рог со шишиња течен сапун, шампон и регенератор, тегли крем и цевки од паста за заби? Ние ги сакаме овие чудесни течности, но тие исто така нè загрижуваат: зарем не нè повредуваат? Зарем тоа не предизвикува и рак? Зарем не му штети на животната средина? Во случај на течности, задоволството и сомнежот одат рака под рака. Тие по својата природа се дупликат - ниту гас, ниту цврст, туку нешто во средина, нешто неизводливо и мистериозно.
Цин Царот Ши Хуанг, основач на династијата Чин.
Ercивата не е единствената течност што може да консумира и содржи друга материја. Ако додадеме сол во водата, таа брзо ќе исчезне - солта е некаде, но каде и што се случи со неа? А сепак, ако го истуриме во масло, солта останува таму. Зошто? Течната жива апсорбира цврсто злато, но ја отфрла водата. Зошто? Водата апсорбира гасови, вклучувајќи кислород; да не беше тоа, ќе живеевме во многу поинаков свет - кислородот растворен во водата им овозможува на рибите да дишат. Потоа, иако водата не може да апсорбира доволно кислород за човечко дишење, други течности можат. Постои еден вид на масло - флуоројаглерод - што е многу хемиски и електрично реактивно. Толку е инертно што можете да го ставите вашиот мобилен телефон во чаша со оваа супстанца и тој ќе продолжи да работи нормално. Исто така, флуоројаглеродот може да апсорбира кислород во толку голема концентрација што станува дишечки за луѓето - вдишувајте течност наместо воздух - со многу можни употреби, од кои најважен е третманот на предвремено родени бебиња кои страдаат од респираторен дистрес синдром (нт: состојба во која нецелосно развиените белодробни алвеоли не пренесуваат доволно кислород во крвта).
Но, целата течна вода има крајна особина да генерира живот. Причината е што тој раствора не само кислород, туку и многу други супстанции, вклучувајќи молекули на база на јаглерод; затоа е оптимално опкружување за изгледот на животот - за спонтаната генерација на нови организми. Барем така вели теоријата. Затоа, кога бараат знаци на живот на други планети, научниците бараат течна вода. Но, течната вода е ретка во Универзумот. Можно е во Европа, еден од месеците на Јупитер, да има океани со течна вода, под ледената покривка. Може да има и течна вода на Енцелад, една од месечините на Сатурн. Но, Земјата е единственото тело во Сончевиот систем со големо количество вода лесно достапна за површината.
Површинските температури и притисоци што овозможуваат присуство на вода во течна форма се резултат на збир на уникатни околности. Поточно, да не беше течното јадро на Земјата, направено од стопени метали, изворот на магнетното поле што нè штити од сончевиот ветер, целата наша вода веројатно ќе исчезнаше пред милијарди години. На кратко, на нашата планета, течноста се роди од течноста, а од неа - животот.
Но, течностите се исто така деструктивни. Пената е мека затоа што лесно се компресира; ако скокате на душек од пена, чувствувате дека попушта под вас. Течностите не се однесуваат вака; напротив, тече - секоја молекула напредува во просторот ослободен од друга молекула. Феноменот го забележуваме во реките, кога ја вклучуваме чешмата или кога мешаме кафе со лажичка. Кога ќе скокнеме од брануваа и ќе ја допреме водата, таа треба да се оддели за да ви остави простор. Но, за ова одвојување е потребно време, и ако брзината на ударот е преголема, водата нема да може да се исцеди доволно брзо и ќе ве изврши притисок. Оттука, силата што ја боцка вашата кожа кога ќе се фрлите во базенот и што стапува во контакт со водата по скок во височина, е многу слична на слетувањето на бетон. Некомпресибилноста на водата е исто така причина што брановите можат да извршат таква смртоносна сила и зошто бранот цунами може да уништи згради и градови, фрлајќи автомобили наоколу како скршени гранки. На пример, земјотресот во Индискиот Океан во 2004 година предизвика низа цунами во кои загинаа 230.000 луѓе во четиринаесет земји. Според гравитацијата, тоа беше осма природна катастрофа во историјата.
Друго опасно својство на течности е нивната способност да експлодираат. Кога започнав со докторат на Оксфорд, морав да подготвам мали примероци за електронскиот микроскоп. Процесот вклучува ладење на течност наречена електрохемиски раствор за полирање до температура од минус 20 ° С. Течноста беше мешавина од бутоксиетанол, оцетна киселина и перхлорна киселина. Тој ми покажа како да направам друг студент на доктор во лабораторијата, Енди Годфри, и мислев дека разбирам. Но, по неколку месеци, Енди забележа дека честопати оставаме растворот да се загрева при електрохемиско полирање. „Не би го сторил тоа“, рече тој еден ден, кревајќи ги веѓите додека гледаше над моето рамо. Кога го прашав зошто, тој ме упати кон упатството за хемиска опасност во лабораторијата:
Перхлорна киселина е корозивна киселина која ги уништува човечките ткива. Перхлорна киселина може да биде опасна по здравјето доколку се вдише, проголта или е во контакт со кожата или очите. Загреана над собна температура или користена во концентрации над 72% (на која било температура), перхлоричната киселина станува силна оксидирачка киселина. Органските супстанции се особено подложни на спонтано согорување во мешавина или контакт со хлороводородна киселина. Пареите на перхлорна киселина можат да формираат перхлорати чувствителни на шок во вентилационите канали.
Со други зборови, експлодира.
Пребарувајќи во лабораторијата, најдов многу безбојни течности, исто толку транспарентни, повеќето невозможни да се разликуваат. Користев, на пример, флуороводородна киселина, која покрај тоа што создава дупки во бетон, метали и месо, е и токсична во контакт, инхибирајќи го функционирањето на нервите. Ефектот е суптилен - поточно, не го чувствувате кога ќе ве изгори. Случајната изложеност може да остане незабележана многу лесно, додека киселината ја гризи вашата кожа.
И алкохолот спаѓа во категоријата отрови. Додуша, тоа се манифестира само во големи дози, но направи повеќе штета отколку хидрофлуорната киселина. А сепак, тој има огромна улога во општеството и во културите низ целиот свет; низ историјата, се користел како антисептик, антитусив, противотров, лекови за смирување и гориво. Нејзината главна привлечна функција е депресивна за нервниот систем: тоа е психоактивен лек. Многумина не се во можност да функционираат без нивната секојдневна чаша вино, а повеќето дружења се вртат околу местата што служат алкохол. Не им веруваме на овие течности (и со право), но сепак ги сакаме.
Ние ги чувствуваме физиолошките ефекти на алкохолот кога се апсорбира во крвта. Срцевите отчукувања постојано нè потсетуваат на улогата на крвта во телото и нејзината потреба да циркулира постојано: работиме благодарение на дејството на пумпата, а кога ќе престане, ние умираме. Од сите течности во светот, би можеле да кажеме дека крвта е една од најважните. За среќа, денес можеме да ги замениме нашите срца, можеме да извршиме бајпас операции и можеме да ги поврземе со различни точки во телото и надвор од него. Дури и крвта може да се трансфузира и извлече, складира, подели, замрзне и да се врати во живот. Всушност, милиони луѓе кои страдаат од операција или сообраќајни несреќи или се повредени во воени зони, би умреле без банки на крв секоја година.
Но, крвта може да биде заразена, на пример со ХИВ или вирус на хепатитис, па затоа може да направи штета. Затоа, мора да ја земеме предвид двојната природа на крвта, како и на сите течности. Важното прашање не е дали можеме да и веруваме на одредена течност, дали е добра или лоша, дали е здрава или отровна, вкусна или одвратна, туку дали ја разбираме доволно за да можеме да ја користиме.
Најдобар начин да се илустрира моќта и задоволството што ги добиваме од контролирање на течности е да ги набудуваме патниците во авион. За ова станува збор за оваа книга: трансатлантски лет и сите чудни и прекрасни течности вклучени во него. Седнав во авион затоа што не успеав да се разнесам за време на докторат, но го продолжив истражувањето во науката за материјали и станав директор на Институтот за изработка на Универзитетскиот колеџ, Лондон. Дел од нашето истражување се фокусира на тоа како течностите можат да се маскираат во цврсти материи. На пример, асфалтот на патиштата е, како путер од кикирики, течност, иако дава впечаток дека е цврст. Благодарение на нашите студии, добивме покани за конференции ширум светот, а оваа книга ја раскажува приказната за ваквиот лет од Лондон до Сан Франциско.
Планетата „Океан“, на фотографија во природни бои, од јуни 2019 година, направена со сателитот ДСЦОВР на НАСА.
Летот е опишан на јазикот на молекулите, отчукувањата на срцето и океанските бранови. Мојата цел е да ги откријам мистериозните својства на течностите и да покажам како почнавме да зависиме од нив. Flyе прелетаме над вулканите на Исланд, над замрзнатото пространство на Гренланд, над езерата близу заливот Хадсон, потоа јужно до брегот на Пацификот. Тоа е доволно голем простор за да се зборува за течности од океанското скалило до капките во облаците, испитувајќи ги чудните течни кристали на екраните на авионот, пијалоците што ги служи екипажот на летот и, се разбира, горивото што го одржува авионот во стратосферата.
Во секое поглавје, разговарам за посебна фаза на лет и квалитетите на течностите што го овозможија тоа: нивната способност да горат, раствораат или кисна, именувам неколку. Покажувам како капиларноста, кондензацијата, вискозноста, растворливоста, притисокот, површинскиот напон и многу други чудни својства на течностите ни овозможуваат да летаме околу светот. Така, објаснувам како течностите следат правец на нагорен проток кај дрвјата, но се спуштаат по ридовите, зошто е маслото лепливо, како можат брановите да достигнат досега, зошто работите се сушат, како можат да бидат некои течности кристали, како да не се отруете кога подготвувате алкохолни пијалоци дома и, можеби најважно, како да направите совршен чај. Затоа, те поканувам да леташ со мене.
Ви ветувам чудно и прекрасно патување.