17 hämmästyttävää kemian faktaa, jotka räjäyttävät tajuntasi

Jalkapallon muotoista hiiliklusteria C60 on kutsuttu ”kauneimmaksi molekyyliksi”, ja jos sinulla on silmää symmetrialle, on helppo ymmärtää miksi. Mutta jos olet joskus pitänyt kemiasta koulussa tai olet itse asiassa tehnyt uraa kemian parissa, tiedät, että kemia menee ”kauneutta” pidemmälle.

Kemialle, kuten fysiikallekin, on luontaista romantiikkaa, joka kumpuaa pikemminkin ”totuudesta” kuin klassisista esteettisistä piirteistä. Toivottavasti nämä nopeat kemian faktat ja nippelitiedot herättävät tai uudistavat kiinnostuksen tätä jaloa tieteenalaa kohtaan.

Salamaniskut tuottavat otsonia, siksi tyypillinen haju ukkosmyrskyjen jälkeen

Ozon, kolminkertainen happimolekyyli, joka toimii stratosfäärin suojapeittona ultraviolettisäteilyä vastaan, syntyy luonnossa salamaniskujen seurauksena. Iskiessään salama halkaisee ilmakehän happimolekyylit radikaaleiksi, jotka muodostuvat uudelleen otsoniksi. Otsonin haju on hyvin terävä, ja sitä kuvataan usein kloorin hajua muistuttavaksi. Tästä syystä ukkosen jälkeen tuntuu ”puhdas” haju.

Ainoat kaksi ei-hopeaa sisältävää metallia ovat kulta ja kupari

Metalli on alkuaine, joka muodostaa helposti positiivisia ioneja (kationeja) ja jolla on metallisia sidoksia. Näillä alkuaineilla on elektroneja, jotka ovat löyhästi kiinni atomeissa ja siirtävät niitä helposti. Tämän vuoksi metallit ovat loistavia sähkö- ja lämpöjohtimia – koska elektronit siirtävät energiaa.

Useimpien metallien elektronit heijastavat värejä tasaisesti, joten auringon valo heijastuu valkoisena. Kulta ja kupari sattuvat kuitenkin imemään sinistä ja violettia valoa, jolloin jäljelle jää keltaista valoa. Tässä yhteydessä on syytä huomata, että kupari on myös ainoa metalli, joka on luonnostaan antibakteerinen.

Vesi laajenee jäätyessään, toisin kuin muut aineet

Tyypillisesti, kun jokin asia on kylmä, se kutistuu. Tämä johtuu siitä, että lämpötila kuvaa atomien värähtelyä – mitä enemmän värähtelyä, sitä enemmän tilaa se vie, siis laajenee. Vesi on poikkeus. Vaikka se värähtelee vähemmän jäätyneenä, jää vie enemmän tilaa. Tämä johtuu vesimolekyylin oudosta muodosta.

Jos muistat kemian alkeiskurssin, vesimolekyyli näyttää Mikki Hiireltä, happiatomi istuu keskellä (kasvot) ja kaksi vetyatomia kumpikin vinossa (Mikki Hiiren korvat). Koska happi ja vety sitoutuvat toisiinsa, vesimolekyyli on avoin rakenne, jossa on paljon tilaa. Kun vesi jäätyy, se vapauttaa energiaa, koska siinä voi syntyä paljon erityisen vahvoja sidoksia. Mutta se vie enemmän tilaa. Niinpä jää laajenee jäätyessään. Toinen mielenkiintoinen mainitsemisen arvoinen seikka on se, että kuuma vesi jäätyy nopeammin kuin kylmä vesi.

Lasi on itse asiassa nestettä, se vain virtaa hyvin, hyvin hitaasti

Se on itse asiassa totta, herra Pakkanen.

Ei ole nestettä eikä kiinteää ainetta, joten lasin selittäminen on paljon vaikeampaa kuin jotkut ehkä luulevat. Lasissa molekyylit virtaavat edelleen, mutta niin pienellä nopeudella, että se on tuskin havaittavissa. Sinänsä ei riitä, että lasi luokitellaan nesteeksi, mutta ei myöskään kiinteäksi aineeksi. Sen sijaan kemistit luokittelevat lasit amorfisiksi kiinteiksi aineiksi, jotka ovat näiden kahden olomuodon välissä. On myös olemassa niin sanottu metallilasi – luokka materiaaleja, jotka ovat kolme kertaa vahvempia kuin titaani ja joilla on luun kimmomoduuli ja jotka ovat samalla äärimmäisen kevyitä

Jokainen kehossasi oleva vetyatomi on todennäköisesti 13,5 miljardia vuotta vanha, koska ne ovat syntyneet maailmankaikkeuden syntyessä

Nollapisteessä maailmankaikkeuden singulariteettitilanteen aikana ihan ensimmäiseksi kemialliseksi alkuaineeksi tuli vety. Kaikki muut seurasivat fuusioitumalla vedystä heliumiksi, joka sitten fuusioitui hiileksi ja niin edelleen. Noin 73 % näkyvän maailmankaikkeuden massasta on vedyn muodossa. Heliumin osuus massasta on noin 25 prosenttia, ja kaiken muun osuus on vain 2 prosenttia. Massaltaan vety ja helium yhdessä muodostavat alle 1 % maapallosta.

Superjuokseva helium uhmaa painovoimaa ja kiipeää seinillä

Nestemäisen heliumin ominaisuuksissa tapahtuu merkittävä siirtymä lämpötilassa 2,17 K (hyvin lähellä absoluuttista nollaa), jota kutsutaan heliumin ”lambda-pisteeksi”. Osa nesteestä muuttuu ”superfluidiksi”, nesteeksi, jonka viskositeetti on nolla ja joka liikkuu nopeasti minkä tahansa laitteen huokosen läpi.

Jos kaadat kourallisen suolaa vesilasiin, vedenpinta laskee

Kun astut kylpyammeeseen, vedenpinta nousee välittömästi Akhimedeksen lain mukaan. Mutta kun vesitilavuuteen lisätään tilavuus natriumkloridia (suolaa), kokonaistilavuus itse asiassa pienenee jopa 2 %. Mistä tämä johtuu? Havaittu nettovähennys tilavuudessa johtuu liuotinmolekyyleistä, jotka järjestäytyvät paremmin liuenneiden ionien läheisyydessä.

Timantti ja grafiitti koostuvat kumpikin kokonaan hiilestä eikä mistään muusta

Vaikka ne koostuvatkin samasta aineksesta, kruununjalokiven ja lyijykynän lyijyn eron antaa muoto. Nimittäin timantti ja grafiitti ovat järjestäytyneet tilassa eri tavalla, mikä tekee niistä hiilen allotrooppeja.

Maankuoren harvinaisin luonnossa esiintyvä alkuaine on astatiini

Astatiini, joka on nimetty kreikan kielen epävakaata merkitsevän sanan (astatos) mukaan, on luonnossa esiintyvä puolimetalli, joka on syntynyt uraanin ja toriumin hajoamisesta. Vakaimmassa muodossaan alkuaineen puoliintumisaika on vain 8,1 tuntia. Koko maankuori näyttää sisältävän noin 28 grammaa alkuainetta. Jos tutkijat joutuvat joskus käyttämään sitä, heidän on periaatteessa valmistettava se tyhjästä. Astatiinia on tähän mennessä valmistettu vain 0,00000005 grammaa.

Näitä tattipalloja myydään 167 miljoonalla dollarilla grammalta. Ainoa asia maailmassa, joka on kalliimpaa, on antimateria

Oxfordilainen startup-yritys myi hiljattain endoedrisiä fullereenejä 167 miljoonalla dollarilla grammalta. Designer Carbon Materials – ainoa yritys maailmassa, joka valmistaa tätä eksoottista materiaalia – kertoo myyneensä 200 mikrogrammaa puhdasta endoedristä fullereenia 33 400 dollarilla.

DNA on palonestoaine

DNA, joka tunnetaan myös elämän pohjapiirustuksena, sisältää kaikki biologiset ohjeet, jotka tekevät jokaisesta lajista ainutlaatuisen. Elämän molekyyli on myös yllättävän kestävä, sillä sitä pidetään luonnollisena palonesto- ja sammutusaineena. Sen palonesto-ominaisuudet johtuvat DNA:n kemiallisesta rakenteesta – kun sitä kuumennetaan, fosfaattia sisältävästä selkärangasta syntyy fosforihappoa, joka poistaa kemiallisesti vettä, jolloin jäljelle jää palonkestävä, hiilirikas jäännös. Muut emäkset, kuten typpi, reagoivat tuottaen ammoniakkia, joka estää palamisen. Tulevaisuudessa tutkijat aikovat päällystää kankaita DNA:lla, jotta voitaisiin valmistaa syttymiskestäviä vaatteita.

Tuuma sadetta vastaa 10 tuumaa lunta

Kun lämpötila on noin 30 astetta F (0 astetta C), tuuma nestemäistä sadetta putoaisi 10 tuumaa lunta – olettaen, että sade on kokonaan lunta.

Kumirengas on teknisesti yksi ainoa, jättimäinen, polymerisoitunut molekyyli

Jotkut molekyylit voivat olla hyvinkin suuria, mutta suurin osa on kuitenkin mikroskooppisen pieniä. Ei kuitenkaan vulkanoitu rengas – se on yksi, iso, pirun iso molekyyli! Periaatteessa vulkanoitu rengas koostuu suurista polymeeriketjuista, jotka on ristisilloitettu toisiinsa kovalenttisilla sidoksilla.

Autosi turvatyynyt ovat täynnä suolaa natriumatsidia, joka on erittäin myrkyllistä

Koska törmäys tapahtuu, auton anturit laukaisevat sähköimpulssin, joka sekunnin murto-osassa nostaa suolojen lämpötilaa dramaattisesti. Nämä hajoavat sitten vaarattomaksi typpikaasuksi, jolloin turvatyyny laajenee nopeasti.

Kuuluisa kemisti Glenn Seaborg oli ainoa ihminen, joka osasi kirjoittaa osoitteensa kemiallisilla alkuaineilla

Hän kirjoitti Sg, Lr, Bk, Cf, Am. Se on Seaborgium (Sg), joka on nimetty Seaborgin itsensä mukaan; Lawrencium (Lr), joka on nimetty Lawrence Berkeleyn kansallisen laboratorion mukaan; Berkelium (Bk), joka on nimetty Berkeleyn kaupungin, Berkeleyn yliopistollisen korkeakoulun (UC Berkeley) kotikaupungin mukaan; Californium (Cf), joka on nimetty Kalifornian osavaltion mukaan; Americium (Am), joka on nimetty Amerikan mukaan.

Aira muuttuu nestemäiseksi -190°C:ssa

Yleisesti aine esiintyy jossakin neljästä tilasta: kiinteässä, nestemäisessä, kaasussa ja plasmassa. Ilma, jota me kaikki hengitämme, on kaasumaista, mutta kuten mikä tahansa aine, se voi muuttaa olomuotoaan, kun siihen kohdistuu tietty lämpötila ja paine. Ilma on typen, hapen ja muiden kaasujen seos. Kaasu voidaan nesteyttää puristamalla ja jäähdyttämällä erittäin alhaisiin lämpötiloihin – normaalissa ilmanpaineessa ilmaa on jäähdytettävä -200 °C:een ja korkeassa paineessa (tyypillisesti 200 ilmakehän paineessa) -141 °C:een, jotta se voidaan muuttaa nesteeksi. Nestemäistä ilmaa käytetään kaupallisesti muiden aineiden jäädyttämiseen ja erityisesti typen, hapen ja argonin sekä muiden inerttien kaasujen valmistuksen välivaiheena.

Mars on punainen rautaoksidin vuoksi

Vaikka Maata kutsutaan joskus ”siniseksi marmoriksi”, koska se on enimmäkseen valtamerten peitossa ja sillä on paksu ilmakehä, mikä antaa sille sinisen ulkonäön, Marsin peittona on paljon rautaoksidia – nämä ovat samoja yhdisteitä, jotka antavat verelle ja ruosteelle niiden selvän värin. Tämän valossa ei ole sattumaa, että Mars, joka toisinaan näkyy kirkkaan punaisena ”tähtenä”, on nimetty kreikkalaisen sodan jumalan mukaan.