Реакции с участием органического красителя метиленового синего – отличный способ изучения скорости химических реакций. Метиленовый синий (МС) может существовать в двух формах: восстановленной форме MС(вос) и окисленной форме MС(oк). Тут важно, что восстановленная форма метиленового синего бесцветна, а окисленная форма синяя. Восстановленная форма может переходить в окисленную при простом встряхивании её с кислородом воздуха:
MС(вос) + O₂ → MС(oк).
Окисленная форма, в свою очередь, может переходить обратно в восстановленную форму при воздействии восстанавливающим агентом, таким как декстроза.
MС(oк) + декстроза + KOH → MС(вос).
Поэтому встряхнули бесцветный восстановленный метиленовый синий – он посинел. Дали постоять – он опять обесцветился. Такие реакции иногда называют часовыми реакциями.
#химия

Подведём итоги вчерашней загадки. Большинство Посетителей (33 %) выбрало ответ Стул. И это неверный ответ, так как на фотке были атомы в кристалле кремния.

Просвечивающая электронная микроскопия действительно позволяет рассмотреть атомы при увеличении порядка 450 тысяч раз. Итак, на фотке слева кристалл кремния, на котором отчетливо видны ряды атомов. Коричневый слой посередине – аморфный слой, а серый справа – углеродная пленка на медной сетке – подложка для образцов в электронной микроскопии.

А счёт нашего противостояния сравнивается:
Зоопарк—Посетители 2:2

Сегодня шикарная химическая реакция между пентакарбонилом железа Fe(CO)₅ и трет-бутилгидропероксидом t-BuOOH. Органические пероксиды окисляют пентакарбонил железа до трёхвалентного оксида железа. Эта реакция используется для определения пероксидов в углеводородах.
#химия

Кристалл Вигнера… Красивое!

Физики впервые получили изображение «кристаллов Вигнера».

Когда летом этого года мы рассматривали работу швейцарских физиков, то радовались, что учёные смогли точно определить расположение электронов в кристалле Вигнера и доказать его существование. Но исследователи из Беркли остались неудовлетворены: «Если вы говорите, что у вас есть электронный кристалл, покажите нам этот кристалл!» В ответ из Швейцарии потянуло холодом и тишиной… «Ну, раз так, тогда мы сами их покажем,» – решили американские нанисты и засели за свои туннельные микроскопы.

Если создать подходящие условия, то электроны внутри материала могут образовывать аккуратный сотовый узор – то есть ведут себя как кристалл или как твёрдое тело внутри твёрдого тела. Такие структуры назвали «кристаллами Вигнера» в честь теоретика из Венгрии Юджина Вигнера, который впервые предсказал их почти 90 лет назад. Кристаллы уже получали, но вот увидеть их не могли.

Но физики из Калифорнийского университета в Беркли смогли это сделать! Для этого они взяли два атомарно тонких слоя полупроводника: дисульфида вольфрама. Затем команда использовала электрическое поле, чтобы настроить плотность электронов, которые свободно перемещались вдоль границы раздела между двумя слоями.

Если электроны перемещаются достаточно медленно, то отталкивание станет доминировать в их поведении. Затем электроны займут положения, которые минимизируют их общую энергию, например, в виде сот. Поэтому исследователи замедлили движение электронов, охладив слои дисульфида молибдена до нескольких градусов выше абсолютного нуля. Именно так удалось получить кристаллы Вигнера американцам.

Первоначальные попытки получить изображение кристаллов Вигнера с помощью туннельной микроскопии непосредственно на двухслойном дисульфиде не увенчались успехом, поскольку ток, текущий между зондом туннельного микроскопа и образцом, разрушал хрупкие структуры Вигнера. Тогда команда учёных добавила сверху слой… графена! Кристаллы Вигнера немного изменили электронную структуру графена, расположенного прямо над ними, что позволило их обнаружить на туннельной микроскопии. Изображение на картинке ясно показывает аккуратное расположение нижележащих вигнеровских электронов. Как и ожидалось, электроны в кристалле Вигнера находятся почти в 100 раз дальше друг от друга, чем атомы в реальных кристаллах полупроводников.

Так что помни, электроны могут быть не только как газ – беспорядочно двигаться, или как жидкость – упорядочено течь по проводам, но и как твёрдое тело – застыть на месте. При этом они образуют красивые шестиугольные узоры.
Инфа отсюда.
#физика

Нобель 2021

Подошла к концу нобелевская неделя и вручены самые интересные для нас премии. По традиции давайте посмотрим, что же навручали в этом году?

Началась неделя с того, что Нобелевская премия 2021 года по физиологии и медицине была присуждена не за Covid-19! Дэвиду Джулиусу и Ардему Патапутяну досталась премия за открытие рецепторов температуры и прикосновения.

Чтобы узнать, как нервные клетки обнаруживают тепло, Дэвид Джулиус из Калифорнийского университета в Сан-Франциско использовал тот факт, что капсаицин, содержащийся в перце чили, активирует тепловые рецепторы. После тысяч экспериментов, его команда идентифицировали белок (он теперь называется TRPV1), который образует ионный канал, расположенный в клеточной мембране нервов. Более высокие температуры открывают ионный канал, что приводит к изменению напряжения, которое вызывает возбуждение нерва и, таким образом, вызывает ощущение тепла. После этого команды под руководством Джулиуса и Патапутяна из Центра Скриппса в Ла-Хойя, Калифорния, независимо друг от друга обнаружили аналогичный ионный канал под названием TRPM8, который открывается в ответ на холод, а не на тепло.
Для идентификации рецепторов прикосновения команда Патапутяна использовала клетки, которые производят электрический сигнал при прикосновении. Таким образом, они обнаружили PIEZO1, ионный канал, который открывается в ответ на механическое воздействие.

Во вторник награждали физиков. Премию вручили за «новаторский вклад в наше понимание сложных физических систем», таких как погода и, в более глобальном масштабе, за изменение климата.

Половина Нобелевской премии была присуждена совместно Сюкуро Манабе из Принстонского университета и Клаусу Хассельманну, ранее работавшему в Институте метеорологии Макса Планка в Гамбурге, Германия, за их работу по разработке физических моделей климата Земли, которые помогли надежно предсказать глобальное потепление и доказать, что действия человека влияют на климатическую систему.

Другая половина была присуждена Джорджио Паризи из Римского университета Ла Сапиенца, Италия, за его открытия в области хаотических систем, таких как взаимодействие беспорядка и крошечных флуктуаций на атомарном и планетарном уровнях.

Нобелевская премия по химии 2021 года была присуждена Беньямину Листу и Дэвиду Макмиллану за разработку совершенно нового типа катализатора для протекания химических реакций.

До 2000 года химики знали только два типа катализаторов, ускоряющих химические реакции. Первый – это ферменты, которые представляют собой большие молекулы, состоящие из сотен или тысяч аминокислот, связанных вместе. Другой тип – это металлические катализаторы, такие как платина в каталитических нейтрализаторах (это то, что называется «катализатором» в выхлопной системе автомобиля).

Лист, который сейчас работает в Институте исследования угля Общества Макса Планка в Германии, задавался вопросом, действительно ли нужен целый фермент для катализа одной реакции. Вместо этого он попытался использовать одну аминокислоту под названием пролин. Это было в некотором роде наивно, но оно сработало.

Дэвид Макмиллан из Принстонского университета работал с металлическим катализатором в виде небольшой молекулы, содержащей атом меди. Проблема заключалась в том, что эта молекула была нестабильной. Макмиллан попытался использовать простые органические молекулы, содержащие углерод, которые не содержат атомов металлов. Он нашел те, которые работали.

Работы Листа и Макмиллана впервые показали, что небольшие органические молекулы могут работать как катализаторы. Многие такие молекулы имеют левое или правое зеркальное отображение (хиральность), которые могут иметь разные свойства. По этой причине эта новая область катализа известна как асимметричный органокатализ.

А о лауреатах предыдущих лет можно почитать тут: 2020, 2019, 2018.
#нобель

Подведём итоги вчерашней загадки. Большинство Посетителей (61 %) проголосовало за ногу паука. И это верный ответ, так как на картинке была просвечивающая электронная микроскопия ноги паука с волосяными фолликулами и с увеличением 5500 раз.

А счёт нашего противостояния становится:
Зоопарк—Посетители 2:3

Сегодня старое, доброе развлекалово от химиков - заливаем сахар концентрированной серной кислотой и наслаждаемся... тем, что вылезло из химического стакана!

Сегодняшний опыт - это напоминание, что концентрированная серная кислота H₂SO₄ сильнейший водоотнимающий агент. В данном случае она поживилось водой H₂O у сахара (основа которого сахароза C₁₂H₂₂O₁₁):
C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂SO₄ + 1/2 O₂ → 11 C + CO₂ + 12 H₂O + SO₂.

В результате реакции образуется элементарный углерод. Выделяющиеся водяной пар H₂O, углекислый CO₂ и сернистый SO₂ газы вспенивают углерод в чёрную пористую массу и вытесняют её из стакана.
#химия

Что написано пером…

Спектроскопия раскрывает тайные послания из переписки 200-летней давности между Марией-Антуанеттой и Акселем фон Ферзеном.

Да, дорогие мои, жизнь показывает, что всё тайное рано или поздно становится явным. И неважно, что это – секретнейшая заначка в офшоре, откровенное видео с новогоднего корпоратива с главбухшей Ириной Анатольевной или подретушированная переписка свергнутой королевы и её очень близкого друга.

И в помощь любителям истины и чужих писем – химический анализ, который, например, помог расшифровать подвергнутые цензуре сообщения из переписки последней королевы Франции Марии-Антуанетты и шведского графа, который, по слухам, был её тайным любовником.

Во время Французской революции в конце XVIII века Мария-Антуанетта вела тайную переписку со шведским дипломатом графом Акселем фон Ферзеном. Фон Ферзен сохранил не только письма, которые он получал от французской королевы, но и черновики своих писем к ней. В какой-то момент времени некоторые части сообщений были отредактированы и просто зарисованы чёрными чернилами, как на картинке вверху. Возможно, что это сделал сам граф. Но кем бы ни был этот цензор, его надежды, что прочитать скрытое не удастся, с треском провалились. А всё потому, что он забыл о спектроскопии! Хотя, скорее, он о ней и не знал.

Спустя столетия исследователи из Национального музея естественной истории в Париже использовали рентгеновскую флуоресцентную спектроскопию для анализа скрытых отрывков в 15 письмах Антуанетты и фон Ферзена. Поскольку спектроскопические методы основаны на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом, некоторые из них позволяют исследовать исторические документы, не нанося им никакого ущерба.

Первоначальные попытки исследования писем с помощью инфракрасного излучения не увенчались успехом, потому что чёрные чернила, использованные для редактирования исходного текста, поглощали свет почти во всём диапазоне длин волн, сводя к нулю шансы обнаружить сигнал от нижележащих чернил. Тем не менее исследователи добрались до истины, использовав рентгеновскую флуоресцентную спектроскопию, которая позволила им определить элементный состав различных чернил.

Чернила содержат различное количество серы, калия, железа, меди и цинка (смотрим нижнюю часть картинки). Анализируя различные разделы текста, команда смогла отличить чернила, используемые для редактуры, от чернил, которыми писали авторы писем. Анализ смог расшифровать скрытый текст в восьми из 15 писем. В остальных семи письмах химический состав исходных чернил был слишком похож на чернила для редактирования, чтобы их можно было различить.

Благодаря меди на карте элементов видно, что в отредактированной части этого письма, написанного Марией-Антуанеттой в 1792 году, зарисовано было «non pas sans vous» (не без вас).

Так что помни, пока неизвестно, раскрывают ли скрытые части писем ещё какие-нибудь государственные секреты, а может планы побега членов королевской семьи, которые в то время жили под домашним арестом, или даже пикантные подробности возможного романа Антуанетты и фон Ферзена. Исследователи планируют раскрыть полные тексты отредактированных отрывков в будущей публикации в сотрудничестве со своими коллегами-историками.
Инфа отсюда.
#физика #химия

С помощью Шлирен-метода мы можем визуализировать градиенты показателя преломления в прозрачных средах. Именно изменения показателя преломления отклоняют лучи света, создавая контраст в изображении. А если ещё использовать камеру, снимающую до 10 000 кадров в секунду, то можно во всех деталях изучить процесс задувания спички. На видео около двух секунд этого увлекательного процесса.

При чиркании спички о коробок тепло от трения вызывает химические реакции в спичечной головке. В результате этих реакций выделяются разогретые газы. Реакции продолжаются до тех пор, пока спичка не загорится, и первоначальные небольшие объёмы газов уступят место более крупным потокам горячих продуктов сгорания уже с другой плотностью.
А дальше специально обученный человек задувает спичку. Струя выдыхаемого воздуха достигает пламени. Казалось бы, всё! Спичка задута, но нет. Струи холодного воздуха оказалось недостаточно и пламя разгорается вновь.
#физика

Подведём итоги вчерашней загадки. Большинство Посетителей (37 %) выбрало ответ Хитин. И это неверный ответ, так как на картинке была сканирующая электронная микроскопия эпителиальных клеток, образующих внутреннюю оболочку желчного пузыря. С увеличением в 2000 раз отлично видны микроворсинки, покрывающие эпителиальные клетки.

А счёт нашего противостояния опять сравнивается:
Зоопарк—Посетители 3:3

Вот такой «попкорн» или кристаллы арагонита образуются на доломите, погруженном в испаряющуюся уксусную кислоту.

Камень, которые используют для выращивания кристаллов, – это доломит, осадочная порода CaCO₃·MgCO₃, богатая магнием. Если камень залить уксусом, но не полностью, то на поверхности доломита образуются белые кристаллы арагонита. Тут главное, что кристаллы растут на поверхности камня, непогружённого в уксус. Чтож там происходит?
Во-первых, доломит реагирует с уксусной кислотой CH₃COOH и при этом выделяется углекислый газ CO₂:

4 CH₃COOH + CaCO₃·MgCO₃ → Ca(CH₃COО)₂ + Mg(CH₃COO)₂ + 2CO₂ + H₂O.

Затем доломит оказывается в избытке углекислого газа, и он может разлагаться с образованием карбоната кальция CaCO₃ или арагонита, белые кристаллы которого мы и видим на 10-дневном таймлапсе:

CaCO₃·MgCO₃ → CaCO₃ + MgO + CO₂ в атмосфере СO₂.

#химия