Issuu

Titlul și subtitlul originale: Liquid: The Delightful and Wonderful Substances That Flow through Our Lives. Autor: Mark Miodownik. Copyright © 2018 Mark Miodownik Ediția originală în limba engleză a fost publicată prima data de Penguin Books Ltd, Londra, în 2018. Autorul își revendică drepturile morale. Toate drepturile rezervate. Copyright © Publica, 2018, pentru ediția în limba română Toate drepturile rezervate. Nicio parte din această carte nu poate fi reprodusă sau difuzată în orice formă sau prin orice mijloace, scris, foto sau video, exceptând cazul unor scurte citate sau recenzii, fără acordul scris din partea editorului.

Descrierea CIP a Bibliotecii Naţionale a României MIODOWNIK, MARK Lichid : substanţele plăcute şi periculoase care curg prin vieţile noastre / Mark Miodownik ; trad. din engleză de Anca Bărbulescu. ‑ București : Publica, 2019 Conţine bibliografie ISBN 978-606-722-359-0 I. Bărbulescu, Anca (trad.) 62

EDITORI: Cătălin Muraru, Silviu Dragomir DESIGN: Alexe Popescu REDACTOR: Roxana Aneculăesei CORECTORI: Liliana Duță, Cătălina Călinescu DTP: Florin Teodoru

CUPRINS

Introducere �� 7 1. Exploziv �� 17 2. Amețitor �� 41 3. Adânc �� 57 4. Lipicios �� 79 5. Fantastic �� 103 6. Visceral �� 121 7. Înviorător �� 137 8. Purificator �� 161 9. Răcoritor �� 183 10. Indelebil �� 203 11. Noros �� 219 12. Solid �� 239 13. Sustenabil �� 253 Epilog �� 267 Alte lecturi �� 277 Mulțumiri �� 281 Credite foto �� 285

6 M A R K M I O D OW N I K

Mi s‑au confiscat la controlul de securitate de la aeroport unt de arahide, miere, sos pesto, pastă de dinți și, ceea ce m‑a durut cel mai tare, o sticlă de whisky single‑malt. În astfel de situații, inevitabil îmi sare muștarul. Spun lucruri de genul „Vreau să vorbesc cu un superior” sau „Untul de arahide nu e lichid”, deși știu că este. Untul de arahide curge și capătă forma recipientului în care este pus – asta fac lichidele –, deci este lichid. Oricum, pur și simplu mă scoate din sărite că nici acum, într‑o lume plină de tehnologie „smart”, controlul de securitate de la aeroport nu poate face diferența între o cremă lichidă și un exploziv lichid. Trecerea a mai mult de 100 de mililitri de lichid prin con‑ trolul de securitate este interzisă din 2006, dar de atunci tehnologia noastră de detecție nu s‑a îmbunătățit prea mult. Scanerele cu raze X detectează obiectele din bagaje. Mai pre‑ cis, alertează agentul de securitate când întâlnește forme suspecte: deosebește pistoalele de uscătoarele de păr și cuți‑ tele de stilouri. Dar lichidele nu au formă. Doar iau forma recipientului în care se află. Tehnologia de scanare din aero‑ port poate detecta și densitatea, și o serie de elemente chimi‑ ce. Dar aici din nou apar probleme. Compoziția moleculară a

7 LICHID

Introducere

M A R K M I O D OW N I K 8

nitroglicerinei explozive, de exemplu, este asemănătoare cu a untului de arahide. Ambele sunt făcute din carbon, hidro‑ gen, azot și oxigen – dar unul e un explozibil lichid, iar celă‑ lalt e doar... ce să mai, delicios. Există enorm de multe toxine, otrăvuri, oxidanți și patogeni periculoși, incredibil de greu de distins de lichide inofensive în mod rapid și sigur. Tocmai argumentul acesta, pe care l‑am auzit de la mulți agenți de securitate (și de la superiorii lor) mă face, de obicei, să accept – fără chef – că untul meu de arahide, sau altul dintre lichidele pe care tot uit să mi le scot din bagajul de mână, prezintă un risc important. Lichidele sunt alter ego‑ul solidelor de încredere. În timp ce solidele sunt materialele de nădejde ale omenirii, fiindcă iau formă permanentă – de haine, încălțări, telefoane, mașini și, la o adică, chiar și aeroporturi –, lichidele sunt fluide; adop‑ tă orice formă, dar numai atâta timp cât se află într‑un reci‑ pient. De unele singure, sunt în continuă mișcare – se scurg, corodează, picură și se sustrag controlului nostru. Dacă pui un material solid într‑un loc, rămâne acolo – dacă nu îl ia cineva cu forța – și, de obicei, face ceva foarte util, cum ar fi să susțină o clădire sau să asigure electricitate pentru o întrea‑ gă comunitate. Lichidele, pe de altă parte, sunt anarhice: au darul distrugerii. În baie, de exemplu, e o luptă continuă să împiedici apa să se strecoare prin crăpături și să se adune sub podea, producând astfel numai pagube, precum putrezirea și șubrezirea grinzilor de lemn; pe podelele netede cu gresie, apa întinde o capcană alunecoasă perfectă și provoacă extrem de multe accidente; iar când se adună prin colțuri în baie, hră‑ nește ciuperci negre și mâzgoase și bacterii, care riscă să ne ajungă în organism și să ne îmbolnăvească. Și totuși, în ciuda purtărilor acestora mișelești, o iubim; ne place la nebunie să facem baie, să facem duș, să ne scăldăm tot corpul în apă.

9 LICHID

Și ce baie ar fi completă fără un corn al abundenței cu sti‑ cle de săpun lichid, șampon și balsam, borcănele cu cremă și tuburi cu pastă de dinți? Ne încântă lichidele acestea miracu‑ loase, dar ne și îngrijorează: nu cumva ne fac rău? Nu cumva provoacă și cancer? Nu cumva dăunează mediului? În cazul lichidelor, plăcerea și bănuiala merg mână în mână. Sunt duplicitare prin însăși natura lor – nici gaz, nici solid, ci ceva pe la mijloc, ceva insondabil și misterios. Să luăm, de exemplu, mercurul, care încântă și otrăveș‑ te omenirea de mii de ani. În copilărie, mă jucam cu mercur lichid pe blatul mesei, fascinat de aura lui extraterestră, până când mi s‑a spus cât de toxic este. Dar multe culturi străvechi considerau că prelungește viața, vindecă fracturile și întă‑ rește sănătatea. Nu este clar de ce se punea atâta preț pe el – poate pentru distincția de a fi singurul metal pur care există în formă lichidă la temperatura camerei. Primul împărat al Chinei, Qin Shi Huang, lua pastile de mercur pentru sănă‑ tate, dar a murit la 39 de ani, probabil tocmai de aceea. Cu toate acestea, a fost îngropat într‑un mormânt plin de râuri de mercur. Grecii antici foloseau mercurul în unguente, iar alchimiștii credeau că, în combinație cu altă substanță ele‑ mentară, sulful, constituia baza tuturor metalelor și că din echilibrul perfect între mercur și sulf se putea obține aur. De aici credința greșită că diferite metale puteau fi trans‑ formate în aur dacă erau amestecate în proporțiile corecte. S‑a dovedit a fi doar o poveste, dar aurul se dizolvă, totuși, în mercur. Dacă încălzești lichidul după ce a absorbit metalul, se va evapora și va lăsa în urmă un bulgăraș solid de aur. Pentru cele mai multe popoare antice, procesul era imposibil de deo‑ sebit de magie. Mercurul nu este singurul lichid care poate consuma și cuprinde în sine o altă substanță. Dacă adăugăm sare în apă,

M A R K M I O D OW N I K 10

va dispărea rapid – sarea se află undeva, dar unde și ce s‑a întâmplat cu ea? Și totuși, dacă o turnăm în ulei, sarea rămâne acolo. De ce? Mercurul lichid absoarbe aurul solid, dar respin‑ ge apa. De ce? Apa absoarbe gaze, inclusiv oxigenul; dacă nu ar fi așa, am trăi într‑o lume foarte diferită – oxigenul dizolvat în apă le permite peștilor să respire. Apoi, deși apa nu poate absorbi suficient oxigen pentru respirația umană, alte lichide pot. Există un tip de ulei – fluorocarbura – foarte nereactiv din punct de vedere chimic și electric. Este atât de inert că îți poți pune telefonul mobil într‑un pahar cu această substanță și va funcționa normal în continuare. De asemenea, fluorocar‑ bura poate absorbi oxigen în concentrație atât de mare încât devine respirabil pentru oameni – inspiri lichid în loc de aer –, având multe utilizări posibile, dintre care cea mai importantă este tratarea copiilor născuți prematur care suferă de sindro‑ mul de detresă respiratorie.* Dar tot apa lichidă are proprietatea supremă de a genera viață. Motivul este că în ea se dizolvă nu doar oxigenul, ci și multe alte substanțe, printre care moleculele pe bază de car‑ bon; este deci mediul optim pentru apariția vieții – pentru generarea spontană de noi organisme. Cel puțin așa spune teoria. De aceea, când caută semne de viață pe alte planete, oamenii de știință caută apă lichidă. Dar apa în formă lichidă este rară în Univers. Este posibil ca pe Europa, una din lunile lui Jupiter, să se afle oceane de apă lichidă, sub stratul de ghea‑ ță. Se poate să existe apă lichidă și pe Encelade, una din lunile lui Saturn. Dar Pământul este singurul corp din sistemul solar cu o cantitate mare de apă ușor accesibilă la suprafață. Temperaturile și presiunile de suprafață care fac posibi‑ lă prezența apei în formă lichidă au rezultat dintr‑un set de * Afecțiune în care alveolele pulmonare incomplet dezvoltate nu transferă suficient oxigen în sânge (n.t.).

11 LICHID

împrejurări unice. Mai precis, dacă n‑ar fi miezul lichid al Pământului, alcătuit din metale topite, sursa câmpului mag‑ netic care ne protejează de vântul solar, probabil ne‑ar fi dispărut toată apa cu miliarde de ani în urmă. Pe scurt, pe pla‑ neta noastră, lichidul s‑a născut din lichid, iar din el – viața. Dar lichidele sunt și distrugătoare. Spuma este moale, fiindcă se comprimă ușor; dacă sari pe o saltea de spumă, o simți cum cedează sub tine. Lichidele nu se comportă așa; dimpotrivă, curg – fiecare moleculă avansează în spațiul eli‑ berat de altă moleculă. Observăm fenomenul în râuri, când deschidem robinetul sau când amestecăm cafeaua cu linguri‑ ța. Când sărim de pe o trambulină și atingem apa, ea trebuie să se separe ca să‑ți facă loc. Dar separarea aceasta necesită timp, iar dacă viteza la impact este prea mare, apa nu se va putea scurge suficient de repede și va exercita presiune asu‑ pra ta. De aici forța care îți înțeapă pielea când te arunci în piscină și care face contactul cu apa după o săritură de la mare înălțime să fie foarte asemănător cu aterizarea pe beton. Tot incompresibilitatea apei este și motivul pentru care valuri‑ le pot exercita o asemenea forță letală și pentru care un val tsunami poate demola clădiri și orașe, aruncând mașini de colo‑colo ca pe niște crengi rupte. De exemplu, cutremurul din Oceanul Indian din 2004 a declanșat o serie de tsunami care au ucis 230 000 de oameni din paisprezece țări. Ca gravi‑ tate, a fost al optulea dezastru natural din istorie. O altă proprietate periculoasă a lichidelor este capacitatea lor de a exploda. Când mi‑am început doctoratul la Oxford, trebuia să prepar specimene mici pentru microscopul electro‑ nic. Procesul implica răcirea unui lichid numit soluție de lus‑ truire electrochimică la temperatura de minus 20°C. Lichidul era un amestec de butoxietanol, acid acetic și acid percloric. Mi‑a arătat cum se procedează alt doctorand din laborator,

M A R K M I O D OW N I K

Andy Godfrey, și mi se păruse că înțelesesem. Dar, după câteva luni, Andy a observat că de multe ori lăsam soluția să se încăl‑ zească în timpul lustruirii electrochimice. „Eu n‑aș face asta”, a spus el într‑o zi, ridicând din sprâncene în timp ce privea peste umărul meu. Când l‑am întrebat de ce, m‑a îndrumat spre manualul pericolelor chimice din laborator:

Acidul percloric este un acid coroziv care distruge țesuturile umane. Acidul percloric poate fi periculos pentru sănătate în caz de inhalare, ingerare sau în contact cu pielea sau ochii. Încălzit peste temperatura camerei sau folosit la concentrații de peste 72% (la orice temperatură), acidul percloric devine un acid oxidant puternic. Substanțele organice sunt deosebit de susceptibile la combustie spontană în amestec sau contact cu acidul percloric. Vaporii de acid percloric pot forma perclorați sensibili la șoc în conductele sistemelor de ventilație. Cu alte cuvinte, explodează. Căutând prin laborator, am găsit multe lichide incolo‑ re, la fel de transparente, majoritatea imposibil de deosebit. Foloseam, de exemplu, acid fluorhidric, care, pe lângă faptul că face găuri în beton, metale și carne, este și toxic la contact, inhibând funcționarea nervilor. Efectul este subtil – mai pre‑ cis, nu îl simți când te arde. Expunerea accidentală poate trece neobservată foarte ușor, în timp ce acidul îți roade pielea. Și alcoolul intră în categoria otrăvurilor. Ce‑i drept, nu se manifestă astfel decât în doze mari, dar a făcut mai multe victime decât acidul fluorhidric. Și totuși, are un rol enorm în societate și în culturile de pe tot globul; de‑a lungul istori‑ ei, a fost folosit ca antiseptic, antitusiv, antidot, tranchilizant și combustibil. Principala lui funcție atrăgătoare este aceea

13 LICHID

de depresor al sistemului nervos: este un drog psihoactiv. Mulți nu sunt în stare să funcționeze fără paharul zilnic de vin, iar majoritatea evenimentelor de socializare se învârt în jurul localurilor care servesc alcool. Nu avem noi încredere în lichidele acestea (și pe bună dreptate), dar tot le iubim. Simțim efectele fiziologice ale alcoolului când acesta se absoarbe în sânge. Bătăile inimii ne amintesc constant de rolul sângelui în organism și de nevoia lui de a circula con‑ stant: funcționăm mulțumită acțiunii unei pompe, iar când aceasta se oprește, murim. Dintre toate lichidele din lume, am putea spune că sângele este unul din cele mai importante. Din fericire, în ziua de azi ne putem înlocui inimile, putem face operații de bypass și le putem conecta la diverse puncte din organism și din afara lui. Chiar și sângele se poate transfuza și extrage, depozita, împărți, îngheța și readuce la viață. De fapt, fără băncile de sânge ar muri anual milioane de oameni care suferă intervenții chirurgicale sau accidente rutiere sau sunt răniți în zone de război. Dar sângele poate fi infectat, de exemplu cu HIV sau viru‑ sul hepatitei, așa că poate face și rău. Trebuie deci să luăm în considerare natura duplicitară a sângelui, ca și a tuturor lichi‑ delor. Întrebarea importantă nu este dacă putem avea încre‑ dere într‑un lichid anume, dacă este bun sau rău, dacă este sănătos sau otrăvitor, delicios sau dezgustător, ci mai degrabă dacă îl înțelegem suficient cât să ne putem folosi de el. Cel mai bun mod de a ilustra puterea și plăcerea pe care le obținem din controlul lichidelor este să observăm pasagerii dintr‑un avion. Așadar, despre asta vorbește cartea de față: despre un zbor transatlantic și despre toate lichidele ciuda‑ te și minunate implicate în el. Eu am ajuns în avion pentru că am reușit să nu mă arunc singur în aer în timpul docto‑ ratului, ci mi‑am continuat cercetarea în domeniul științei

M A R K M I O D OW N I K 14

materialelor și am devenit director al Institute of Making de la University College, Londra. O parte din cercetarea noastră vizează modul în care se pot deghiza lichidele în solide. De exemplu, asfaltul de pe șosele este, la fel ca untul de arahi‑ de, un lichid, deși dă impresia că ar fi solid. Datorită studiilor noastre, am primit invitații la conferințe din întreaga lume, iar cartea aceasta povestește o astfel de călătorie cu avionul, de la Londra la San Francisco. Zborul este descris în limbajul moleculelor, al bătăilor ini‑ mii și al valurilor oceanului. Scopul meu este să dezvălui pro‑ prietățile misterioase ale lichidelor și să arăt cum am ajuns să depindem de ele. Vom zbura peste vulcanii Islandei, peste întinderea înghețată a Groenlandei, peste lacurile din apropi‑ erea Golfului Hudson, apoi spre sud, către coasta Pacificului. Este un spațiu de desfășurare destul de mare cât să discutăm despre lichide de la scara oceanelor până la picăturile din nori, examinând și ciudatele cristale lichide din ecranele din avion, băuturile servite de personalul de zbor și, bineînțeles, combustibilul care ține avionul în stratosferă. În fiecare capitol, tratez o etapă separată a zborului și calitățile lichidelor care au făcut‑o posibilă: capacitatea lor de a arde, de a se dizolva sau de a se infuza, ca să numim doar câteva. Arăt cum ne permit să zburăm în jurul globului capi‑ laritatea, condensarea, viscozitatea, solubilitatea, presiunea, tensiunea superficială și multe alte proprietăți ciudate ale lichidelor. Astfel, explic cum se face că lichidele urmează o direcție de curgere ascendentă în copaci, dar descendentă pe dealuri, de ce este uleiul lipicios, cum pot ajunge valurile atât de departe, de ce se usucă lucrurile, cum este posibil ca unele lichide să fie cristale, cum să nu te otrăvești când îți prepari băuturile alcoolice acasă și, poate cel mai important, cum se face un ceai perfect. Vă invit deci să zburați cu mine. Vă pro‑ mit o călătorie stranie și minunată.

LICHID

I 15

16 M A R K M I O D OW N I K

De cum s‑au închis ușile avionului și ne‑am pus în mișcare de la poarta de îmbarcare de pe aeroportul Heathrow, o voce a anunțat că va începe prezentarea instrucțiunilor de siguran‑ ță la bord. „Bună ziua, doamnelor și domnilor, și bine ați venit la bordul zborului British Airways cu destinația San Francisco. Înainte de decolare, vă rugăm să acordați atenție personalu‑ lui de zbor, care vă va prezenta instrucțiunile de siguranță de la bordul acestei aeronave.” Dintotdeauna mi s‑a părut că e un mod ciudat de a începe un zbor. Sunt convins că e fals și că instrucțiunile de sigu‑ ranță nu țin câtuși de puțin de siguranță. Pentru început, nu menționează zecile de mii de litri de combustibil de la bord. Tocmai cantitatea enormă de energie pe care o conține lichidul acela ne permite să zburăm; natura lui inflamabilă alimentează motoarele cu reacție ca să poată transporta, în cazul nostru, 400 de pasageri într‑o aeronavă de 250 de tone de la repausul complet de pe pista de decolare până la o viteză de croazieră de 800 km/h la o altitudine de 12 000 de metri în doar câteva minute. Puterea de‑a dreptul redutabilă a acestui lichid ne alimentează cele mai fanteziste visuri. Ne permite

17 LICHID

Exploziv

M A R K M I O D OW N I K

să ne înălțăm deasupra norilor și să ajungem oriunde pe pla‑ netă în câteva ore. Tot el l‑a dus în spațiu cu racheta pe pri‑ mul astronaut, Iuri Gagarin, și tot el alimentează următoarea generație de rachete SpaceX, care trimit sateliții pe orbită. Se numește kerosen. Kerosenul este un fluid transparent și incolor care, în mod derutant, arată exact ca apa. Și atunci unde stochează atâta energie ascunsă, atâta putere secretă? Cum se face că atâta forță pură nu îi dă lichidului un aspect... nu știu, mai vâscos, mai periculos? Și de ce nu îl menționează instrucțiunile de siguranță la bord?

Structura moleculară a hidrocarburii numite kerosen.

Dacă te‑ai apropia și ai privi kerosenul la scară atomică, ai vedea că are o structură de tip spaghete. Baza fiecărui șir se compune din atomi de carbon, fiecare legat de următorul. La scara aceasta, diferența dintre kerosen și apă se observă imediat. Structura apei nu este precum o farfurie cu spaghe‑ te, ci mai degrabă o încâlceală haotică de molecule mici, în formă de V (un atom de oxigen legat de doi atomi de hidro‑ gen, H2O). Dimpotrivă, văzut de atât de aproape, kerosenul seamănă mai mult cu uleiul de măsline, care se compune tot din molecule pe bază de carbon intercalate una în alta. Dar, dacă șirurile din kerosen arată mai degrabă a spaghete, cele din uleiul de măsline sunt ramificate și spiralate.

19 LICHID

Pentru că moleculele uleiului de măsline au o formă mai complexă decât ale kerosenului, alunecă mai greu una pe lângă alta, iar lichidul curge mai greu – cu alte cuvinte, ule‑ iul de măsline este mai vâscos decât kerosenul. Amândouă sunt uleiuri și, la nivel atomic, arată destul de asemănător, dar diferențele structurale fac ca uleiul de măsline să fie gros, în timp ce kerosenul curge aproape ca apa. Diferența nu determină doar viscozitatea celor două uleiuri, ci și gradul de inflamabilitate. Fizicianul și alchimistul persan ar‑Rāzi a scris despre kerosen, pe care l‑a și descoperit, în volumul lui din secolul al IX‑lea Cartea tainelor. L‑au făcut curios izvoarele natu‑ rale din regiune, din care curgea nu apă, ci un lichid gros, negru, sulfuros. Pe atunci, materialul acesta asemănător cu smoala se folosea la construirea de drumuri – în esență, era o formă antică de asfalt. Ar‑Rāzi a pus la punct procedee chi‑ mice speciale, numite în ziua de azi distilare, pentru a ana‑ liza uleiul negru. L‑a încălzit și a colectat gazele rezultate. Apoi a răcit din nou gazele și a observat că se transformau în lichid. Primele lichide pe care le‑a extras erau galbene și uleioase, dar, prin distilare repetată, deveneau o substanță limpede, transparentă și ușor curgătoare – ar‑Rāzi descope‑ rise kerosenul. Pe atunci, fizicianul nu avea cum să înțeleagă ce impact urma să aibă lichidul respectiv asupra planetei, dar și‑a dat seama că era inflamabil și că dădea o flacără fără fum. În zilele noastre, descoperirea pare măruntă, dar iluminatul interior a fost o problemă importantă pentru toate civilizați‑ ile străvechi. Cea mai complexă tehnologie de iluminat erau lămpile cu ulei, dar până atunci arderea lor producea, de obi‑ cei, pe câtă lumină, pe atâta funingine. Lămpile cu ulei care nu fumegau aveau să fie o inovație revoluționară, atât de

M A R K M I O D OW N I K 20

colosală încât importanța lor este imortalizată în povestea lui Aladin din Cartea celor o mie și una de nopți. În poveste, Aladin găsește o lampă cu ulei fermecată. Când o freacă, eli‑ berează un djinn, un spirit puternic. Djinni apar adeseori în miturile vremii, care le descriu drept niște creaturi suprana‑ turale apărute dintr‑un foc fără fum, iar djinnul nostru este obligat să‑i îndeplinească poruncile posesorului lămpii – o putere imensă. Este imposibil ca importanța noului lichid și capacitatea lui de a genera o flacără fără fum să‑i fi scăpat alchimistului ar‑Rāzi. Și atunci de ce nu au început să folo‑ sească persanii noul spirit magic? Răspunsul vine, în parte, din importanța măslinilor în economia și cultura lor. În secolul al IX‑lea, uleiul de măsline era combustibilul cel mai des folosit în lămpile cu ulei persane. Regiunea era prielnică pentru măslini, care rezistau bine la secetă și din ale căror măsline se putea extrage ulei. Era nevoie de vreo 20 de măsline pentru fiecare linguriță de ulei, care asigura o oră de lumină într‑o lampă obișnuită. Așadar, dacă o gospodă‑ rie medie avea nevoie de cinci ore de lumină în fiecare seară, consuma 100 de măsline zilnic, sau vreo 36 000 pe an, pentru o singură lampă. Ca să producă suficient ulei cât să‑și lumi‑ neze imperiul, persanii aveau nevoie de teren și de timp din belșug, pentru că măslinii rareori dau fructe în primii 20 de ani de viață. În plus, pământul trebuia apărat de cei care ar fi vrut să‑și însușească prețioasa resursă, deci aveau nevoie de orașe organizate, care necesitau și mai multe măsline pentru a produce uleiul necesar gătitului și iluminatului deopotri‑ vă. Pentru a susține armata, populația trebuia să plăteas‑ că impozite, iar în Persia plata impozitelor presupunea, în general, cedarea unui procent din producția de ulei de măs‑ line. Înțelegeți, deci, că uleiul acesta era crucial pentru soci‑ etatea și cultura Persiei, cum a fost pentru toate civilizațiile

Orientului Mijlociu, până când au găsit o sursă alternativă de energie și de venituri fiscale. Experimentele lui ar‑Rāzi au arătat că aceasta se găsea chiar sub picioarele lor, dar avea să rămână acolo încă o mie de ani. Între timp, s‑au dezvoltat lămpile cu ulei. Opaițul cu ulei din secolul al IX‑lea pare simplu, dar este remarcabil de com‑ plicat. Să ne imaginăm un castron cu ulei de măsline. Dacă ai încerca pur și simplu să‑i dai foc, ți‑ai da seama că e destul de greu. Motivul e că uleiul de măsline are o temperatură de aprindere foarte ridicată. Mă refer la temperatura la care un lichid inflamabil va reacționa spontan cu oxigenul din aer și va izbucni în flăcări; pentru uleiul de măsline, aceasta este 315°C. De aceea, este atât de sigur gătitul cu ulei de măsline. Dacă îl verși prin bucătărie, nu ia foc. În plus, pentru prăjirea celor mai multe alimente nu avem nevoie decât de o tempe‑ ratură în jur de 200°C, deci este ușor să gătim fără să aprin‑ dem uleiul.

LICHID

Replică a unui opaiț cu ulei antic, folosit pe vremea lui ar‑Rāzi.

M A R K M I O D OW N I K 22

Dar la 315°C tigaia cu ulei de măsline va lua foc și va gene‑ ra multă lumină. Pe lângă faptul că e incredibil de periculos, flăcările nu vor dura mult; vor consuma tot uleiul foarte repede. Dar trebuie să existe o metodă mai bună de a obți‑ ne lumină arzând ulei de măsline, vă gândiți voi probabil. Și chiar există. Dacă iei o sfoară, o cufunzi în ulei astfel încât să iasă la suprafață doar vârful, apoi o aprinzi, în capătul ei va apărea o flacără luminoasă fără să fie nevoie să încălzești tot vasul cu ulei. Nu sfoara generează flacăra, ci uleiul care iese din ea. Ideea este deja ingenioasă, dar n‑am terminat încă. Dacă o lași să ardă, flacăra nu coboară în ulei – dimpotri‑ vă, uleiul urcă prin sfoară și nu se aprinde până nu ajunge la capătul ei. Astfel, focul poate arde ore întregi – de fapt, atâta timp cât ține uleiul din vas. Procesul se bazează pe caracte‑ ristica numită capilaritate și pare miraculos (uleiul reușește să sfideze gravitația și să se miște de unul singur), dar este un principiu elementar al lichidelor și este posibil pentru că acestea au o trăsătură numită tensiune superficială. Lichidele curg datorită structurii lor – sunt o stare inter‑ mediară între structura haotică a gazului și cea statică pre‑ cum o închisoare (pentru molecule) a solidelor. În gaze, moleculele au suficientă energie termică încât să se despar‑ tă unele de altele și să se deplaseze autonom. Așadar, gazele sunt dinamice (se extind până ocupă tot spațiul disponibil), dar nu au structură aproape deloc. La solide, forța de atracție dintre atomi și molecule este mult mai mare decât energia lor termică, așa că stau lipite unele de altele. De aceea, solidele au o structură fermă, dar prea puțină autonomie – dacă ridici un castron, toți atomii lui se deplasează ca un singur obiect. Lichidele sunt o stare intermediară între cele două. Atomii au suficientă energie termică pentru a rupe unele legături cu vecinii lor, dar nu suficientă încât să le distrugă pe toate și să

devină gaz. Așa că rămân prinși în lichid, dar se pot deplasa prin el. Asta este lichidul – o stare a materiei în care molecu‑ lele înoată, formând și rupând legături unele cu altele. Pentru molecule, suprafața lichidelor este diferită de cea din interior. Moleculele de la suprafața lichidelor nu sunt com‑ plet înconjurate de alte molecule, așa că au, în medie, legături mai slabe decât cele din interiorul lichidului. Dezechilibrul acesta de forțe între suprafață și interior creează o forță numită tensiune superficială. Este foarte slabă, dar suficient de puternică încât să se opună forței gravitaționale în cazul obiectelor mici: de aceea, unele insecte pot merge pe suprafața lacurilor.

Priviți cu atenție un păianjen de apă „mergând” pe lichid și veți vedea că apa îi respinge picioarele – motivul este că tensiunea superficială dintre apă și picioarele insectei gene‑ rează o forță de respingere care se opune gravitației. Unele interacțiuni dintre lichide și solide provoacă situația inversă, creând o forță de atracție moleculară. Așa se întâmplă între

LICHID

Un păianjen de apă mergând pe un lac.

M A R K M I O D OW N I K 24

apă și sticlă. Dacă priviți un pahar cu apă, veți vedea că, pe margine, lichidul se ridică pe pereții de sticlă. Efectul, numit menisc, este și el o consecință a tensiunii superficiale. Și plantele folosesc acest truc. Trag apa în sus, împotriva gravitației, din sol în organismele lor, printr‑un sistem de tuburi minuscule care le străbat rădăcinile, tulpinile și frun‑ zele. Cu cât sunt mai subțiri canalele, cu atât crește raportul dintre suprafața interioară a tubului și volumul lichidului, intensificând efectul. De aceea, se vând lavete din „microfi‑ bră” pentru spălat geamuri; materialul are microcanale ase‑ mănătoare cu ale plantelor, care absorb apa și permit lavetei să curețe mai eficient. Lavetele de bucătărie absorb lichidele vărsate prin același mecanism. Toate acestea sunt forme ale „capilarității”, același efect al tensiunii superficiale care per‑ mite uleiului să urce prin sfoară – sau prin fitil, cum i se spune. Fără capilaritate, nu ar fi posibile nici lumânările. Când aprindem fitilul unei lumânări, căldura topește ceara, care creează o băltoacă. Lichidul urcă prin microcanalele din sfoa‑ ră până la flacără. Astfel, o alimentează cu o nouă porție de ceară lichidă. Dacă se alege materialul potrivit pentru fitil, flacăra va fi suficient de fierbinte cât să mențină o suprafață de ceară lichidă și să asigure un flux constant al combustibi‑ lului. Sistemul acesta, amăgitor de simplu, se reglează singur și necesită atât de puține intervenții din partea noastră încât nu mai considerăm lumânările un produs al tehnologiei, deși chiar asta sunt. Timp de mii de ani, pe tot globul, capilaritatea a asigurat mecanismul principal pentru iluminatul interior, sub formă de lumânări sau de opaițe. Fără cele două tehnologii, în timpul nopții lumea era învăluită de un întuneric beznă. După cum este de așteptat, lămpile cu ulei erau populare în zonele în care exista ulei din abundență, iar lumânările se foloseau acolo

25 LICHID

unde se găseau mai ușor ceara sau grăsimea animală. Dar, oricât de ingenioase ar fi fost, lumânările și lămpile cu ulei aveau dezavantajele lor: pe lângă riscul evident de incendiu, produceau funingine, flacăra nu era prea luminoasă, miro‑ seau și erau costisitoare. Ca urmare a minusurilor acestora, au existat mereu oameni care căutau metode mai bune, mai ieftine și mai sigure de a lumina clădirile. Kerosenul descope‑ rit de ar‑Rāzi în secolul al IX‑lea ar fi fost soluția problemei, dacă ar fi înțeles‑o mai mulți. La bordul avionului, instrucțiunile de siguranță erau în plină desfășurare; echipajul de zbor ignora și el importanța kerosenului. Până acum nu spuseseră nimic despre el, deși lichidul acesta revoluționar era injectat chiar în timpul pre‑ zentării în motoarele cu reacție de sub aripile avionului, pen‑ tru a‑i alimenta rularea la sol spre pista de decolare. În loc să ne spună despre asta, ne explicau ce să facem în „eventu‑ alitatea improbabilă a depresurizării habitaclului”. Înțeleg ce înseamnă asta. Nu pare mare lucru, dar, de fapt, înseam‑ nă că, în timpul călătoriei la altitudine mare, dacă ar apărea brusc o gaură sau o crăpătură în cabină, tot aerul ar ieși în viteză din avion, împreună cu orice pasager care n‑ar avea centura de siguranță pusă. Nu ar mai rămâne suficient oxigen pentru respirație normală – de aici măștile de oxigen care cad din plafon. Avionul ar începe imediat coborârea abrup‑ tă, ca să ajungă la o altitudine mai joasă, cu mai mult oxigen. Supraviețuitorii ar fi, într‑adevăr, în siguranță de‑aici încolo. Lipsa oxigenului era o problemă și pentru opaițele anti‑ ce. Acestea nu permiteau să intre destul oxigen cât să ardă complet combustibilul, de aceea lumina flăcării era relativ slabă. Soluția a întârziat să apară până în secolul al XVIII‑lea, când un om de știință elvețian pe nume Ami Argand a inven‑ tat o nouă lampă cu ulei, care avea fitil cu tub și o protecție

M A R K M I O D OW N I K

din sticlă transparentă. Modelul era gândit ca aerul să treacă prin mijlocul flăcării, sporind considerabil cantitatea de oxi‑ gen și, astfel, eficiența și luminozitatea lămpii, care lumina cât șase‑șapte lumânări. Inovația aceasta a dus la multe alte‑ le și, în cele din urmă, a devenit evident că uleiul de măsli‑ ne și alte uleiuri vegetale nu erau combustibili ideali. Pentru mai multă lumină, îți trebuie temperaturi mai înalte, iar pen‑ tru temperaturi mai înalte îți trebuie o viteză mai mare prin capilare, care este determinată de tensiunea superficială și viscozitatea lichidului. Încercarea de a găsi uleiuri ieftine, dar și cu viscozitate redusă a dus la noi experimente și, din păcate, la moartea unui număr enorm de balene. Uleiul de balenă se produce prin fierberea fâșiilor de untură de balenă.

Vânătoarea de cașalot de John William Hill (1835).

Lichidul rezultat este transparent, de culoarea mierii. Nu e potrivit pentru gătit sau mâncat din cauza gustului puternic de pește, dar, mulțumită temperaturii de aprindere de 230°C și viscozității reduse, este foarte bun pentru lămpile cu ulei.

27 LICHID

Consumul de ulei de balenă în cazul lămpilor Argand a crescut exploziv spre sfârșitul secolului al XVIII‑lea, mai ales în Europa și America de Nord. Între 1770 și 1775, baleniere‑ le din Massachusetts au produs 45 000 de butoaie de ulei de balenă pe an, pentru a satisface cererea. Exploatarea balene‑ lor a devenit o industrie de proporții, alimentată de nevoia de iluminat interior, iar unele specii au ajuns în pragul extinc‑ ției. Se estimează că, în secolul al XIX‑lea, fuseseră omorâte peste un sfert de milion de balene pentru obținerea acestui tip de ulei. Situația trebuia remediată, dar cererea de iluminat în clă‑ diri continua să crească. Pe măsură ce populația devenea tot mai numeroasă și sporea bunăstarea, educația era tot mai importantă, iar cultura lecturii și a divertismentului după lăsarea întunericului devenea tot mai pregnantă; așadar, cererea de uleiuri a crescut, împreună cu presiunea asupra inventatorilor și oamenilor de știință de a găsi soluții. Unul din ei era James Young, un chimist scoțian care, în 1848, a dezvoltat o metodă de a extrage din cărbune un lichid cu proprietăți excelente pentru arderea în lămpi cu ulei. Young l‑a numit ulei de parafină. Un inventator canadian, Abraham Gesner, a făcut același lucru și și‑a numit descoperirea kero‑ sen. Poate că cele două descoperiri nu ar fi avut un impact atât de mare dacă nu s‑ar fi întâmplat să apară cu puțin timp înainte de Războiului Civil american. Balenierele au devenit ținte militare, iar taxele pe alte uleiuri de lampă au creat o nișă disponibilă pentru noua industrie a kerosenului. Chiar și așa, aceasta nu a câștigat teren până când inventatorii nu au început să experimenteze nu doar cu cărbune, ci și cu uleiul negru întâlnit în apropierea minelor de cărbune. Substanța aceasta neagră, puternic mirositoare și lipicioasă, numită țiței, trebuia pompată la suprafață. Dar, ca să o folosească,

M A R K M I O D OW N I K

oamenii de știință trebuiau să cunoască procesul distilării, un truc vechi folosit pentru prima oară în acest scop de ar‑Rāzi și care s‑a dovedit extrem de lucrativ. Acum djinnul scăpase de‑a binelea din lampă. Între timp, în avionul meu în continuare nu se sufla o vorbă despre kerosen. Instrucțiunile de siguranță ajunse‑ seră la partea despre ieșirile de urgență, iar însoțitorul de zbor din fața mea întindea brațele în lături, cu degetele drep‑ te, ca să ne arate unde sunt. Erau două ieșiri în spatele meu, două aproape de botul avionului și două în dreptul aripilor, după cum am fost informat. Eu voiam să adaug: „Și mai sunt 50 000 de litri de kerosen în rezervorul de sub picioarele noastre și încă 50 000 în fiecare din cele două aripi ale aero‑ navei”. S‑ar putea să fi și mormăit ceva în acest sens, pentru că i‑am atras atenția vecinei mele, care se numea, după cum aveam să aflu mai târziu, Susan. Pentru prima oară de când se urcase în avion, Susan a ridicat ochii din carte. Mi‑a întâlnit privirea pentru o fracțiune de secundă, peste ramele roșii ale

Rafinărie petrolieră; turnurile înalte sunt coloane de fracționare.

Un amestec de molecule de hidrocarburi prezente în țiței (sunt ilustrați doar atomii de carbon).

29 LICHID

ochelarilor, apoi și‑a continuat lectura. Ne‑am uitat unul la altul mai puțin de o secundă, dar gestul a fost cum nu se poate mai grăitor. Spunea: „Relaxează‑te. Zborul este cel mai sigur mod de a călători pe distanțe lungi – știi, în fiecare zi zboară prin stratosferă peste un milion de oameni – și șansele să se întâmple ceva rău sunt minuscule. Nu, mai puțin decât minus‑ cule. Lasă‑te pe spate. Relaxează‑te. Citește o carte”. Știu că sunt cam multe informații ca să încapă într‑o privire, dar cre‑ deți‑mă că ochii ei au spus toate astea. Dar, în orice caz, eu nu mai reușeam să‑mi iau gândul de la kerosen și de la metoda remarcabilă prin care transformau țițeiul inventatorii de la jumătatea secolului al XIX‑lea: distila‑ rea. În scopul acesta, ar‑Rāzi folosise o instalație numită alam‑ bic, sau coloană de fracționare, în forma ei modernă – asta sunt turnurile pe care le vedeți deasupra rafinăriilor petroliere. Țițeiul este un amestec de diverse molecule de hidro‑ carburi, unele lungi precum spaghetele, altele mai mici și mai compacte, altele unite la capete, formând cercuri. Baza

M A R K M I O D OW N I K 30

fiecărei molecule se compune din atomi de carbon, fiecare legat de următorul. Fiecare atom de carbon are și câte doi atomi de hidrogen atașați de el, dar forma și mărimea vari‑ ază mult: moleculele au dimensiuni de la doar cinci atomi de carbon la sute și sute. Dar are foarte puține molecule de hidrocarbură cu mai puțin de cinci atomi de carbon, pentru că moleculele atât de mici există, de obicei, sub formă de gaz: se numesc metan, etan și butan. Cu cât mai lungă este molecula, cu atât mai ridicat îi este punctul de fierbere și deci cu atât este mai probabil să se prezinte sub formă de lichid la tem‑ peratura camerei. Același principiu se aplică și la moleculele de hidrocarbură compuse din până la 40 de atomi de carbon. Cele mai mari de atât nu curg aproape deloc: devin smoală. La distilarea țițeiului, se extrag mai întâi moleculele mai mici. Moleculele de hidrocarbură cu 5‑8 atomi de carbon for‑ mează un lichid transparent și limpede, extrem de inflamabil; are temperatura de aprindere de minus 45°C, deci se aprinde ușor chiar și sub zero grade. Atât de ușor, de fapt, încât ar fi foarte periculos să îl folosești într‑o lampă cu ulei. Așadar, la începuturile industriei petroliere, era aruncat, fiind con‑ siderat un deșeu. Mai târziu, când i‑am înțeles mai bine pro‑ prietățile, am început să‑l apreciem, mai ales pentru că putea să se amestece cu aerul și să se aprindă, generând suficient gaz fierbinte pentru a pune în mișcare un piston. Mai târziu, i s‑a spus benzină și am început să‑l folosim drept combustibil pentru motoare. Moleculele de hidrocarburi mai mari, cu 9‑21 de atomi de carbon, formează un lichid limpede și transparent, cu un punct de fierbere mai ridicat decât benzina. Se evaporă lent, așa că se aprinde mai greu. Dar, pentru că moleculele indi‑ viduale sunt foarte mari, în reacție cu oxigenul eliberează multă energie, sub forma gazului fierbinte. Însă nu se aprinde

31 LICHID

decât dacă este pulverizat în aer și poate fi comprimat la den‑ sitate mare înainte să izbucnească în flăcări. Principiul a fost descoperit în 1897 de Rudolf Diesel, care avea să dea, mai târ‑ ziu, și numele lichidului (cunoscut azi și ca motorină) care stă la baza invenției lui colosale: cel mai de succes motor al seco‑ lului XX. Dar, în vremurile de început ale industriei petroliere, adică la mijlocul secolului al XIX‑lea, motoarele pe motorină încă nu se inventaseră și exista o mare nevoie de substanțe inflamabile pentru lămpile cu ulei. În căutarea acestui com‑ bustibil, producătorii au creat un lichid care conținea mole‑ cule de hidrocarbură cu 6‑16 atomi de carbon. Este undeva la mijloc între benzină și motorină. Are calitățile motorinei (nu se evaporă atât de repede încât să formeze amestecuri explo‑ zive), dar este un lichid cu viscozitate foarte scăzută, aproa‑ pe de cea a apei. Prin urmare, are o capilaritate excelentă și alimentează flăcări foarte luminoase. Era ieftin și eficient și nu se obținea nici din măslini, nici din balene. Era vorba de kerosen, combustibilul ideal pentru lămpi. Dar cu siguranța cum stătea? Îmi fugiseră gândurile (încer‑ casem să mă relaxez, la îndemnul implicit al lui Susan), dar acum atenția mi‑a revenit dintr‑odată la însoțitorii de zbor. Ajunseseră la partea din instrucțiunile de siguranță despre vestele de salvare. Acum și le puseseră toți și se prefăceau că suflă într‑un fluier. Eu mă întrebam cum ar fi să supravie‑ țuiești unei aterizări forțate pe mare și în timp ce plutești, poate pe întuneric, să încerci să fluieri. Mă mai întrebam și ce s‑ar fi întâmplat cu kerosenul din rezervoarele noastre în cazul unui astfel de accident. Exista riscul să explodeze? Cunosc un lichid care sigur ar fi explodat: nitroglicerina. Seamănă cu kerosenul, în sensul că este un lichid incolor, transparent și uleios. A fost sintetizată pentru prima oară

M A R K M I O D OW N I K 32

Structura moleculară a nitroglicerinei.

de chimistul italian Ascanio Sobrero, în 1847. Nu a murit din asta, ceea ce e o minune, fiindcă este un compus chimic ridi‑ col de periculos și de instabil, care poate exploda pe neaștep‑ tate. Pe Ascanio l‑au speriat atât de tare utilizările posibile ale descoperirii lui, încât a ținut‑o sub tăcere un an și chiar și după aceea a încercat să‑i împiedice pe alții să o producă. Dar un student al lui, Alfred Nobel, i‑a înțeles potențialul; s‑a gândit că putea lua locul prafului de pușcă. În cele din urmă, a reușit să o obțină într‑o formă cu care se putea lucra în relativă siguranță. A transformat lichidul într‑un solid care să nu explodeze accidental (dar care tot l‑a ucis pe fratele lui, Emil): dinamita. Aceasta a revoluționat industria minie‑ ră și i‑a adus o avere. Înainte, companiile miniere foloseau doar forță de muncă manuală pentru a săpa galerii, puțuri și caverne. Nobel și‑a folosit câștigurile, sau cel puțin o parte din ele, pentru a crea cel mai cunoscut premiu internațional, care îi poartă numele.

33 LICHID

La fel ca benzina, motorina și kerosenul, și nitroglicerina se compune tot din carbon și hidrogen. Dar are și ceva în plus: atomi de oxigen și de azot. Prezența și pozițiile lor în cadrul moleculei îi dau instabilitatea. Dacă este supusă presiunii, prin contact sau vibrații, se poate descompune ușor. Atunci, atomii de azot se unesc sub formă de gaz, iar atomii de oxi‑ gen din moleculă reacționează cu carbonul, formând dioxid de carbon, și el tot un gaz. În același timp, reacționează cu hidrogenul, generând abur, iar ce rămâne din aceștia se con‑ stituie în oxigen gazos. În descompunere, molecula creează o undă de șoc în nitroglicerină, care distruge și moleculele învecinate, producând și mai mult gaz și alimentând unda de șoc. În cele din urmă, toate moleculele de nitroglicerină se descompun într‑o reacție în lanț cu o viteză de 30 de ori mai mare decât a sunetului, transformând aproape instantaneu lichidul într‑un gaz fierbinte. Gazul are un volum de o mie de ori mai mare decât al lichidului original, așa că se dilată rapid, provocând o explozie enormă și fierbinte. Mare parte din dezastrele din cel de‑al Doilea Război Mondial au fost provocate de uzul la scară largă al explozibililor pe bază de nitroglicerină. Limita de 100 de mililitri de lichide la bordul aeronavelor a fost stabilită pentru a împiedica pasagerii să ia cu ei o can‑ titate suficient de mare de explozibil lichid, ca nitroglicerina, cât să distrugă avionul. Cantitatea maximă de nitroglicerină tot ar exploda, bineînțeles, dar nu cu atâta energie încât să doboare avionul. În orice caz, este liniștitor să te gândești că, în fond, kerosenul conține de zece ori mai multă energie pe litru decât nitroglicerina și că există cu zecile de mii de litri în rezervoarele aeronavei. Dar kerosenul nu este un explozibil – nu explodează spon‑ tan. Spre deosebire de nitroglicerină, nu are în structura