Friday, June 19, 2009

ΧΗΜΕΙΑ IV

Βηρύλλιο.Μεταλλικό στοιχείο που ανήκει στην ομάδα ΙΙΑ των αλκαλικών γαιών. Έχει σύμβολο (Be), ατομικό αριθμό 4 και ατομικό βάρος 9,013. Αρχικά ονομάστηκε γλυκίνιο λόγω της γλυκιάς γεύσης που έχουν οι διαλυτές ενώσεις του. Λόγω της μεγάλης δραστικότητάς του δε βρίσκεται ελεύθερο στη φύση. Συναντιέται κυρίως με μορφή αλάτων, τα σπουδαιότερα από τα οποία είναι τα ανθρακικά, τα θειικά και τα πυριτικά. Το γνωστότερο ορυκτό του βηρυλλίου είναι η βήρυλλος Be3Al2(SiO3)6. Το βηρύλλιο παρασκευάζεται από τη βήρυλλο, αφού μετατραπεί αυτή αρχικά σε υδροξείδιο του βηρυλλίου Be(OH)2. Η μετατροπή αυτή πετυχαίνεται με τήξη του ορυκτού και προσθήκη H2SO4. Με την προσθήκη θειικού οξέος στο διάλυμα «πέφτουν» τα πυριτικά, ενώ με το θειικό αργίλιο παραμένουν διαλυτά. Κατόπιν με καταβύθιση απομακρύνονται οι προσμείξεις του σιδήρου που υπάρχουν πάντοτε. Έτσι τελικά, το υδροξείδιο του βηρυλλίου Be(OH)2 που χωρίστηκε θερμαίνεται, μετατρέπεται σε οξείδιο του βηρυλλίου BeO και κατόπιν χλωριώνεται με παρουσία άνθρακα κατά την αντίδραση:
BeO+C+Cl2  BeCl2+CO
Το χλωριούχο βηρύλλιο που παράγεται, τήκεται με NaCl και με ηλεκτρόλυση δίνει καθαρό βηρύλλιο.
Φυσικές ιδιότητες. Το βηρύλλιο είναι αργυρόλευκο μαλακό μέταλλο με σημείο τήξης 1280°C και πυκνότητα 1,85 gr/ cm3 στους 20°C. Είναι καλός αγωγός του ηλεκτρισμού. Οι ενώσεις του βηρυλλίου είναι γλυκές. Σε καμία όμως περίπτωση δε δοκιμάζονται γιατί είναι πολύ τοξικές.
Χημικές ιδιότητες. Το βηρύλλιο σχηματίζει ενώσεις με ομοιοπολικό και ετεροπολικό δεσμό. Χαρακτηριστικές ομοιοπολικές του ενώσεις είναι αυτές του γενικού τύπου BeX2, οι οποίες είναι κυρίως γραμμικές και έχουν τη δυνατότητα να πολυμερίζονται προς (BeX2)ν. Το βηρύλλιο αντιδρά αργά με αραιό διάλυμα υδροχλωρικού οξέος:
Be+2HCl  BeCl2+H2
Το χλωριούχο βηρύλλιο σχηματίζει εύκολα σύμπλοκα άλατα.
Χρήσεις. Επειδή παρουσιάζει μεγάλη αντοχή στην οξείδωση, τη διάβρωση και τη θερμοκρασία, χρησιμοποιείται σε κατασκευές της πυρηνικής τεχνολογίας. Χρησιμοποιείται επίσης για την κατασκευή κραμάτων χαλκού και νικελίου που έχουν υψηλή αντοχή και είναι ανθεκτικά στη διάβρωση, ελαφρά και εύκολα στην κατεργασία τους.
Βιολογική σημασία. Το βηρύλλιο μπορεί ν’ αντικαταστήσει το μαγνήσιο στις ενώσεις του καθώς σχηματίζει ισχυρότερους ομοιοπολικούς δεσμούς. Έτσι, μπορεί να εμποδίσει τη δράση ενζύμων που ενεργοποιούνται με μαγνήσιο. Γενικά, όλες οι ενώσεις του Be είναι πολύ τοξικές. Οι διαλυτές του ενώσεις, όταν έρθουν σ’ επαφή με το δέρμα, προκαλούν σοβαρές δερματίτιδες, όπως επίσης μια αρρώστια στους πνεύμονες ανάλογη της πυριτίωσης.
Βιοχημεία.Η επιστήμη η οποία ασχολείται με τις διάφορες χημικές διεργασίες που συμβαίνουν σε όλους τους φυτικούς και ζωικούς οργανισμούς.
Η βιοχημεία ως επιστήμη αριθμεί σχετικά λίγα χρόνια ζωής. Αν και από το 15ο και 16ο αι. επικρατούσε η γνώμη ότι οι ζωντανοί οργανισμοί αποτελούνται από διάφορες χημικές ουσίες, μόλις το δεύτερο μισό του 18ου αι. με τα πειράματα και τις μελέτες του Λαβουαζιέ, με τα οποία αποδείχτηκε ότι η αναπνοή είναι φαινόμενο καύσης, πήρε κάποια ώθηση η επιστήμη. Εκείνο όμως που εμπόδιζε την πλήρη ανάπτυξή της ήταν η πίστη των τότε επιστημόνων ότι οι οργανικές ουσίες δεν μπορούν να παρασκευαστούν εργαστηριακά, γιατί χρειάζεται μια άγνωστη δύναμη, την οποία ονόμαζαν «ζωική δύναμη» (vis vitalis). Το 1828 ο Φρίντριχ Βέλερ, με την εργαστηριακή παρασκευή της ουρίας, αναίρεσε αυτή την πεποίθηση, ανοίγοντας το δρόμο για την ανάπτυξη της βιοχημείας.
Η μετέπειτα εξελικτική πορεία της βιοχημείας υπήρξε ραγδαία. Την ουρία ακολούθησαν και άλλες ουσίες, ίσως όχι σε απόλυτη σχέση με τη βιοχημεία, οπωσδήποτε όμως χαρακτηριστικές της ευχέρειας με την οποία κινείται η επιστήμη στον τομέα αυτόν. Διαπιστώθηκε ότι οι ζωντανοί φυτικοί οργανισμοί έχουν τη δυνατότητα να τραφούν αποκλειστικά με ανόργανα άλατα, γεγονός το οποίο άνοιξε το δρόμο για τη χρησιμοποίηση των λιπασμάτων στη γεωργία. Το 1850 ο Γερμανός χημικός Μπούχνερ, μελετώντας την αλκοολική ζύμωση διαπίστωσε ότι αυτή δεν οφείλεται στους ζυμομύκητες, αλλά σε ουσία την οποία εκκρίνουν αυτοί. Έτσι εμφανίστηκαν στο προσκήνιο τα ένζυμα, αυτοί οι καταλύτες της οποιασδήποτε χημικής διεργασίας που συμβαίνει σε οποιονδήποτε ζωντανό οργανισμό. Τότε δόθηκε η δυνατότητα να γίνουν τα in vivo και in vitro, δηλαδή να επιτευχθούν εργαστηριακά αυτά τα οποία μόνο στους ζωντανούς οργανισμούς συμβαίνουν και μάλιστα με την ίδια αξιοσημείωτη εξειδίκευση. Ανάλογη επίδραση είχε και η ανακάλυψη και απομόνωση των ορμονών.
Οι αρχές του 20ού αι. βρίσκουν τους βιοχημικούς να ασχολούνται με έρευνες σχετικές με τη σύσταση και τη δομή των πρωτεϊνών, λόγω της τεράστιας σημασίας τους ως δομικών πρώτων υλών. Σήμερα είναι γνωστό ότι η δομή τους έχει μορφή έλικα. Η ανάπτυξη των διάφορων φυσικοχημικών μεθόδων εργαστηριακής έρευνας, και κυρίως η ηλεκτροφόρηση, βοήθησε στην ευκολότερη απομόνωση των πρωτεϊνικής φύσης ουσιών και γενικά μακρομορίων, όπως επίσης η χρωματογραφική ανάλυση για ουσίες με μικρότερο μοριακό βάρος. Στον τομέα του μεταβολισμού βοήθησε σημαντικά η χρησιμοποίηση επισημασμένων στοιχείων, δηλαδή ραδιοϊσοτόπων, με τα οποία ήταν δυνατή η παρακολούθηση των διάφορων ουσιών μέσα στον οργανισμό. Διευκρινίστηκε ακόμη ο ρόλος των δύο βασικών νουκλεϊνικών οξέων, του RNA και του DNA, που είναι οι φορείς της κληρονομικότητας και συνδέονται άμεσα με την κυτταρική αναπαραγωγή.
Όπως είναι φυσικό, η αναλυτική γνώση των λεπτομερειών της λειτουργίας των διάφορων οργανισμών, και κυρίως του ανθρώπινου οργανισμού, βοήθησε αφάνταστα στην εξέλιξη της ανοσοβιολογίας και στην καταπολέμηση των διάφορων ασθενειών.
Στον τομέα της χημειοθεραπείας επιτεύχθηκαν μεγάλες πρόοδοι, γιατί υπάρχει η δυνατότητα συνθετικής παρασκευής βιταμινών, ορμονών, λευκωμάτων, καθώς επίσης και των αντιβιοτικών, η χρήση των οποίων είναι πολύ πλατιά σήμερα.
Τέλος, η εξέλιξη της βιοχημείας επηρέασε σημαντικά και τη βιομηχανία, όπου είτε πρόσφερε μεθόδους παρασκευής (π.χ. αλκοόλης με ζυμώσεις σακχάρων) είτε έδωσε ιδέες για να χρησιμοποιηθούν στη βιομηχανική παραγωγή καθαρά οργανικές διεργασίες (π.χ. διάσπαση πολυσύνθετων σωμάτων ή πολυμερισμός απλών ουσιών).
Βισμούθιο.Μέταλλο με σύμβολο (Bi), ατομικό αριθμό 83, ατομικό βάρος 209. Εμφανίζεται με αριθμούς οξείδωσης (3), (+2), (+3), (+4), (+5). Βρίσκεται αυτοτελές, κυρίως όμως με τη μορφή ορυκτών, το κυριότερο από τα οποία είναι ο βισμουθίτης (Bi2S3).
Παρασκευές. Παλιότερα παρασκευαζόταν από το αυτοτελές Bi με θέρμανση, οπότε αποχωριζόταν ως υγρό, λόγω του χαμηλού σημείου τήξης του. Σήμερα παρασκευάζεται από τα θειούχα ορυκτά του με φρύξη και αναγωγή του Bi2O3, που σχηματίζεται με άνθρακα ή με καθίζηση με σίδηρο από το σουλφίδιό του.
Φυσικές ιδιότητες. Είναι αργυρόλευκο μέταλλο ισχυρής μεταλλικής λάμψης, βαρύ (9,8 gr/cm3 πυκνότητα), σκληρό, εύθραυστο και πολύ εύτηκτο. Έχει σημείο τήξης 271°C.
Χημικές ιδιότητες. α) Σχηματίζει κυρίως ομοιοπολικές ενώσεις, στις οποίες εμφανίζει αριθμό οξείδωσης +3. Το οξείδιό του είναι βασικό. Δεν ενώνεται με το οξυγόνο στη συνηθισμένη θερμοκρασία, με θέρμανση όμως οξειδώνεται αργά και τελικά καίγεται σε τριοξείδιο του βισμουθίου Bi2O3. Αντιδρά επίσης με τα αλογόνα και δίνει χλωριούχο βισμούθιο BiCI3, ενώ με το θείο δίνει Bi2S3. β) Δεν αντιδρά με το υδροχλωρικό οξύ. Οξειδώνεται από το πυκνό και θερμό θειικό οξύ και από το πυκνό ή και αραιό νιτρικό οξύ.
Χρήσεις. Χρησιμοποιείται για την παρασκευή εύτηκτων κραμάτων, τα οποία χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ηλεκτρικών ασφαλειών και ασφαλιστικών δικλείδων στους λέβητες. Σπουδαιότερο από αυτά είναι το κράμα του Wood (BiPbSnCd) με αναλογία βαρών (4:2:1:1), το οποίο έχει σημείο τήξης 71°C. Πολλές ενώσεις του βισμουθίου χρησιμοποιούνται στην ιατρική και την υαλουργία.
Βουταδιένιο.Χημική οργανική ένωση που ανήκει στους ακόρεστους υδρογονάνθρακες με δύο διπλούς δεσμούς (αλκαδιένια) του γενικού τύπου CνΗ2ν-2. Με την ονομασία αυτή αναφέρονται δύο ενώσεις συντακτικά ισομερείς μεταξύ τους, το 1,2-βουταδιένιο (CH2=C=CH–CH3) και το 1,3-βουταδιένιο (CH2=CH–CH=CH2).
Περισσότερο γνωστό είναι το 1,3-βουταδιένιο το οποίο χρησιμοποιείται για την παρασκευή του τεχνητού καουτσούκ. Είναι αέριο, άχρωμο, διαλυτό στους περισσότερους οργανικούς διαλύτες.
Οι σπουδαιότερες από τις βιομηχανικές μεθόδους παρασκευής του είναι οι εξής:
α) Ακετυλένιο μετατρέπεται σε ακεταλδεΰδη, η οποία με αλδολική συμπύκνωση δίνει ακεταλδόλη. Αυτή ανάγεται σε βουτυλενογλυκόλη, η οποία με απόσπαση νερού δίνει βουταδιένιο.
β) Ακετυλένιο αντιδρά με φορμαλδεΰδη και δίνει 2-βουτινο-1,4-διόλη, η οποία με υδρογόνωση δίνει 1,4-βουτανοδιόλη. Από αυτήν με απόσπαση νερού παίρνουμε τετραϋδροφουράνιο και στη συνέχεια με απόσπαση νερού βουταδιένιο.
γ) Από την πυρόλυση βαρύτερων κλασμάτων του πετρελαίου.
Το 1,3-βουταδιένιο συμμετέχει σε πολλές χημικές αντιδράσεις λόγω της δραστικότητας των δύο διπλών δεσμών που περιέχει. Έτσι, με επίδραση φωτός, θερμότητας ή καταλυτών πολυμερίζεται και σχηματίζει το τεχνητό και συνθετικό καουτσούκ. Συμμετέχει σε αντιδράσεις προσθήκης σχηματίζοντας ποικιλία προϊόντων χρήσιμων στις οργανικές συνθέσεις.
Βουτάνιο.Χημική οργανική ένωση που ανήκει στους κορεσμένους υδρογονάνθρακες του γενικού τύπου CνΗ2ν+2. Ο χημικός τύπος του είναι C4H10 και εμφανίζεται με δύο ισομερείς μορφές, το κανονικό βουτάνιο και το ισοβουτάνιο. Βρίσκεται σε ρωγμές εδάφους κοντά σε πετρελαιοπηγές και αποτελεί συστατικό του φυσικού αερίου.
Παρασκευές: α) Από τους ακόρεστους υδρογονάνθρακες με υδρογόνωση παρουσία νικελίου:
β) Από τα αλκυλαλογονίδια μετά από θέρμανση με μεταλλικό νάτριο σε άνυδρο αιθέρα (μέθοδος Wurtz), π.χ. 2CH3CH2J+2Nα CH3CH2CH2CH3+2NαJ



γ) Από τα αλκυλαλογονίδια μετά από αναγωγή με υδρογόνο «εν τω γεννάσθαι».
δ) Με θερμική αποσύνθεση υδρογονανθράκων μέσων και ανώτερων μελών (βιομηχανική μέθοδος) λαμβάνονται μείγματα κορεσμένων και ακόρεστων υδρογονανθράκων μικρού μοριακού βάρους μεταξύ των οποίων υπάρχει και βουτάνιο.
Φυσικές ιδιότητες: Και τα δύο ισομερή βουτάνια είναι αέρια, άχρωμα και άγευστα. Το κανονικό βουτάνιο έχει σημείο ζέσης –0,5°C, ενώ το ισοβουτάνιο –10,2°C. Διαλύονται σε οργανικούς διαλύτες, π.χ. αλκοόλη, αιθέρα, ενώ είναι αδιάλυτα στο νερό.
Χημικές ιδιότητες.Το βουτάνιο καίγεται παρουσία οξυγόνου με θερμαντική φλόγα και δίνει διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Αν η καύση είναι ατελής, παράγεται νερό και άνθρακας (υπό μορφή αιθάλης). Επίσης δίνει προϊόντα αντικατάστασης.
Χρήσεις. Το βουτάνιο χρησιμοποιείται για την παραγωγή βενζίνης με πολλά οκτάνια, για την παρασκευή πλαστικών και για οικιακή χρήση σε αντικατάσταση του φωταερίου.
Βουτανόλη ή βουτυλική αλκοόλη.Ένωση της οργανικής χημείας, που ανήκει στην τάξη των κορεσμένων μονοσθενών αλκοολών και έχει χημικό τύπο C4H9OH. Παρουσιάζεται σε ισομερείς μορφές.
Παρασκευές. Οι βουτανόλες παρασκευάζονται με προσθήκη νερού στα βουτένια (δευτεροταγείς) ή στο ισο-βουτένιο (τριτοταγείς). Η κανονική βουτανόλη σε βιομηχανική κλίμακα παρασκευάζεται με ζύμωση της μελάσας ή του σιταριού.
Ιδιότητες. Είναι υγρά, άχρωμα με έντονη οσμή. Διαλύονται εύκολα στο νερό και στους οργανικούς διαλύτες. Οι χημικές ιδιότητές τους είναι αυτές των αλκοολών (βλ. λ. αλκοόλες).
Χρήσεις. Η κανονική βουτανόλη (n–) (CH3CH2CH2OH) χρησιμοποιείται ως διαλύτης και για την παρασκευή εστέρων. Η δευτεροταγής βουτανόλη (sec–) χρησιμοποιείται για την παρασκευή οργανικών διαλυτών, ενώ η ισοβουτανόλη αντικαθιστά πολλές φορές την κανονική βουτανόλη, καθώς είναι φθηνότερη ως πρώτη ύλη. Η τριτοταγής βουτανόλη χρησιμοποιείται σε μικρότερο βαθμό για τη σύνθεση άλλων οργανικών ενώσεων.
Βρόμιο.Χημικό στοιχείο που ανήκει στην ομάδα VIIA των αλογόνων. Έχει χημικό σύμβολο Br, ατομικό αριθμό 35 και ατομικό βάρος 79,9. Δε βρίσκεται ελεύθερο στη φύση, αλλά πάντοτε ενωμένο σε ορυκτά όπως ο βρομιοκαρναλίτης ή στο θαλασσινό νερό και στα αλατωρυχεία με τη μορφή αλάτων με κάλιο, νάτριο, μαγνήσιο και ασβέστιο. Ανακαλύφθηκε από το Γάλλο χημικό Μπαλάρντ (1826) και πήρε την ονομασία του από τη χαρακτηριστική έντονη μυρωδιά του.
Παρασκευές. Μεγάλες ποσότητες βρομίου λαμβάνονται από το θαλασσινό νερό, το οποίο συμπυκνώνεται και δίνει «αλμόλοιπο». Από αυτό λαμβάνεται το βρόμιο με διαβίβαση χλωρίου: 2Βr+Cl2→2Cl+Br2 σε pH=3,5. Βρόμιο παρασκευάζεται επίσης με οξείδωση των βρομιούχων αλάτων των αλκαλίων.
Φυσικές ιδιότητες: Είναι ευκίνητο υγρό με σκούρο κόκκινο χρώμα και μεγάλο ειδικό βάρος. Έχει πυκνότητα 3,18 gr/cm3 σε 0°C, σημείο ζέσης 58,7°C και σημείο πήξης –7,2°C. Δίνει καστανέρυθρους ατμούς που προκαλούν σοβαρό ερεθισμό στα μάτια και το αναπνευστικό σύστημα. Προξενεί σοβαρά εγκαύματα όταν έρθει σε επαφή με το δέρμα. Το βρόμιο αναγνωρίζεται από τη χαρακτηριστική του οσμή και το χρώμα του.
Χημικές ιδιότητες. Το βρόμιο διαλύεται στον αιθέρα και το διθειάνθρακα δίνοντας διαλύματα με βαθύ κίτρινο χρώμα. Το διάλυμα βρομίου στο νερό αποτελεί το «βρομιούχο ύδωρ» που είναι ισχυρό οξειδωτικό. Στο βρομιούχο ύδωρ σχηματίζεται το υποβρομιώδες οξύ, ΗΒrO. Γνωστά είναι επίσης το βρομικό, ΗΒrO3 και υπερβρομικό οξύ, ΗΒrO4. Όλα αυτά τα οξέα είναι ισχυρά οξειδωτικά μέσα. Το βρόμιο ενώνεται με μέταλλα και με αμέταλλα, αντικαθιστά το ιώδιο σε ενώσεις του και δίνει αντιδράσεις αντικατάστασης και προσθήκης στην οργανική χημεία.
Ενώσεις του βρομίου. Περισσότερο δραστικό είναι το υδροβρόμιο, ΗΒr, που ανήκει στα υδραλογόνα. Το ΗΒr είναι αέριο, άχρωμο, με έντονη ερεθιστική μυρωδιά, ελάχιστα διαλυτό στο νερό. Χρησιμοποιείται ως χημικό αντιδραστήριο, ενώ τα άλατά του χρησιμοποιούνται στη φαρμακευτική και την ιατρική.
Χρήσεις. Το βρόμιο χρησιμοποιείται ως πρόσθετο στη βενζίνη αφού μετατραπεί σε διβρομοαιθυλένιο (C2H4Br2). Από βρόμιο παρασκευάζονται επίσης χρώματα και καταλύτες όπως το βρομιούχο αργίλιο (ΑlBr3). Βρίσκει σημαντικές εφαρμογές στη φωτογραφική καθώς άλατά του σχηματίζουν βρομιούχα διαλύματα χρήσιμα στην εμφάνιση φωτογραφικών πλακών. Ο βρομιούχος άργυρος για παράδειγμα χρησιμοποιείται ως συστατικό των φωτογραφικών φιλμ.
Βωξίτης.Σημαντικό ορυκτό του αργιλίου, μείγμα υδροξειδίου και οξειδίων του μετάλλου αυτού (βαιμίτης, διάσπορο, υδραργιλίτης). Είναι ιζηματογενές πέτρωμα. Ορισμένα κοιτάσματα βωξίτη σχηματίστηκαν από λατερική αποσάθρωση βασαλτών παλιότερων γεωλογικών διαπλάσεων. Άλλα προέκυψαν με διάλυση αργιλομιγών ή μαργαϊκών ασβεστόλιθων, των οποίων τα αργιλούχα υπολείμματα ήταν η απαρχή της δημιουργίας μεταλλοφόρων κοιτασμάτων, με διεργασία ανάλογη με της λατερικής απόθεσης. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν τα κοιτάσματα της περιοχής Baux-de-Provence της Γαλλίας (από όπου και το όνομα του μεταλλεύματος), της Βαλκανικής χερσονήσου και πιθανώς και τα ελληνικά (περιοχή Παρνασσού-Γκιώνας, Οίτης, Ελευσίνας, Εύβοιας κ.ά.). Οι ελληνικοί βωξίτες βρίσκονται με μορφή κοιτών ή φακοειδών κοιτασμάτων, σε κοιλότητες παλαιοκρητιδικών ασβεστόλιθων. Σ’ αυτούς είναι συχνά φανερή η καρστική διάβρωση, όπως δείχνει η ανώμαλη μορφή της κάτω επιφάνειάς τους που βρισκόταν σε επαφή με τους ασβεστόλιθους. Η πάνω επιφάνεια των κοιτασμάτων είναι ομαλή, σκεπασμένη από ασβεστόλιθους του νεότερου κρητιδικού. Σύμφωνα με άλλη εκδοχή, οι ελληνικοί βωξίτες προέκυψαν από κολλοειδή διαλύματα αργιλίου, τα οποία προήλθαν από την αποσάθρωση οφιολιθικών πετρωμάτων (περιδοτιτών, σερπεντινών) που μετακινήθηκαν από την αρχική τους πηγή και απόθεσαν τα υδροξείδια κάτω από φυσικοχημικές συνθήκες οι οποίες ευνόησαν τη θρόμβωσή τους. Τα πετρώματα που δημιούργησαν τους βωξίτες, με τεκτονικές μετακινήσεις βρέθηκαν για μεγάλο χρονικό διάστημα σε χερσαία φάση, ώστε να υποστούν την αποσάθρωση και τις υπόλοιπες διεργασίες για το σχηματισμό των κοιτασμάτων.
Από χημική άποψη, οι βωξίτες διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: α) Βωξίτες λευκοί, που περιέχουν οξείδιο του αργιλίου (Al2O3) 60%, οξείδιο του σιδήρου (Fe2O3) 2-4% και διοξείδιο του πυριτίου (SiO2) 10-15%. β) Βωξίτες κόκκινοι, περισσότερο σιδηρούχοι, που περιέχουν οξείδιο του αργιλίου (Al2O3) 50-58%, οξείδιο του σιδήρου 20-26% και διοξείδιο του πυριτίου 3-6%.
Οι βωξίτες διακρίνονται επίσης, ανάλογα με τη διαλυτότητά τους σε καυστικά αλκάλια, σε διαλυτούς και αδιάλυτους. Γενικά στους βωξίτες διαλυτού τύπου επικρατεί ο βαιμίτης, ενώ σ’ εκείνους του αδιάλυτου τύπου το διάσπορο.
Από εμπορική άποψη διακρίνονται στους εξής τύπους: α) Ευρωπαϊκός τύπος, που αποτελείται από μονοϋδρικό βαιμίτη και διάσπορο, με κατά μέσο όρο οξείδιο αργιλίου 55%, οξείδιο του σιδήρου 10-20% και διοξείδιο του πυριτίου 4%. β) Τύπος Ιαμαϊκής, που αποτελεί μείγμα μονοϋδρικού και τριυδρικού οξειδίου του αργιλίου και περιέχει κατά μέσο όρο οξείδιο αργιλίου 50%, οξείδιο σιδήρου 30% και διοξείδιο του πυριτίου 3%. γ) Τύπος του Σουρινάμ, που αποτελείται κυρίως από τριυδρικό οξείδιο αργιλίου και περιέχει κατά μέσο όρο Al2O3 50%, Fe2O3 5-15% και SiO2 2-15%.
O βωξίτης αποτελεί την κύρια πηγή παραγωγής αλουμινίου. Τα 80-90% της παγκόσμιας παραγωγής προορίζονται για τη βιομηχανία αλουμινίου και τα υπόλοιπα 10-20% για άλλες χρήσεις. Κατά γενικό κανόνα απαιτούνται τέσσερις τόνοι βωξίτη για την παραγωγή ενός τόνου αλουμινίου. Από τις άλλες χρήσεις του βωξίτη οι σπουδαιότερες αφορούν τη χημική βιομηχανία, για την παραγωγή αλάτων αργιλίου, από τον πλουσιότερο σε οξείδιο του αργιλίου λευκό βωξίτη. Λευκός βωξίτης φτωχότερος σε οξείδιο του αργιλίου χρησιμοποιείται στη βιομηχανία των πυρίμαχων υλικών, για την κατασκευή πλίνθων που ανταποκρίνονται περισσότερο στις σημερινές συνθήκες των υψικαμίνων. Στη βιομηχανία των συνθετικών λειαντικών χρησιμοποιούνται οι κόκκινοι βωξίτες. Αυτά τα προϊόντα αποτελούνται από οξείδιο του αργιλίου που παράγεται σε ηλεκτρικές καμίνους με λιώσιμο του βωξίτη και προσφέρονται στο εμπόριο με διάφορες ονομασίες όπως alundum, aloxie, exolon και lionite. Στην περίπτωση αυτή η παρουσία διοξειδίου του τιτανίου (TiO2) είναι πολύ χρήσιμη, γι’ αυτό και προστίθεται, αν δεν υπάρχει ως φυσικό συστατικό του ορυκτού. Η ετήσια παραγωγή των συνθετικών λειαντικών που παράγονται από βωξίτη ξεπερνά τους 240.000 τόνους. Ο βωξίτης χρησιμοποιείται επίσης στην τσιμεντοποιία, για την παραγωγή ταχύπηκτων τσιμέντων που αντέχουν στις χημικές επιδράσεις και στη θερμότητα, στη χαλυβουργία και στη διύλιση του πετρελαίου.
Δεσμός, χημικός. Ο τρόπος με τον οποίο ενώνονται τα άτομα μεταξύ τους και σχηματίζουν τα μόρια. Ο χημικός δεσμός σχηματίζεται από την ταυτόχρονη έλξη ενός ή περισσότερων ηλεκτρονίων από πυρήνες ατόμων. Όταν ένας δεσμός σχηματίζεται μεταξύ ατόμων, απελευθερώνεται συνήθως ενέργεια καθώς η χημική ένωση που προκύπτει βρίσκεται σε χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο και συνεπώς είναι πιο σταθερή από τα μεμονωμένα άτομα. Αντίστοιχα, σε μια ένωση πρέπει να δοθεί ενέργεια, με μορφή θερμότητας ή ηλεκτρισμού για παράδειγμα, έτσι ώστε να διασπαστούν οι δεσμοί που υπάρχουν μεταξύ των ατόμων. Η ενέργεια που απαιτείται για τη διάσπαση ενός δεσμού ονομάζεται ενέργεια δεσμού και αποτελεί μέτρο σύγκρισης, όταν μελετάται η σταθερότητα των ενώσεων.
Το καταλληλότερο ατομικό μοντέλο που χρησιμοποιείται για να γίνει κατανοητός ο χημικός δεσμός είναι το πρότυπο του Mπορ (Bohr) κατά το οποίο τα ηλεκτρόνια που περιβάλλουν τον πυρήνα θεωρείται ότι βρίσκονται σε καθορισμένες τροχιές ή ενεργειακά επίπεδα. Ο αριθμός των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στιβάδας κάθε στοιχείου αντιστοιχεί στον αριθμό της ομάδας του περιοδικού πίνακα στην οποία ανήκει το στοιχείο. Τα ευγενή αέρια που είναι και τα λιγότερο δραστικά από όλα τα στοιχεία, έχουν συμπληρωμένη την εξωτερική τους στιβάδα με 8 ηλεκτρόνια (εκτός από το ήλιο που έχει 2 ηλεκτρόνια). Σε όλα τα είδη χημικών δεσμών υπάρχει η ισχυρή τάση των ατόμων ν’ αποκτήσουν τη σταθερή δομή των ευγενών αερίων με πρόσληψη, αποβολή ή αμοιβαία συνεισφορά ηλεκτρονίων.
Είδη χημικών δεσμών
α) Ομοιοπολικός δεσμός. Σχηματίζεται όταν τα άτομα μοιράζονται ηλεκτρόνια, έτσι ώστε να σχηματιστούν ηλεκτρονικά ζεύγη και να συμπληρωθούν οι εξωτερικές τους στοιβάδες με 8 ηλεκτρόνια. Ομοιοπολικοί δεσμοί δημιουργούνται κυρίως μεταξύ αμέταλλων στοιχείων. Τα αμέταλλα έχουν συνήθως 4-8 ηλεκτρόνια στην εξωτερική τους στιβάδα (ηλεκτρόνια σθένους) τα οποία χρησιμοποιούν για το σχηματισμό χημικού δεσμού.
Για παράδειγμα, στον ομοιοπολικό δεσμό μεταξύ άνθρακα και υδρογόνου στο μεθάνιο, το κάθε άτομο υδρογόνου μοιράζεται κάθε ηλεκτρόνιό του με ένα από τα τέσσερα μονήρη (ασύζευκτα) ηλεκτρόνια σθένους του άνθρακα για να σχηματιστεί απλός δεσμός. Το μόριο του μεθανίου (CH4) αποτελείται από 4 άτομα υδρογόνου ενωμένα με ομοιοπολικούς δεσμούς με το κεντρικό άτομο άνθρακα. Έτσι, ο άνθρακας στο μεθάνιο έχει συμπληρωμένη την εξωτερική του στιβάδα με 8 ηλεκτρόνια και το κάθε άτομο υδρογόνου αποκτά την ηλεκτρονική διαμόρφωση του ευγενούς αερίου ηλίου (He) με τη συνεισφορά ηλεκτρονίων. Η ένωση μεταξύ αζώτου (με 3 ηλεκτρόνια σθένους) και υδρογόνου στην αμμωνία (ΝΗ3) πραγματοποιείται επίσης με σχηματισμό 3 ομοιοπολικών δεσμών μεταξύ των 3 ατόμων υδρογόνου και του ατόμου του αζώτου. Παρόμοια παραδείγματα αποτελούν το νερό (Η2Ο), το υδροχλώριο (ΗCl) και ο τριχλωριούχος φωσφόρος (PCl3). Οι ομοιοπολικοί δεσμοί συμβολίζονται συνήθως με μια ευθεία γραμμή, π.χ. Η−Cl.
Πολλές φορές, τα άτομα των στοιχείων σχηματίζουν ομοιοπολικούς δεσμούς με άλλα άτομα του ίδιου στοιχείου. Έτσι δύο άτομα χλωρίου σχηματίζουν το μόριο του χλωρίου (Cl2). Στην περίπτωση του οξυγόνου (Ο2) υπάρχουν 2 ασύζευκτα ηλεκτρόνια σθένους σε κάθε άτομο, με αποτέλεσμα να σχηματίζονται 2 ζεύγη ηλεκτρονίων μεταξύ των 2 ατόμων για να συμπληρωθούν οι εξωτερικές στιβάδες, σχηματίζεται δηλαδή ένας διπλός δεσμός.
Η τυπική ενέργεια ενός ομοιοπολικού δεσμού κυμαίνεται μεταξύ 100 και 500 KJ/mole. Οι ιδιότητες των ενώσεων που περιέχουν ομοιοπολικούς δεσμούς εξαρτώνται από το μέγεθος των μορίων τους. Στα απλά μόρια τα άτομα συγκρατούνται μεταξύ τους με ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς, οι αντίστοιχοι όμως δεσμοί μεταξύ διαφορετικών μορίων είναι σχετικά ασθενείς και η διάσπασή τους είναι σχετικά εύκολη. Πολλές ομοιοπολικές ενώσεις βρίσκονται στην υγρή ή αέρια κατάσταση σε θερμοκρασία δωματίου, ενώ σε χαμηλότερες θερμοκρασίες σχηματίζουν κρυσταλλικά στερεά. Οι ενώσεις που είναι στερεές στη θερμοκρασία δωματίου εμφανίζουν σχετικά χαμηλά σημεία ζέσης και τήξης. Οι ομοιοπολικές ενώσεις είναι γενικά αδιάλυτες στο νερό και διαλυτές σε μη πολικούς διαλύτες. Τα διαλύματά τους δεν περιέχουν συνήθως ιόντα και έτσι δεν άγουν τον ηλεκτρισμό.
β) Ετεροπολικός ή ιονικός δεσμός. Αυτό το είδος δεσμού σχηματίζεται κυρίως μεταξύ μεταλλικών και αμέταλλων στοιχείων. Τα μέταλλα έχουν συνήθως λίγα ηλεκτρόνια σθένους και βρίσκονται στις ομάδες Ι, ΙΙ, ΙΙΙ του περιοδικού πίνακα. Τα δραστικά αμέταλλα έχουν περισσότερα ηλεκτρόνια στην εξωτερική τους στιβάδα και βρίσκονται στις ομάδες IV, V, VI και VII. Ο ιονικός δεσμός σχηματίζεται όταν ένα μέταλλο χάσει όλα τα ηλεκτρόνια σθένους του, οπότε μετασχηματίζεται σε θετικά φορτισμένο ιόν με δομή ευγενούς αερίου, ενώ το αμέταλλο προσλαμβάνει τα ηλεκτρόνια που χρειάζεται για ν’ αποκτήσει τη δομή ευγενούς αερίου και μετασχηματίζεται σε αρνητικό ιόν.
Π.χ. ένα άτομο νατρίου χάνει ένα ηλεκτρόνιο και μετατρέπεται σε Να+ (δομή νέου), ενώ ένα άτομο χλωρίου προσλαμβάνει ένα ηλεκτρόνιο και μετατρέπεται σε Cl– (δομή αργού). Ο ετεροπολικός δεσμός δημιουργείται από την έλξη μεταξύ των φορτισμένων αυτών σωματιδίων. Στην πραγματικότητα τα θετικά ιόντα περιβάλλουν τα ανιόντα και παρομοίως τα ανιόντα περιβάλλουν τα κατιόντα. Έτσι δημιουργείται ένα σύμπλεγμα ιόντων του οποίου η δομή εξαρτάται από τα μεγέθη των ιόντων και τα σχετικά τους φορτία. Η τελική δομή του κρυστάλλου που σχηματίζεται είναι ουδέτερη και συμβολίζεται με τον τύπο ΝαCl για μια ετεροπολική ένωση. Ο καλύτερος τρόπος αναπαράστασης μιας ιονικής ένωσης είναι ο εξής, για το παράδειγμα που αναφέρθηκε: Να+Cl–.
Η ενέργεια ενός ετεροπολικού δεσμού κυμαίνεται μεταξύ 600 και 1.000 KJ/mole όσον αφορά ενώσεις με απλά φορτισμένα ιόντα, ενώ η τιμή της είναι υψηλότερη στην περίπτωση πολλαπλά φορτισμένων ιόντων. Γενικά, οι ενώσεις με ιονικούς δεσμούς είναι στερεά, κρυσταλλικά σώματα. Κάθε ιόν συγκρατείται ισχυρά από τα γειτονικά του ιόντα. Οι ιονικές ενώσεις έχουν υψηλά σημεία ζέσης και τήξης. Είναι διαλυτές στο νερό (πολικός διαλύτης) και αδιάλυτες σε μη πολικούς διαλύτες. Οι ιονικές ενώσεις άγουν τον ηλεκτρισμό όταν βρίσκονται σε διάλυμα. Οι στερεές ιονικές ενώσεις δεν είναι καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού καθώς τα ιόντα συγκρατούνται στο ισχυρό τους πλέγμα και δεν είναι ελεύθερα να κινηθούν.
γ) Ημιπολικός δεσμός. Πρόκειται για μία παραλλαγή του ομοιοπολικού δεσμού κατά την οποία το ζεύγος ηλεκτρονίων προέρχεται από το ίδιο άτομο. Για παράδειγμα, το αργίλιο βρίσκεται στη ομάδα ΙΙΙ του περιοδικού πίνακα και έχει 3 ηλεκτρόνια στην εξωτερική του στιβάδα. Στην ένωση χλωριούχο αργίλιο (ΑlCl3) το αργίλιο σχηματίζει ομοιοπολικούς δεσμούς χωρίς ν’ αποκτά όμως τη δομή ευγενούς αερίου. Εάν οι ατμοί AlCl3 αναμειχθούν με αέριο αμμωνία (ΝΗ3) αντιδρούν ταχύτατα και σχηματίζεται η ένωση ΝΗ3·ΑlCl3. Το ζεύγος ηλεκτρονίων στην αμμωνία (μόριο «δότης») χρησιμοποιείται για να συμπληρώσει το αργίλιο (μόριο «δέκτης») την εξωτερική του στιβάδα με 8 ηλεκτρόνια και έτσι σχηματίζεται ένας ημιπολικός δεσμός ο οποίος παριστάνεται με ένα βέλος που κατευθύνεται από το μόριο «δότη» στο μόριο «δέκτη»,π.χ. ΝΗ3→ΑlCl3. Αυτό το είδος δεσμού συναντάται σε ιόντα, όπως ΝΗ4+, Η3Ο+ και σε πολλά οργανικά και ανόργανα μόρια. Οι ενώσεις που περιέχουν ημιπολικούς δεσμούς έχουν παρόμοιες ιδιότητες με τις ομοιοπολικές ενώσεις.
δ) Μεταλλικός δεσμός. Είναι το είδος του δεσμού που συναντάται στα μέταλλα. Μια απλή ερμηνεία της δημιουργίας μεταλλικού δεσμού είναι ότι τα μέταλλα αποτελούνται από ιόντα γύρω από τα οποία τα ελεύθερα ηλεκτρόνια δημιουργούν ένα ομογενές νέφος αρνητικού φορτίου. Η ηλεκτροστατική έλξη ανάμεσα στα θετικά μεταλλικά ιόντα και στο νέφος ηλεκτρονίων είναι υπεύθυνη για τη δημιουργία δεσμών μεταξύ των ατόμων των μετάλλων.
Τα μέταλλα είναι γενικά κρυσταλλικά στερεά. Η ισχύς του μεταλλικού δεσμού προσδίδει στα περισσότερα μέταλλα υψηλά σημεία ζέσης και τήξης. Τα μέταλλα είναι αδιάλυτα στο νερό, είναι όμως πολύ καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού καθώς το νέφος των ηλεκτρονίων τους μπορεί εύκολα να μετακινηθεί όταν εφαρμοστεί στο μέταλλο διαφορά δυναμικού.
ε) Δεσμός υδρογόνου. Όταν το υδρογόνο συνδεθεί με ένα πολύ ηλεκτραρνητικό στοιχείο, όπως για παράδειγμα το οξυγόνο στο νερό, το ζεύγος ηλεκτρονίων έλκεται ισχυρά προς το άτομο οξυγόνου φορτίζοντας θετικά το υδρογόνο και δημιουργώντας συνεπώς ένα πολικό μόριο. Ισχυρές ελκτικές δυνάμεις αναπτύσσονται μεταξύ μορίων νερού, με αποτέλεσμα να επηρεάζονται σημαντικά οι ιδιότητές του. Έτσι, το νερό εμφανίζει υψηλό σημείο βρασμού σε σχέση με τη μοριακή του μάζα. Χωρίς τη δημιουργία δεσμών υδρογόνου το νερό θα ήταν αέριο με δραματικές φυσικά συνέπειες για τη ζωή μας. Οι δεσμοί υδρογόνου έχουν ενέργεια της τάξης των 10 έως 50 KJ/mole και η εμφάνισή τους είναι συχνή στις πρωτεΐνες, τους υδρογονάνθρακες και τα νουκλεϊνικά οξέα. Η σημασία τους είναι μεγάλη σε πολλές βιολογικές διαδικασίες.
στ) Δυνάμεις Van der Waals. Οι δυνάμεις αυτές αποτελούν τους πιο αδύναμους δεσμούς μεταξύ μορίων με ενέργεια περίπου 5 KJ/mole. Οι δυνάμεις αυτές εμφανίζονται καθώς το ηλεκτρονικό νέφος που περιβάλλει έναν πυρήνα (θετικό) δεν είναι συμμετρικά κατανεμημένο σε κάποια χρονική στιγμή, έτσι ώστε να υπάρχει περίσσεια αρνητικού ή θετικού φορτίου στη μία ή την άλλη πλευρά του μορίου. Έτσι δημιουργείται στιγμιαία ένα μικρό δίπολο και τα δίπολα αυτά έχουν την ικανότητα να έλκονται μεταξύ τους.
Δευτέριο. Σταθερό, μη ραδιενεργό ισότοπο του υδρογόνου με ατομικό βάρος 2,01363 και σύμβολο ή D. Κοινώς ονομάζεται «βαρύ υδρογόνο», γιατί το ατομικό του βάρος είναι σχεδόν διπλάσιο από αυτό του κανονικού υδρογόνου, με το οποίο όμως παρουσιάζει τις ίδιες χημικές ιδιότητες. Το υδρογόνο που υπάρχει στη φύση περιέχει περίπου 0,02% δευτέριο. Το σημείο βρασμού του είναι –249,49°C. Το «βαρύ νερό» (D2O) ζέει στους 101,42°C και παγώνει στους 3,81°C. Η πυκνότητά του σε θερμοκρασία δωματίου είναι 10,79% μεγαλύτερη από αυτή του κανονικού νερού.
Το δευτέριο ανακαλύφθηκε από τον Αμερικανό χημικό Χάρολντ Ούρεϊ το 1932 και ήταν το πρώτο ισότοπο που απομονώθηκε σε καθαρή κατάσταση από ένα στοιχείο. Διάφορες μέθοδοι χρησιμοποιήθηκαν για το διαχωρισμό του ισοτόπου από το φυσικό υδρογόνο. Πιο επιτυχείς μέθοδοι θεωρήθηκαν η κλασματική απόσταξη του νερού και η μέθοδος καταλυτικής ανταλλαγής μεταξύ υδρογόνου και νερού. Το δευτέριο μπορεί επίσης να παρασκευαστεί με ηλεκτρόλυση και κλασματική απόσταξη υγρού υδρογόνου.
Οι ενώσεις του δευτέριου είναι ανάλογες με τις ενώσεις του υδρογόνου και λαμβάνονται γενικά κατά την επίδραση του D2O επάνω σε διάφορες ουσίες, π.χ.
Επειδή η ενέργεια για ενεργοποίηση των αντιδράσεων είναι μεγαλύτερη από εκείνη των αντιδράσεων του κοινού υδρογόνου, το δευτέριο είναι αδρανέστερο του κοινού υδρογόνου. Χαρακτηριστικές είναι οι αντιδράσεις ανταλλαγής μεταξύ του Η2 και του D2. Έτσι σε κατάλληλη θερμοκρασία αν αναμειχθούν υδρογόνο και δευτέριο, θα έχουμε:
Επίσης αντικαθιστά το υδρογόνο στο νερό, την αμμωνία και το μεθάνιο με τη χρησιμοποίηση καταλύτη λευκόχρυσου ή νικελίου.
Οι πυρήνες των ατόμων δευτερίου χρησιμοποιούνται στην έρευνα από φυσικούς καθώς μπορούν να επιταχυνθούν σε κύκλοτρα και να χρησιμοποιηθούν ως «ατομικές σφαίρες» για μετατροπές στοιχείων. Το δευτέριο βρίσκει επίσης σημαντικές εφαρμογές στη βιολογική έρευνα ως ισοτοπικός ανιχνευτής για τη μελέτη προβλημάτων του μεταβολισμού.
Δηλητήριο. Κάθε ουσία η οποία μπορεί να προκαλέσει βλάβη στον οργανισμό ή και θάνατο, όταν έρθει σε επαφή μαζί του ή εισαχθεί σ’ αυτόν με οποιονδήποτε τρόπο. Η δηλητηρίαση αποτελεί την κλινική έκφραση της διαταραχής της ομαλής λειτουργίας του οργανισμού εξαιτίας της παρουσίας μιας τοξικής ουσίας. Γενικά η συμπεριφορά μιας τοξικής ουσίας εξαρτάται από τη συγκέντρωσή της. Μία ένδειξη τοξικότητάς της αποτελεί η λεγόμενη θανατηφόρα δόση, η οποία εκφράζεται σε mg/kg βάρους και η οποία απαιτείται για να επέλθει θάνατος στο 50% των πειραματόζωων, στα οποία έχει χορηγηθεί η ουσία.
Τα δηλητήρια ανάλογα με τις αντιδράσεις που προκαλούν στον ανθρώπινο οργανισμό διακρίνονται σε:
α) Δηλητήρια που προκαλούν τοπική καταστροφή ενός ιστού, π.χ. κάψιμο του δέρματος ή των εσωτερικών τοιχωμάτων του στομάχου. Στο οικιακό περιβάλλον τέτοιου είδους δηλητήρια αποτελούν το υδροχλωρικό οξύ, το διχλωρίδιο του υδραργύρου και η αμμωνία.
β) Δηλητήρια που δρουν άμεσα σε μία μεμβράνη προκαλώντας γαστρεντερικό ερεθισμό ή μόλυνση συνοδευόμενα από πόνο και ναυτία. Τέτοια δηλητήρια είναι το αρσενικό, ο υδράργυρος, το ιώδιο κ.ά.
γ) Δηλητήρια που δρουν στο κεντρικό νευρικό σύστημα και σε σημαντικά όργανα όπως η καρδιά, το συκώτι, οι πνεύμονες, οι νεφροί. Επηρεάζουν το αναπνευστικό και κυκλοφορικό σύστημα. Μπορούν να προκαλέσουν κώμα, σπασμούς και παραλήρημα. Σ’ αυτά ανήκουν οι αλκοόλες, το όπιο και τα παράγωγά του, το κυανιούχο κάλιο, το χλωροφόρμιο και η στρυχνίνη.
Το 50% περίπου των περιπτώσεων δηλητηρίασης αναφέρεται σε κοινώς χρησιμοποιούμενα φάρμακα ή προϊόντα οικιακής χρήσης. Ειδικότερα, οι δηλητηριάσεις ανάλογα με το περιβάλλον στο οποίο εμφανίζονται διακρίνονται στις εξής κατηγορίες:
α) Δηλητηριάσεις στο οικιακό περιβάλλον. Πολλές χημικές ουσίες που βρίσκονται στο οικιακό περιβάλλον προορίζονται για καθαρισμό, πρόκειται δηλαδή για απορρυπαντικά, λευκαντικά, αντισηπτικά, βερνίκια, οξέα, αλκάλια, διαλυτικά, χρώματα, αποσμητικά. Μία άλλη ομάδα αποτελούν τα καλλυντικά όπως λοσιόν, βαφές, οδοντόπαστες, κρέμες κτλ. Δηλητηριάσεις από μονοξείδιο του άνθρακα, από οινόπνευμα και άλλες αλκοόλες είναι επίσης συχνές στο οικιακό περιβάλλον.
β) Δηλητηριάσεις στο εργασιακό περιβάλλον. Αποτελούν συνήθως περιστατικά ατυχημάτων και μπορεί να προέλθουν από την εισπνοή τοξικών ατμών, από την επαφή με διαβρωτικές ουσίες ή από κατάποση της ουσίας μέσω τροφής. Τέτοιες τοξικές ουσίες θεωρούνται οι οργανικοί διαλύτες (υδρογονάνθρακες, διθειάνθρακας), οξέα και βάσεις (υδροχλωρικό, θειικό, θειώδες, νιτρικό οξύ, χλωρικά και βρωμιούχα άλατα, καυστικό νάτριο και κάλιο, αμμωνία), πρώτες ύλες ανόργανης σύνθεσης (ενώσεις αρσενικού, αντιμονίου, καδμίου, θαλλίου, μολύβδου, χαλκού, σιδήρου, φωσφόρου, φθορίου, υδρόθειο, κυανιούχες ουσίες), πρώτες ύλες οργανικής σύνθεσης (ανιλίνη, νιτροβενζόλιο, ναφθαλίνη).
γ) Δηλητηριάσεις στο αγροτικό περιβάλλον. Πλήθος χημικών ενώσεων χρησιμοποιούνται για τη συστηματική αντιμετώπιση παρασίτων και αποτελούν μια μεγάλη ομάδα φαρμάκων, τα λεγόμενα παρασιτοκτόνα ή φυτοφαρμάκα.
δ) Δηλητηριάσεις από φάρμακα. Μεταξύ των διαφόρων φαρμάκων αυτά που εμφανίζονται συχνότερα υπεύθυνα για οξείες δηλητηριάσεις θεωρούνται τα υπνωτικά, ηρεμιστικά, αντιισταμινικά και αναλγητικά.
ε) Δηλητηριάσεις από φυτά. Τα δηλητηριώδη φυτά, ανάλογα με την ουσία που περιέχουν και που είναι υπεύθυνη για τη δηλητηριώδη δράση τους, διακρίνονται σ’ αυτά που περιέχουν αλκαλοειδή, αμίνες, παράγωγα φαινανθρενίου και ερεθιστικές για το δέρμα ουσίες.
Ο τρόπος με τον οποίο αντιμετωπίζεται μία δηλητηρίαση εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως η βαρύτητα των συμπτωμάτων της και η ύπαρξη ή όχι ειδικού αντίδοτου. Η εφαρμογή ειδικής θεραπευτικής αγωγής προϋποθέτει την ακριβή γνώση της ένοχης τοξικής ουσίας και τη χρήση ειδικού αντίδοτου, όταν αυτό υπάρχει.
Διάβρωση. Μερική ή ολική αλλοίωση υλικών λόγω χημικών ή ηλεκτροχημικών αλληλεπιδράσεων με το περιβάλλον τους. Ο όρος διάβρωση αναφέρεται ειδικότερα στις περιπτώσεις βαθμιαίας επίδρασης φυσικών παραγόντων, όπως επίδραση αέρα και νερού στα μέταλλα. Γνωστό παράδειγμα διάβρωσης αποτελεί το σκούριασμα του σιδήρου. Πρόκειται για μία σύνθετη χημική αντίδραση κατά την οποία ο σίδηρος αντιδρά με το οξυγόνο και το νερό για να σχηματιστεί ένυδρο οξείδιο του σιδήρου. Το οξείδιο αυτό είναι στερεό, πορώδες, σχετικά ασθενές και εύκολα θρυμματιζόμενο.
Τρεις μέθοδοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προστασία του σιδήρου από το σκούριασμα: α) δέσμευση του σιδήρου σε κράμα, έτσι ώστε να είναι χημικά ανθεκτικός στη διάβρωση, β) κάλυψη με υλικό το οποίο αντιδρά με τους διαβρωτικούς παράγοντες ταχύτερα από το σίδηρο και γ) κάλυψη με αδιάβροχο υλικό, έτσι ώστε ο αέρας και το νερό να μην μπορούν να έρθουν σ’ επαφή μαζί του. Η πρώτη μέθοδος είναι η πιο ικανοποιητική αλλά και η πιο ακριβή. Σύμφωνα μ’ αυτήν, χρώμιο και νικέλιο ενώνονται σε κράμα με το σίδηρο. Το κράμα αυτό είναι ανθεκτικό στη διάβρωση ακόμη και με την επίδραση θερμού και πυκνού νιτρικού οξέος. Κατά τη δεύτερη μέθοδο γίνεται γαλβανισμός του σιδήρου, καθώς αυτός καλύπτεται με ψευδάργυρο. Με παρουσία διαβρωτικών διαλυμάτων αποκαθίσταται ηλεκτρικό δυναμικό ανάμεσα στο σίδηρο και τον ψευδάργυρο προκαλώντας τη διάλυση του ψευδαργύρου και την προστασία του σιδήρου. Η τρίτη μέθοδος είναι η πιο οικονομική και η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη. Είναι ικανοποιητική για όσο διάστημα η επικάλυψη του σιδήρου δεν παρουσιάσει ράγισμα. Γνωστά καλυπτικά είναι τα βερνίκια, το σμάλτο και οι βαφές, όπως ο κόκκινος μόλυβδος.
Ορισμένα μέταλλα, όπως το αλουμίνιο, παρόλο που είναι πολύ δραστικά, δε διαβρώνονται κάτω από κανονικές ατμοσφαιρικές συνθήκες. Στην πραγματικότητα το αλουμίνιο οξειδώνεται γρήγορα και μια λεπτή, συνεχής στοιβάδα οξειδίου σχηματίζεται στην επιφάνεια του μετάλλου προστατεύοντάς το από τη γρήγορη διάβρωση. Ο μόλυβδος και ο ψευδάργυρος προστατεύονται από παρόμοιες στοιβάδες οξειδίων. Ο χαλκός διαβρώνεται αργά από τον αέρα και το νερό με παρουσία ασθενών οξέων όπως το ανθρακικό οξύ. Προϊόν αυτής της διάβρωσης είναι η λεγόμενη πατίνα η οποία εμφανίζεται τόσο σε κράματα του χαλκού, όπως ο μπρούντζος όσο και στον καθαρό χαλκό. Είναι ορατή σε δημόσια μνημεία και σε διακοσμημένες οροφές.
Η διάβρωση των μετάλλων είναι περισσότερο προβληματική απ’ ό,τι των άλλων υλικών. Το γυαλί διαβρώνεται με την επίδραση ισχυρών αλκαλικών διαλυμάτων, η ανθεκτικότητά του όμως στη διάβρωση αυτή μπορεί ν’ αυξηθεί με την αλλαγή της σύστασής του.
Διάλυμα.Ομογενές σύστημα δύο ή περισσότερων ουσιών, με την ίδια σύσταση και τις ίδιες ιδιότητες σε όλη του τη μάζα. Τα συστατικά του διαλύματος μπορούν να ανήκουν σε οποιαδήποτε από τις τρεις καταστάσεις της ύλης. Έτσι, για ένα σύστημα δύο ουσιών, δυαδικό όπως ονομάζεται, έχουμε εννιά δυνατές περιπτώσεις, δηλαδή αέριο σε αέριο, υγρό σε αέριο, στερεό σε αέριο, αέριο σε υγρό, υγρό σε υγρό, στερεό σε υγρό, αέριο σε στερεό, υγρό σε στερεό και στερεό σε στερεό. Το ενδιαφέρον εντοπίζεται στις περιπτώσεις διάλυσης αερίου σε αέριο (π.χ. ατμοσφαιρικός αέρας), αερίου σε υγρό, υγρού σε υγρό και στερεού σε υγρό, χωρίς να λείπουν τα μεμονωμένα παραδείγματα άλλων περιπτώσεων. Χαρακτηριστική είναι η περίπτωση διάλυσης στερεού σε στερεό, που συναντιέται στα κράματα.
Από τα δύο συστατικά του δυαδικού συστήματος το ένα ονομάζεται διαλύτης, και είναι συνήθως αυτό που βρίσκεται σε μεγαλύτερη αναλογία, και το άλλο διαλυμένη ουσία. Όταν το ένα από τα συστατικά είναι υγρό, τότε συνήθως αυτό χαρακτηρίζεται ως διαλύτης, ενώ το άλλο συστατικό είναι η διαλυμένη ουσία.
Επειδή σε πολλές αντιδράσεις χρησιμοποιούνται διαλύματα ουσιών αντί της καθαρής ουσίας, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε την ποσοτική σύσταση των διαλυμάτων. Για την ενιαία έκφραση της σύστασης έχουν καθοριστεί οι εξής τρόποι έκφρασής της:
1. Περιεκτικότητα κατά βάρος % w/w: Ορίζεται ως η ποσότητα σε γραμμάρια της διαλυμένης ουσίας, που περιέχεται σε 100 γρ. του διαλύματος.
2. Περιεκτικότητα κατ' όγκο % w/v: Ορίζεται ως η ποσότητα της διαλυμένης ουσίας σε γραμμάρια, που περιέχεται σε 100 cm3 του διαλύματος.
3. Περιεκτικότητα κατ' όγκο % v/v: Ορίζεται ως η ποσότητα της διαλυμένης ουσίας σε ml, που περιέχεται σε 100 ml του διαλύματος. Αποτελεί συνηθισμένο τρόπο έκφρασης περιεκτικότητας αέριων μειγμάτων.
4. Μοριακότητα κατ’ όγκο (molarity): Ορίζεται ως ο αριθμός των γραμμομορίων (moles) της διαλυμένης ουσίας, που περιέχονται σε 1 lt (1.000 cm3) διαλύματος. Συμβολίζεται με το γράμμα Μ. Όταν ένα mol της διαλυμένης ουσίας υπάρχει σε ένα λίτρο διαλύματος, το διάλυμα ονομάζεται μοριακό (molar).
5. Μοριακότητα κατά βάρος (molality): Εκφράζει τον αριθμό των γραμμομορίων (moles) της ουσίας που περιέχονται σε 1.000 γρ. διαλύτη. Συμβολίζεται με το γράμμα m.
6. Κανονικότητα (normality): Ορίζεται ως ο αριθμός των γραμμοϊσοδυνάμων (greq) της διαλυμένης ουσίας που περιέχονται σε 1 lt (1.000 cm3) διαλύματος. Συμβολίζεται με το γράμμα Ν. Γραμμοϊσοδύναμο ουσίας είναι το γραμμομόριό της διαιρεμένο με το σθένος της ουσίας. Όταν ένα γραμμοϊσοδύναμο της διαλυμένης ουσίας υπάρχει σε ένα λίτρο διαλύματος, το διάλυμα ονομάζεται κανονικό (normal).
Κατά τη διάλυση μιας ουσίας σε ένα διαλύτη δε συμβαίνει πάντοτε απλή μόνο ανάμειξη των συστατικών. Συχνά συμβαίνουν διάφορες φυσικοχημικές δράσεις, που έχουν ως αποτέλεσμα τη δραστηριοποίηση των ιδιοτήτων των διαλυμένων ουσιών, όπως και την εμφάνιση ιδιοτήτων που δεν ήταν εμφανείς στην καθαρή μορφή της ουσίας.
Διένια ή διολεφίνες.Υδρογονάνθρακες στο μόριο των οποίων υπάρχουν 2 διπλοί δεσμοί. Έχουν το γενικό τύπο CνH2ν-2 με (ν ≥ 4), είναι δηλαδή ισομερείς με τους ακόρεστους υδρογονάνθρακες που έχουν έναν τριπλό δεσμό στο μόριό τους. Ονομάζονται επίσης αλκαδιένια. Ανάλογα με τις θέσεις των διπλών δεσμών διακρίνονται σε: α) Διένια με γειτονικούς διπλούς δεσμούς. β) Διένια με συζυγιακούς διπλούς δεσμούς, διπλούς δεσμούς δηλαδή που χωρίζονται από έναν απλό δεσμό. γ) Διένια με μεμονωμένους διπλούς δεσμούς, διπλούς δεσμούς δηλαδή που χωρίζονται από περισσότερους απλούς. Από τις τρεις αυτές κατηγορίες το μεγαλύτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν τα αλκαδιένια με συζυγιακούς διπλούς δεσμούς.
Ορισμός, σύνταξη, ονομασίες. Τα αλκαδιένια με συζυγιακούς διπλούς δεσμούς περιέχουν στο μόριό τους διπλούς δεσμούς οι οποίοι χωρίζονται από έναν απλό, επομένως περιέχουν τη χαρακτηριστική αλυσίδα C=C-C=C. Ονομάζονται κατά τον τρόπο ονομασίας των υδρογονανθράκων, με επίταξη της κατάληξης -διένια, καθώς και με πρόταξη δύο αριθμών, οι οποίοι δείχνουν τα άτομα του άνθρακα από τα οποία αρχίζουν οι διπλοί δεσμοί.
CH2=CH-CH=CH2 1,3-βουταδιένιο
CH2=CH-CH=CH-CH3 1,3-πενταδιένιο.
Προέλευση και παρασκευή. Το σπουδαιότερο μέλος της σειράς αυτής, το βουταδιένιο, βρίσκεται σε ίχνη στο φωταέριο, ενώ το ισοπρένιο παίρνεται κατά την ξερή απόσταξη του καουτσούκ και την πυρόλυση του τερεβινθέλαιου. Για τα μέλη της σειράς που παρουσιάζουν βιομηχανικό ενδιαφέρον (βουταδιένιο, ισοπρένιο) υπάρχει πληθώρα ειδικών μεθόδων παρασκευής. Ως γενική συνθετική μέθοδος μπορεί να θεωρηθεί η «εξαντλητική μεθυλίωση κατά Hofmann» διαμινών ή ετεροκυκλικών αμινών. Η μέθοδος στηρίζεται στη διαδοχική επίδραση CH3J και AgOH στις αμίνες.
Φυσικές και χημικές ιδιότητες. Το βουταδιένιο είναι αέριο, ενώ τα υπόλοιπα είναι υγρά σώματα. Παρουσιάζουν μεγάλη τάση προς πολυμερισμό, ο οποίος πολλές φορές συμβαίνει και κατά την παραμονή (αυτοπολυμερισμός), ώστε να γίνεται αναγκαία η προσθήκη σταθεροποιητών για τη διατήρηση του μονομερούς. Τα προϊόντα του πολυμερισμού είναι ενώσεις μεγάλου μοριακού βάρους. Μοιάζουν πολύ με το φυσικό καουτσούκ και χρησιμοποιούνται με διάφορα ονόματα ως συνθετικό ή τεχνητό καουτσούκ. Με την προσθήκη δύο μορίων προσθήματος παίρνονται κορεσμένα παράγωγα με ανόρθωση και των δύο διπλών δεσμών. Κατά την προσθήκη ενός μόνο μορίου προσθήματος, τα συστατικά του προσθήματος προσθέτονται στους C1 και C4 άνθρακες, έχουμε ανόρθωση των δύο αρχικών διπλών δεσμών και εμφάνιση νέου μεταξύ C2-C3. Η προσθήκη αυτή ονομάζεται 1, 4-προσθήκη.
Μεγάλης σημασίας εφαρμογή της 1, 4-προσθήκης είναι η διενική σύνθεση (Diel-Alder, 1928). Η αντίδραση πραγματοποιείται εξαιρετικά ομαλά και γρήγορα, χωρίς να απαιτείται θέρμανση ή παρουσία καταλυτών. Δε σχηματίζονται παραπροϊόντα και οι αποδόσεις είναι πολύ καλές. Η διενική σύνθεση αποτελεί μια από τις σπουδαιότερες μεθόδους της συνθετικής οργανικής χημείας. Επίσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ακόμη και για την πιστοποίηση της συζυγιακής θέσης διπλών δεσμών και την εξεύρεση της σύνταξης ακόρεστων ενώσεων.
Διήθηση. Διαδικασία διαχωρισμού ουσιών, που διαφέρουν μεταξύ τους ως προς τις φυσικές τους ιδιότητες. Η διήθηση εφαρμόζεται στη χημεία και την τεχνολογία και περιλαμβάνει πολλούς τομείς.
Διήθηση υγρών. Είναι ο διαχωρισμός ενός υγρού από τα διασκορπισμένα μέσα σ' αυτό στερεά αδιάλυτα σώματα, τα οποία αιωρούνται και δύσκολα κατακάθονται. Σε άλλες περιπτώσεις ενδιαφερόμαστε για το καθαρό υγρό που είναι το αποτέλεσμα της διήθησης, ενώ σε άλλες για το στερεό υπόλειμμα. Στα χημικά εργαστήρια η διήθηση εφαρμόζεται στην ανάλυση των χημικών ουσιών, στον καθαρισμό διάφορων υγρών, όπως επίσης χρησιμοποιείται και από τη βιομηχανία για τον καθαρισμό των στερεών ουσιών, τον καθαρισμό του νερού κ.ά. Ο διαχωρισμός των δύο φάσεων, της στερεάς και της υγρής, είναι δυνατός όταν το υγρό υποχρεωθεί να περάσει μέσα από τους πόρους του σώματος που περιέχεται στο φίλτρο ή ηθμό. Τα στερεά σωματίδια που έχουν διάμετρο μεγαλύτερη από τη διάμετρο των πόρων του σώματος συγκρατούνται, ενώ περνάει το υγρό μαζί με σωματίδια που έχουν μικρότερη διάμετρο από τους πόρους. Η τεχνική των φίλτρων προσφέρει μεγάλη ποικιλία από ηθμούς με διάφορες διαμέτρους πόρων, οπότε ακόμη και βακτηρίδια είναι δυνατό να συγκρατηθούν, όπως συμβαίνει στα διυλιστήρια πόσιμου νερού. Πρόχειρη διήθηση είναι δυνατό να πετύχουμε, όταν στο βάθος ενός μεταλλικού ή γυάλινου χωνιού τοποθετήσουμε ένα κομμάτι βαμβάκι και λίγη άμμο, οπότε, ανάλογα με το αποτέλεσμα, έχουμε το φιλτράρισμα, λαμπικάρισμα, στράγγισμα κτλ. Όταν η διήθηση προχωρήσει μέχρι την αφαίρεση των βακτηριδίων, λέμε ότι έχουμε διύλιση και τα χρησιμοποιούμενα φίλτρα λέγονται διυλιστήρια. Η διήθηση είναι δυνατή με φίλτρο από διηθητικό χαρτί, που μπορεί να είναι κοινό ή πτυχωτό και το οποίο τοποθετείται μέσα σε ένα γυάλινο χωνί. Το διήθημα συγκεντρώνεται από το κάτω άκρο του χωνιού σε ένα ποτήρι. Όταν θέλουμε η διήθηση να γίνει σε γρήγορο χρονικό διάστημα ή επιδιώκουμε την τέλεια απομάκρυνση του υγρού από το στερεό, τότε χρησιμοποιούμε διηθητικό χαρτί σε συνδυασμό με ειδικά χωνιά από πορσελάνη, που έχουν διάτρητο πυθμένα (φίλτρα Μπούχνερ). Με μια αντλία κενού πετυχαίνουμε την απορρόφηση του αέρα μέσα από το φίλτρο και το ποτήρι, οπότε η διαφορά πιέσεων βοηθάει το γρήγορο διαχωρισμό, γιατί τα μόρια του υγρού, εκτός από την επίδραση του βάρους τους, δέχονται και την επίδραση της ατμοσφαιρικής πίεσης. Ανάλογα με τη φύση του διαλυμένου υλικού χρησιμοποιούνται χωνιά ειδικής κατασκευής, τα οποία είναι δυνατό κατά τη διάρκεια της διήθησης να θερμανθούν ή να ψυχθούν, όπως συμβαίνει στη διήθηση διαλυμάτων που περιέχουν φυράματα, ένζυμα ή άλλους βιοκαταλύτες. Η δράση των ηθμών χαρακτηρίζεται από τη διάμετρο των μεγαλύτερων πόρων τους και εκφράζεται από τη σειρά των αριθμών από ένα μέχρι πέντε (1-5), όπου αριθμό ένα (1) έχουν τα φίλτρα με μεγάλη διάμετρο πόρων και αριθμό πέντε (5) αυτά που έχουν ελάχιστη διάμετρο πόρων. Υπάρχουν φίλτρα με συνεχή και ασυνεχή λειτουργία. Στο πρώτο είδος ο ηθμός καθαρίζεται κατά τη διάρκεια της διήθησης, ενώ στο δεύτερο πρέπει να διακοπεί η διήθηση για να καθαριστεί ο ηθμός. Επειδή τα φίλτρα ασυνεχούς λειτουργίας έχουν το μειονέκτημα ότι χρειάζονται χρόνο και αριθμό εργατικών χεριών για να καθαριστούν, η σύγχρονη βιομηχανία χρησιμοποιεί φίλτρα συνεχούς λειτουργίας του τύπου Όλιβερ κτλ.
Διήθηση αερίων. Τη διήθηση των αερίων είναι δυνατό να την πετύχουμε είτε υποχρεώνοντας τον αέρα να περάσει μέσα από φίλτρα που αποτελούνται από διηθητικά υφάσματα είτε με το σύστημα της ηλεκτροστατικής. Τα φίλτρα με ύφασμα συγκρατούν τα στερεά σωματίδια που περιέχουν τα αέρια, ενώ στην ηλεκτροστατική διήθηση το αέριο αναγκάζεται να περάσει μέσα από ένα ηλεκτροστατικό πεδίο με υψηλό δυναμικό. Το πεδίο δημιουργείται ανάμεσα σε δύο ηλεκτρόδια. Το ένα ηλεκτρόδιο (θετικό) είναι ο ίδιος ο αγωγός από τον οποίο περνάει το αέριο, ενώ το άλλο (αρνητικό) αποτελείται από σπείρες σύρματος, που βρίσκονται στον άξονα του αγωγού. Τα στερεά σωματίδια με τη δράση του πεδίου ιονίζονται και προσκολλούνται στην επιφάνεια του θετικού ηλεκτροδίου. Η μέθοδος χρησιμοποιείται στις βιομηχανίες για την αφαίρεση των επιβλαβών συστατικών υλικών των αερίων, στους καπνοσυλλέκτες κτλ.
Φυσιολογία. Και στους ζώντες οργανισμούς συμβαίνει το φαινόμενο της διήθησης. Παρατηρείται, όταν υπάρχει η κατάλληλη διαφορά πίεσης, οπότε το υγρό περνά τους πόρους της ζωικής ή φυτικής μεμβράνης. Το φαινόμενο της διήθησης είναι περισσότερο έντονο στους νεφρούς. Επίσης το φαινόμενο της διήθησης ενδιαφέρει την ιατρική και υποδηλώνει την παρουσία οργανικού υγρού στον κυτταρικό ιστό.
Εναζώτωση.Χημική διαδικασία με την οποία γίνεται δυνατή η αύξηση της επιφανειακής σκληρότητας διάφορων μετάλλων καθώς σχηματίζονται νιτρίδια με θερμική επεξεργασία. Η συνηθισμένη θερμοκρασία εναζώτωσης είναι 500°C περίπου, ενώ στην περίπτωση της ιοντικής εναζώτωσης το φαινόμενο πραγματοποιείται με τη βοήθεια ηλεκτρικών εκκενώσεων, σε ειδική συσκευή.
Χυτοσίδηρος, χάλυβες και ειδικά κράματα σκληραίνουν επιφανειακά με τη βοήθεια της εναζώτωσης και χρησιμοποιούνται στην κατασκευή εξαρτημάτων για τα κινητά μέρη των μηχανών έτσι ώστε να αποφεύγονται οι φθορές από τις τριβές που προκαλούνται από την κίνηση.
Εκρηκτικές ύλες.Υγρές ή στερεές ουσίες οι οποίες είναι δυνατό, κάτω από ορισμένες συνθήκες, να αποσυντεθούν ακαριαία και να δώσουν μεγάλο όγκο ατμών και αερίων, με σύγχρονη έκλυση θερμότητας. Στην απότομη αύξηση του όγκου οφείλεται το δημιουργούμενο εκρηκτικό κύμα. Οι εκρηκτικές ύλες βρίσκουν πολύ μεγάλη εφαρμογή σε μεταλλεία, λατομεία, τεχνικά έργα και σε πολεμικές περιόδους για την εκσφενδόνιση βλημάτων (πυρίτιδες) ή τη διάρρηξη βλημάτων, βομβών, ναρκών, τορπιλών κτλ. Από χημική άποψη οι εκρηκτικές ύλες διακρίνονται σε: α) Νιτρικούς εστέρες πολυ-αλκοολών-γλυκερόλης, κυτταρίνης κτλ. β) Νιτροσώματα, νιτροπαράγωγα αρωματικών ενώσεων - τολουολίου, φαινόλης κτλ. γ) Ανόργανα άλατα, κυρίως νιτρικά, χλωρικά και υπερχλωρικά. Μια από τις σπουδαιότερες ύλες της πρώτης κατηγορίας είναι η νιτρογλυκερίνη ή, πιο σωστά, τρινιτροεστέρας της γλυκερίνης [C3H5(ONO2)3], υγρό ελαιώδες, υποκίτρινο, γλυκίζουσας γεύσης, χωρίς οσμή. Εκρήγνυται με θέρμανση, με κρούση, με ώθηση. Η νιτρογλυκερίνη παρασκευάζεται με επίδραση μείγματος πυκνού νιτρικού οξέος και θειικού οξέος σε γλυκερίνη, σε θερμοκρασία 10°C. Το θειικό οξύ χρησιμοποιείται για να κρατά το σχηματιζόμενο νερό το οποίο θα αραίωνε το νιτρικό οξύ.Η μέθοδος αυτή παρασκευής είναι επικίνδυνη, γιατί στους 30°C η νιτρογλυκερίνη που σχηματίζεται διασπάται μόνη της. Επειδή η χρήση της νιτρογλυκερίνης είναι επικίνδυνη, λόγω της εύκολης διάσπασής της, διατίθεται στο εμπόριο με μορφή λιγότερο επικίνδυνων εκρηκτικών υλών, οι οποίες είναι γνωστές με το όνομα δυναμίτιδες.
Ο Σουηδός Νόμπελ το 1886 κατόρθωσε να κάνει ακίνδυνη τη χρήση της νιτρογλυκερίνης, αφού πότισε με αυτή αδρανή, αλλά πορώδη, σώματα, όπως η γη των διατόμων (το αποτελούμενο από πυριτικό οξύ κέλυφος κάποιου είδους μονοκύτταρων φυκών) και δημιούργησε έτσι την κοινή δυναμίτιδα. Η κοινή δυναμίτιδα είναι στερεή, πλαστική και λιπαρή μάζα, η οποία αποτελείται από 75% νιτρογλυκερίνη και 25% πυρωθείσα γη διατόμων. Μπορεί να μεταφέρεται ακίνδυνα και εκρήγνυται με ειδικό καψύλλιο το οποίο περιέχει βροντώδη υδράργυρο. Μπορεί να υποστεί οποιαδήποτε μηχανική επίδραση και όταν αναφλέγεται καίγεται ήρεμα. Η κοινή δυναμίτιδα παρουσιάζει δύο μειονεκτήματα: έχει μεγάλη περιεκτικότητα σε αδρανή ύλη και όταν βρέχεται γίνεται επικίνδυνη. Για τους λόγους αυτούς αντικαταστάθηκε η αδρανής ύλη από ενεργές ύλες, με αποτέλεσμα να παρουσιαστούν οι άκαπνες πυρίτιδες. Αυτές κατά τη χρησιμοποίησή τους δεν αφήνουν στερεό υπόλειμμα, αλλά αποδίδουν μόνο αέρια προϊόντα. Οι άκαπνες πυρίτιδες ή δυναμίτιδες με ενεργή βάση διακρίνονται: α) Στις ζελατινοδυναμίτιδες, οι οποίες ως απορροφητικό μέσο έχουν κολλωδιοβάμβακα (δινιτροκυτταρίνη). Μείγμα νιτρογλυκερίνης και κολλωδιοβάμβακα είναι γνωστό ως εκρηκτική ζελατίνα, γιατί με τη ζελατινοειδή πηχτή μάζα παρουσιάζει μεγάλη εκρηκτική δύναμη. Οι ζελατινοδυναμίτιδες έχουν μεγαλύτερη εκρηκτική δύναμη από την κοινή δυναμίτιδα, δεν είναι ευαίσθητες στην υγρασία και, το σπουδαιότερο, δεν περιέχουν ως άχρηστο υλικό τη μη εκρηκτική και άκαυστη ύλη της γης διατόμων. Η ζελατινοδυναμίτιδα περιέχει 65% νιτρογλυκερίνη, 4% νιτροκυτταρίνη και 30% νιτρικό κάλιο ή νάτριο. Επίσης υπάρχουν και άλλα δύο μείγματα ζελατινοδυναμίτιδας. Το ένα περιέχει 93% νιτρογλυκερίνη, 7% νιτροκυτταρίνη και το άλλο 26% μείγμα νιτρογλυκερίνης - νιτροκυτταρίνης, 8% νιτρικό αμμώνιο, 50% νιτρικό νάτριο, 6% θείο, 8% ανθρακούχο υλικό. β) Στις κονιοδυναμίτιδες, που περιέχουν 25% νιτρογλυκερίνη.Η δυναμίτιδα χρησιμοποιείται ως εξής: Αφού ομογενοποιηθεί (με ζύμωση, μάλαξη και κοσκίνιση) φυσιγγιοποιείται σε κυλίνδρους οι οποίοι περιτυλίγονται υδατοστεγανά με παραφινωμένο χαρτί. Για την ανατίναξη των βράχων, των πετρωμάτων κτλ. ανοίγεται στο βράχο μια τρύπα, στην οποία τοποθετούνται τα φυσίγγια της δυναμίτιδας. Η έκρηξη γίνεται με ειδικό καψούλι που περιέχει βροντώδη (κροτικό) υδράργυρο. Η πυροδότηση γίνεται είτε με ηλεκτρισμό είτε με ειδικό βραδύκαυστο φιτίλι, το οποίο ανάβεται στην άκρη που δεν είναι συνδεδεμένη με το καψούλι.
Άλλα είδη δυναμίτιδας που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι τα εξής: Η ερυθρή δυναμίτιδα, η οποία περιέχει 75% νιτρογλυκερίνη και 25% γη διατόμων. Είναι η περισσότερο χρησιμοποιούμενη δυναμίτιδα με αδρανές προκρουστικό υλικό, η οποία έχει τα μειονεκτήματα ότι πήζει εύκολα, με επίδραση νερού αποχωρίζεται στα συστατικά της και με την πάροδο του χρόνου η νιτρογλυκερίνη αποχωρίζεται από την απορροφητική γη και αφυδατώνεται, οπότε το φυσίγγιο της δυναμίτιδας γίνεται επικίνδυνο. Ο φορσίτης, με σύσταση 44% νιτρογλυκερίνη, 44% νιτρικό κάλιο και 12% πριονίδια και η αμμωνίτιδα, με σύσταση 15% νιτρογλυκερίνη, 31% νιτρικό αμμώνιο, 38% νιτρικό νάτριο, 9% ανθρακούχο υλικό και 4% θείο. Εκτός από τα παραπάνω συστατικά, στις δυναμίτιδες περιέχεται και 10% μιας ουσίας που εξουδετερώνει την οξύτητα.
Η μαύρη πυρίτιδα είναι μια ακόμη μορφή εκρηκτικής ύλης, η οποία έχει σύσταση 67-78% νίτρο, 10-11% θείο και 16-22% άνθρακα. Κατά την καύση της πυρίτιδας αυτής σχηματίζεται ανθρακικό κάλιο, θειικό κάλιο και θειούχο κάλιο, τα οποία αποτελούν τον καπνό και το στερεό υπόλειμμα το οποίο αφήνει κατά την καύση η πυρίτιδα, η οποία επίσης ελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα, μονοξείδιο του άνθρακα και άζωτο, τα οποία και αποτελούν τα αέρια της πυρίτιδας. Τα αέρια αυτά προκαλούν γρήγορα αύξηση του όγκου και έτσι πετυχαίνεται η προώθηση των βλημάτων και η ανατίναξη των πετρωμάτων.
Άλλες εκρηκτικές ύλες είναι οι νιτρικοί εστέρες της κυτταρίνης ή, όπως αλλιώς ονομάζονται, νιτροκυτταρίνες. Παρασκευάζονται κατά την επίδραση μείγματος νιτρικού και θειικού οξέος σε βαμβάκι. Ανάλογα με τις συνθήκες της νίτρωσης παίρνονται προϊόντα περισσότερο ή λιγότερο νιτρωμένα. Οι περισσότερες νιτρωμένες νιτροκυτταρίνες δε διαλύονται στην αλκοόλη και αιθέρα, αλλά στην ακετόνη με το όνομα νιτροκυτταρίνη ή βαμβακοπυρίτιδα, για την κατασκευή εκρηκτικών υλών. Ένα χιλιόγραμμο βαμβακοπυρίτιδας δίνει κατά την έκρηξη 859 λίτρα αερίων. Επίσης σε χρονικό διάστημα μικρότερο του 1:50.000 του δευτερολέπτου όλα τα συστατικά της κατά την ανάφλεξη μετατρέπονται σε αέρια.
Μια άλλη κατηγορία εκρηκτικών υλών είναι τα νιτροσώματα, τα οποία παρασκευάζονται κατά την επίδραση μείγματος πυκνού νιτρικού και θειικού οξέος (νίτρωση) σε αρωματικές ενώσεις. Παρουσιάζουν μεγάλη ασφάλεια χειρισμού και μπορούν να λιώσουν χωρίς κίνδυνο. Επειδή δεν περιέχουν επαρκές οξυγόνο, προστίθεται και ανόργανο άλας, πλούσιο σε οξυγόνο, π.χ. νιτρικό κάλιο. Τα συνηθέστερα νιτροσώματα που χρησιμοποιούνται είναι η τροτύλη, το πικρικό οξύ, η τετρύλη και η εξύλη. Τα νιτροσώματα χρησιμοποιούνται ως εκρηκτικές ύλες, ενώ οι νιτρικοί εστέρες συνήθως χρησιμοποιούνται ως πυρίτιδες.
Έκρηξη.Ταχύτατη χημική ή φυσική μεταβολή, κατά την οποία η απότομη και μεγάλη αύξηση της πίεσης ενός αερίου ή υγρού προκαλεί την παραγωγή μεγάλης ποσότητας ενέργειας. Η ενέργεια αυτή εκδηλώνεται με τη μορφή θερμότητας, κρουστικού κύματος, φωτεινής ακτινοβολίας κτλ.
Τα αποτελέσματα των εκρήξεων έχουν πολλές πρακτικές εφαρμογές τόσο σε ειρηνικές όσο και σε πολεμικές περιόδους. Για τη δημιουργία μιας έκρηξης είναι απαραίτητη η χρησιμοποίηση εκρηκτικών υλών, όπως η δυναμίτιδα, η νιτρογλυκερίνη, η νιτροκυτταρίνη κ.ά., καθώς και πιο σύγχρονοι μέθοδοι, όπως η σχάση ή η σύντηξη πυρήνων. Εκτός από τις προγραμματισμένες και ελεγχόμενες εκρήξεις, όπως π.χ. οι εκρήξεις λατομείων (φουρνέλα) ή δομικών κατασκευών, στην καθημερινή ζωή συμβαίνουν εκρήξεις, οι οποίες, πολλές φορές, δημιουργούν σοβαρούς κινδύνους. Σε χώρους όπου υπάρχει διάχυτο αέριο, όπως π.χ. συμβαίνει με τα αναισθητικά στους θαλάμους των χειρουργείων, ο παραμικρός σπινθήρας προκαλεί βίαιη έκρηξη. Το φωταέριο, όταν αναμειχτεί με κατάλληλη αναλογία αέρα και πυροδοτηθεί, δημιουργεί έκρηξη. Το ίδιο συμβαίνει και με τους ατμούς της βενζίνης, του αιθέρα, του τερεβινθελαίου, του βερνικιού των νυχιών και των χρωμάτων. Τα αποτελέσματα της έκρηξης είναι συνάρτηση της ποσότητας και της ικανότητας διάχυσης της εκρηκτικής ύλης. Έτσι, η έκρηξη μιας κροτίδας δημιουργεί σε μικρή έκταση μια τοπική μεταβολή της πυκνότητας των αέριων στρωμάτων, ενώ η έκρηξη μιας βόμβας πολλών μεγατόνων (συμβατικής ή πυρηνικής) έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία θερμικών και ωστικών κυμάτων με τεράστια καταστροφική ισχύ. Τα δραστικά αποτελέσματα της έκρηξης των βλημάτων με μικρό διαμέτρημα οφείλονται βασικά στην εκτόξευση των μεταλλικών κομματιών του περιβλήματος της εκρηκτικής ύλης, η πυροδότηση της οποίας γίνεται με ειδικό πυροκροτητή (χημικό, μηχανικό κ.ά.). Η απότομη εκτόνωση των αερίων της έκρηξης και η κατάληψη μεγάλου όγκου είναι οι πρωταρχικές αιτίες που δημιουργούν τις άμεσες καταστροφές ή τη θραύση των περιβλημάτων της εκρηκτικής ύλης.
Έκρηξη παράγεται και από τις αλυσιδωτές αντιδράσεις που προκαλούνται από τη σχάση ή τη σύντηξη ατομικών πυρήνων. Διαφέρει από τις υπόλοιπες μορφές έκρηξης ως προς την ποσότητα της ενέργειας που εκλύεται, από την έντασή της αλλά και από τα αποτελέσματά της. (Βλ. και λλ. πυρηνική ενέργεια, ατομική βόμβα, σχάση, σύντηξη).
Στη μηχανολογία έκρηξη ονομάζεται η τρίτη στη σειρά φάση («χρόνος») στη λειτουργία ενός τετράχρονου κινητήρα εσωτερικής καύσης. Είναι η χρονική στιγμή κατά την οποία το μπουζί δημιουργεί το σπινθήρα, ο οποίος αναφλέγει το καύσιμο συμπιεσμένο μείγμα αέρα-βενζίνης και προκαλεί την απότομη εκτόνωση των αερίων.
Εστέρες. Οργανικές χημικές ενώσεις που παράγονται από την αντίδραση αλκοόλης και οξέος (οργανικού ή ανόργανου), με σύγχρονη αποβολή ενός μορίου νερού σύμφωνα με το σχήμα:
αλκοόλη + οξύ ⇆ εστέρας + νερό
Οι εστέρες μπορεί να θεωρηθεί ότι προέρχονται από την αντικατάσταση των όξινων υδρογόνων των ανόργανων ή οργανικών οξέων με αντίστοιχα αλκύλια. Το είδος του οξέος που χρησιμοποιείται, δημιουργεί και τη χαρακτηριστική ιδιομορφία του εστέρα, οπότε ανάλογα με τον τύπο του οξέος διακρίνουμε τους εστέρες σε:
α) Εστέρες ανόργανων οξέων και εστέρες οργανικών οξέων, ανάλογα με το αν το οξύ είναι ανόργανο ή οργανικό.
β) Ουδέτερους εστέρες, αν όλα τα όξινα υδρογόνα του πολυβασικού οξέος αντικατασταθούν από αλκύλια, και όξινους εστέρες, αν ένα μέρος μόνο από τα όξινα υδρογόνα του οξέος αντικατασταθεί από αλκύλια.
γ) Μονοεστέρες, αν η αλκοόλη που χρησιμοποιείται είναι μονοσθενής ή εάν ένα μόνο υδροξύλιο μιας πολυσθενούς αλκοόλης εστεροποιήθηκε, και πολυεστέρες, αν η εστεροποίηση έγινε σε δύο ή περισσότερα υδροξύλια μιας πολυσθενούς αλκοόλης.
Στις περιπτώσεις της δημιουργίας εστέρων από οργανικά οξέα, ο εστέρας προέρχεται από αντικατάσταση του υδρογόνου της ρίζας του καρβοξυλίου (-COOH) από ένα αντίστοιχο αλκύλιο. Επειδή οι εστέρες των λιπαρών οξέων έχουν τον ίδιο αριθμό ατόμων άνθρακα με τα λιπαρά οξέα, εμφανίζεται το φαινόμενο της ισομέρειας. Η χαρακτηριστική ρίζα των εστέρων των οργανικών οξέων είναι -COOR'.
Εμπειρικά οι εστέρες ονομάζονται από το κτητικό του οξέος και το όνομα του αλκυλίου της αλκοόλης. Επίσης είναι δυνατό να πάρουν το όνομά τους από το κτητικό του οξέος, το αλκύλιο και τη λέξη εστέρας. Έτσι π.χ. στην περίπτωση του εστέρα CH3ONO2 θα έχουμε τις εξής δύο ονομασίες: α) νιτρικό μεθύλιο και β) νιτρικός μεθυλεστέρας.
Παρασκευές εστέρων.
1. Με επίδραση αλκυλαλογονιδίων στα άλατα των οξέων με άργυρο.
2. Με επίδραση ανυδριτικών παραγώγων των οξέων ή αλκυλοχλωριδίων σε αλκοόλες.
3. Με επίδραση οξέος και αλκοόλης, οπότε η αντίδραση λέγεται εστεροποίηση και παρουσιάζει τυπικές ομοιότητες με την εξουδετέρωση βάσης και οξέος, που συναντάται στην ανόργανη χημεία. Η εστεροποίηση γίνεται σύμφωνα με το σχήμα:
RCOOH + HOR' ⇆ RCOOR' + H2O
που αποτελεί και τη γενική μέθοδο παρασκευής των εστέρων. Εκτός από την επιφανειακή ομοιότητα, οι δύο αντιδράσεις που αναφέρθηκαν παρουσιάζουν και βασικές διαφορές. Η εξουδετέρωση είναι αντίδραση ιοντική, ενώ η εστεροποίηση είναι αντίδραση μορίων. Αντίθετα από την εξουδετέρωση, η εστεροποίηση είναι αντίδραση αμφίδρομη, επειδή το νερό που παράγεται προκαλεί τη διάσπαση του εστέρα σε αλκοόλη και οξύ. Αυτή η διάσπαση λέγεται σαπωνοποίηση. Το αμφίδρομο σχήμα εστεροποίηση-σαπωνοποίηση προχωρεί μέχρι να δημιουργηθεί μια κατάσταση δυναμικής ισορροπίας ανάμεσα στα τέσσερα συστατικά του συστήματος, δηλαδή του ελεύθερου οξέος, της αλκοόλης, του εστέρα και του νερού. Στην περίπτωση που στην αντίδραση παίρνουν μέρος ισομοριακές ποσότητες οξέος και αλκοόλης, η ισορροπία εμφανίζεται όταν εστεροποιηθούν τα 2/3 του οξέος και φυσικά της αλκοόλης. Η απόδοση της αντίδρασης εστεροποίησης αυξάνει και η ισορροπία παρουσιάζει μετατόπιση προς τα δεξιά όταν προστεθεί περίσσεια αλκοόλης ή οξέος ή αν δεσμευτεί με υγροσκοπικά σώματα το νερό που παράγεται. Από άποψη χημικών ιδιοτήτων, οι κατώτεροι και μέσοι εστέρες είναι σώματα υγρά με ευχάριστη οσμή, ενώ οι ανώτεροι είναι σώματα στερεά. Οι κυριότερες από τις χημικές αντιδράσεις των εστέρων είναι η σαπωνοποίηση και η αναγωγή τους.
Οι εστέρες των οργανικών οξέων διακρίνονται σε τρία είδη: α) αρώματα φρούτων και τεχνητά αιθέρια έλαια, β) κηροί και γ) λίπη και έλαια, τα οποία είναι μείγματα εστέρων με την τρισθενή αλκοόλη γλυκερίνη.
Ετεροκυκλικές ενώσεις. Οργανικές χημικές ενώσεις των οποίων ο δακτύλιος αποτελείται από άτομα άνθρακα με τη συμμετοχή όμως ενός ή περισσότερων ατόμων δισθενούς τουλάχιστον στοιχείου, τα οποία λέγονται «ετεροάτομα». Τα ετεροάτομα που συμμετέχουν συχνότερα στον ετεροκυκλικό δακτύλιο είναι του οξυγόνου, του θείου, του αζώτου κ.ά.
Σήμερα γνωρίζουμε έναν πολύ μεγάλο αριθμό ετεροκυκλικών ενώσεων. Οι περισσότερες από αυτές έχουν δομή πενταμελούς ή εξαμελούς δακτυλίου και παρουσιάζουν μια σταθερότητα όμοια με εκείνη του βενζόλιου. Αποτέλεσμα της σταθερότητας αυτής είναι η αντοχή των ετεροκυκλικών ενώσεων στην οξείδωση. Η σταθερότητα αυτή των ενώσεων οφείλεται στο ότι είναι δυνατό να υπάρχει συντονισμός μεταξύ πολλών τύπων, ενώ είναι αδύνατο να συνενωθούν οι διάφορες δομές σε ένα σχήμα, γιατί παρουσιάζουν μεγάλη ποικιλία λόγω του διαφορετικού αριθμού των ατόμων που συμμετέχουν στο δακτύλιο.
Υπάρχουν διάφοροι τύποι πενταμελών ετεροκυκλικών ενώσεων ανάλογα με τον αριθμό ετεροατόμων που συμμετέχουν στο δακτύλιο. Μια ομάδα πενταμελών ενώσεων είναι αυτή της οποίας ο δακτύλιος έχει τέσσερα άτομα άνθρακα (C) και ένα ετεροάτομο. Αντιπροσωπευτικές ενώσεις αυτής της ομάδας είναι το πυρρόλιο, το φουράνιο και το θειοφαίνιο, των οποίων ο δακτύλιος έχει ως ετεροάτομο το άζωτο, το οξυγόνο και το θείο, αντίστοιχα.
Άλλη χαρακτηριστική ομάδα πενταμελών ετεροκυκλικών ενώσεων είναι αυτή της οποίας ο δακτύλιος έχει δύο ετεροάτομα όμοια ή διαφορετικά μεταξύ τους. Αντιπροσωπευτική ένωση αυτής της ομάδας είναι το ιμιδαζόλιο. Αυτό περιέχει στο δακτύλιό του δύο άτομα αζώτου (Ν) μη γειτονικά και δύο διπλούς δεσμούς.
Μια άλλη ομάδα πενταμελών ετεροκυκλικών ενώσεων αποτελούν οι ενώσεις που σχηματίζονται από πολλούς συμπυκνωμένους δακτύλιους. Ενδιαφέρουσα ένωση αυτής της ομάδας είναι το ινδόλιο, γιατί το βρίσκουμε στο αμινοξύ τρυπτοφάνη και στο ινδικό (λουλάκι).
Από τις εξαμελείς ετεροκυκλικές ενώσεις που περιέχουν ως ετεροάτομο το άζωτο, το μεγαλύτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η πυριδίνη, ο δακτύλιος της οποίας είναι πολύ σταθερός, σε βαθμό μεγαλύτερο και από το βενζολικό δακτύλιο.
Σε αντίθεση προς τις πενταμελείς, οι εξαμελείς ετεροκυκλικές ενώσεις που έχουν ως ετεροάτομο το θείο ή το οξυγόνο, δεν παρουσιάζουν σταθερότητα λόγω συντονισμού. Τέτοιες ενώσεις είναι το πυράνιο, που έχει ως ετεροάτομο ένα οξυγόνο, και το βενζοπυράνιο.
Η πυριμιδίνη, που είναι συστατικό των νουκλεϊνικών οξέων, είναι εξαμελής ετεροκυκλική ένωση με δύο άτομα αζώτου. Τέτοιες ενώσεις είναι γνωστές με το όνομα «διαζίνες».
Ζάχαρη.Δισακχαρίτης που προέρχεται από την ένωση ενός μορίου γλυκόζης και ενός μορίου φρουκτόζης με απόσπαση ενός μορίου νερού. Ονομάζεται και σακχαρόζη ή τευτλοσάκχαρο ή καλαμοσάκχαρο. Ο χημικός της τύπος είναι C12H22O11.
Προέλευση. Το καλαμοσάκχαρο είναι ο πιο διαδομένος δισακχαρίτης στη φύση. Βρίσκεται κυρίως στο ζαχαροκάλαμο (φυτό των τροπικών και υποτροπικών περιοχών) και στα τεύτλα (ζαχαρότευτλα), από τα οποία εξάγεται βιομηχανικά.
Εξαγωγή. Η ζάχαρη βιομηχανικά εξάγεται από τα ζαχαροκάλαμα με πίεση ή σπανιότερα με εκχύλιση και από τα τεύτλα με εκχύλιση. Ο οπός που παίρνουμε μ’ αυτό τον τρόπο περιέχει το σάκχαρο, όπως επίσης και οξέα, λευκώματα, χρωστικές ύλες κ.ά. Η παραλαβή του σακχάρου γίνεται ως εξής: προστίθεται υδροξείδιο του ασβεστίου, [Ca (OH)2], οπότε καθιζάνουν τα οξέα ως άλατα του ασβεστίου, τα λευκώματα κτλ., ενώ το σάκχαρο σχηματίζει το αλκοολικό άλας με ασβέστιο, τη σακχαράσβεστο, η οποία είναι ευδιάλυτη στο νερό. Με φιλτράρισμα παίρνουμε το διάλυμα της σακχαρασβέστου, στο οποίο διαβιβάζεται διοξείδιο του άνθρακα, οπότε διασπάται η σακχαράσβεστος και σχηματίζεται αδιάλυτο ανθρακικό ασβέστιο και το σάκχαρο. Το νέο μείγμα φιλτράρεται, οπότε παραλαμβάνεται το σακχαροδιάλυμα. Αυτό συμπυκνώνεται με ελαττωμένη πίεση, με αποτέλεσμα την κρυστάλλωση του καλαμοσάκχαρου, το οποίο αποχωρίζεται με φυγοκέντριση. Για καλύτερο καθαρισμό της ζάχαρης, διαλύεται ξανά στο νερό και ανακρυσταλλώνεται. Με ανάλογο τρόπο εξάγεται η ζάχαρη από τα τεύτλα.
Μετά την παραλαβή του κρυσταλλωμένου καλαμοσάκχαρου παραμένει παχύρρευστο καστανόμαυρο σιρόπι, το οποίο λέγεται μελάσα. Αυτή περιέχει μεγάλα ποσά καλαμοσάκχαρου (50%), τα οποία δεν μπορούν να κρυσταλλωθούν, αζωτούχες ύλες, διάφορα οξέα και άλατα του καλίου. Η μελάσα χρησιμοποιείται ως τροφή των ζώων, ως λίπασμα, επειδή περιέχει καλιούχα άλατα, και κυρίως για την παρασκευή του οινοπνεύματος.
Φυσικές ιδιότητες. Είναι στερεό κρυσταλλικό σώμα, άχρωμο, ευδιάλυτο στο νερό, μη υγροσκοπικό και με έντονη γλυκιά γεύση. Είναι οπτικά ενεργό και στρέφει το επίπεδο του πολωμένου φωτός δεξιά.
Χημικές ιδιότητες. α) Δεν είναι αναγωγικό σώμα λόγω σύνταξης (κατά την ένωση του μορίου της γλυκόζης με το μόριο της φρουκτόζης δε μένουν ελεύθερες οι αναγωγικές μονάδες τους, δηλαδή τα καρβονύλια), συνεπώς δεν ανάγει το φελίγγειο υγρό. β) Υδρολύεται με την επίδραση διαλυμάτων οξέων ή με το ένζυμο ιμβερτάση, σε γλυκόζη και φρουκτόζη. Το φαινόμενο αυτό λέγεται ιμβερτοποίηση ή αναστροφή (inversion) και το λαμβανόμενο μείγμα ισομοριακών ποσοτήτων γλυκόζης και φρουκτόζης ονομάζεται ιμβερτοσάκχαρο. Φυσικό ιμβερτοσάκχαρο είναι το μέλι. γ) Δε ζυμώνεται απευθείας, αλλά αφού πρώτα υδρολυθεί. δ) Παρέχει αντιδράσεις των αλκοολικών υδροξυλίων (π.χ. άλατα αλκοολικά, όπως η σακχαράσβεστος). ε) Θερμαινόμενο πάνω από το σημείο τήξης (160°C) μετατρέπεται στην καραμέλα (άμορφη υαλώδη μάζα), η οποία χρησιμοποιείται στη ζαχαροπλαστική, και σε υψηλότερη θερμοκρασία λαμβάνεται η χρωστική καραμέλα (σακχαρόχρωμα), η οποία χρησιμοποιείται ως αβλαβής χρωστική ουσία στη ζαχαροπλαστική, για το χρωματισμό ποτών κτλ.
Χρήσεις. Είναι η κυριότερη γλυκαντική ύλη, χρησιμοποιείται στη ζαχαροπλαστική, ως τρόφιμο, για την ενίσχυση του μούστου όταν είναι φτωχός σε σταφυλοσάκχαρο, στη φαρμακευτική για την παρασκευή ιδιοσκευασμάτων (σιρόπια), στην παρασκευή αεριούχων ποτών (αναψυκτικά) κτλ.
Ζύθος. Αλκοολούχο, κατά κανόνα, ποτό πολύ διαδομένο (η γνωστή μπίρα), το οποίο παρασκευάζεται από ζύμωση του ζυθογλεύκους. Αυτό παίρνεται με εκχύλιση της βύνης με νερό και προσθήκη λυκίσκου, ο οποίος δίνει στο ζύθο τη χαρακτηριστική μυρωδιά και πικρή γεύση. Ο λυκίσκος (Ηumulus lupulus) είναι πολυετές αναρριχητικό φυτό. Από το λυκίσκο χρησιμοποιούνται μόνο τα θηλυκά άνθη. Η παρασκευή του ζύθου ακολουθεί τις εξής επεξεργασίες:
Παρασκευή της βύνης. Η βύνη παρασκευάζεται από καθαρό και καλής βλαστικότητας κριθάρι. Γενικά το χρησιμοποιούμενο κριθάρι πρέπει να είναι όσο το δυνατό καλύτερης ποιότητας και να μην έχει υποστεί καμιά αλλοίωση. Το κριθάρι στην αρχή το κατεργάζονται με νερό, το οποίο συχνά αλλάζουν για χρονικό διάστημα 100 ωρών. Το διαποτισμένο μ’ αυτό τον τρόπο κριθάρι μπαίνει σε κατάλληλες εγκαταστάσεις και αφήνεται ώσπου να βλαστήσει. Κατά το χρόνο της βλάστησης, εκτός από τη ζαχαροποίηση του αμύλου, γίνονται στον κόκκο του κριθαριού και άλλες χημικές μεταβολές. Το στάδιο της βλάστησης διαρκεί συχνά 7-10 μέρες και θεωρείται ότι ολοκληρώθηκε όταν το μήκος του φύτρου εξισωθεί περίπου προς το μήκος του κόκκου. Το προϊόν που παίρνουμε μ’ αυτόν τον τρόπο λέγεται πράσινη βύνη. Αυτή στη συνέχεια ξεραίνεται με διαβίβαση ζεστού αέρα (ξερή βύνη) και μετά ψήνεται σε 80-100°C, οπότε παίρνεται η υαλώδης βύνη. Μετά το τέλος του ψησίματος η βύνη απαλλάσσεται από τα φύτρα με ειδικές μηχανές.
Παρασκευή του ζύθου. Για την παρασκευή του ζύθου, η βύνη αρχικά αλέθεται σε μύλους, που είναι ανάλογοι με τους κυλινδρόμυλους που αλέθουμε το αλεύρι, και κατόπι ανακατεύεται με νερό και θερμαίνεται στους 70-75°C. Με την κατεργασία αυτή υποβοηθάται η διάσπαση του αμύλου και πετυχαίνεται η μετατροπή του σε μαλτόζη σε ποσοστό 65-75% και δεξτρίνη σε ποσοστό 25-35%, η οποία έχει ιδιαίτερη σημασία στη γεύση του ζύθου. Μετά παίρνεται με διήθηση το ζυθογλεύκος, το οποίο ανακατεύεται με το λυκίσκο (1 χιλιόγραμμο λυκίσκου για 100 χιλιόγραμμα βύνης) και βράζεται σε ειδικά καζάνια. Με την κατεργασία αυτή πετυχαίνουμε τη διάλυση των ρητινών και των πικρών υλών του λυκίσκου. Στη συνέχεια το θερμό υγρό φιλτράρεται ώστε να απομακρυνθεί ο λυκίσκος και ψύχεται. Το κρύο ζυθογλεύκος μεταφέρεται σε ειδικό δοχείο ζύμωσης και υποβάλλεται σε αλκοολική ζύμωση με την προσθήκη καθαρής καλλιεργημένης ζύμης. Με τη ζύμωση μετατρέπεται το ζάχαρο σε αλκοόλη, διοξείδιο του άνθρακα και τα άλλα προϊόντα της αλκοολικής ζύμωσης. Η ευνοϊκότερη θερμοκρασία ζύμωσης είναι 5°-6°C. Η κυρίως ζύμωση διαρκεί 8-10 μέρες, περίπου. Μετά τη φάση αυτή ο ζύθος μεταφέρεται σε δοχεία εναποθήκευσης, διατηρούμενος σε θερμοκρασία 0°-2°C, όπου γίνεται μεταζύμωση, η οποία διαρκεί 1-4 μήνες (ωρίμανση). Στη συνέχεια από τα δοχεία της ωρίμανσης μεταφέρεται σε βαρέλια ή φιάλες, αφού προηγηθεί συνήθως διήθηση και παστερίωση.
Αναφορές για το ζύθο (μπίρα) υπάρχουν από την αρχαιότητα στην ιστορία διάφορων λαών (Αιγυπτίων, Σουμερίων, Κινέζων κ.ά.). Σήμερα κυκλοφορούν στο εμπόριο πάρα πολλά είδη μπίρας: ξανθές, κόκκινες, μαύρες, μοναστηριακές υψηλής ζύμωσης κ.ά. Εκτός από το κριθάρι, ως πρώτη ύλη για την παρασκευή του ζύθου, χρησιμοποιούνται και άλλα είδη δημητριακών, όπως σιτάρι ή καλαμπόκι. Παρασκευάζονται επίσης μπίρες από φρούτα και διάφορες άλλες πρώτες ύλες.
Ηλεκτροχημεία. Κλάδος της φυσικoχημείας που εξετάζει κυρίως τις ιδιότητες των ηλεκτρολυτών, τον τρόπο αγωγής του ηλεκτρικού ρεύματος με ιόντα, τις ηλεκτροχημικές δράσεις κ.ά.
Οι φορείς με τους οποίους γίνεται η αγωγή του ηλεκτρικού ρεύματος στα διάφορα σώματα μπορεί να είναι ηλεκτρόνια ή ιόντα, οπότε έχουμε αντίστοιχα τους ηλεκτρονικούς και τους ηλεκτρολυτικούς αγωγούς. Υπάρχουν ορισμένοι αγωγοί στους οποίους η αγωγή του ηλεκτρικού ρεύματος γίνεται συγχρόνως με ηλεκτρόνια και με ιόντα. Αυτοί λέγονται μεικτοί αγωγοί.
Η ιστορία της ηλεκτροχημείας αρχίζει από το 1775. Τότε οι Πρίστλεϊ και Κάβεντις παρατήρησαν πως το αποτέλεσμα της ηλεκτρικής εκκένωσης στον αέρα είναι ο σχηματισμός νιτρικού και νιτρώδους οξέος. Ακολουθεί η τυχαία ανακάλυψη του Λ. Γκαλβάνι (1789), το γαλβανικό στοιχείο, που είναι μία νέα πηγή ηλεκτρισμού. Ο Βόλτα ανακαλύπτει το 1800 την ηλεκτροχημική σειρά δυναμικού των μετάλλων και τη βολταϊκή στήλη, που την κατασκεύασε τοποθετώντας σε κατακόρυφη στήλη εναλλάξ κυκλικές πλάκες από ψευδάργυρο και άργυρο, ενώ ανάμεσά τους έβαλε φύλλα χαρτιού βουτηγμένα σε διάλυμα χλωριούχου νατρίου. Επίσης ο Βόλτα ήταν εκείνος που έκανε το διαχωρισμό των αγωγών σε ηλεκτρονικούς και ηλεκτρολυτικούς.
Το 1802 οι Νίκολσον και Καρλάιλ πέτυχαν την ηλεκτρόλυση νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο, χάρη στη βολταϊκή στήλη. Αυτό έδωσε αφορμή στον Γκρότους, το 1805, να διατυπώσει την άποψη πως, όταν ηλεκτρικό ρεύμα περάσει από έναν ηλεκτρολύτη, αυτός διίσταται σε θετικά και αρνητικά σωματίδια.
Το 1834 ο Φαραντέι διατύπωσε τους δύο νόμους της ηλεκτρόλυσης και έδωσε το γενικό της τύπο. Επίσης πρώτος αυτός χρησιμοποίησε τον όρο ανιόν για αρνητικά φορτισμένο σωματίδιο και τον όρο κατιόν για θετικά φορτισμένο σωματίδιο.
Μεγάλη ανάπτυξη στην ηλεκτροχημεία έφερε με τις έρευνές του ο Βαντ Χοφ. Ο Αρένιους, στηριζόμενος στις έρευνες του Βαντ Χοφ, διατύπωσε το 1887 την άποψη ότι, όταν διαλύσουμε στο νερό έναν ηλεκτρολύτη, θα έχουμε διάσταση των μορίων σε ιόντα, που είναι ελεύθερα να κινηθούν. Επίσης υποστήριξε την άποψη σύμφωνα με την οποία η ηλεκτρολυτική διάσταση δεν είναι ολική και ότι μεταξύ των αδιάστατων μορίων και αυτών που είναι σε διάσταση υπάρχει μια θερμοδυναμική ισορροπία. Αυτή είναι σήμερα και η βάση της θεωρίας των ηλεκτρολυτών. Το 1923 ο Χεϊρόφσκι ανακάλυψε την πολαρογραφία, που χρησιμοποιείται πολύ στη μελέτη των ηλεκτροχημικών δράσεων.
Η σύγχρονη ηλεκτροχημεία, και ιδίως ο κλάδος της που ασχολείται με τα διαλύματα, αναπτύχθηκε πάρα πολύ, χρησιμοποιώντας τις συναρτήσεις και εξισώσεις της χημικής θερμοδυναμικής που είναι απόλυτα αναγκαίες στη μελέτη των διάφορων ηλεκτροχημικών φαινομένων.
Ήλιο. Χημικό στοιχείο, αέριο, που ανήκει στην ομάδα των ευγενών αερίων. Το σύμβολό του είναι Ηe, έχει ατομικό αριθμό 2 και ατομικό βάρος 4,003. Στο Περιοδικό Σύστημα μαζί με τα άλλα ευγενή αέρια κατέχει τη μηδενική ομάδα. Είναι το πιο ενδιαφέρον από τα ευγενή αέρια. Ανακαλύφθηκε από τον αστρονόμο Lockyer (1868) φασματοσκοπικά στο ηλιακό φως και βρέθηκε στη Γη από το χημικό Ramsay (1898) ως προϊόν διάσπασης του ραδίου στο ορυκτό κλεϊβίτη. Βρίσκεται επίσης παγιδευμένο σε διάφορα ορυκτά, όπως π.χ. στον πισουρανίτη, στο θοριανίτη, το μουαζίτη, τον καρνοτίτη κ.α. Επίσης βρίσκεται ως κανονικό συστατικό φυσικών αερίων, τα οποία εκλύονται κοντά σε πετρελαιοπηγές.
Το φυσικό ήλιο αποτελείται από μείγμα δυο ισοτόπων He3 και Ηe4. Ο πυρήνας του ατόμου He4 αποτελείται από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια, είναι εξαιρετικά σταθερός και αποτελεί το σωματίδιο (α) που εκπέμπεται από τα ραδιενεργά στοιχεία. Τα δύο ηλεκτρόνια του ατόμου του ηλίου σχηματίζουν σταθερή κλειστή διάταξη, πράγμα στο οποίο οφείλεται η χημική αδράνεια του στοιχείου, δηλαδή η απουσία της ικανότητας των ατόμων του να σχηματίζουν χημικές ενώσεις.
Το ήλιο παίρνεται βιομηχανικά από τα φυσικά αέρια, στα οποία περιέχεται περίπου σε αναλογία 1% κατά μέσο όρο, με ψύξη σε –196°C, οπότε υγροποιούνται όλα τα άλλα συστατικά του φυσικού αερίου εκτός από το ήλιο. Η υγροποίηση του ηλίου έγινε για πρώτη φορά το 1908 και η στερεοποίησή του το 1926. Το βάρος 1 lt ηλίου με πίεση 760 mm Hg είναι 0,178467 gr. Συγκριτικά με τα άλλα αέρια το ήλιο έχει μεγάλη θερμαγωγιμότητα και επειδή είναι το μόνο αέριο που συγχρόνως είναι ελαφρό και άφλεκτο, χρησιμοποιείται για την πλήρωση των αερόστατων. Το μικρό του ιξώδες και η μικρή του αδράνεια το κάνουν κατάλληλο για αντικατάσταση του αζώτου του αέρα, όταν χρειάζεται διευκόλυνση των αναπνευστικών κινήσεων σε περιπτώσεις ασθενειών του αναπνευστικού συστήματος. Το ότι δεν αναφλέγεται και δεν είναι εκρηκτικό είναι ιδιότητες που συνιστούν τη χρησιμοποίησή του ως διαλυτικού αερίων ή πτητικών αναισθητικών.
Στη μεταλλουργία το ήλιο χρησιμοποιείται για τη δημιουργία αδρανούς ατμόσφαιρας γύρω από τα τήγματα, ενώ στην ηλεκτροτεχνική για την πλήρωση των λυχνιών ραδιοφώνου και φωτισμού στους σωλήνες εκκενώσεων για το φως διάφορων χρωμάτων των διαφημίσεων και των προθηκών των καταστημάτων. Μείγματα ηλίου και οξυγόνου χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία τεχνητής ατμόσφαιρας των δυτών (το ήλιο δε διαλύεται στο αίμα, όπως το άζωτο, το οποίο κατά την έξοδο των δυτών από το σκάφανδρο εκλύεται από το αίμα στην ατμόσφαιρα και δημιουργεί κινδύνους για την υγεία τους). Επίσης το ήλιο χρησιμοποιείται στα αερικά θερμόμετρα χαμηλών θερμοκρασιών, λόγω του χαμηλού του σημείου ζέσης και λόγω του ότι πλησιάζει τη συμπεριφορά των ιδανικών αερίων.
Θείο.Χημικό στοιχείο, αμέταλλο, με ατομικό αριθμό 16, ατομικό βάρος 32,06,
σθένη –2, +4 και +6 και σύμβολο S. Ανήκει στην VIA ομάδα του περιοδικού πίνακα.
Ήταν γνωστό από την αρχαιότητα, ενώ σύμφωνα με την αλχημιστική αντίληψη των «Tria prima», αποτελούσε μαζί με το αλάτι και τον υδράργυρο ένα από τα βασικά στοιχεία της σύστασης του σύμπαντος. Το στοιχειακό θείο είναι πολύ διαδεδομένο στη φύση. Γνωστές είναι επίσης και οι ενώσεις του θείου όπως τα θειούχα και τα θειικά ορυκτά του, οι πυρίτες (γαληνίτης PbS, σιδηροπυρίτης FeS2), η γύψος κτλ.
Μεγάλα κοιτάσματα θείου υπάρχουν στη Σικελία, όπου το πάχος τους φτάνει τα 15 μ. και η απόσταση από την επιφάνεια του εδάφους είναι μεταβλητή. Η εξόρυξη του θείου γίνεται όπως ακριβώς και του γαιάνθρακα και η κατεργασία του, τουλάχιστον στο πρώτο στάδιο, γίνεται επιτόπου. Τα θειοχώματα, πλούσια σε περιεκτικότητα θείου, σχηματίζουν σωρούς, όπου, με τη χρησιμοποίηση ενός μέρους από το θείο ως καύσιμης ύλης, αναπτύσσεται θερμοκρασία λίγο μεγαλύτερη από 120°C και το υγρό θείο που σχηματίζεται ρέει στη βάση του σωρού. Η μέθοδος αυτή έχει το πλεονέκτημα ότι εφαρμόζεται στον τόπο της παραγωγής, αλλά η γενική διαδικασία μπορεί να διαρκέσει μέχρι και 3 μήνες, το 1/2 του θείου χρησιμοποιείται ως καύσιμη ύλη και το θείο που παράγεται περιέχει ακαθαρσίες, οπότε είναι απαραίτητη μια νέα διαδικασία καθαρισμού.
Αλλοτροπικές μορφές του θείου. Το θείο, όπως και ο άνθρακας, παρουσιάζεται με αλλοτροπικές μορφές, από τις οποίες οι δύο είναι κρυσταλλικές και η τρίτη άμορφη. Η μορφή του ρομβικού θείου είναι η μόνη σταθερή σε θερμοκρασίες μέχρι 95,5°C, δηλαδή είναι η μορφή με την οποία το θείο εμφανίζεται στη φύση. Οι κρύσταλλοι του θείου έχουν μορφή οκτάεδρου, είναι άοσμοι, άγευστοι, με ελαφρό κίτρινο χρώμα, διαλυτοί στο διθειάνθρακα και αδιάλυτοι στο νερό. Έχουν πυκνότητα 2,06 gr/cm3 και σημείο τήξης 112,8°C.
Το μονοκλινές θείο παράγεται με προσεκτική θέρμανση του θείου, το οποίο αφού λιώσει, τοποθετείται σε ένα χωνί με διπλό χαρτί διήθησης. Τότε σχηματίζονται χιλιάδες βελονοειδείς κρύσταλλοι που εξέχουν από το διηθητικό χαρτί. Οι φυσικές ιδιότητες αυτής της μορφής του θείου είναι διαφορετικές από αυτές του ρομβικού. Το μονοκλινές θείο έχει πυκνότητα 1,96 gr/cm3, σημείο τήξης 119°C και παρουσιάζει σταθερότητα ανάμεσα στους 95,5°C και 119°C.
Το άμορφο ή πλαστικό θείο παρασκευάζεται όταν έρθει σε επαφή λιωμένο θείο με ψυχρό νερό. Τότε το θείο γίνεται καστανό και ελαστικό στερεό. Το άμορφο θείο είναι ασταθές στην κανονική θερμοκρασία και μετατρέπεται σταδιακά σε ρομβικό θείο, το οποίο και αποτελεί την πιο σταθερή μορφή.
Χημικές ιδιότητες. Το θείο μπορεί ν’ αντιδράσει με ενώσεις που έχουν διπλό δεσμό, όπως επίσης μπορεί να παρεμβληθεί μεταξύ ατόμων άνθρακα σε οργανικές ενώσεις. Ο βουλκανισμός του καουτσούκ βασίζεται στις γέφυρες αυτές θείου που σχηματίζονται (–C–S–C–). Θεωρείται αρκετά δραστικό στοιχείο και ενώνεται απευθείας με πολλά στοιχεία. Σχετικά γρήγορα αντιδρά σε συνηθισμένη θερμοκρασία με τα στοιχεία λίθιο, νάτριο, κάλιο, χαλκό, άργυρο και υδράργυρο (Li, Na, K, Cu, Ag, Hg). Για να ενωθεί με άλλα στοιχεία χρειάζεται ν’ αυξηθεί η θερμοκρασία. Οι ενώσεις που προκύπτουν λέγονται σουλφίδια, π.χ. Na2S, CuS κτλ. Η καύση του θείου δίνει διοξείδιο του θείου (SO2) με κυανή φλόγα. Με επίδραση οξειδωτικών οξέων, όπως το νιτρικό και θειικό οξύ, το θείο οξειδώνεται. Με κατεργασία του με πυκνά και θερμά αλκάλια προκύπτουν πολυσουλφίδια και προϊόντα που περιέχουν τη θειοθειική ρίζα (S2O32-). Γνωστές ενώσεις του θείου είναι το υδρόθειο (H2S), το διοξείδιο και τριοξείδιο του θείου (SO2, SO3), το θειώδες και υποθειώδες οξύ, το θειικό οξύ (H2SO4), το θειοθειικό οξύ, τα θειονικά και υπερθειικά οξέα.
Χρήσεις. Οι μεγαλύτερες ποσότητες θείου, απ’ αυτές που παράγονται σε παγκόσμια κλίμακα, χρησιμοποιούνται για την παρασκευή οξέων και πολλών άλλων χημικών προϊόντων. Πρέπει να σημειωθεί ότι το 1/4 της συνολικά παραγόμενης ποσότητας θείου χρησιμοποιείται στη βιομηχανία παραγωγής του θειικού οξέος. Επίσης βρίσκει εφαρμογές στην παρασκευή σπίρτων, θειοχρωμάτων, μαύρης πυρίτιδας, πυροτεχνημάτων, καθώς και στη θείωση του καουτσούκ.
Ενώσεις του θείου χρησιμοποιούνται στη φαρμακευτική και ιατρική για τη θεραπεία δερματικών παθήσεων.
Θειικό οξύ. Ένα από τα πιο σημαντικά και χρήσιμα οξέα της ανόργανης χημείας. Η κοινή του ονομασία είναι βιτριόλι. Ήταν γνωστό από τον 8ο αι., γιατί πολλές από τις ενώσεις του βρίσκονται σε μεγάλες ποσότητες στη φύση. Σε ελεύθερη κατάσταση υπάρχει σε ελάχιστες ποσότητες στα νερά βροχών και στις διάφορες βιομηχανικές περιοχές που χρησιμοποιούνται θειούχες ενώσεις. Το θειικό οξύ παίρνει μέρος και παίζει σημαντικό ρόλο στην παραγωγή των περισσότερων βιομηχανικών προϊόντων.
Το θειικό οξύ παρασκευάζεται σήμερα με δύο γενικές μεθόδους, τη μέθοδο επαφής και τη μέθοδο των θαλάμων. Η μέθοδος επαφής ονομάστηκε έτσι, γιατί μείγμα διοξειδίου το θείου και οξυγόνου μετατρέπεται σε τριοξείδιο του θείου, όταν έρθει σε στενή επαφή με έναν καταλύτη. Τα στάδια αυτής της διαδικασίας παραγωγής είναι: α) παραγωγή διοξειδίου του θείου με καύση θείου ή μιας ένωσής του στον αέρα. β) Απομάκρυνση ουσιών, που θα μπορούσαν να «δηλητηριάσουν» τον καταλύτη από το θείο. γ) Διοχέτευση του διοξειδίου του θείου πάνω σε καταλύτη με ανάλογη ποσότητα αέρα και κατάλληλη θερμοκρασία, οπότε σχηματίζεται τριοξείδιο του θείου. δ) Απορρόφηση του τριοξειδίου. Οι αντίστοιχες χημικές εξισώσεις είναι οι εξής:
S + O2 → SO2
2SO2 + O2 → 2SO3
SO3 + H2O → H2SO4
Στην τελευταία φάση, η χρησιμοποίηση πυκνού θειικού οξέος αντί του νερού, είναι περισσότερο οικονομική και αποδοτική. Από την αντίδραση αυτή παράγεται «ατμίζον θειικό οξύ» (H2SO4SO3), το οποίο με την προσθήκη αραιού θειικού οξέος δίνει οξύ σε οποιαδήποτε επιθυμητή συγκέντρωση.
Σύμφωνα με την παλιότερη μέθοδο των θαλάμων, διοξείδιο του θείου, αέρας και οξείδια του αζώτου, αντιδρούν μέσα σε μεγάλους μολύβδινους θαλάμους και σχηματίζουν αραιό θειικό οξύ. Το βασικό συγκρότημα παραγωγής αποτελείται από το θάλαμο αποκονιόρτωσης, τον πύργο του Glover, τους μολύβδινους θαλάμους, τον πύργο του Γκέι Λουσάκ και το χώρο φρύξης.
Τα αέρια που περνούν από τους θαλάμους περιέχουν οξείδια του αζώτου και διαχωρίζονται από αυτά στον πύργο του Γκέι Λουσάκ, όπου το θειικό οξύ με πυκνότητα 78-80% ρίχνεται από ψηλά και διαλύει τα οξείδια του αζώτου. Το υπόλειμμα αυτής της διαδικασίας μεταφέρεται στην κορυφή του πύργου Glover, όπου αραιώνεται με οξύ του θαλάμου και ρίχνεται προς τα κάτω. Στην πτώση του συναντά τα θερμά αέρια του καυστήρα του θείου, με αποτέλεσμα την απελευθέρωση των οξειδίων του αζώτου. Στη συνέχεια όλα τα αέρια οδηγούνται στους μολύβδινους θαλάμους. Τα οξείδια του αζώτου παίζουν ρόλο καταλύτη ή φορέα οξυγόνου, αναγεννιούνται στο μεγαλύτερο ποσοστό τους και ξαναχρησιμοποιούνται. Οι αντιδράσεις στα διάφορα στάδια είναι οι εξής:
SO2 + NO2 → SO3 + NO
SO3 + H2O → H2SO4
NO + 1/2O2 → NO2
Φυσικές ιδιότητες. Το θειικό οξύ είναι υγρό, άχρωμο, άοσμο, ελαιώδες, με μεγάλη πυκνότητα (1,84 gr/cm3).Έχει το πιο υψηλό σημείο βρασμού από όλα τα οξέα (338°C). Διαλύεται εύκολα στο νερό και η διάλυση συνοδεύεται από έκλυση μεγάλης ποσότητας θερμότητας.
Χημικές ιδιότητες. Το θειικό οξύ είναι πολύ ισχυρό αφυδατικό μέσο. Αφυδατώνει υδρογονάνθρακες και άλλες οργανικές ουσίες όπως επίσης μπορεί να προκαλέσει απανθράκωση. Προκαλεί σοβαρά εγκαύματα, όταν έρθει σ’ επαφή με το δέρμα. Το θειικό οξύ χρησιμοποιείται επίσης για την εισαγωγή της σουλφονικής ομάδας, SO2OH, σε οργανικά μόρια (αντίδραση σουλφούρωσης). Όταν είναι θερμό, εμφανίζει ισχυρές οξειδωτικές ικανότητες. Οξειδώνει υδραλογόνα (υδροβρόμιο, ΗΒr, υδροϊώδιο, ΗI) προς στοιχειακό αλογόνο (βρόμιο, Βr2, ιώδιο, I2).
Το αραιό διάλυμα θειικού οξέος αντιδρά με βάσεις δίνοντας όξινα και ουδέτερα θειικά άλατα, αντιδρά με βασικά οξείδια δίνοντας άλατα, προσβάλλει τα μέταλλα (εκτός από το χαλκό, άργυρο, υδράργυρο, λευκόχρυσο και χρυσό) και ηλεκτρολύεται προς οξυγόνο και υδρογόνο.
Το θειικό ιόν που υπάρχει σε αραιά διαλύματα θειικού οξέος και θειικών αλάτων μπορεί να ανιχνευτεί με προσθήκη διαλύματος που περιέχει ιόντα βαρίου, οπότε εμφανίζεται άσπρο ίζημα θειικού βαρίου, αδιάλυτο στο νερό και το υδροχλωρικό οξύ.
Χρήσεις. Δεν υπάρχει σχεδόν τομέας της βιομηχανίας που να μη χρησιμοποιεί το θειικό οξύ. Έτσι ο «βασιλιάς» αυτός των οξέων χρησιμοποιείται για την παρασκευή άλλων οξέων, στη βιομηχανία λιπασμάτων, στον καθαρισμό του πετρελαίου και της βενζίνης, στον καθαρισμό της σκουριάς των μετάλλων, στη γαλβανοπλαστική, στην παρασκευή χημικών προϊόντων, ρεγιόν ΤΝΤ, στους συσσωρευτές κ.α.
Ισομέρεια.Φαινόμενο κατά το οποίο δύο ή περισσότερες ενώσεις μπορούν να έχουν τον ίδιο μοριακό τύπο αλλά εντελώς διαφορετικές χημικές και φυσικές ιδιότητες. Η πρώτη περίπτωση ισομέρειας παρατηρήθηκε στις ενώσεις κυανικό αμμώνιο (ΝΗ4NCO) και κροτικό αμμώνιο (ΝΗ4ΟΝC) και έδωσε αφορμή για μεγάλη διαμάχη μεταξύ των Βέλερ και Μπερζέλιους, διαπρεπών επιστημόνων της εποχής τους, οι οποίοι, αναλύοντας διαφορετική ένωση ο καθένας, κατέληγαν στον ίδιο μοριακό τύπο. Αυτή η διαμάχη στάθηκε η αφορμή να διατυπωθεί από τον Μπερζέλιους ο ορισμός της ισομέρειας.
Οι διαφορές στις χημικές και φυσικές ιδιότητες των ισομερών οφείλονται στο διαφορετικό τρόπο σύνδεσης των ατόμων μέσα στο μόριο. Έτσι κρίθηκε απαραίτητη η εισαγωγή των συντακτικών τύπων, όπου σημειώνεται και ο τρόπος σύνδεσης των ατόμων που αποτελούν το μόριο. Το φαινόμενο της ισομέρειας εμφανίζεται κυρίως στην οργανική χημεία, όπου διακρίνουμε τις εξής περιπτώσεις:
α) Ισομέρεια αλυσίδας. Είναι η ισομέρεια που οφείλεται στη διαφορετική μορφή που έχει η αλυσίδα των ατόμων του άνθρακα στις διάφορες ενώσεις. Είναι η πιο κοινή περίπτωση ισομέρειας στους κορεσμένους υδρογονάνθρακες. Ως παράδειγμα αναφέρουμε τα δύο ισομερή βουτάνια, το κ-βουτάνιο και το ισοβουτάνιο.
β) Ισομέρεια θέσης. Οφείλεται στη διαφορετική θέση μιας χαρακτηριστικής ομάδας ή ενός διπλού ή τριπλού δεσμού, μέσα στο μόριο. Ως χαρακτηριστικά παραδείγματα αναφέρονται η ισομέρεια μεταξύ πρωτοταγών, δευτεροταγών και τριτοταγών αλκοολών, καθώς επίσης και η ισομέρεια των όρθο-, μετά- και πάρα-διυποκαταστημένων παραγώγων του βενζολίου.
γ) Ισομέρεια μεταξύ ομόλογων σειρών. Αφορά τις ομόλογες σειρές των οποίων τα μέλη ανταποκρίνονται στον ίδιο γενικά τύπο και επομένως μέλη με τον ίδιο αριθμό ατόμων άνθρακα έχουν τον ίδιο μοριακό τύπο.
Χαρακτηριστικές είναι οι περιπτώσεις ισομέρειας μεταξύ των αλκενίων και κυκλοαλκανίων (γενικός τύπος CvH2v), αλκαδιενίων και αλκινίων (γενικός τύπος CvH2v-2), κορεσμένων αλκοολών-κορεσμένων αιθέρων (γενικός τύπος CvH2v+2O), αλδεϋδών-κετονών (γενικός τύπος CvH2vO), οξέων-εστέρων (γενικός τύπος CvH2vO2) κ.ά. Είναι τόσο συχνή η εμφάνιση ισομέρειας στις οργανικές ενώσεις, ώστε παλιότερα θεωρούνταν ως μία από τις διαφορές μεταξύ οργανικών και ανόργανων ενώσεων. Σήμερα όμως γνωρίζουμε περιπτώσεις ισομέρειας μεταξύ ανόργανων ενώσεων και κυρίως μεταξύ των σύμπλοκων ενώσεων του κοβαλτίου και του λευκόχρυσου.
Εκτός από τα ισομερή που αναφέρθηκαν παραπάνω και τα οποία ονομάζονται συντακτικά ισομερή, υπάρχει και μια κατηγορία ισομερών όπου η διαφορά τους εντοπίζεται στην οπτική στροφική ικανότητά τους. Ενώ δηλαδή το διάλυμα ενός ισομερούς στρέφει το επίπεδο του πολωμένου φωτός προς τα δεξιά, το διάλυμα του άλλου ισομερούς το στρέφει προς τα αριστερά. Η εμφάνιση οπτικής στροφικής ικανότητας οφείλεται στην ασύμμετρη κατασκευή του μορίου της ένωσης και ως ασύμμετρο θεωρείται το μόριο που έχει έστω και ένα άτομο άνθρακα ασύμμετρα υποκαταστημένο, δηλαδή με τέσσερις διαφορετικούς υποκαταστάτες. Σε κάθε ασύμμετρο άτομο άνθρακα αντιστοιχούν δύο ισομερή που έχουν αντίστροφη κατασκευή στο χώρο και επομένως στρέφουν προς διαφορετικές κατευθύνσεις το επίπεδο του πολωμένου φωτός. Τα δύο ισομερή συμβολίζονται με τα γράμματα D– και L–, ενώ το ασύμμετρο άτομο σημειώνεται με έναν αστερίσκο (*). Σε κάθε δύο οπτικά ισομερή αντιστοιχεί και ένα ισομοριακό μείγμα των δύο μορφών, που ονομάζεται ρακεμική ένωση. Η οπτική αυτή ισομέρεια ονομάζεται και στερεοχημική ισομέρεια ή στερεοϊσομέρεια. Για την απόδοση της δομής του μορίου στο χώρο, κρίθηκε αναγκαία η εισαγωγή μιας νέας μορφής χημικών τύπων, των στερεοχημικών τύπων.
Τέλος, αναφέρονται οι περιπτώσεις ισομέρειας ατόμων άνθρακα του διπλού δεσμού, γνωστές ως cis–, trans– ισομέρειες, καθώς και η συντακτική ισομέρεια μεταξύ πρωτοταγών, δευτεροταγών και τριτοταγών αμινών, που είναι γνωστή ως μεταμέρεια.
Ιώδιο.Στοιχείο αμέταλλο, με σύμβολο I, ατομικό αριθμό 53, ατομικό βάρος 126,904. Σε ορισμένες βιβλιογραφίες εμφανίζεται και με το σύμβολο J.
Προέλευση. Κυρίως βρίσκεται ενωμένο υπό μορφή ιωδιούχων αλάτων, κατά μικρά ποσά, στο θαλάσσιο νερό και τα φύκια. Σε μεγαλύτερα ποσά βρίσκεται στο ορυκτό νίτρο της Χιλής (ΝαΝΟ3). Τέλος, συναντιέται σε διάφορα ιχθυέλαια και τη θυροξίνη.
Παρασκευή. α) Με οξείδωση του ιωδιούχου νατρίου ή ιωδιούχου καλίου, με την παρουσία θειικού οξέος, με διάφορα οξειδωτικά, όπως διοξείδιο του μαγγανίου, υπερμαγγανικό κάλιο, διχρωμικό κάλιο κ.ά. Οι εκλυόμενοι ατμοί του ιωδίου συμπυκνώνονται σε στερεό ιώδιο, όταν έρθουν σε επαφή με τα ψυχρά τοιχώματα γυάλινου χωνιού. β) Με αναγωγή του ιωδικού νατρίου, το οποίο περιέχεται στο νίτρο της Χιλής, με διοξείδιο του θείου ή όξινο θειώδες νάτριο. Η μέθοδος αυτή είναι βιομηχανική. γ) Με οξείδωση των ιωδιούχων αλάτων, τα οποία περιέχονται στα φύκια, με χλώριο ή διοξείδιο του μαγγανίου, με την παρουσία του θειικού οξέος ή ηλεκτρολυτικά. Γι’ αυτό τα φύκια ή η στάχτη τους εκχυλίζονται με ζεστό νερό. Το λαμβανόμενο διάλυμα συμπυκνώνεται, οπότε αποβάλλονται τα χλωριούχα και θειικά άλατα που υπάρχουν μαζί ως δυσδιαλυτότερα και παραμένουν στο αλμόλοιπο παίρνεται το ιώδιο, σύμφωνα με την αντίδραση:
Cl2 + 2NaI  2NaCI + I2
Φυσικές ιδιότητες. Είναι σκοτεινού χρώματος, κρυσταλλικό, στερεό, μεταλλικής λάμψης, εξαχνώνεται εύκολα με θέρμανση και οι ατμοί του είναι ιώδεις, βαρύτεροι του αέρα και αποτελούνται μέχρι 700°C από διατομικά μόρια. Διαλύεται ελάχιστα στο νερό, είναι όμως ευδιάλυτο σε διάλυμα ιωδιούχου καλίου. Διαλύεται επίσης σε οργανικούς διαλύτες, όπως διθειάνθρακα, αλκοόλη, αιθέρα κ.ά.
Χημικές ιδιότητες. Είναι αναγωγικό στοιχείο, αναγωγικότερο από τα άλλα στοιχεία της ομάδας στην οποία ανήκει. Γενικά, μοιάζει χημικά προς το χλώριο, διαφέρει όμως από αυτό στη δραστικότητα και σε ορισμένα άλλα στοιχεία, τα οποία αναφέρονται παρακάτω.
Αντιδράσεις με αμέταλλα. Εκτός από το οξυγόνο, το άζωτο και τον άνθρακα, με τα οποία δεν ενώνεται απευθείας ούτε το χλώριο, αυτό επιπλέον δεν αντιδρά και με το θείο. Με το φωσφόρο, αρσενικό και αντιμόνιο δίνει τριιωδιούχες ενώσεις.
Αντιδράσεις με μέταλλα. Ενώνεται υπό κατάλληλες συνθήκες με αρκετά από τα μέταλλα και σχηματίζει ιωδίδια, τα οποία είναι κατά το πλείστον άλατα. Μέσα σε διαλύματα καυστικών αλκαλίων υφίσταται αυτοξειδοαναγωγή, σχηματίζοντας ανάλογα ιωδιούχα και υποϊωδιώδη ή ιωδιούχα και ιωδικά. Το ιώδιο οξειδώνει το θειοθειικό νάτριο (Να2S2Ο3) σε τετραθειονικό νάτριο. Η αντίδραση αυτή έχει ιδιαίτερη σημασία στην αναλυτική χημεία τόσο για τον ποσοτικό προσδιορισμό του ιωδίου, όσο και για τον ποσοτικό προσδιορισμό διαφόρων οξειδωτικών, τα οποία επιδρούν στις ιωδιούχες ενώσεις και ελευθερώνουν ιώδιο.
Ανιχνεύσεις. Ποιοτικά ανιχνεύεται από το γαλάζιο χρώμα που δίνει με πρόσφατο διάλυμα αμύλου. Ποσοτικά προσδιορίζεται με υποθειώδες νάτριο.
Χρήσεις. α) Στην ιατρική χρησιμοποιείται ως αντισηπτικό, στη μορφή του βάμματος του ιωδίου, το οποίο προκύπτει με διάλυση ιωδίου σε αλκοολικό διάλυμα ιωδιούχου καλίου, καθώς και στη μορφή του ιωδοφόρμιου (CHI3). β) Στην αναλυτική χημεία. γ) Στη φωτογραφική τέχνη ως AgS.
Το ιώδιο στην ιατρική. Τα διάφορα ιωδιούχα παρασκευάσματα δίνονται εσωτερικά για τη θεραπεία διάφορων ασθενειών, όπως της αρτηριοσκλήρωσης, υπερπίεσης, σύφιλης, ακτινομύκωσης, χρόνιας βρογχίτιδας, ορισμένων μορφών αρθρίτιδας, ρευματισμών και για ορισμένες παθήσεις του θυρεοειδούς αδένα. Όταν δίνονται αυξημένες ποσότητες τέτοιων παρασκευασμάτων και ιδίως όταν οι ασθενείς παρουσιάζουν ευαισθησία σ’ αυτό, τότε παρατηρούνται ορισμένες δερματικές παθήσεις και διάφορες νευρικές διαταραχές (ιωδισμός).
Κολλοειδές ιώδιο χρησιμοποιείται για πληγές, για ουρολογικές και γυναικολογικές παθήσεις κ.α.
Το αλκοολικό διάλυμα ιωδίου (βάμμα) χρησιμοποιείται ως διεγερτικό μέσο και απολυμαντικό του δέρματος κατά τις χειρουργικές επεμβάσεις, καθώς και ως αντισηπτικό. Συστήνεται να αποφεύγεται η χρήση βάμματος ιωδίου σε ανοιχτές πληγές. Το ιωδιούχο κάλιο χορηγείται εσωτερικά σε συφιλιδικές παθήσεις. Με τη μορφή ιωδιούχων λευκωμάτων και συσκευασιών ιωδίου και λίπους (ιωδιωμένα λίπη τα οποία περιέχουν το ιώδιο σε μορφή αφομοιώσιμη), π.χ. της ιωδιπίνης, ένωσης ιωδίου με σουσαμόλαδο, χορηγείται το ιώδιο για την καταπολέμηση υπερπλασιών και υπερτροφιών. Επίσης η ιωδιπίνη χρησιμοποιείται εναντίον του άσθματος. Στις ορεινές περιοχές (Άλπεις κ.α.), όπου σπανίζει το ιώδιο στον ατμοσφαιρικό αέρα, χορηγούνται μικρές ποσότητες ιωδιούχου καλίου για την ομαλή λειτουργία των φαινομένων του μεταβολισμού των τροφών. Μια ραδιενεργός διιωδοφλουορεσκεΐνη συστήνεται για τη διάγνωση του καρκίνου του εγκεφάλου. Πολλές αρωματικές ενώσεις ιωδονίου, π.χ. διφαινυλο-ιωδονιο-ιωδίδιο, παρουσιάζουν βακτηριοστατική δράση. Η ιωδοφορμίνη χρησιμοποιείται στην ιατρική ως ισχυρότερο βακτηριογόνο από το ιωδιοφόρμιο, σε μορφή σκόνης για τις πληγές κτλ.
Καθαρότητα.Αναλογία της περιεκτικότητας μιας ακάθαρτης ουσίας σε καθαρή ουσία. Κατά την παρασκευή των χημικών ενώσεων με οποιοδήποτε τρόπο ή την παραλαβή τους από μείγματα, πάντα οι λαμβανόμενες ουσίες περιέχουν, έστω και σε πολύ μικρές ποσότητες, άλλες ουσίες. Για το λόγο αυτό είναι ανάγκη οι λαμβανόμενες ουσίες να καθαρίζονται. Ο καθαρισμός των χημικών ενώσεων μπορεί να γίνει με πολλούς τρόπους. Ανάλογα με τη φυσική τους κατάσταση χρησιμοποιούμε και τον κατάλληλο τρόπο. Στην περίπτωση των στερεών χημικών ενώσεων χρησιμοποιείται κυρίως η ανακρυστάλλωση. Κατά τη μέθοδο αυτή διαλύεται η ουσία σε κατάλληλο θερμό υγρό και αφήνεται το διάλυμα που προκύπτει να κρυώσει. Οι προσμείξεις που περιέχονται, στο προς καθαρισμό σώμα, απομακρύνονται, είτε γιατί είναι αδιάλυτες ή δυσδιάλυτες στο διαλυτικό μέσο που χρησιμοποιήσαμε είτε γιατί είναι πολύ ευδιάλυτες σε αυτό, οπότε παραμένουν στο διάλυμα. Για να πετύχουμε όσο το δυνατό καλύτερο καθαρισμό, πρέπει να γίνουν περισσότερες από μία ανακρυσταλλώσεις. Το χρησιμοποιούμενο διαλυτικό υγρό πρέπει να έχει την εξής ιδιότητα: Να διαλύει σε μεγάλο βαθμό το προς καθαρισμό σώμα σε υψηλές θερμοκρασίες και ελάχιστα στη θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Το διάλυμα που απομένει μετά την απομάκρυνση της ύλης που έχει καθαριστεί ονομάζεται αλμόλοιπο.
Ως κριτήριο καθαρότητας της ανακρυσταλλούμενης χημικής ένωσης θεωρείται το σημείο τήξης της, επειδή το σημείο τήξης μιας ακάθαρτης ουσίας είναι πάντα κατώτερο και οπωσδήποτε ασαφές σε σχέση με το σημείο τήξης της καθαρής ουσίας. Σε ορισμένες περιπτώσεις είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί για τον καθαρισμό μιας στερεάς ουσίας η μέθοδος της εξάχνωσης, εφόσον η ουσία αυτή μπορεί να εξαχνωθεί. Τέλος για τον καθαρισμό των στερεών περιορισμένη εφαρμογή βρίσκει και η μέθοδος της απόσταξης.
Για τον καθαρισμό των υγρών χημικών ουσιών χρησιμοποιείται η μέθοδος της απόσταξης. Η απόσταξη μπορεί να είναι είτε απλή, οπότε διαχωρίζονται τα πτητικά σώματα από τα μη πτητικά, είτε κλασματική, οπότε τα πτητικά σώματα διαχωρίζονται με βάση το διαφορετικό σημείο ζέσής τους.
Η απόσταξη είτε γίνεται στη συνήθη πίεση, είτε με ελαττωμένη πίεση, όταν πρόκειται για σώματα τα οποία αποσυντίθενται στη θερμοκρασία του βρασμού. Τέλος, συχνά εφαρμόζεται η απόσταξη με υδρατμούς, κατά την οποία αποστάζουμε σώματα με υψηλό σημείο ζέσης και αδιάλυτα στο νερό, σε θερμοκρασία κάτω των 100°C, κάτω δηλαδή από το σημείο ζέσης του νερού.
Με απόσταξη καθαρίζονται επίσης και αέρια σώματα, των οποίων ο αριθμός είναι περιορισμένος, αφού πρώτα υγροποιηθούν. Ως κριτήριο καθαρότητας θεωρείται το σημείο ζέσης της προς καθαρισμό ουσίας. Επειδή όμως το σημείο ζέσης εξαρτάται σημαντικά από την ατμοσφαιρική πίεση, οι τιμές του ή ανάγονται στην κανονική πίεση των 760 mmHg ή γράφονται με αριθμητικό δείκτη, ο οποίος δηλώνει την πίεση στην οποία μετρήθηκε το σημείο ζέσης, π.χ. σημείο ζέσης735 87 C. Άλλα κριτήρια καθαρότητας είναι η πυκνότητα, ο δείκτης διάθλασης, τα κάθε είδους φάσματα, και για τα οπτικά ενεργά σώματα και η ειδική στροφή. Τα κριτήρια αυτά ισχύουν και για τα στερεά και για τα αέρια σώματα. Στην περίπτωση των αέριων χημικών ουσιών, χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό τους συνήθως η μέθοδος της διαβίβασής τους από κατάλληλες συσκευές (πλυντρίδες ή πύργους), οι οποίες περιέχουν χημικές ουσίες που δεσμεύουν τις προσμείξεις. Μια άλλη μέθοδος, η οποία χρησιμοποιείται στον καθαρισμό των χημικών ουσιών, αλλά και για το διαχωρισμό μειγμάτων, είναι η χρωματογραφία. Αυτή στηρίζεται στη διαφορετική προσροφητική ικανότητα που έχουν ορισμένα μέσα. Αν ένα διάλυμα, το οποίο περιέχει διάφορες ουσίες, περάσει από στρώμα κάποιου προσροφητικού μέσου το οποίο βρίσκεται σε κατακόρυφο σωλήνα (προσροφητική στήλη), θα παρατηρήσουμε ότι οι ουσίες, προσροφώμενες από την προσροφητική στήλη, καταλαμβάνουν διάφορες θέσεις σε αυτήν. Οι θέσεις αυτές εξαρτώνται από την ιδιότητα του προσροφητικού μέσου να συγκρατεί με διαφορετική ικανότητα τις διερχόμενες ουσίες. Αρχικά συγκρατούνται οι ευκολότερα προσροφώμενες ουσίες. Αν π.χ. το διάλυμα περιέχει μείγμα διαφόρων έγχρωμων ουσιών, η προσροφητική στήλη διαχωρίζει και συγκρατεί αυτές σε διάφορα ύψη υπό μορφή δακτυλίων. Η επιτυχία ενός χρωματογραφικού καθαρισμού εξαρτάται από την επιμελή παρασκευή της προσροφητικής στήλης.
Κάλιο.Χημικό στοιχείο, μέταλλο, που ανήκει στην ΙΑ ομάδα του περιοδικού συστήματος. Το σύμβολό του είναι Κ, έχει ατομικό αριθμό 19 και ατομικό βάρος 39,102. Ανακαλύφθηκε το 1807 από τον Άγγλο χημικό σερ Χάμφρεϊ Ντέιβι. Είναι γνωστά τρία ισότοπά του με μαζικούς αριθμούς 39, 40 και 41. Το κάλιο-40 είναι ραδιενεργό και έχει χρόνο ημιζωής 1,28 δισεκατομμύρια χρόνια. Το ισότοπό του που βρίσκεται σε μεγαλύτερη αφθονία είναι το κάλιο-39. Διάφορα άλλα ραδιενεργά ισότοπα έχουν παρασκευαστεί με τεχνητό τρόπο.
Το κάλιο δε βρίσκεται ελεύθερο στη φύση, αλλά με μορφή χημικών ενώσεων λόγω της μεγάλης δραστικότητάς του. Το νερό της θάλασσας περιέχει 0,08% χλωριούχο κάλιο. Τα σπουδαιότερα ορυκτά του καλίου είναι ο καρναλίτης, ο συλβίνης, ο λευκίτης, ο αλουνίτης (στυπτηριάτης λίθος) κτλ. Επίσης, αρκετή ποσότητα καλίου περιέχουν τα φυτά, που τη βρίσκουμε στη στάχτη τους με μορφή ανθρακικού καλίου.
Το κάλιο παρασκευάζεται με ηλεκτρόλυση τήγματος υδροξειδίου του καλίου ή κυρίως του χλωριούχου άλατός του. Η συσκευή που χρησιμοποιείται για την ηλεκτρόλυση έχει για άνοδο ράβδο από γραφίτη και κάθοδο ράβδο σιδήρου.
Φυσικές ιδιότητες. Το κάλιο έχει χρώμα αργυρόλευκο και είναι μαλακό μέταλλο το οποίο μπορεί να κοπεί και με ένα μαχαίρι. Το κάλιο έχει σημείο τήξης 63°C, σημείο ζέσης 76°C και πυκνότητα 0,86 gr/cm3.
Χημικές ιδιότητες. Το κάλιο είναι πολύ δραστικό μέταλλο. Η δραστικότητά του οφείλεται στην ύπαρξη ενός ηλεκτρονίου στη στιβάδα σθένους, το οποίο μπορεί εύκολα να διώξει. Το μεταλλικό κάλιο οξειδώνεται μόλις έρθει σε επαφή με τον αέρα, ενώ αντιδρά βίαια με το νερό εκλύοντας αέριο υδρογόνο και υδροξείδιο του καλίου. Καθώς το αέριο υδρογόνο που εκλύεται απ’ αυτή την αντίδραση αναφλέγεται εύκολα, το κάλιο τοποθετείται πάντα μέσα σε υγρό όπως η παραφίνη με την οποία δεν αντιδρά και η οποία εμποδίζει την ανάφλεξη.
Ενώσεις καλίου-Χρήσεις. Το κάλιο με τη μορφή λεπτών φύλλων μετάλλου βρίσκει εφαρμογή στην κατασκευή ειδικού τύπου φωτοκύτταρου, το οποίο είναι γνωστό ως ηλεκτρικό μάτι. Το κάλιο σχηματίζει διάφορες ενώσεις οι οποίες βρίσκουν ποικίλες εφαρμογές:
α) Βρομιούχο κάλιο (ΚΒr). Λευκό στερεό το οποίο σχηματίζεται από την αντίδραση υδροξειδίου του καλίου και βρομίου. Χρησιμοποιείται στη φωτογραφική, τη λιθογραφία και την ιατρική.
β) Χρωμικό κάλιο (Κ2CrO3) και διχρωμικό κάλιο (Κ2Cr2O7). Κρυσταλλικά στερεά κίτρινου και κόκκινου χρώματος αντίστοιχα. Χρησιμοποιούνται ως ισχυρά οξειδωτικά μέσα, όπως επίσης για την κατασκευή σπίρτων, τη δημιουργία πυροτεχνημάτων, τη βαφή υφασμάτων και την κατεργασία δερμάτων.
γ) Ιωδιούχο κάλιο (ΚI). Λευκή κρυσταλλική ένωση, πολύ διαλυτή στο νερό. Χρησιμοποιείται στη φωτογραφική και στην ιατρική για τη θεραπεία ρευματικών παθήσεων και παθήσεων του θυρεοειδούς αδένα.
δ) Νιτρικό κάλιο (ΚΝΟ3). Λευκό στερεό το οποίο παρασκευάζεται κατά την κλασματική κρυστάλλωση διαλύματος νιτρικού νατρίου και χλωριούχου καλίου. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή σπίρτων, εκρηκτικών και πυροτεχνημάτων.
ε) Υπερμαγγανικό κάλιο (ΚMnO4). Κρυσταλλικό στερεό, γνωστό ως οξειδωτικό μέσο σε σημαντικές χημικές αντιδράσεις.
στ) Ανθρακικό κάλιο (Κ2CO3). Λευκό στερεό, το οποίο είναι γνωστό επίσης με την ονομασία ποτάσα. Βρίσκεται στη στάχτη χερσαίων φυτών από όπου μπορεί να παραληφθεί με εκχύλιση της τέφρας. Χρησιμοποιείται στην παρασκευή του γυαλιού και στη σαπωνοποιία.
ζ) Χλωρικό κάλιο (KClO3). Λευκή κρυσταλλική ένωση η οποία σχηματίζεται από την ηλεκτρόλυση διαλύματος χλωριούχου καλίου. Είναι ισχυρό οξειδωτικό σώμα και βρίσκει εφαρμογές στην κατασκευή σπίρτων, πυροτεχνημάτων, εκρηκτικών και ως πηγή οξυγόνου.
η) Χλωριούχο κάλιο (ΚCl). Λευκή κρυσταλλική ένωση η οποία βρίσκεται ως συστατικό στα ορυκτά αλάτων του καλίου. Χρησιμοποιείται για την παρασκευή άλλων ενώσεων του καλίου.
θ) Υδροξείδιο του καλίου (ΚΟΗ). Ονομάζεται και καυστική ποτάσα. Είναι λευκό στερεό το οποίο διαλύεται στον αέρα και παρασκευάζεται κατά την ηλεκτρόλυση χλωριούχου καλίου ή κατά την αντίδραση ανθρακικού καλίου και υδροξειδίου του ασβεστίου. Χρησιμοποιείται στη σαπωνοποιία και ως σημαντικό χημικό αντιδραστήριο στην αναλυτική χημεία.
Καουτσούκ.Πολυμερής οργανική ένωση του τύπου (C5H8)x. Επειδή ακριβώς ανήκει στα πολυμερή, το μοριακό του βάρος δεν είναι δυνατό να προσδιοριστεί ακριβώς. Χαρακτηριστικό είναι το γεγονός ότι, ενώ με μια μέθοδο προσδιορίζεται το μοριακό βάρος του καουτσούκ γύρω στις 130.000, με άλλη μέθοδο δυνατό να βρεθεί μοριακό βάρος 400.000. Αυτό οφείλεται κυρίως στο γεγονός ότι όλα τα μόριά του δεν είναι ίδια, αλλά έχουν διαφορετικό βαθμό πολυμερισμού, δηλαδή η τιμή του x στο μοριακό τύπο διαφέρει από μόριο σε μόριο. Είναι φυσικό προϊόν και προέρχεται από τον οπό (χυμό) των καουτσουκόδεντρων. Τα καουτσουκόδεντρα είναι ιθαγενή φυτά της Κεντρικής Αμερικής.
Ο οπός των καουτσουκόδεντρων ή latex, όπως ονομάζεται, είναι παχύρρευστο υπόλευκο υγρό, που περιέχει το καουτσούκ σε κολλοειδή μορφή. Για την παραλαβή του καουτσούκ από το κολλοειδές αυτό διάλυμα χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι. Συνήθως το καουτσούκ καταβυθίζεται από το κολλοειδές με θέρμανση, ηλεκτροφόρηση ή προσθήκη ηλεκτρολυτών. Οι ιθαγενείς για την παραλαβή του καουτσούκ βουτούσαν μέσα στον οπό πυρακτωμένα ξύλα, γύρω από τα οποία συσσωματωνόταν το καουτσούκ.
Η μητρική ένωση, με πολυμερισμό της οποίας παίρνουμε το καουτσούκ, είναι ένας υδρογονάνθρακας της σειράς των αλκαδιένιων. Το ισοπρένιο (C3H8) και το μακρομόριο του πολυμερούς έχει γραμμική μορφή.
Το καουτσούκ όπως παίρνεται από το latex αποτελεί τα γνωστά στο εμπόριο Crepes. Έτσι όμως δεν ανταποκρίνεται στις τεχνολογικές απαιτήσεις, σύμφωνα με τις οποίες πρέπει: α) Να μην αλλοιώνεται με την πάροδο του χρόνου, β) Να παρουσιάζει ικανοποιητική ελαστικότητα τόσο στις συνηθισμένες θερμοκρασίες όσο και στις πολύ χαμηλές και πολύ υψηλές, γ) Να μην προσβάλλεται από τους ατμούς των διαλυτικών και από τα ήπια αντιδραστήρια. Για να βελτιώσει τις ιδιότητές του το καουτσούκ υποβάλλεται σε ειδική κατεργασία, που ονομάζεται βουλκανισμός. Κατά το βουλκανισμό το φυσικό καουτσούκ κατεργάζεται με θείο είτε ως μείγμα σε θερμοκρασία 140° είτε στη συνηθισμένη θερμοκρασία με χλωροθείο (S2Cl2) και διθειάνθρακα (CS2). Για τη συνηθισμένη ποιότητα του καουτσούκ το θείο προσθέτεται σε ποσοστό 8-10%. Αν η ποσότητα του θείου ξεπεράσει το 32%, τότε το καουτσούκ χάνει τις ελαστικές ικανότητές του και μας δίνει μάζα σκληρή, η οποία ονομάζεται εβονίτης.
Κατά το βουλκανισμό προσθέτονται και άλλες ουσίες, όπως αντιοξειδωτικά, ανόργανες επιβαρύνσεις, χρώμα κ.ά. Στις σύγχρονες βιομηχανίες ελαστικού εφαρμόζεται και μέθοδος βουλκανισμού χωρίς θείο.
Επειδή το φυσικό καουτσούκ δε φτάνει για να καλύψει τις ανάγκες της παγκόσμιας αγοράς, αλλά και επειδή οι τόποι παραγωγής απέχουν αρκετά από τους τόπους κατανάλωσης, η σύγχρονη τεχνολογία επιχείρησε και πέτυχε να παρασκευάσει: α) Συνθετικό καουτσούκ, δηλαδή καουτσούκ με την ίδια χημική σύσταση προς το φυσικό. Παρασκευάζεται από την ίδια μητρική ένωση με το φυσικό, το ισοπρένιο, που πολυμερίζεται με θέρμανση για 10-15 μέρες. Το συνθετικό όμως καουτσούκ υστερεί ως προς τις ιδιότητες και απέναντι στο φυσικό, αλλά και απέναντι στα άλλα υποκατάστατα του καουτσούκ. β) Τεχνητό καουτσούκ. Δεν έχει καμιά σχέση με το φυσικό καουτσούκ όσον αφορά τη χημική του σύσταση. Εκείνο που έχει σημασία είναι το προϊόν να έχει μηχανικές ιδιότητες ανάλογες με τις ιδιότητες του φυσικού καουτσούκ και αν είναι δυνατό καλύτερες. Οι πρώτες ύλες μπορεί να είναι ενώσεις συγγενείς του ισοπρένιου, αλλά μπορεί να μην έχουν και καμιά σχέση μαζί του. Το πιο συνηθισμένο προϊόν αυτής της μορφής είναι παράγωγο του βουταδιένιου πολυμερισμένου με την παρουσία Να ως καταλύτη. Το προϊόν κυκλοφορεί στο εμπόριο με την ονομασία Buma. Συχνά χρησιμοποιείται η μέθοδος του συμπολυμερισμού για τη βελτίωση των ιδιοτήτων του προϊόντος. Μαζί δηλαδή με το βουταδιένιο ανακατεύεται και άλλη ένωση, που μπορεί να πολυμεριστεί. Συχνά ως δεύτερη ένωση χρησιμοποιείται το στυρόλιο σε ποσοστό 25% και το προϊόν ονομάζεται Buna s ή σε ποσοστό 50% οπότε ονομάζεται Buna ss.
Πέρα από τις μεθόδους που αναφέρθηκαν, υπάρχουν και άλλες, προϊόντα του αμείλικτου συναγωνισμού των μεγάλων εταιρειών ελαστικού, τις οποίες όμως κρατούν μυστικές.
Οι εφαρμογές του καουτσούκ ήταν πάρα πολλές. Στη σύγχρονη εποχή όμως πάει να περιοριστεί στην κατασκευή ελαστικών αυτοκινήτων, λόγω της αλματικής εξέλιξης των πλαστικών.

No comments:

Post a Comment