Page 1

Nr 4(4) KWIECIEŃ 2018 Nr 1 STYCZEŃ 2018

eXperyment MAGAZYN POPULARNONAUKOWY

MAGAZYN POPULARNONAUKOWY

Zeolity ­ wrzące kamienie Jak zmieścić boisko na dłoni? Technologie kosmiczne w życiu człowieka


Obraz autorstwa Barbary Nowakowskiej


ZDERZENIE ATOMÓW 4 Plastiki, poliemery, tworzywa sztuczne

REAKCJA LANCUCHOWA Warto zbierać nakrętki 10

CHEMIA i BIOLOGIA 11 Sztuczne organy ­ prawdziwe życie 13 Zeolity ­ wrzące kamienie 16 Jak zmieścić boisko piłkarskie na dłoni?

FIZYKA i ASTRONOMIA "Morderca Plutona" i dziewiąta planeta 18 W poszukiwaniu życia 21

TECHNOLOGIA

27 Inżynieria naturalna, czyli szpiegostwo między fauną i florą 29 Perspektywy górnictwa kosmicznego 32 Kosmos na Ziemi, czyli technologie kosmiczne w życiu człowieka

HISTORIA

Piastowskie walki (gry) o tron

35

WYDARZENIA 38 BZapowiedź Ogólnopolskiej Szkoły Chemii 39 LabDay ­ byliśmy tam!

NAUKA W PRAKTYCE Krystalizacja ­ zrób to sam!

42

Redaktor Naczelny

Szef Działu Grafiki

Redakcja

Jacek Jankowski

Barbara Nowakowska

Agnieszka Głowińska, Jacek Jankowski, Adrian Justyniarski, Adam 

Z‐ca Redaktora Naczelnego

Fotografia

Wiernasz, Andrzej Więckowski, Joanna Więckowska

Joanna Więckowska

Jacek Jankowski

Współpraca

Redaktor Prowadzący

Korekta

Projekt SCORPIO ­  Natalia Ćwilichowska, Sylwia Krzyżanowska, 

Adrian Justyniarski

Joanna Więckowska, 

Justyna Pelc;

Okładka

Agnieszka Głowinska

Monika Fedyna, Michalina Stawowy, Piotr Kołaczek­Szymański 

Jacek Jankowski       MAGAZYN POPULARNONAUKOWY

eXperyment ul. Grunwaldzka 17/13 50­355 Wrocław

redakcja@magazynexperyment.pl www.magazynexperyment.pl WYDAWCA Atomic Atelier Jacek Jankowski


PLASTIKI, POLIM  TWORZYWA SZT

Czym są ekomery, skąd taka nazwa? studenci  na  naszym  wydziale.  On  jest  Ekomery  są  naszym  kołem  studentów  którzy  drukowany przez nas. To jest nasz najwiekszy  są  zafascynowani  zarówno  recyklingiem,  jak  projekt  jak  do  tej  pory  ­  współpraca  i  ekologią,  stąd  nasza  nazwa.  Wiadomo,  że  z  dziekanatem  przy  optymalizacji  tego  plastik  to  są  polimery,  a  my  jesteśmy  eko  i  go  robocika  i  drukowanie  go  na  skalę  masową.  recyklingujemy.  Z  racji  tego  że  mamy  też  Robiliśmy  też  mały  projekt  marketingowy  dostęp  do  parku  maszyn  i  możemy  go  „Marzanna”, który można zobaczyć na naszym  przetwarzać  w  dowolny  sposób  jaki  nam  się  fanpage’u. To był powrót do przeszłości, kiedy  Racjonalna  gospodarka  odpadami,  w  szczególnosci  tworzywami  sztucznymi,  jest  co tylko  podoba.  Pomysł  ten  został  naukowego  zrealizowany  to  dzieci  wrzucały  marzanny  EKOMERY  do  rzeki  wraz Dominika  Wylezinska  z  koła  Politechniki  Wrocławskiej  przez  dziewczyny,  które  były  na  magisterce  i pokazanie recyklingu. sposób  nie  tylko  na  ponowne  wykorzystanie  zużytych  przedmiotów  z  potocznie  zwa w  2016  roku biodegradowalnych  i  to  w  sumie  one  popchnęły  to  z  materiałów  np.  ...kamizelek  kuloodpornych.  Dominika  odpowie wszystko  do  przodu,  uznały,  że  to  taka  fajna  Mogłabyś  coś  opowiedzieć  o  procesie  domowego recyklingu pytania ­ co zrobić z kartonem po soku, a co ze stara klawiatura chwytliwa  nazwa,  która  się  przyjmie  i  miały  drukowania  w  3D?  Z  czego  go  drukujecie,  rację.  Jesteśmy  małą  grupką  głównie  czego używacie, jak go projektujecie Wiśka? studentów na magisterce, którzy chcą rozwijać  Projekt  robocika  został  zaczerpnięty  ze  strony  swoje  pasje.  Szukamy  teraz  nowych  osób,  z  projektami  i  zoptymalizowany.  Mamy  też  nowych pomysłów, chcemy się rozwijać.  swojego  grafika­projektanta,  Maję,  która  projektuje  dla  nas  logo  koła,  gazetki,  które  Jesteście dość młodym kołem? drukujemy.  Najpierw  projekt  3D  zostaje  Jesteśmy  oficjalnym  kołem  od  niecałych  przekonwertowany  na  plik  otwieralny  przez  dwóch  lat,  ale  intensywną  działalność  naszą  drukarkę.  Potem  zostaje  wyświetlony  prowadzimy od roku. jakby  na  matrycy  naszej  drukarki  i  mozemy  zmieniać  jego  parametry  takie  jak  długość,  Jedna  rzecz  nas  zaciekawiła.  Często  ludzie,  szerokość  i  ilość  supportów,  które  mają  go  którzy  są  związani  z  branżą  recyklingu,  czy  wspierać,  aby  podczas  druku  drobne  części  w  ogóle  inżynierską  unikają  stwierdzenia  nie  odpadły.  Później  oczywiście  trzeba  to  „plastik”.  Dlaczego  ten  plastik  tak  się  przyjął  oczyszczać.  Daje  to  bardzo  dużo  możliwości.  w potocznej mowie? Drukujemy  z  gotowego  filamentu,  jednak  Ponieważ  jest  prostszy  w  wymowie  i  bardziej  mamy  również  możliwość  tworzenia  go  ogólny.  Nie  mówimy  tutaj  np.  że  to  jest  samemu.  To  jest  nasz  kolejny  projekt,  aby  pojemnik  np.  na  polietylen  czy  polipropylen,  tworzyć  filamenty  zarówno  dla  nas,  jak  i  dla  a  tworzywa  sztuczne  się  nie  zmieszczą.  innych  zainteresowanych  kół.  Głowica  Często  ludzie  nie  wiedzą,  co  mają  o  tym  rozgrzewa  się  do  850*  i  drukuje.  Proces  myśleć,  a  jak  powiesz  im,  że  to  plastik,  to  od  drukowania  w  zależności  od  tego  jak  złożony  razu  wiedzą,  że  to  są  butelki,  to  są  jest  element  trwa  od  kilku  minut  do  kilkunastu  opakowania  różnego  typu.  To  jest  taka  godzin. generalizacja wszystkich polimerów. Z czego byście chcieli tworzyć filamenty, ma to  Czy  można  postawić  znak  równości  między  jakiś  związek  z  ochroną  środowiska?  Na  plastikiem a tworzywem sztucznym? przykład  jeden  z  najczęściej  używanych  To  zależy  czy  słuchają  wykładowcy,  ale  jeżeli  filamentów  (PLA)  jest  tworzony  z  mączki  chodzi  o  rozumienie  plastiku  a  tworzyw  kukurydzianej. sztucznych to tak. Tak, jest taki projekt, że filament tworzony jest  z kukurydzy. On jest całkowicie eko, ale u nas  Czym się zajmujecie jako koło, jakie są wasze  to  będzie  po  prostu  recykling  tworzyw  projekty?  polimerowych  i  produkcja  filamentów  Aktualnie  naszym  głównym  projektem  jest  to,  z odzyskanych materiałów. że mamy drukarkę 3D i drukujemy zarówno dla  A  czym  jest  dla  was  recykling?  Czy  to  jest  to  siebie,  jak  i  dla  różnych  kół.  Dodatkowo  samo,  co  robimy  w  domu,  czyli  segregujemy  drukujemy  Wiśka  z  W7,  to  jest  nasz  mały  śmieci i wysyłamy je dalej?  robocik  promocyjny,  którego  dostają  najlepsi  To  jest  pierwszy  krok,  segregacja  śmieci.  Dla 


oraz większym  problemem  i  wyzwaniem.  z  z  innymi  studentami  stara  się  znaleźć  anego  plastiku,  ale  także  na  wytwarzanie  e  też  na  często  pojawiajace  się  podczas  a? Jacek Jankowski, Joanna Więckowska

Ekomery są  naszym  kołem  studentów  którzy  są  zafascynowani  zarówno  recyklingiem,  jak  i  ekolo­ gią,  stąd  nasza  nazwa.  Wiadomo,  że  plastik  to  są  polimery, a my jesteśmy eko i go recyklingujemy.  Z racji tego że mamy też dostęp do parku maszyn  i  możemy  go  przetwarzać  w  dowolny  sposób  jaki  nam  się  tylko  podoba.  Pomysł  ten  został  zrealizo­ wany  przez  dziewczyny,  które  były  na  magisterce  w  2016  roku  i  to  w  sumie  one  popchnęły  to  wszystko  do  przodu,  uznały,  że  to  taka  fajna  chwytliwa nazwa, która się przyjmie i miały rację.  Jesteśmy  małą  grupką  głównie  studentów  na  ma­ gisterce, którzy chcą rozwijać swoje pasje. Szuka­ my  teraz  nowych  osób,  nowych  pomysłów,  chcemy się rozwijać. 

ZDERZENIE ATOMÓW

MERY, TUCZNE

Czym są ekomery, skąd taka nazwa?

Jesteście dość młodym kołem? Jesteśmy  oficjalnym  kołem  od  niecałych  dwóch  lat, ale intensywną działalność prowadzimy od ro­ ku. Jedna  rzecz  mnie  zaciekawiła.  Często  ludzie,  którzy  są  związani  z  branżą  recyklingu,  czy  w  ogóle  inżynierską  unikają  stwierdzenia  „plastik”. Dlaczego ten plastik tak się przyjął  w potocznej mowie? Ponieważ  jest  prostszy  w  wymowie  i  bardziej  ogólny.  Nie  mówimy  tutaj  np.  że  to  jest  pojemnik  np.  na  polietylen  czy  polipropylen,  a  tworzywa  sztuczne się nie zmieszczą. Często ludzie nie wie­ dzą,  co  mają  o  tym  myśleć,  a  jak  powiesz  im,  że  to  plastik,  to  od  razu  wiedzą,  że  to  są  butelki,  to  są opakowania różnego typu. To jest taka genera­ lizacja wszystkich polimerów. Czy  można  postawić  znak  równości  między  plastikiem a tworzywem sztucznym? To zależy czy słuchają wykładowcy, ale jeżeli cho­ dzi o rozumienie plastiku a tworzyw sztucznych to  tak. Czym  się  zajmujecie  jako  koło,  jakie  są  wa­ sze projekty?  Aktualnie  naszym  głównym  projektem  jest  to,  że  mamy  drukarkę  3D  i  drukujemy  zarówno  dla  sie­

5


ZDERZENIE ATOMÓW

bie, jak  i  dla  różnych  kół.  Dodatkowo  drukujemy  Wiśka z W7, to jest nasz mały robocik promocyj­ ny,  którego  dostają  najlepsi  studenci  na  naszym  wydziale.  On  jest  drukowany  przez  nas.  To  jest  nasz  najwiekszy  projekt  jak  do  tej  pory  ­  współ­ praca  z  dziekanatem  przy  optymalizacji  tego  ro­ bocika  i  drukowanie  go  na  skalę  masową.  Robiliśmy  też  mały  projekt  marketingowy  „Ma­ rzanna”, który można zobaczyć na naszym fanpa­ ge’u. To był powrót do przeszłości, kiedy to dzieci  wrzucały marzanny do rzeki i pokazanie recyklin­ gu.

śmieci i wysyłamy je dalej?  To jest pierwszy krok, segregacja śmieci. Dla nas  to jest odbieranie tego, co posegregujecie, za co  jesteśmy  bardzo  wdzięczni,  bo  bardzo  to  ułatwia  naszą  pracę.  Dalej  musimy  to  wszystko  obmyć,  żeby  było  gotowe  do  dalszego  recyklingu.  Dzięki  temu  mamy  gotowy  półprodukt,  który  mielimy,  otrzymując granulat. Możemy robić z niego różne  rzeczy,  np.  krzesła  ogrodowe.  Też  projektowali­ śmy i tworzyliśmy takie małe krzesełka.

Mogłabyś coś opowiedzieć o procesie druko­ wania  w  3D?  Z  czego  go  drukujecie,  czego  używacie, jak go projektujecie Wiśka? Projekt  robocika  został  zaczerpnięty  ze  strony  z projektami i zoptymalizowany. Mamy też swoje­ go grafika­projektanta, Maję, która projektuje dla  nas logo koła, gazetki, które drukujemy. Najpierw  projekt  3D  zostaje  przekonwertowany  na  plik  otwieralny  przez  naszą  drukarkę.  Potem  zostaje  wyświetlony  jakby  na  matrycy  naszej  drukarki  i mozemy zmieniać jego parametry takie jak dłu­ gość,  szerokość  i  ilość  supportów,  które  mają  go  wspierać,  aby  podczas  druku  drobne  części  nie  odpadły. Później oczywiście trzeba to oczyszczać.  Daje to bardzo dużo możliwości. Drukujemy z go­ towego  filamentu,  jednak  mamy  również  możli­ wość tworzenia go samemu. To jest nasz kolejny  projekt,  aby  tworzyć  filamenty  zarówno  dla  nas,  jak  i  dla  innych  zainteresowanych  kół.  Głowica  rozgrzewa  się  do  850*  i  drukuje.  Proces  druko­ wania  w  zależności  od  tego  jak  złożony  jest  ele­ ment trwa od kilku minut do kilkunastu godzin. Z czego byście chcieli tworzyć filamenty, ma  to  jakiś  związek  z  ochroną  środowiska?  Na  przykład jeden z najczęściej używanych fila­ mentów (PLA) jest tworzony z mączki kuku­ rydzianej. Tak,  jest  taki  projekt,  że  filament  tworzony  jest  z kukurydzy. On jest całkowicie eko, ale u nas to  będzie po prostu recykling tworzyw polimerowych  i  produkcja  filamentów  z  odzyskanych  materia­ łów. A czym jest dla was recykling? Czy to jest to  samo, co robimy w domu, czyli segregujemy 

6

Zaawansowana drukarka 3D, którą dysponuje KN Ekomery. Pozwala wykonywa

Janko

Nie z każde tworzywo da się recyklingować.  Jakie  tworzywo  jest  dla  nas  najbardziej  po­ rządane?  Dla  nas  polipropylen  i  polietylen,  czyli  po  wasze­ mu typowy plastik, o którym myślicie – butelki po  wodzie,  nakrętki.  A  nakrętki  są  o  tyle  dobre,  że  jest to materiał bardzo drogi, stąd ludzie zbierają  go przy zbiórkach charytatywnych.* Dlatego war­ to  go  skupować,  bo  jest  czysty  i  można  z  niego  robić dużo ciekawych rzeczy. To, co tworzymy za­ leży od czystości materiału, który dostaniemy. Na  przykład  mamy  pojemniki  na  szkło  kolorowe  i  białe.  W  momencie  zrobienia  ze  szkła  białego  nowej butelki, ona będzie czysta. Jeżeli dostanie­

eXperyment


Nakrętki zbieramy,  bo  są  wartościowe.  Czy  u  Was  dużo  butelek  trafia  do  przetworze­ nia?  Czy  traktujemy  to  na  zasadzie  „wyrzu­ cę i się rozłoży”?

biodegradowalna. Tylko  w  momencie,  w  którym  ona będzie biodegradowalna to może nie być tak  wytrzymała,  jakbyśmy  chcieli,  ale  za  to  rozłoży  się razem z nami (śmiech).

U nas  nie  ma  takiego  „wyrzucę  i  się  rozkłada”,  Jakiego rzędu przewidujecie spadek wytrzy­ u nas wszystko trafia do przetworzenia nawet na  małości?  Dla  celów  wojskowych  raczej  nie  zajęciach,  które  są  prowadzone  na  drugim  roku  będzie się nadawała, ale dla policji?

ZDERZENIE ATOMÓW

my domieszkę  szkła  zielonego,  jest  zanieczysz­ stał  się  sławny,  gdy  kareta  wyłożona  jego  mate­ czona. Taka butelka się już do niczego nie nadaje  riałem  wytrzymała  zamach  na  króla  Hiszpanii  Al­ i tracimy na jej wartości przy skupie.  fonsa  XIII.  Chcieliśmy  pójść  o  krok  dalej  i  zrobić  ją  z  polimerów  bądź  w  taki  sposób,  aby  była 

Wlaśnie się  nad  tym  zastanawiamy,  dlatego  naj­ pierw  chcemy  przemyślec  cały  projekt.  Czy  naj­ pierw  pójść  w  kierunku  biodegradowalności,  czy  postawić na laminat. Trwają dyskusje i mamy na­ dzieję,  że  już  niedługo  zaczniemy  projekt  z  tym  związany. Zrobiliście  rozpoznanie,  że  takie  materiały  biodegradowalne  i  kuloodporne  są  potrzeb­ ne?  Czy  one  są  recyklingowane  czy  zaśmie­ cają wysypiska na chwilę obecną? Jeżeli  kamizelka  zniszczyła  się  w  jakiś  sposób  i nie dałaby ponownie wykorzystać, to ją utylizu­ jemy. Jeżeli materiał, z którego są wykonane nie  nadaje  się  do  przetworzenia  to  będą  zaśmiecać  środowisko w znacznym stopniu.   Jakie  materiały  biodegradowalne  byście  chcieli użyć? 

ać ruchome elementy i połączenia podczas jednego cyklu drukowania. fot. Jacek 

owski

na naszych  kierunkach.  Mamy  dostęp  do  parku  maszyn, gdzie każdy przynosi tworzywa sztuczne  z  własnego  domu,  mielimy  je  i  dalej  możemy  zrobić  z  nich  granulat,  który  możemy  wykorzy­ stać na prasie i z tego co zrobimy, z tego spraso­ wanego  plastiku,  możemy  wyciąć  coś,  co  dalej  wykorzystujemy w przetwórstwie.  Jednym  z  waszych  projektów  jest  materiał  kuloodoporny.  Mogłabyś  coś  więcej  powie­ dziec? Dlaczego materiał kuloodoporny? Jezeli  chodzi  o  ten  projekt,  nie  wiem  czy  wiecie,  ale  to  Polacy  wymyślili  kamizelkę  kuloodporną  –  Jan  Szczepaniak  i  Kazimierz  Zegleń.  Szczepaniak 

Mamy polibursztynian i skrobię termoplastyczną. Czy  jest  możliwość  utylizacji  sztucznych  tworzyw  jak  PET  zamiast  zbierania  i  prze­ twarzania?  Przywrócenie  ich  do  środowi­ ska? Możemy  je  postarzyć.  Mamy  maszynę,  która  je  napromieniowuje  UV  i  zachowują  się  one  tak,  jakby  były  starsze  o  15  lat.  Należy  pamiętać,  że  w  sumie  tworzywa  sztuczne  nie  rozkładają  się  300  lat.  Nikt  nie  był  w  stanie  tego  zmierzyć,  bo  Kopernik  nie  miał  butelki,  żeby  ją  zakopać.  Współcześnie  raczej  przetwarzamy  tworzywa:  najpierw  do  żywności,  potem  do  przechowywa­ nia,  polar  o  ile  nie  będą  zanieczyszczone  i  szko­ dliwe dla skóry, a na końcu jakieś ozdoby.

eXperyment

7


ZDERZENIE ATOMÓW

Czy sztućce  są  takim  materiałem,  który  po­ Skąd  się  wzięły  w  użytku  codziennym  „pla­ winniśmy  segregować  i  oddawać  do  recy­ stiki”? Jak to się stalo, że są tak popularne?  klingu, czy on się biodegraduje?  Skąd się wzieły? Jeżeli  to  są  zwykłe,  białe  sztućce,  to  one  są  do  Sa  popularne,  bo  są  lekkie.  Polietylen  został  wy­ recyklingu.  Talerzyki  i  inne  jednorazowe  przed­ myślony  przypadkiem  przy  syntezie  chemicznej.  mioty.  Zauważyłam,  że  ludzie  często  nie  wiedzą  Coś nie wyszło, ale z reaktora jako skutek ubocz­ co zrobić z kubkiem z McDonald, gdzie go wyrzu­ ny  wyszedł  nieznany  materiał  –  to  był  pierwszy  cić. Często nawet kubek po shake’u jest wyrzuca­ polimer.  Pierwszym  użyciem  tworzyw  sztucznych  ny  do  papieru,  a  to  jest  taki  sam  materiał  jak  były otoczki na kable pod oceanem, które zostały  karton po mleku. Gdyby on był z papieru, to cały  użyte w dniu rozpoczęcia się II Wojny Światowej. shake  wyciekłby  nam  na  ręce,  więc  coś  w  tym  kartonie  musi  być  i  to  coś  to  właśnie  nasze  poli­ Co byście chcieli stworzyć z materiałów bio­ mery.  degradowalnych  i  recyklingowych,  ale  w kontekście przemysłowym i użytku domo­ Pytanie  zagadka.  Słyszałem  o  projekcie,  że  talerzyki plastikowe próbuje się zastąpić ja­ wego? dalnymi  tworzywami.  To  też  polski  wynala­ Osobiście  moim  małym  marzeniem  związanym  zek. z  ekomerami  są  medyczne  plastry  biodegrado­ walne.  Mamy  elektroprzędzę,  to  jest  taki  duży  elektromagnes, który przyciąga polimery i nawija  je  jako  taką  nić.  Jest  ona  mikrocienka,  można  z  niej  szyć  ubrania.  Polary  są  na  przykład  z  poli­ merów. Zastanawiamy się co jeszcze można pro­ dukować  na  skalę  przemysłową,  żeby  odnaleźć  własną  niszę  i  nie  wejść  w  rynek  tym,  którzy  się  już  tym  zajmują  a  zarazem  pokazać,  że  studenci  też potrafią. Jakie rzeczy wykonane są z tworzyw sztucz­ nych,  które  znajdujemy  w  domu,  a  nie  zda­ jemy sobie z tego sprawy? Hula  hop.  Zostało  wymyślone  dawno  temu,  tuż  po  wojnie,  kiedy  nie  było  wiadome  co  robić  z  tworzywami  sztucznymi.  Możemy  tworzyć  two­ rzywa  o  wysokiej  i  niskiej  gęstości.  Właśnie  te  o  wysokiej  gęstości  zostały  schowane  do  zbiorni­ ków  i  nikt  się  nimi  nie  zajmował.  Uznano,  że  po  co je produkować, bo przecież nie ma sensu takie  postępowanie. Ktoś przyszedł i powiedział, że bę­ dzie  to  kółko,  które  może  się  obracać  i  zrobili  z  tego  hula  hop,  czyli  zabawkę  i  coś,  co  pomaga  nam  schudnąć.  Poza  tym  na  przykład  jednorazo­ we  sztućce,  które  są  zrobione  z  polistyrenu.  Do­ brze  jest  kupić  jednorazowy  sztuciec  i  go  wyrzucić  zamiast  umyć.  Dla  studentów  to  bardzo  wygodna opcja (śmiech).

Tak, to  jest  materiał  zrobiony  ze  skrobii.  Pomy­ słodawcy  chcą  z  tego  zrobić  talerzyki,  sztućce.  Jest jeszcze taki materiał jak folia bąbelkowa, ta­ kie wytłoczki wyglądające jak fasolki, to też z te­ go materiału ma zostać wyprodukowane.  Można  zjeść,  można  zostawić  i  nie  bać  się,  że  dziecko  zje  i  trzeba  będzie  jechać  na  pogotowie.  Jest  bezpieczne,  smakuje  jak  ziemniaki  ­  próbowali­ śmy. Jeżeli to wrzucimy do wody, to się samo de­ graduje. Apropo  polimerów.  Czy  wy  ograniczacie  się  tylko  do  sztucznych  polimerów,  czy  bierze­ cie też pod uwagę polimery naturalne? Staramy się nie odrzucać żadnego polimeru. Jed­ nak  przy  polimerach  naturalnych  i  biodegrado­ walnych recykling jest niemożliwy. Robimy z nich  czasami  projekty.  Sami  też  robimy  folie,  co  było  widać  na  filmie  z  „Marzanną”.  Dowiedziały  się  o tym też koła naukowe, które chcą, żebyśmy im  też  produkowali  folie.  To  taka  folia,  z  której  robi  się woreczki.  Czy  macie  zainteresowanie  ze  strony  prze­ mysłu? Jeszcze nie, bo narazie nie zrobiliśmy nic na tyle  dużego, żeby przemysł się zainteresował. A  to  nie  jest  tak,  że  przemysł  nie  jest  zain­

8

eXperyment


ZDERZENIE ATOMÓW

Przykadłowe realizacje ­ ruchoma rybka i logo Wydziału Inżynierii Środowiska. fot. Jacek Jankowski

teresowany recyklingiem,  bo  taniej  jest  to  Musicie znać dokładnie skład polimerów, czy  składować? w  związku  z  tym  macie  jakieś  laboratorium  Oczywiście, tylko że obecnie mamy przepisy, któ­ analityczne  przystosowane  do  sprawdzania  re  są  zaostrzane.    Takie  wyrzucanie  nie  jest  do­ polimerów? bre  dla  PR  firmy.  Obecnie  do  naszego  parku  maszyn  są  wysyłane  różne  tworzywa  również  z przemysłu, na przykład takie, które mamy spa­ lić,  żeby  sprawdzić  ich  zawartość.  Nie  robimy  te­ go  my,  ale  nasi  prowadzący  i  doktorzy,  którzy  nad tym czuwają. Może kiedyś ich zastąpimy, ale  póki  co  to  ich  zadanie.  Sprawdzają  też,  czy  nie  ma w nich tworzyw niebezpiecznych. A są  takie? Tak.  Jest  jedno  tworzywo,  które  jest  składnikiem  gazów dławiących. Nazywa się POM. Jeżeli on jest  w  produkcie  i  palarnia  go  przypadkiem  spali  to...  jest  problem.  To  tworzywo  jest  duszące.  Mamy  też umiejętności, które pomagają nam rozróżniać  polimery  za  pomocą  ich  podpalenia.  Na  przykład  steropian  pachnie  hiacyntem.  Wąchamy  je,  pa­ trzymy  jak  wygląda  dym.  Ochrona  środowiska  i  chemia  ma  bardzo  dużo  wspólnego.  Musimy  sprawdzać, jaki materiał mamy i jaką on ma czy­ stość,  ewentualnie  czyścić  go,  żeby  wiedzieć,  które  materiały  możemy  spalić  razem,  przetwo­ rzyć w wysokiej temperaturze. W momencie, kie­ dy  mają  one  różne  temperatury  topnienia,  to  w  pewnym  momencie  jeżeli  jeden  się  stopi,  to  drugi  zbiodegraduje  i  zniszczy  nam  cały  wsad  do  pieca.

Sprawdzamy za  pomocą  gęstości,  wyglądu  i  róż­ nych  parametrów.  Mamy  maszyny,  które  spraw­ dzają  rozciągliwość  materiałów.  Park  maszyn  to  także  nasze  laboratorium,  mieści  się  w  budynku  D2  Politechniki  Wrocławskiej.  Robi  wrażenie.  Od  zwykłej prasy przez coś, co nazywam frytkownicą  –  urządzenie  do  zanurzania  w  gorącym  oleju  i  sprawdzania,  jak  się  zachowuje  materiał.  Jest  w  zasadzie  wszystko,  czego  dusza  zapragnie  je­ żeli chodzi o polimery. Skoro mamy duży problem z ponownym wy­ korzystaniem  polimerów,  musimy  spraw­ dzać  ich  czystość  w  dość  specyficzny  sposób.  Dlaczego  nam  się  opłaca  produko­ wać rzeczy z tworzyw sztucznych? Bo producenci nam pomagają. Na przykład butel­ ki  z  wodą  zwykle  są  opisane  przez  taki  znaczek:  trójkąt  z  cyfrą.  Cyferka  w  środku  znaku  oznacza  polimer, z którego została wykonana. Często jest  tak, że po prostu patrzymy na ten znak i wiemy:  o PET. Czasami etykiety producenci robili z mate­ riałów,  które  degradowały  przy  przetwarzaniu  termicznym  butelki  razem  z  etykietą.  Etykieta  degradowała  i  niszczyła  wsad.  To  przykład  jak  zniszczyć życie recyklingowi. Na etykiecie był na­

eXperyment

9


REAKCJA LANCUHOWA

pis małym  druczkiem  „przed  wyrzuceniem  zdej­ mij  etykietę”,  ale  powiedzmy  szczerze,  kto  to  Wyrzucamy  do  plastików.  Można  powiedzieć,  że  czyta. karton jest wielomateriałowy. Z racji tego, że na­ sze  polimery  są  bardziej  cenne  niż  karton,  to  le­ Do  butelki  PET  wszyscy  się  przyzwyczaili.  piej  wrzucić  go  do  tworzyw  sztucznych.  Na  A jak jest z oknami PCV? drodze  recyklingu  karton  zostanie  oddzielony  i  przejdzie  dalej  jako  makulatura  lub  jako  odpad  To jest właśnie ciekawa rzecz. Nasze okna nie są  z recyklingu.  z PCV. Powinno mówić się PVC, ponieważ tu cho­ dzi o angielską nazwę: polichlorek winylu. Znowu  Jakie są inne sporne przedmioty i opakowa­ jak w sklepie budowlanym poprosi się o rury PVC  nia, co do których nie jesteśmy pewni, jak je  to  nikt  nie  będzie  wiedział  o  co  chodzi.    Nazwa  segregować? PCV  się  dobrze  przyjęła  w  naszym  języku  ze  względu na łatwość wymowy. Głównie  to  są  rzeczy  wielomateriałowe.  Na  przy­ kład obudowa od pilota czy klawiatura, tam oczy­ Na koniec chcielibyśmy zapytać o często po­ wiście  jest  trochę  kauczuku  i  elektroniki,  ale  to  jawiający  się  problem.  W  przypadku  np.    zostanie  posortowane  po  drodze  i  wysłane  w  za­ kartonów na soki nie wiadomo, gdzie je wy­ leżności  od  rodzaju  materiału.  Jeżeli  jest  więcej  rzucać  –  z  jednej  strony  to  nie  karton,  bo  polimerów  niż  innych  materiałów  to  zawsze  se­ ma  wkładkę,  czyli  nie  można  go  spokojnie  gregujemy jako plastik. oddać do papieru. Co z taką rzeczą zrobić?

Warto zbierać nakrętki! Jacek Jankowski W  wywiadzie,  który  udzieliła  nam  Dominika,  po­ wózek  inwalidzki  kosztujący  ok.  18  tys.  złotych,  jawiło się stwierdzenie, że warto zbierać nakrętki  może  zrobić  wrażenie,  ale  warto  przyjrzeć  się  ­  sa  cennym  i  pożądanym  surowcem.  Często  są  wykorzystywane przy okazji różnych zbiórek cha­ rytatywnych. Nakrętki z tworzywa sztucznego nie  są jedynym surowcem, który może pomóc! Warto  o  tym  pamietać,  że  do  tzw.  "dobrego  plastiku"  należą  także  materiały  z  oznaczemiami  PP,  PE­ HD,  PE­LD,  LDPE,  HDPE,  HDPE  (2),  LDPE  (4),  PP  (5).  Przed  wyrzuceniem  do  koszta  zużytych  opa­ kowań  warto  sprawdzić,  jaki  symbol  znajduje  się  na odpadzie. Pozostaje pytanie ­ po co? Kilogram  nakrętek  (czyli  ok.  300­500  sztuk)  w  zalezności  od  miejsca  i  koniunktury  kosztuje  od  20  do  70  groszy.  Wyrzucajac  nakrętki  do  kosza  na  śmieci,  często  nawet  nie  segregując,  wyrzucamy  pienią­ dze, które mogą pomóc potrzebujacym. Co praw­ da  ok.  45  ton,  jakich  potrzebujemy  zebrać  na 

10

Fundacji Wrocławskiemu  Hospicjum  dla  Dzieci  ­  od  2011  roku  udało  zebrać  się  ponad  450  tys.  ton  dobrego  plastiku  wartego  ponad  pół  miliona  złotych!  Nakrętki  mają  też  przewagę  logistyczną  nad  pozostałymi  plastikami  ­  zajmują  o  wiele  mniej  miejsca  podczas  składowania  (również  w  domu)  ­  w  przypadku  butelek,  których  często  nie  zgniatamy,  "przechowujemy"  powietrze.  Na­ wet  zgnieciona  butelka  nie  waży  dużo  więcej  niż  nakrętka!  Jeżeli  nie  macie  w  domu  miejsca,  zbiórkę  zawsze  mozecie  zorganizować  w  przed­ szkolu, w szkole, na uczelni czy w zakładzie pra­ cy.  Warto  odwiedzić  stronę  www.hospicjum.wroc.pl/nakretki­dla­hospicujm  która  jest  kompedium  wiedzy  o  pomaganiu  dzie­ ciom, a także i środowisku! 

eXperyment


Kontynuując myśl  rozpoczętą  w  poprzednich  artykułach,  w  tym  numerze  uwaga  poświęcona  zostanie  tematowi  sztucznej  nerki.  Chcąc  nadać  nieco  powagi  poruszanej  tematyce,  można  pokusić  się  o  myśl,  że  w  tym  i  następnych  artykułach  opisana  została  rola  polimerów  polegająca  na  ratowaniu ludzkiego życia.   Agnieszka Głowińska

Doskonały filtr  Aby  móc  omówić  rolę  materiałów  polimerowych  wykorzystywanych  do  tworzenia  sztucznej  nerki,  wpierw należy przybliżyć podstawowe funkcje te­ go  organu  w  ludzkim  organizmie.  Wśród  wielu  zadań  powierzonym  nerkom  wyróżnić  można  oczyszczanie  krwi,  usuwanie  z  organizmu  zbęd­ nych  płynów,  utrzymywanie  równowagi  wśród  substancji chemicznych znajdujących się w ustro­ ju,  kontrola  ciśnienia  krwi  i  poziomu  czerwonych  krwinek.  Ponadto  nerki  utrzymują  odpowiedni  poziom  elektrolitów,  eliminują  toksyny…  Tak  na­ prawdę  ten  artykuł  mógłby  liczyć  wiele  stron  (i,  przy okazji, po kilku z nich moglibyśmy Czytelni­ ka utracić), a i tak czujny znawca znalazłby funk­ cję,  która  nie  została  tu  wymieniona. 

dotrzeć do pacjenta. A ten niejednokrotnie na ta­ ki zbieg wydarzeń czekać długi okres czasu. We­ dług  danych  z  2004r.  (OPTN/SRTR  Annual  report),  problem  z  przeszczepem  nerek  narasta  z  roku  na  rok.  Tu  pojawia  się  konieczność  wyko­ rzystania  sztucznego  narządu  i  nierzadko  jest  to  jedyne słuszne rozwiązanie.  

CHEMIA i BIOLOGIA

Sztuczne organy ­ prawdziwe  życie

Od czego się zaczęło…  

A raczej,  od  kogo.  Wszystko  zaczęło  się  od  Prof.  Kolffa, który uważany jest za ojca dializ jako me­ tody  leczenia  schorzeń  nerek.  Mało  tego,  aby  uniknąć  niedopuszczalnego  umniejszania  zasług  tej wybitnej postaci, Willem Kolff mianowany jest  pionierem  zastosowania  sztucznych  narządów  ­  oprócz sztucznej nerki oraz sztucznego serca zaj­ Niewątpliwie bardziej przemawiające będą tu licz­ mował  się  tematyką  sztucznego  ucha,  oka  oraz  by.  Nerki  usuwają  z  organizmu  w  ciągu  dnia  30g  kończyn.  mocznika,  2g  kreatyniny,  15g  soli,  0,7g  kwasu  moczowego  oraz  1500g  wody.  Proces  filtracji  za­ chodzi  w  kłębuszkach  nerkowych,  gdzie  dziennie  przepompowywanych  jest  1800L  krwi,  filtrowa­ nych jest 160L płynów. Jako że z organizmu wy­ dalane  jest  1,5­2,0L  moczu,  oznacza  to,  że  ok.  158L jest absorbowana w kanalikach i zawracana  z  powrotem  do  krwi.  Wyróżnić  można  wiele  nie­ prawidłowości  jakie  towarzyszyć  mogą  pracy  ne­ rek,  należą  do  nich  m.in.  wzrost  stężenia  mocznika we krwi, nierównowaga elektrolityczna,  akumulacja  toksyn,  czy  anemia.  Nie  da  się  jed­ Membrana porowata. rys. Agnieszka Głowińska nak  żyć  z  nieprawidłowo  funkcjonującymi  nerka­ mi  lub  ich  brakiem.  Pierwsza  myśl,  jaka  Prof.  Kolff  rozpoczął  prace  nad  zbudowaniem  przychodzi  do  głowy,  to  oczywiście  przeszczep,  sztucznej nerki już w 1938r., po spotkaniu z Prof.  ale,  jak  wiadomo,  sprawa  nie  jest  łatwa  i  mnó­ Brinkamnem, który to pokazał mu możliwość za­ stwo czynników musi zostać spełnionych, aby ta­ stosowania  celofanu.  Prof.  Kolff  widział  w  nim  ka  próba  przywrócenia  funkcji  nerek  idealną  membranę  do  dializy.  Po  umieszczeniu  w  organizmie  została  zakończona  sukcesem.  krwi w rurce celofanowej, małe molekuły przejdą  Przede wszystkim – odpowiedni narząd, od odpo­ przez pory membrany na zewnątrz, do płynu dia­ wiedniego  dawcy,  w  odpowiednim  czasie  musi  lizującego – zatem np. mocznik, który nerki zwy­

eXperyment

11


CHEMIA i BIOLOGIA Wśród polimerów stosowanych w konstrukcji modułu dializującego znaleźć można także poliwęglan, poliuretany, poliamidy, czy silikony. fot.  dzięki uprzejmości prof. Marka Bryjaka

kły wydalać,  zostanie  usunięty.  Prof.  Kolff  widział  w  ogóle  by  nie  powstała.  Jak  mówił,  jego  jedy­ również  potencjał  do  naśladowania  innej  funkcji  nym  hamulcem  było  jego  własne  sumienie  –  nic  nerek,  mianowicie  utrzymywania  odpowiedniego  poziomu  elektrolitów.  Jak  sam  tłumaczył,  należy  dodać chlorku sodu i innych elektrolitów do płynu  dializującego,  które  są  transportowane  na  ze­ wnątrz i do wewnątrz membrany, aż do ustalenia  równowagi. Jeśli poziom sodu we krwi jest za ni­ ski  –  wzrasta,  i  odwrotnie.  Pierwsza  sztuczna  nerka została zbudowana w 1942r. (jako że był to  okres wojenny, można sobie wyobrazić, jak wiele  pracy,  starań  i  pomocy  ze  strony  innych  osób  musiało  to  wymagać)  z  celofanu  do  produkcji  kiełbas,  naczynia  emaliowanego  produkcji  Henri­ ka  Berka,  pompy  wodnej  z  samochodu  Forda,  a  także  elementów  aluminiowych  pochodzących  z  zestrzelonego  samolotu  niemieckiego.  Wdroże­ nie  tego  narządu  nie  było  jednak  procesem  pro­ stym  –  dopiero  17.  hemodializa  zakończyła  się  powodzeniem i uratowała życie pacjentki.  

innego go nie blokowało. Gdyby jednak nie to, że  grupa  chorych  poświęciło  swoje  życie  na  korzyść  prowadzenia badań naukowych, nie wiadomo, ilu  pacjentów później zmarłoby na niewydolność ne­ rek. Dzisiaj istnieją dwie główne metody detoksy­ fikacji  krwi:  dializa  i  filtracja.  Obie  różnią  się  zasadniczo  typem  stosowanej  membrany.  W  przypadku  dializy  stosowane  są  membrany  z małymi porami (średnica porów wynosi 1,3nm),  a  sam  proces  opiera  się  na  prawach  dyfuzji.  Z  kolei  filtracja  wymaga  stosowania  membran  z  większymi  porami,  których  średnica  to  3,1nm  (co,  jak  można  zauważyć,  wcale  nie  stanowi  du­ żej  różnicy  w  porównaniu  z  membranami  dyfu­ zyjnymi).  

Wyróżnić można  cztery  główne  rodzaje  polime­ rów  stosowanych  obecnie  do  przygotowywania  membran  dialitycznych:  celuloza  i  octan  celulozy  … a gdyby nie to...  (hemodializa), polisulfon i poliakrylonitryl (hemo­ filtracja).  Jednak  nie  tylko  te  polimery  wykorzy­ Pole  tekstowePole  tekstoweProf.  Kolff  powiedział  stuje  się  przy  projektowaniu  sztucznych  nerek.  w jednym z wywiadów, że gdyby w tamtych cza­ Wśród polimerów stosowanych w konstrukcji mo­ sach,  gdy  prowadził  badania  na  pacjentach,  ist­ dułu  dializującego  znaleźć  można  także  poliwę­ niał  instytucjonalny  komitet  inspekcyjny  (ang.  glan,  poliuretany,  poliamidy,  czy  silikony.  institutional  review  committee),  sztuczna  nerka  Przykładowy  moduł  został  przedstawiony  na  Fo­

12

eXperyment


ponowanie heparyny lub odpowiedniej funkcjona­ lizacji na drodze chemicznej.   … teraz życie jest na pierwszym planie.  Medycyna  to  dziedzina,  której  sektor  badawczy  rozwija  się  w  zastraszającym  tempie  i  nie  szczę­ dzi  przy  tym  środków  –  zarówno  tych  finanso­ wych, jak i zasobów ludzkich. Żaden początek nie  jest  łatwy,  ale  gdy  prowadzi  do  czegoś,  co  kilka­ dziesiąt  lat  później  (oczywiście  z  pewną  dozą  udoskonalenia i modyfikacji) nadal ratuje zdrowie  i  życie  ludzkie  –  warto.  W  kolejnych  artykułach  zapraszam  do  dalszej  części  podróży  po  polime­ rach  w  medycynie  –  w  kwietniowym  numerze  kontynuacja tematu sztucznych organów.  

CHEMIA i BIOLOGIA

tografii 1. Do jego produkcji stosowane są zarów­ no  materiały  hydrofilowe,  umiarkowanie  hydrofi­ lowe  (uważane  w  tym  przypadku  za  najkorzystniejsze),  jak  i  hydrofobowe,  ponadto  rozważając  inną  klasyfikację  ­  materiały  całkowi­ cie syntetyczne oraz semi­syntetyczne (choć nie­ gdyś  uważano,  że  do  tego  celu  odpowiednie  są  wyłącznie  materiały  pochodzenia  naturalnego  –  dziś,  syntetyczne  polimery  są  znacznie  częściej  stosowane,  niż  naturalne).  Polimery  wykorzysty­ wane  do  produkcji  sztucznych  nerek  muszą  wy­ kazywać  się  jednak  biokompatybilnością,  co  jest  sporym  wyzwaniem  dla  inżynierów  biomedycz­ nych.  Często  powierzchnia  materiałów,  aby  ce­ chować  się  tzw.  hemokompatybilnością,  poddawana  zostaje  modyfikacji,  np.  poprzez  de­

Zeolity ­ wrzące kamienie Zeolity  to  grupa  minerałów  będących  różnobarwnymi  uwodnionymi  glinokrzemianami. Minerały te można opisać ogólnym wzorem chemicznym   ABxO2x x nH2O , gdzie A – Na, K, Li, Ca, Ba, Sr, B – Si i Al. Ze względu na  morfologię  kryształów,  dzieli  się  je  na:  włókniste,  płytkowe  i  kostkowe.  Specyficzna  struktura  wewnętrzna  kryształów  (  system  porów  i  układ  kanałów)    powoduje,  że  zeolity  są  materiałami  o  unikalnych  właściwościach.  Cechami  wyróżniającymi  je  wśród  innych  minerałów  są:  duża  powierzchnia  wewnętrzna  (właściwości  sorpcyjne),  uporządkowana  struktura  (sita  molekularne)  oraz  łatwość  modyfkowania  ich  włąsciwości  poprzez  wprowadzenie  różnych  pierwiastków  do  struktury  (katalizatory  stosowane  w  przemyśle  petrochemiczny).  Dlatego  wrzące  kamienie  znalazły  szerokie  zastosowanie  w  świecie  nauki,  wielkotonażowym  przemyśle chemicznym i spożywczym oraz w życiu codziennym.    Wrzący kamień ? ­ etymologia  Zeolity  to  grupa  mikroporowatych  minerałów  o  skomplikowanej  budowie  wewnętrznej  –  krystaliczna  sieć  uporządkowanych  kanałów  zbudowanych  z  uwodnionych  glinokrzememianów  sodu  i  wapnia,  baru,  strontu,  potasu,  magnezu  i  manganu.  Nazwa  zeolit  wywodzi  się  z  języka  greckiego w którym połączenie słów dzeo i lithos   oznacza  wrzący  kamień.  Określenie  to  zostało  nadane  ze  względu  na    charakterystyczną  cechę  tej  grupy  materiałów  tj.  powstawaniu  pęcherzyków  „piany”  na  powierzchni    minerału  podczas  jego  ogrzewania.  Podczas  wrzenia,  cząsteczki wody związane  z kryształami zeolitów  zostają  z  nich  usunięte  tworząc  we  wnętrzu  kryształów  wolne  przestrzenie  (kanały  i  komory)  o  wielkości  kilku  nm.    Przez  dziesiątki  lat  po 

Monika Fedyna odkryciu  tej  grupy  minerałów,  zeolity  pomimo  ciekawych  właściwości  tj.  łatwości  w  wiązaniu  i  usuwaniu  wody  z  ich  kanałów,  ujemnego  ładunku  sieci  krystalicznej,  łatwej  możliwości  wymiany  kationów  pozasieciowych,  jednolitemu  rozmiarowi  mikroporów  oraz  termicznej  i hydrotermalnej stabilności nie znalazły żadnego  zastosowania.  Dopiero  w  XX  wieku  zauważono,  że  unikalne  właściwości    zeolitów  wynikające  z  ich  trójwymiarowej  struktury  pozwalają  na  zastosowanie ich w wielu dziedzinach nauki.   Zeolity – pochodzenie  Zeolity  występują  naturalnie  w  pustych  przestrzeniach  i  szczelinach  skał  osadowych  lub  magmowych.  Powstają  one  w  wyniku  procesów  hydrotermalnych  przemian  skał  oraz  osadów. 

eXperyment

13


CHEMIA i BIOLOGIA

Rodzaj podłoża  w  których  tworzą  się  sita  molekularne  wpływa  na  ich  skład  chemiczny,  kolor  oraz  architekturę  ich  kanałów.  I  tak  z  skał  zasadowych  powstają  zeolity  o  małym  stosunku  Si/Al,  natomiast  w  skałach  kwaśnych  zwartość  Si  w  ich  kryształach  jest  znacznie  większa.  Złoża  zeolitów  występują  powszechnie  na  całym  świecie,  a  ich  największe  pokłady  znajdują  się  w  USA,  Syrii,  Austrii,  Bułgarii  i  Kanadzie.  Najbardziej  rozpowszechnionymi  w  przyrodzie  glinokrzemianami  są:  klinoptylolit,  mordenit,  filipsyt,  chabazyt,  stilbit,  analcym,  laumontyt.  Ze  względu na wzrastające zainteresowanie tą grupą  minerałów  w  latach  50  XX  wieku  R.M.  Barrer’a  przeprowadził  pierwszą  udokumentowaną  próbę  pozyskania  zeolitów  na  drodze  syntezy  chemicznej.  W  kolejnych  kilku  latach  grupa  badaczy  koncernu  Union  Carbide  uzyskała  na  drodze  syntezy  chemicznej  zeolity  występujące  naturalnie  w  przyrodzie.  Osiągnięcia  badaczy  pozwoliły  na  produkcję  uwodnionych  glinokrzemianów  na  skalę  przemysłową.  Kolejnym  przełomowym  krokiem  w  syntezie  zeolitów  było  zastosowanie  przez  koncern  Mobil  Oil  mieszaniny  reagentów  organicznych  i  nieorganicznych  w  celu  otrzymania  materiałów  dotychczas  nie  spotykanych  naturalnie  o  unikalnych  właściwościach  (architektura  porów).  Obecnie  istnieje  ok.  335  potwierdzonych  typów  struktur  krystalicznych  uwodnionych  glinokrzemianów.  Rozwój  badań  dotyczących  modyfikacji  struktur  sit  molekularnych  na  przestrzeni  lat  spowodował    wiele  zmian  w  różnych  gałęziach  przemysłu  chemicznego, 

ograniczenia zużycia  fosforanów  obecnie  stosowanych  na  dużą  skalę.  Fosforany  pochodzące  z  środków  piorących  powodują  duże  szkody  w    środowisku  –  przyczyniają  się  do 

Przykład zeolitów. f

ochronie środowiska,  rolnictwie,  budownictwie  nadmiernego  rozwoju  glonów,  tym  samym  oraz w medycynie.  zaburzając  funkcjonowanie  wodnych  ekosystemów. Zeolity zastosowane jako sorbenty  Zeolity w ochronie środowiska  wyłapują  z  wody  metale  i  wiążą  je  w  swoich  sieciach krystalicznych poprzez wymianę jonową.  Łatwość  modyfikowania  struktury  zeolitów  przez  W wyniku tej reakcji szkodliwe substancje zostają  wymianę  jonową,  daje  możliwość  ich  zatrzymane,  a  do  środowiska  uwalniane  są  jony  zastosowanie  w  produkcji  chemii  gospodarczej  np.  Na,  Mg  które  nie  wykazują  szkodliwego  oraz oczyszczaniu wód. Obecnie sita molekularne  działania.    wykorzystuje  się  w  procesach  oczyszczania  i  zmiękczania  wody,  usuwaniu  metali  ciężkich  Zeolity w medycynie  i jonów amonowych ze ścieków oraz oczyszczaniu  wód kopalnianych z Cs, Sr, Co, Cr i pierwiastków  Zeolity  są  chętnie  stosowane  w  medycynie  promieniotwórczych.    Zeolity  posiadające  ponieważ  są    nietoksyczne  oraz  w  całości  w  swojej  strukturze  jony  wapnia  i  magnezu  są  usuwane z organizmu ­ brak przeciwskazań w ich  komponentem  proszków  do  prania  oraz  środków  stosowaniu.  Ze  względu  na  budowę  zmiękczających  wodę.  Stosuje  się  je  w  celu  glinokrzemiany  znalazły  zastosowanie  jako 

14

eXperyment


pracę układu  gastrycznego.  Ponadto  zeolity  stosowane  są  również  w  leczeniu  zatruć  organizmu  pestycydami,  herbicydami  oraz  metalami  ciężkimi.  Po  ich  zażyciu  adsorbują  one  związki  chemiczne  i  w  bezpieczny  sposób  usuwają je z organizmu.  Zeolity w przemyśle chemicznym  W  przemyśle  chemicznym  korzysta  się  ze  wszystkich  właściwości  glinokrzemianów  tj.  ich  zdolności  adsorpcji  fizycznej  i  jonowymiennej,  chemisorpcji  oraz  wysokiej  aktywności  w  procesach  katalitycznych.  Ze  względu  na  dużą  emisję  do  atmosfery  szkodliwych  gazów  takich  jak  CO2,  H2S,  SO2,  HN3  konieczna  jest  ich  wyłapywanie  i  utylizacja.  Rozwiązaniem  tego 

fot. Monika Fedyna

zjawiska kształtoselktwyność. Zjawisko to wynika  z  rozmiarów  kanałów  obecnych  w  zeolitach.  Składniki krwi z łatwością przemieszcza się przez  sieć    kanałów  obecnych  w  krysztale,  natomiast  metabolity  i  toksyny  ze  względu  na  większy  rozmiar  cząsteczek  są  zatrzymywane  –  efekt  odsiania.  Kolejnym  medycznym  zastosowaniem  Zeolity  znalazły  również  zastosowanie  jako  składniki  opatrunków  na  ciężko  gojące  się  rany  oraz  opatrunków  grzybobójczych.  W  tym  przypadku  zeolity  służą  jako  nośniki  jonów  srebra, które działa bakterio­ i grzybobójczo oraz  przyspiesza  proces  gojenia  się  ran.  Ze  względu  na  dużą  powierzchnię  wewnętrzną  krystalicznych  materiałów  coraz  częściej  stosuje  się  je  jako  nośniki  różnych  substancji  leczniczych  w  tym:  leków  przeciwbólowych  oraz  poprawiających 

CHEMIA i BIOLOGIA

sorbenty do  dializy  krwi,  które  oczyszczają  ją  z  zgromadzonych  toksyn,  produktów  przemiany  materii  oraz  nadmiaru  wody.  Działanie  zeolitów  w  tym  przypadku  oparte  jest  na  występowaniu 

problemu jest    stosowanie  przez  zakłady  przemysłowe  sorbentów  na  bazie  glinokrzemianów w celu osuszenia i oczyszczenia  gazów  z  szkodliwych  substancji.  Zeolity  znalazły  również  zastosowanie  w  biogazowniach,  w  których  stosuje  się  je  w  celu  poprawy  właściwości  biogazu  –  usunięcie  gazów  cieplarnianych  szkodliwych  dla  środowiska  oraz  zwiększenie  jego  wartości  energetycznej.  Rozwinięte  właściwości  sorpcyjne  „wrzących  kamieni”  zostały  również  wykorzystane  do  usuwania  barwników  organicznych  z  roztworów  wodnych.  Ponadto  zeolity  w  bardzo  dużych  ilościach  stosuje  się  w  przemyśle  petrochemicznym.  Pełnią  one  role    nośników  katalizatorów  w  procesach  przeróbki  ropy  naftowej  do  paliw  silnikowych  i  szerokiej  gamy  produktów  ropopochodnych.  Jako  nośniki  katalizatorów  zeolity  spełniają  kilka  funkcji.  Zapewniają  bardzo  dobrze  rozwiniętą  powierzchnię,  która  umożliwia  swobodną  dyfuzję  reagentów  oraz  sprzyja  równomiernemu  rozkładowi  metalu  na  powierzchni  katalizatora.  Kolejną  funkcją  zeolitu  jest  „sterowanie”  reakcją  chemicznych  tak  aby  zwiększyć  selektywność  otrzymywania  pożądanych  produktów.    Zjawisko  jest  to  możliwe,  dzięki  efektowi  sitowo­ molekularnemu  nazywanemu  inaczej  kształtoselektywnoścą.  Układ  kanałów  zeolitów,  warunkuje  przebieg  reakcji  powstawania  poszczególnych  produktów.  Ograniczenia  geometryczne  kryształów  uniemożliwiają  dyfuzję  związków  o  większych  rozmiarach  cząstek  tym  samym  ograniczając  ich  tworzenie.   

eXperyment

15


CHEMIA i BIOLOGIA

Zastosowanie zeolitów  jako  nośników  katalizatorów  pozwala  również  na  zmniejszenie  kosztów  związanych  z  zużyciem  energii  elektrycznej  podczas  procesu.  Jest  to  możliwe  dzięki  prowadzeniu  reakcji  katalitycznych  w znacznie niższych temperaturach.   Zeolity w rolnictwie  Zastosowanie  zeolitów  w  rolnictwie  dotyczy  zarówno  hodowli  zwierząt  jak  i  roślin.  Glinokrzemiany  stosowane  są    jako  dodatki  paszowe  zapewniające  poprawę  ich  jakości  –  mikroelementy  pochodzenia  naturalnego.  Obecność  mikroelementów  w  paszach  powoduje  zmniejszenie  występowania  chorób  wśród  zwierząt  oraz  wpływa  na  ograniczenie  ich  śmiertelności.  Zeolity  stosowane  są  również  jako  pochłaniacze  wilgoci  oraz  nieprzyjemnych  zapachów  towarzyszących  hodowli  zwierząt.  Podjęto  nawet  próbę  zastosowania  zeolitów  jako  adsorbentów  nieprzyjemnych  zapachów 

w produkcji  nawozów  pochodzenia  naturalnego.    W  przypadku  upraw  roślin  zeolity  stosowane  są  jako  nośniki  składników  odżywczych  zapewniających stopniowe i rozciągnięte w czasie  uwalnianie nawozów ograniczając tym samym ich  wypłukiwanie z gleby. Właściwości jonowymienne  zeolitów  oraz  ich  rozwinięta  powierzchnia  wewnętrzna  zostały  również  wykorzystane  jako  efektywne nośniki pestycydów i herbicydów.  Zeolity ­ kryształy o wielu zastosowaniach  Przedstawione  przykłady  ukazują  tylko  nieliczne  zastosowania  zeolitów  w  przemyśle  oraz  życiu  codziennym.    Wraz  z  szybkim  rozwojem  różnych  dyscyplin naukowych wrzące kamieni ze względu  na  swoje  unikalne  właściwości  zyskują  coraz  większą  popularność.  Każdy  z  nas  codziennie  spotyka  się  z  produktami  lub  materiałami  które  powstały  dzięki  zeolitom.  Więc  kiedy  tankujesz  samochód,  myjesz  zęby  czy  oglądasz  jakiś  stary  budynek  pomyśl  o  małym  kamyczku  który  jest 

Jak zmieścić boisko na dłoni? Boisko  do  piłki  nożnej,  według  standardów  Komitetu  Wykonawczego  FIFA,  musi mieć wymiary 68x105m, co daje pole o powierzchni 7140m2. A teraz  wyobraźmy sobie, że jesteśmy w stanie je złożyć i zmieścić na naszej dłoni.  Niemożliwe? A może jednak?  Michalina Stawowy Sita molekularne to grupa materiałów o zróżnico­ wanym składzie, budowie i właściwościach. Posia­ dają  one  zdolność  selektywnej  adsorpcji  różnej  wielkości  cząsteczek.  Można  do  nich  zali­ czyć m.in. zeolity (naturalne i syntetyczne), AlPO  (mikroporowate  krystaliczne  fosforany  glinu),  materiały  ZOL  (ang.  Zeolite  materials  containing  an  Organic  group  as  a  Lattice)  oraz  MOF  (ang.  Metal Organic Framework).  Materiały porowate na przestrzeni wieków   Stylbit,  czyli  naturalny  zeolit  z  grupy  glinokrze­ mianów,  był  znany  już  w  XVIII  wieku,  jednakże  początkowo  nie  zdawano  sobie  sprawy  z  poten­ cjału  tych  materiałów  i  nie  wzbudzały  one  więk­ szego zainteresowania wśród naukowców. Zeolity  stały się popularne dopiero w drugiej połowie XX  w. Wówczas, opracowano metody ich syntezowa­ nia  i  odkryto  właściwości  katalityczne.  Kolejnym  etapem  były  badania  nad  modyfikowaniem  ich 

16

struktur, dzięki  czemu  w  latach  70­tych  XX  w.  otrzymano krystaliczny fosforan glinu (AlPO) i je­ go odpowiedniki. W latach 90­tych XX w. nastąpił  prawdziwy przełom, naukowcy wprowadzili do ich  struktury  ugrupowania  organiczne.  Otrzymane  materiały oznaczono akronimem ZOL. W tym sa­ mym czasie otrzymano również pierwsze polime­ ry  koordynacyjne  –  czyli  związki,  gdzie  kationy  metalu były połączone „mostkami” organicznymi.  Do  tej  grupy  związków  można  również  zaliczyć  wspomniane wcześniej materiały MOF.  MOF, a co to właściwie jest ?   MOFy czyli szkielety metaloorganiczne posiadają­ ce strukturę trójwymiarowa. Są to materiały kry­ staliczne  i  porowate.  Dlaczego  są  takie  wyjątkowe?  Przede  wszystkim  dzięki  swojej  bu­ dowie, gdzie część nieorganiczna, stanowiąca ka­ tiony  metali,  łączy  się  bezpośrednio  za  pomocą  wiązań  koordynacyjnych  z  ligandami  organiczny­

eXperyment


CHEMIA i BIOLOGIA

Schemat powstawania MOF­ów. rys. Michalina Stawowy

mi, pełniącymi rolę mostków pomiędzy nimi. Taka  budowa  pozwala  na  otrzymywanie  struktur  o  zróżnicowanym  składzie  i  właściwościach,  a  ilość  możliwych  do  otrzymania  MOFów  jest  ogromna. Do ich syntezy początkowo były stoso­ wane wyłącznie kationy metali z grupy d. Jednak  w  miarę  rozwoju  badań  nad  tą  grupą  materiałów  zaczęto  stosować  metale  ziem  alkalicznych,  me­ tale  bloku  p  zwłaszcza  glin  oraz  metale  ziem  rzadkich m.in lantanowce (np. cer). To stosowany  kation  wpływa  na  kształt  otrzymanego  MOFa.  Ze  względu  na  udział  wiązań  koordynacyjnych  wy­ stępujących w materiałach typu MOF, ligand musi  posiadać  wolna  parę  elektronową,  tak  aby  móc  pełnić  rolę  donora  w  tworzonym  wiązaniu.  Dlate­ go do najczęściej stosowanych ligandów należą te  zawierające ugrupowania tlenowe, takie jak kwa­ sy  karboksylowe  np.  kwas  tereftalowy,  burszty­ nowy czy benzenotrikarboksywowy. 

peraturze pokojowej.  Właściwości i zastosowania  Poza  swoją  unikatową  budową  materiały  MOF  charakteryzują się uporządkowaną strukturą, du­ żą powierzchnią właściwą i możliwością projekto­ wania  kształtu  i  rozmiaru  porów.  Dodatkowo  mają  one  większą  podatność  na  modyfikacje  struktury  niż  inne  materiały  porowate.  Dzięki  te­ mu  cieszą  się  one  bardzo  dużym  zainteresowa­ niem ze strony naukowców. Rośnie również liczba  potencjalnych  zastosowań  tego  typu  materia­ łów  m.  in.  w  procesach  sorpcyjnych:  separacji  gazów,  ich  magazynowania  oraz  oczyszczania,  w  procesach  katalitycznych,  jako  sensory  che­ miczne lub w medycynie jako systemy transportu  leków.   EcoFuel Asia Tour 

Metody otrzymywania  Istnieje kilka metod otrzymywania materiałów ty­ pu  MOF.  Początkowo  szkielety  metaloorganiczne  były  otrzymywane  wyłącznie  metodą  solwoter­ malną,  polegającą  na  zmieszaniu  roztworów  pre­ kursora  i  liganda  oraz  poddaniu  ich  działaniu  temperatury.  Konwencjonalne  grzanie  można  za­ stąpić  np.  mikrofalami  (metoda  mikrofalowa)  lub  ultradźwiękami  (metoda  sonochemiczna).  Poza  tym  MOFy  można  otrzymywać  metodą  elektro­ chemiczna,  gdzie  zamiast  prekursora  metalu  wy­ korzystuje  się  anodowe  rozpuszczanie.  Ostatnią  możliwą  metodą  syntezy  struktur  metaloorga­ nicznych  jest  metoda  mechanochemicza.  Zaletą  tej metody jest brak konieczności użycia rozpusz­ czalnika i możliwość prowadzenia procesu w tem­

W 2007  roku  przeprowadzono  pierwsze  testy  w  terenie  z  wykorzystaniem  materiału  MOF  jako  adsorbentów  do  magazynowania  gazu  ziemnego.  W  samochodzie  marki  Volkswagen  Caddy  EcoFu­ el,  w  1  z  13  zbiorników,  umieszczono  materiał  firmy  BASF  –  Basolite  C300,  czyli  HKUST­1  (Cu­ BTC MOF). Przejechał on trasę 32 000 km z Berli­ na  do  Bangkoku.  Głównym  celem  projektu  była  ocena  praktycznych  możliwości  magazynowania  gazu  ziemnego  w  MOF  w  warunkach  rzeczywi­ stych.  Zbiornik  wypełniony  MOF  zwiększył  swoją  pojemność  o  30%  w  porównaniu  do  pustego  zbiornika. Dzięki temu samochód pokonał o około  20%  większą  odległość  bez  konieczności  tanko­ wania. Podróż trwała 10 tygodni. Po zakończonej  podróży materiał użyty do testów poddano bada­

eXperyment

17 19


FIZYKA i ASTRONOMIA

niom. Okazało  się,  że  pomimo  trudnych  warun­ wać się w małej probówce lub na dłoni.  ków MOF utrzymał swoje właściwości, a co więcej  jego  parametry  nie  uległy  znacznemu  pogorsze­ Czy istnieje górna granica?   niu.  Można  by  się  zastanawiać,  czy  skoro  otrzymano  MOFy – czyli jak zmieścić boisko na dłoni   materiał o tak rozwiniętej powierzchni, to czy ist­ nieje  górna  granica  porowatości,  której  nie  uda  Do  tej  pory  opisano  kilkadziesiąt  struktur  (baza  się  przekroczyć.  Według  obliczeń  można  otrzy­ CCDC  –  Cambridge  Crystallographic  Data  Cen­ mać  materiał,  którego  powierzchnia  będzie  wy­ tre), jednakże większość z nich nie znalazła prak­ nosić  ponad  14 000  m2/g.  Jednakże  do  tej  pory  tycznego  wykorzystania.  Jest  jednak  kilka  nie ma żadnych danych na temat otrzymania ta­ materiałów,  które  mają  imponujące  właściwości  kiego  materiału  eksperymentalnie.  Tematyka  po­ i wydają się obiecujące do zastosowania w proce­ rowatych  materiałów  metaloorganicznych  jest  sach  katalitycznych  i  adsorpcyjnych.  Jednym  bardzo rozległa. Istnieje wiele możliwości modyfi­ z  przykładów  takich  materiałów  są  NU­109  i  NU­ kowania  tych  związków,  opracowywania  dogod­ 110 (Northwestern University). Materiały te maja  niejszych  dróg  syntezy  oraz  otrzymywania  największą  odnotowaną  dotąd  powierzchnię  wła­ zupełnie nowych struktur. MOFy stały się obiecu­ ściwą  wśród  wszystkich  materiałów  na  świecie,  jącą grupą materiałów do zastosowania w proce­ sięgającą  ponad  7000  m2  na  1  gram  próbki.  sach  katalitycznych  i  adsorpcyjnych,  mogących  Można  sobie  wyobrazić,  że  powierzchnia  bliska  zastąpić związki stosowane do tej pory.  rozmiarom  boiska  do  piłki  nożnej  może  znajdo­

"Morderca Plutona" i dziewiata  planeta Trzeba  przyznać,  że  tym  razem  sam  tytuł  brzmi  elektryzująco.  Za  chwilę  jednak  postaramy  się  wyjaśnić  wszystkie  te  enigmatycznie  brzmiące  określenia.  Układ  Słoneczny  ­  nasz  dom.  Jeszcze  kilkanaście  lat  temu  widniał  on  w  prawie  wszystkich  podręcznikach  jako  układ  9  planet  z  malutkim,  odkrytym  w  latach  30­tych  Plutonem.  Taki  obraz  naszego  rodzimego układu planetarnego to wynik odkryć ostatnich stuleci.   Adam Wiernasz Wędrowcy  W  zasadzie  od  początku  istnienia  gatunku  ludz­ kiego nasi przodkowie obserwowali na niebie pię­ cioro wędrowców (Merkury, Wenus, Mars, Jowisz,  Saturn).  Ciała  te  zmieniały  swoją  pozycję  na  tle  gwiazd,  czemu  zawdzięczają  swą  nazwę.  W  nie­ których  kulturach  Wenus  traktowana  była  jako  dwa  odrębne  obiekty  ­  czasem  jako  gwiazda  po­ ranna, czasem wieczorna.   Lodowe giganty  Pomijając  zupełnie  zmiany  postrzegania  kształtu  Układu Słonecznego przez ludzkość na przestrze­ ni  dziejów,  wymienione  wyżej  pięć  ciał  niebie­ skich  było  naszą  jedyną  rodziną  od  starożytności 

18

aż do  drugiej  połowy  XVIII  wieku.  Kolejna  z  pla­ net,  Uran,  choć  była  zaobserwowana  wcześniej  wielokrotnie, została oficjalnie sklasyfikowana ja­ ko planeta dopiero w 1783 roku. Dwa lata wcze­ śniej William Herschel zaobserwował Urana przez  teleskop  w  swoim  ogrodzie.  Zauważył  on,  że  ta  dziwna  gwiazda,  w  odróżnieniu  od  innych,  zmie­ nia  swe  rozmiary  kątowe  w  zależności  od  zasto­ sowanego  w  teleskopie  powiększenia.  Zgłosił  swoją  obserwację  do  brytyjskiego  Royal  Society,  opisując  odkryty  obiekt  jako  kometę.  Większość  ówczesnych  europejskich  astronomów  zrewido­ wała  szybko  tę  tezę,  obliczając  orbitę  nowo  od­ krytego ciała niebieskiego. Wszystko wskazywało  na to, że Herschel odkrył nową planetę.  Z  odkryciem  kolejnej  planety,  Neptuna,  nie  było  już tak łatwo. Choć po raz pierwszy Neptun został 

eXperyment


FIZYKA i ASTRONOMIA

zaobserwowany przez  Galileusza  (niestety,  ten  w  1612  roku,  podczas  obserwowania  bliskiej  ko­ Problematyczny karzeł  niunkcji Neptuna z Jowiszem, uznał go za gwiaz­ dę  z  powodu  zbyt  powolnego  poruszania  się  po  Opisane  wyżej  fakty  to  dopiero  początek  kontro­ nieboskłonie), dopiero w XVIII wieku astronomo­ wersji  w  naszej  historii.  Dopełnieniem  obowiązu­ wie zaczęli poważne poszukiwania kolejnej, znaj­ jącego  do  niedawna  modelu  Układu  Słonecznego  dującej się poza orbitą Urana planety. Motywacją  było  odkrycie  Plutona  na  początku  1930  roku  do  przeczesywania  odległych  obszarów  Układu  przez młodego astronoma Clyde’a Tombaugh. 23­ Słonecznego  stały  się  obliczenia  orbity  Urana,  latek  po  prawie  roku  analizowania  robionych  wykonane  przez  Alexisa  Bouvadra  w  1821  roku.  przez teleskop zdjęć nieba, odkrył maleńki obiekt  Wykazały  one  niepokojące  perturbacje,  mogące  zmieniający swoją pozycję w czasie. Wieści o od­ wskazywać  na  istnienie  dalej  położonego  ciała  kryciu  obiegły  cały  świat  i  niedługo  później,  po  niebieskiego,  oddziałującego  na  orbitę  Urana.  burzliwej  walce  o  nazwę,  oficjalnie  ochrzczono  Ostatecznie  planeta  została  zaobserwowana  nowo  odkrytą  planetę  imieniem  Pluton.  Obraz  w  1846  roku  przez  niemieckich  astronomów,  Układu Słonecznego w takim kształcie funkcjono­ przekonanych  do  jej  poszukiwań  przez  Francuza    wał w literaturze przez następne 60 lat. Zapewne  Le  Verriera,  któremu  dziś  przypisuje  się  najwięk­ większość  czytelników  urodzonych  przed  2000  szy  wkład  w  odkrycie  Neptuna.  Całej  historii  pi­ rokiem  właśnie  taki  schemat  pamięta:  Słońce  kanterii dodaje fakt, że równolegle do Le Verriera  oraz dziewięć okrążających je planet. W latach 90  intensywne  estymacje  położenia  nowej  planety  XX  wieku  astronomowie  zaczęli  jednak  odkrywać  prowadził  Anglik  John  Couch  Adams.  Pierwotnie  inne  pomniejsze  obiekty,  znajdujące  się  w  mniej  to  on  razem  z  Le  Varrierem  otrzymał  równoważ­ więcej  takiej  samej  odległości  od  Słońca,  co  Plu­ ne  miano  odkrywcy  nowej  planety,  jednakże  re­ ton.  Jednak  w  tamtym  czasie  żadne  z  nowo  od­ wizja  faktów  przeprowadzona  przez  historyków  krytych  ciał  nie  dorównywało  swym  rozmiarem  w  drugiej  połowie  XX  wieku  zaowocowała  skre­ ostatniej  planecie.  Niestety,  w  miarę  kolejnych  śleniem  Adamsa  z  listy  głównych  odkrywców  odkryć  obraz  ten  ulegał  zmianie.  Do  2005  roku  Neptuna.  odkryte  zostały  już  3  ciała  dorównujące  Plutono­

Gromada gwiazd M13. fot. Piotr Kołaczek­Szymanski

eXperyment

19


FIZYKA i ASTRONOMIA

wi rozmiarami:  Quaoar,  Sedna  oraz  Eris.  Szybko  stało się jasne, że za chwilę Układ Słoneczny po­ szerzy  się  o  dziesiątki  małych  planet  znajdują­ cych  się  za  orbitą  Neptuna.  Zaniepokojeni  tym 

net karłowatych. W oddalonym obłoku Oorta mo­ gą  się  kryć  tysiące  tego  typu  obiektów.  Szczegółowe  obserwacje  zachowania  orbit  kilku  największych  z  tych  obiektów  doprowadziły  do 

faktem członkowie  Międzynarodowej  Unii  Astro­ nomicznej sygnalizowali, że lada moment należa­ ło  będzie  przeklasyfikować  na  planety  Ceres,  nasz księżyc czy księżyce gazowych olbrzymów.  

odkrycia kolejnego  szokującego  fenomenu.  W  2014  roku  po  raz  pierwszy  uczeni  zauważyli,  że  kształt  orbit  dwóch  obiektów  transneptuno­ wych (Sedna oraz 2012 VP113) może wskazywać  na istnienie jakiegoś nieznanego ciała niebieskie­ go  całkiem  sporych  rozmiarów.  Dwa  lata  później  wspomniany  wcześniej  Mike  “Pluto  Killer”  Brown  wraz  z  Konstantinem  Batyginem  wskazali,  że  or­ bity  sześciu  dużych  obiektów  transneptunowych  noszą ślad wpływu grawitacyjnego dużo większe­ go  ciała  (około  10  mas  Ziemi),  znajdującego  się  nawet 20 razy dalej niż Neptun, ostatnia ze zna­ nych  do  dziś  planet  układu  słonecznego.  Zapro­

Idzie nowe  W 2006 roku Pluton oficjalnie przestał być klasy­ fikowany  jako  planeta.  Określono  go  jako  przed­ stawiciela nowo formującej się kategorii obiektów  transneptunowych.  W  2008  roku  IAU  oficjalnie  określiła  obiekty:  Ceres,  Plutona,  Eris,  Haumea,  oraz  Makemake  mianem  planet  karłowatych.  Ogromny wkład w te wszystkie odkrycia i zmiany  ma pewien amerykański Astronom ­ Mike Brown.  Jest  współodkrywcą  24  obiektów,  głównie  trans­ neptunowych.  Jego  przydomek  to  “Pluto  Killer”.  Odkrycia  tego  astronoma  to  między  innymi  pla­ nety  karłowate:  Sedna,  Haumea,  Makemake  i Eris. Morderca Plutona odkrył przed nami zupeł­ nie  nowy,  ekscytujący  obraz  małych  światów  na­ leżących  do  rodziny  naszego  układu  planetarnego. Początkowo sądzono, że są to mo­ notonne, skute lodem, martwe skały przemierza­ jące  Pas  Kuipera  poza  orbitą  Neptuna.  W  2002  roku  teleskop  Hubble’a  dostarczył  nam  pierwsze,  niezbyt  wyraźne  zdjęcie  Plutona.  Pomimo  braku  wyraźnych detali, szokowało ono mnogością kolo­ rów  oraz  kształtów  plam  na  powierzchni.  Praw­ dziwy  przełom  w  naszej  wiedzy  na  temat  obiektów  transneptunowych  nastąpił  jednak  do­ piero w lipcu 2015 roku, kiedy to sonda New Ho­ rizons  przeleciała  obok  Plutona,  dostarczając  piorunujących  zdjęć  barwnego  świata,  pełnego  bogatej  różnorodności  form  geologicznych.  Łań­ cuchy  gór,  skute  lodem  równiny,  prawdopodobne  kriowulkany  i  styki  płyt  tektonicznych.  Obecnie  szacuje się na podstawie danych z New Horizons,  że powierzchnia Plutona może mieć nie więcej niż  180 000 lat! 

ponowano kilka  hipotez  tłumaczących  istnienie  tak  dużego  ciała  w  tak  ogromnej  odległości  od  Słońca.  Jedne  mówią  o  “wystrzeleniu”  planety  podczas  niestabilnego  okresu  formowania  się  układu słonecznego. Inne przewidują, że tego ty­ pu obiekt mógł zostać przechwycony przez grawi­ tację  Słońca  podczas  bliskiego  spotkania  z  inną  gwiazdą  kilka  miliardów  lat  temu.  Takie  zbliżenia  gwiazd występowały już wcześniej oraz będą wy­ stępowały  w  przyszłości  z  powodu  ruchu  gwiazd  dookoła centrum Drogi Mlecznej.   Poszukiwania

Na podstawie  danych  o  kształcie  orbit  obiektów  wskazujących na istnienie dziewiątej planety wy­ nika,  że  planeta  może  być  widoczna  z  północnej  półkuli  gdzieś  w  okolicach  konstelacji  Oriona  na  obszarze równym 2000 stopni kwadratowych po­ wierzchni  nieba.  Jej  zaobserwowanie  może  być  jednak  problematyczne,  ponieważ  jej  szacowana  jasność  to  jedynie  22  Magnitudo  lub  jeszcze  mniej.  Zabójca  Plutona  sugeruje,  że  poszukiwa­ nia mogą potrwać 5 lat. Wystartowały także dwa  projekty społecznościowe, w ramach których każ­ dy  może  się  przyczynić  do  odkrycia  dziewiątej  planety  poprzez  porównywanie  archiwalnych  zdjęć  nieba  zupełnie  jak  Clyde  Tombaugh  prawie  Dziewięć  100  lat  temu.  Serdecznie  zapraszam  każdego  do  wzięcia  udziału  w  tych  poszukiwaniach  (https:// Według najnowszych danych szacuje się, że około  www.zooniverse.org/projects/skymap/planet­9  150  odkrytych  obiektów  transneptunowych  może  oraz  https://www.zooniverse.org/projects/marc­ być  planetami  karłowatymi.  Prognozuje  się,  że  kuchner/backyard­worlds­planet­9).  w całym pasie Kuipera może się skrywać 200 pla­

20

eXperyment


Życie z pewnością istnieje na jednej planecie we Wszechświecie – na Ziemi.  Skoro  powstało  już  raz,  nie  ma  powodu,  dla  którego  nie  mogłoby  narodzić  się  ponownie.  Nie  mamy  dowodów,  które  jednoznacznie  przemawiałyby  „za” lub „przeciw” powstaniu życia w innym miejscu we Wszechświecie.   Joanna Więckowska Aby  życie  powstało  na  innej  planecie,  warunki  panujące  na  niej  powinny  być  zbliżone  do  ziem­ skich  –  potrzebne  są  odpowiednie  własności  fi­ zyczne  i  astronomiczne:  odpowiednia  wielkość,  temperatura  czy  odległość  od  gwiazdy.  Oczywi­ ście  cechy  planety  nie  musiałyby  idealnie  pokry­ wać  się  z  ziemskimi.  Wystarczyłoby,  aby  podstawowe cząsteczki budujące żywe organizmy  (kwasy  nukleinowe,  białka  czy  cukry)  nie  ulegały  rozpadowi  i  mogłyby  stworzyć  życie,  a  potem  je  utrzymać.  W  nieco  odmiennych  warunkach  życie  ewoluowałoby w inny sposób. 

tylko konieczne i wyjątkowe. Wykazał też, że Zie­ mia  spełnia  wszystkie  zadane  kryteria.  Na  przy­ kład  woda  wykazuje  wiele  niezwykłych  i  potrzebnych  cech.  W  szerokim  zakresie  tempe­ ratur  pozostaje  cieczą,  dzięki  czemu  stała  się  podłożem  życia.  Źle  przewodzi  ciepło,  ale  dosko­ nale  je  przenosi  –  dzięki  temu  krąży  w  atmosfe­ rze,  co  z  kolei  wpływa  na  wyrównanie  różnic  temperatury  na  Ziemi  i  klimat.  Dodatkowymi  ważnymi  odstępstwami  są  –  woda  w  pobliżu  punktu  zamarzania  powiększa  swoją  objętość,  czyli zmniejsza gęstość, a potem zgodnie z ogól­ nym  prawem  rozszerza  się,  przechodząc  w  stały  Spojrzenie historyczne  stan  skupienia.  Whewell  starał  się  wykazać,  że  gdyby  woda  zachowywała  się  „normalnie”,  czyli  W  I  w  p.n.e.  Lukrecjusz,  rzymski  poeta  i  filozof,  zgodnie  z  zasadami  fizycznymi,  życie  na  Ziemi  utrzymywał,  że  nie  ma  powodu,  by  uważać,  że  byłoby  niemożliwe.  Lód,  jako  cięższy,  opadałby  w  innych  miejscach  Wszechświata  nie  mogły  po­ wstać takie same zbiorowiska materii jak na Zie­ mi,  tworzące  światy  podobne  do  naszego,  zamieszkane przez różne rasy i zwierzęta.   Rewolucja  kopernikańska  nie  polegała  tylko  na  przesunięciu  środka  Układu  Słonecznego  z  Ziemi  w  miejsce  zajmowane  przez  Słońce,  uzmysłowiła  również, że Ziemia nie jest wyjątkowa, poza Zie­ mią  istnieją  inne  planety,  a  poza  Słońcem  –  inne  gwiazdy.  Zaczął  panować  pogląd  „wielości  świa­ tów”.  Tak  na  przykład  Johannes  Kepler  mówił  o  mieszkańcach  Księżyca,  Immanuel  Kant  o  lu­ dziach  żyjących  na  Jowiszu  i  Saturnie,  Giordano  Bruno  ożywił  cały  Kosmos,  a  William  Herschel  umieścił  ludzi  nawet  na  Słońcu.  Z  kolei  żyjący  w  XVII  i  XVIII  wieku  Fontenelle  dowodził,  że  ży­ cie istnieje na innych planetach, ale jest nie spo­ krewnione  z  ziemskim,  cechy  organizmów  zależą  od  warunków  środowiska  panujących  na  określo­ nych planetach.   William  Whewell  w  XIXw  udowadniał,  że  mimo  wszystko  życie  powstało  tylko  na  Ziemi.  Docho­ dził  do  tego  w  dwóch  etapach:  w  pierwszym  określił  warunki  potrzebne,  aby  mogło  narodzić  się życie – nie są one przypadkowe ani dowolne, 

FIZYKA i ASTRONOMIA

W poszukiwaniu życia

na dno  zbiornika,  wystawiając  wciąż  nowe  war­ stwy  powierzchniowe  na  bezpośrednie  działanie  chłodu  i  przyczyniając  się  do  szybkiego  zamarz­ nięcia całej objętości wody. Z kolei podczas ocie­ plenia  lód  tajałby  tylko  od  góry,  pokryty  cienką  warstwą  dobrze  izolującej  wody,  tak  że  niższe  partie mórz i oceanów pozostawałyby zamarznię­ te,  co  wykluczałoby  istnienie  życia  przydennego.  Tymczasem lód izoluje zawsze niższe partie wody  i przyczynia się w ten sposób do zapewnienia od­ powiednich  dla  życia  wodnego  warunków.  Whe­ well  zauważa  również,  że  takie  cechy  Ziemi,  jak  masa, odległość od Słońca, nachylenie osi obrotu  czy  posiadanie  dużego  satelity  przyczyniają  się  do  zaistnienia  odpowiednich  dla  życia  warunków.  Drobne zmiany mogłyby zmienić klimat na Ziemi  w taki sposób, że woda nie pozostawałaby w sta­ nie ciekłym.  Wiele  lat  później  dodatkowo  Henderson  wykazał,  że  tylko  węgiel  może  być  podstawą  życia  jakie  znamy na Ziemi – tylko on jest podstawą chemii  organicznej,  metabolizm  musi  opierać  się  na  ła­ two  dostępnych,  tworzących  się  i  łatwo  rozpada­ jących  substancjach,  a  tylko  związki  węglowe  te  kryteria spełniają.  

eXperyment

21


W przeszłości ludzie dopatrywali się życia nawet na Słońcu! fot. Piotr Kołaczek­Szymański


FIZYKA i ASTRONOMIA

W drugim etapie Whewell wykazał z kolei, że inne  planety  i  ciała  kosmiczne  nie  spełniają  tych  wa­ runków  i  nie  mogą  być  siedliskiem  istot  żywych.  Pokazał też, że te puste światy nie są niepotrzeb­

bakterii pozwoliła  roślinom  na  wzrost.  W  odtwo­ rzonych w laboratorium warunkach księżycowych  bakterie  pobierały  ze  skał  potrzebne  pierwiastki  i  przetwarzały  je.  Z  powodu  niskiej  temperatury  nym  „marnotractwem  sił  przyrody”  –  Wszech­ panującej  na  powierzchni  Księżyca  należałoby  świat musi być taki wielki i rozrzutny, by tylko na  wybudować  szklarnie,  w  których  możnaby  zało­ jednej  planecie  pojawiło  się  życie.  Na  zasadzie  żyć hodowle roślin pochodzących z Ziemi.  porównania  pokazał,  że  planetoidy  nie  są  podob­ ne do innych planet i są za małe, by rozwijało się  Przypadek Wenus  na nich życie.  Z kolei odkryte gwiazdy podwójne  i zmienne nie są podobne do Słońca, więc nie po­ Wenus – druga planeta od Słońca, bliźniacza sio­ siadają  układów  planetarnych.  Stąd  życie  w  Ko­ stra Ziemi, na pierwszy rzut oka bardzo nieprzy­ smosie  ze  zjawiska  powszechnego  i  częstego  we  jazna  dla  istnienia  życia.  Wymieniając  liczne  Wszechświecie stało się w najlepszym razie rzad­ niegościnne  cechy  Wenus  można  zacząć  od  wy­ kie.  Według  Whewella  –  świat  pełen  jest  niedo­ jątkowo  wysokich  temperatur,  które  panują  przy  kończonych zarysów, projektów bez realizacji.   powierzchni  planety  (sięgających  470  oC).  Eks­ Najbliższy sąsiad ­ Księżyc  Najlepiej  poznanym  obiektem  jest  Księżyc,  który  jednak  wydaje  się  ostatnim  miejscem  we  Wszechświecie,  gdzie  możnaby  dopatrywać  się  śladów  życia.  Nie  posiada  atmosfery,  a  mała  średnia gęstość skłania uczonych do przyjęcia, że  Księżyc składa się głównie z krzemianów. Nie za­ wiera  żelaza  i  innych  metali.  Pylista  gleba,  która  powstała w wyniku rozdrobnienia skał przez ude­ rzenia  meteorytów,  została  nazwana  regolitem.  W  kraterach  wykryto  pewne  ilości  zamarzniętej  wody i podejrzewa się, że pod powierzchnią może  jej być więcej.55 Mimo to kilka lat temu naukow­ cy wysunęli hipotezę, że na Księżycu można zna­ leźć  skamieniałe  mikroorganizmy,  które  4  miliardy  lat  temu  trafiły  tam  na  meteorytach  z Ziemi. Księżyc byłby muzeum, w którym mogły  zachować  się  zamrożone  ziemskie  mikroorgani­ zmy.  Ich  skamieniałości  na  samej  Ziemi  nie  za­ chowały  się,  bo  wszystkie  ślady  po  nich  zniszczyły  erozje  i  erupcje  tworzącej  się  planety.  Udowodnienie  tej  hipotezy  jest  jednak  trudne,  ponieważ  należałoby  prowadzić  prace  archeolo­ giczne na powierzchni Srebrnego Globu i przeko­ pać  go  do  sporej  głębokości.  Mikroorganizmy  na  Księżycu nie miały szans na rozwój, jednak samo  zaistnienie życia na Srebrnym Globie nie jest nie­ możliwe.  Grupa  naukowców  rozdrobniła  anorto­ zyt, skałę ziemską przypominającą składem skały  księżycowe,  a  następnie  założyła  hodowlę  ziem­ skich  kwiatów  –  nagietków.  Sama  rozdrobniona  skała  okazała  się  słabym  podłożem  dla  rozwoju  rośliny,  jednak  wzbogacona  o  pewien  gatunek 

24

tremalne wartości  temperatury  są  spowodowane  występowaniem  silnego  efektu  cieplarnianego.  Gęsta,  bogata  w  CO2  atmosfera    skutecznie  za­ trzymuje ciepło. Ciśnienie przy powierzchni sięga  100 ziemskich atmosfer, a chmury składające się  prawie  w  całości  z  kropel  kwasu  siarkowego  roz­ ciągają się na wysokość 48 km. Samą powierzch­ nię  planety  pokrywa  w  większości  zastygła  lawa.  Skorupę  Wenus  kształtuje  aktywność  wulkanicz­ na  i  wypływy  lawy  spod  powierzchni.  Dodatkowo  Wenus  wiruje  wokół  własnej  osi  bardzo  powoli:  pełen obrót trwa 243 ziemskie dni, 18 dni dłużej  niż okres obiegu planety wokół Słońca.   W początkowych latach istnienia Układu Słonecz­ nego  Wenus  prawdopodobnie  bardziej  przypomi­ nała  Ziemię,  ponieważ  Słońce  wysyłało  mniej  energii  niż  obecnie.  Wraz  ze  wzrostem  promie­ niowania  słonecznego  na  Wenus  zaczął  rozwijać  się  efekt  cieplarniany,  a  rosnąca  temperatura  spowodowała  wyparowanie  wody  z  powierzchni  planety.  To  z  kolei  wzmocniło  efekt    cieplarnia­ ny.   A jednak obiecującym miejscem, w którym panu­ ją  warunki  przypominające  ziemskie  (ciśnienie  około  1  bara,  temperatura,  w  której  woda  może  pozostać  w  stanie  ciekłym,  dostępność  energii  słonecznej  i  podstawowych  związków  wymaga­ nych do istnienia życia), jest atmosfera Wenus na  wysokości  około  50­60  km  ponad  jej  powierzch­ nią.  Chociaż  istnienie  życia  w  atmosferze  Wenus  jest  mało  prawdopodobne,  nie  zostało  również  zupełnie  wykluczone.  Atmosfera  Wenus  jest  za­ równo sucha i kwaśna, ale ekstremofilne gatunki  bakterii  potrafią  znieść  trudniejsze  warunki  na  Ziemi  („Życie  na  krawędzi”  J.Więckowska  nr  3 

eXperyment


występują burze pyłowe, wywoływane przez silne  W  atmosferze  Wenus  znaleziono  gazy,  których  wiatry.  Atmosfera  jest  rzadka  i  cienka  –  jej  gę­ obecności  się  nie  spodziewano.  Siarkowodór  stość odpowiada gęstości ziemskiej atmosfery na  i dwutlenek siarki, dwa gazy, które reagują ze so­ wysokości 30 km i składa się głównie z dwutlen­ bą  i  przez  to  nie  powinny  zostać  znalezione  ra­ ku węgla. Mimo, że to gaz cieplarniany, pomaga­ zem,  są  jednocześnie  obecne  w  atmosferze  jący  utrzymać  na  planecie  ciepło,  mała  grubość  Wenus.  Może  to  wskazywać  na  zachodzenie  pro­ atmosfery uniemożliwia zatrzymanie dużych ilości  cesu,  który  je  wytwarza.  W  końcu  siarczek  kar­ energii  słonecznej.  Poza  tym  eliptyczna  orbita  bonylu,  trudny  w  produkcji  ze  związków  planety  powoduje  duże  różnice  między  porami  nieorganicznych,  również  został  znaleziony  na  roku.  Zimą  na  biegunach  panują  temperatury  Wenus. Na Ziemi ten gaz służy jako wskaźnik ak­ ­125  oC,  natomiast  latem  w  okolicach  równika  tywności  biologicznej.  W  1997  roku  Davin  Grin­ wynoszą 17 oC. W niektórych obszarach Czerwo­ spoon  zasugerował,  że  nierównowagę  gazów  nej  Planety  atmosferyczny  dwutlenek  węgla  za­ w  atmosferze  Wenus    powodują  żyjące  w  niej  marzł w lód.  bakterie.  Na  początku  swojego  istnienia  Mars  był  planetą  Wenus  pozostaje  planetą  tajemniczą.  Dalsze  ba­ bardzo  aktywną,  jednak  zdążył  już  znacząco  dania mogłyby zostać skierowane na odnalezienie  ostygnąć.  Ciepło z wnętrza planety wydostało się  śladów  życia  w  przeszłości  planety,  poznaniem  tylko  przez  wulkany,  bo  podobnie  jak  Wenus,  obecnego składu chemicznego, ewolucji atmosfe­ Mars  nie  ma  płyt  tektonicznych.  Jego  powierzch­ ry i klimatu, odnalezienia życia w obecnej atmos­ nię można podzielić na dwie w przybliżeniu równe  ferze  Wenus  czy  możliwości  życia  na  Wenus  części:    północną  półkulę  pokrytą  gładkimi  nizi­ w przyszłości.   nami oraz wyższą południową z licznymi kratera­ Poszukiwanie życia na Marsie  Ze  wszystkich  planet  Układu  Słonecznego  Ziemię  najbardziej  przypomina  Mars,  ostatnia  skalista  planeta wewnętrzna, za którą ciągnie się pas pla­ netoid i gazowe olbrzymy. Choć klimat na Marsie  jest  wyjątkowo  surowy,  a  powierzchnię  stanowi  skalista  pustynia,  to  właśnie  Mars  pozostał  głów­ nym celem poszukiwania życia pozaziemskiego.   Na  początku  XX  wieku  amerykański  astronom  Percival  Lowell  wybudował  obserwatorium,  by  znaleźć  oznaki  istnienia  życia  na  Marsie.  Lowell  dostrzegł  układ  kanałów  oplatających  Marsa  i uznał je za dowód obecności cywilizacji zaawan­ sowanej  technicznie.  Pomysły  Lowella  dawno  zo­ stały  porzucone,  ale  możliwość  istnienia  życia  na  Marsie wciąż pozostaje sprawą otwartą.  Oś  obrotu  Marsa  jest  nachylona  do  płaszczyzny  orbity pod niemal takim samym kątem co oś Zie­ mi,  przez  co  występuje  na  nim  podobny  cykl  pór  roku.  Dzień  marsjański  trwa  24  godziny  i  37  mi­ nut,  podobnie  jak  Ziemia  ma  czapy  biegunowe,  a  na  jego  powierzchni  można  zauważyć  baseny,  równiny  i  wyżyny,  które  przypominają  kontynen­ ty. Jednak na tym podobieństwa się kończą.   Mars  składa  się  głównie  ze  skał  krzemianowych  i  ma  niezbyt  duże  metaliczne  jądro.  Jego  po­ wierzchnia  to  skalista  pustynia,  nad  którą  często 

FIZYKA i ASTRONOMIA

(3) 2018).  

mi. Zgodnie  z  niektórymi  hipotezami,  niziny  i  depresje  na  północy  wypełniała  kiedyś  woda,  a  w  zbiornikach  mogły  istnieć  organizmy  żywe,  których  ślady  mogły  zachować  się  w  warstwach  osadowych.  Marsjańskie  czapy  polarne  wydają  się  podobne,  obie  zbudowane  są  z  wielu  warstw  lodu,  tworzą­ cych  stałą  strukturę  otoczoną  warstwą  okresowo  topniejącego  lodu,  która  pojawia  się  i  topnieje  każdego  roku.  Sondy  kosmiczne  wykryły  istotne  różnice: południowa czapa składa się z dwutlenku  węgla,  natomiast  północna  znajduje  się  prawdo­ podobnie na warstwie zwykłego lodu.   Sondy Mariner i Viking przysłały zdjęcia szerokich  kanałów  na  północnych  równinach,  które  mogły  powstać  wskutek  gwałtownych  powodzi,  a  także  wąskich  i  krętych  dolin,  być  może  wyżłobionych  przez  rzeki,  które  dawno  wyschły.  Na  nowszych  fotografiach widać dna jezior, które w skali geolo­ gicznej  musiały  powstać  niedawno.  W  rejonie  Gorgony  zbocza  kanionów  przecinają  głębokie  rynny, przypominające struktury utworzone przez  spływającą  wodę.  Ich  istnienie  można  uważać  za  poszlakę  wskazującą  że  spod  powierzchni  Marsa  wydostaje  się  woda.  Gwałtowne  wytryski  wody  mogą  powodować  krótkie  powodzie,  ale  bardzo  niskie  ciśnienie  atmosferyczne  sprawia,  że  woda  wrze i szybko paruje. 

eXperyment

25


FIZYKA i ASTRONOMIA

4,5 mld  lat  temu  Mars  miał  gęstszą  atmosferę  i panowały na nim wystarczająco wysokie tempe­ ratury by woda pozostawała w stanie ciekłym. Ze  śladów  wielu  kanalików  koryt  rzecznych  i  kanio­ nów  oraz  z  wyników  analizy  składu  chemicznego  marsjańskich  meteorytów  wynika,  że  niegdyś  na  Marsie  musiały  płynąć  duże  ilości  wody.  Obecnie  ta woda stanowi składnik czap biegunowych i at­ mosfery planety. W 2000 roku uczeni analizujący  zdjęcia amerykańskiej sondy Mars Global Survey­ or  zaobserwowali  na  stoku  krateru  ślady,  które  mogą  świadczyć  o  obecności  wód  gruntowych  100­400m  pod  powierzchnią  planety.  Dopatrzyli  się  też  pozostałości  po  osadach  gromadzącyh  się  na dnach nieistniejących już jezior i oceanów. 55  W  2011  roku  został  wysłany  na  Marsa  łazik  Cu­ riosity,  który  jest  częścią  długoterminowego  pro­

go, dzięki  któremu  inny  księżyc  Jowisza  (Io)  za­ wdzięcza  aktywność  wulkaniczną  ­  siły  przypływowe  Jowisza  powodują,  że  Io  jest  nie­ ustannie  rozciągany  i  zgniatany.  Tarcie  powoduje  rozgrzanie  wnętrza,  co  z  kolei  prowadzi  do  wiel­ kiej  aktywności  wulkanicznej  na  Io.  Gdyby  tak  było  w  przypadku  Europy,  żywe  organizmy  mo­ głyby  powstać  w  pobliżu  podwodnych  wulkanów,  jak na Ziemi.  Inne planety w Kosmosie  Badania  nad  istnieniem  życia  w  innych  rejonach  Wszechświata  opierają  się  na  poszukiwaniu  pla­ net  podobnych  do  Ziemi.  Teleskop  Kepler  odkry­ wa  planety  na  podstawie  pomiarów  spadków  jasności  gwiazd.  Zespół  naukowców  weryfikuje  wyniki  badań  Keplera  za  pomocą  teleskopów  umieszczonych na Ziemi i teleskopu Spitzer Spa­ ce  Telescope.  Kepler  odnalazł  już  ponad  1000  planet,  które  okrążają  swoje  gwiazdy  w  strefie  nadającej  się  do  zamieszkania  –  czyli  regionie  wokół gwiazdy, w której woda mogłaby występo­ wać w postaci ciekłej na powierzchni planety. Ba­ dania  wskazują  na  istnienie  planet  wielkości  Ziemi  w  strefach  mieszkalnych,  ale  okrążających  gwiazdę  na  orbitach  zbliżonych  do  orbit  Marsa  czy  Wenus.  Jedna  z  nich,  Kepler­22B,  okrąża  gwiazdę  podobną  do  naszego  Słońca  w  pobliżu  środka  strefy  nadającej  się  do  zamieszkania,  a jej promień jest około 2,4 razy większy od pro­ mienia  Ziemi.  Planeta  oddalona  jest  od  Ziemi  o  600  lat  świetlnych,  a  jej  okres  obiegu  gwiazdy  wynosi 290 dni. 

gramu badania  Czerwonej  Planety  –  Mars  Exploration  Program  –  prowadzonego  przez  NA­ SA.  Łazik  został  zaprojektowany,  aby  zbadać  czy  środowisko na Marsie kiedykolwiek sprzyjało roz­ wojowi  mikroorganizmów.  W  tym  celu  Curiosity  został wyposażony w największe i najbardziej za­ awansowane  przyrządy  pomiarowe,  jakie  do  tej  pory  wysłano  na  marsjańską  powierzchnię.  Łazik  ma analizować próbki gleby i skał, w których zo­ stał  zapisany  klimat  i  geologia  planety  oraz  po­ szukiwać  związków  budujących  organizmy  żywe  (np.  form  węgla).  Misja  Mars  Science  Laboratory  zbada  obieg  dwutlenku  węgla  oraz  cykl  hydrolo­ giczny  planety  –  będzie  starała  się  ustalić,  pod  jaką postacią i w jakiej ilości węgiel oraz woda są  magazynowane  na  powierzchni  planety  lub  w  jej  atmosferze  i  jak  mogło  się  to  zmieniać  w  czasie.  Kolejnym  zadaniem  MSL  będzie  scharakteryzo­ wanie  pradawnego  klimatu  Marsa  oraz  procesów  Prawa statystyki  klimatycznych  zachodzących  w  niższej  i  wyższej  warstwie atmosfery.  Prawa  prawdopodobieństwa  dopuszczają  również  obecność  innych  inteligentnych  form  życia  w  na­ Europa  –  podejrzenia  o  istnienie  życia  na  szej  Galaktyce.  Nasza  Galatyka  zawiera  około  Księżycu Jowisza  200  miliardów  gwiazd.  Aby  otrzymać  przybliżoną  liczbę  gwiazd,  wokół  których  rozkwita  inteligent­ Europa jest drugim w kolejności księżycem galile­ ne  życie,  możemy  poczynić  następujące  założe­ uszowym  krążącym  wokół  Jowisza.  Jej  pokryta  nie.  Przyjmijmy,  że  10%  gwiazd  to  gwiazdy  lodem  powierzchnia  wydaje  się  nie  sprzyjać  roz­ podobne  do  Słońca,  wokół  10%  takich  gwiazd  wojowi  życia.  Z  dużej  odległości  zdaje  się  gładka  krążą  planety,  a  10%  tych  planet  przypomina  jak  lustro,  ale  z  bliska  widać,  że  lodowa  skorupa  Ziemię.  Kolejne  10%  planet  „ziemskich”  posiada  wielokrotnie  pękała  i  zamarzała  ponownie.  Coraz  atmosferę, 10% z nich ma atmosferę typu ziem­ więcej  poszlak  wskazuje,  że  pod  skorupą  lodu  skiego,  w  której  może  rozwijać  się  życie.  Można  kryje  się  globalny  ciekły  ocean,  podgrzewany  ocenić, że w przypadku 10% jest to forma inteli­ przez  ten  sam  mechanizm  grzania  przypływowe­ gentna.  Oznacza  to,  że  wokół  jednej  milionowej 

26

eXperyment


ne życie,  ale  nie  mówi  o  tym,  kiedy  ono  powstało. Poza tym sama wielkość Drogi Mlecznej  skutecznie  nam  uniemożliwia  zaobserwowanie  śladów inteligentnego życia – jej średnica wynosi  około 100 000 lat świetlnych. Początki radioastro­ nomii sięgają 1931 roku, a więc do chwili obecnej  byliśmy  w  stanie  zarejestrować  jedynie  sygnały,  które dotarły do nas przez niecałe 100 lat. Ozna­ cza to, że jeśli inteligentne życie istnieje równole­ gle  z  nami  i  znajduje  się  dalej  niż  100  lat  świetlnych, nie jesteśmy w stanie go rozpoznać. 

TECHNOLOGIA

z 200  miliardów  gwiazd  w  naszej  Galaktyce  bę­ dzie  prawdopodobnie  rozwijało  się  inteligentne  życie.  Wynika  stąd,  że  200  tysięcy  gwiazd  ma  planety  zamieszkane  przez  inne  cywilizacje.  Do­ datkowo  można  wziąć  pod  uwagę,  że  Droga  Mleczna  ma  około  10  miliardów  lat  ­  a  to  ozna­ cza,  że  upłynęło  wystarczająco  dużo  czasu,  aby  rozwinęły  się  inne  cywilizacje.  Nie  potrafimy  jed­ nak  zarejestrować  śladu  ich  obecności.  Jedna  z teorii utrzymuje, że prawdopodobieństwo okre­ śla  na  ilu  planetach  mogłoby  zaistnieć  inteligent­

Inżyniera naturalna, czyli  szpiegostwo między fauną i florą Czy  ludzka  wyobraźnia  jest  w  stanie  wytworzyć  coś,  czego  jeszcze  natura  nie  stworzyła?  Oczywiście.  Jednak  wiele  wynalazków  odkrytych,  bądź  skonstruowanych  przez  człowieka  posiada  odpowiedniki  w  naturalnych  środowiskach.  Bogate  w  różnorodne  nanometryczne  struktury  elementy  zwierzęcego „mechanizmu” mogą i stanowią dla przemysłu źródło inspiracji  dla  wytwarzania  nowych  układów,  które  ostatecznie  tworzą  zbiór  fotonicznych  urządzeń,  czyli  takich,  które  manipulują  fotonami  z  zastosowaniem  dla  detekcji,  manipulacji  sygnałem  czy  zarządzaniem  danymi.  Adrian Justyniarski

Jeden z  pierwszych  elementów  fotonicznych  po­ jawił  się  około  520  milionów  lat  temu,  kiedy  to  ówcześnie  żyjące  organizmy  wyewoluowały    for­ mując  pierwsze  oczy.  Pierwszymi  zwierzętami  o których wiadomo, że używały oczu jako odbior­ nika  obrazu  były  trylobity  tym  samym  tworząc  pierwsze  optyczne  urządzenie  rozróżniające  wiel­ kość  obiektu,  jego  kolor  i  kształt  pozwalając  zwierzętom na rozpoznawanie otoczenia. Stosun­ kowo niedługo po tym w świecie zwierząt zaczęły  pojawiać się pierwsze optyczne zwierciadła w po­ staci  nanostruktur  oddziałujących  z  promieniami  świetlnymi.  Przybierały  one  formy  ryflowanych  powierzchni  czy  wielu  cienkich  warstw  ułożonych  jedna na drugiej. Aż do dzisiejszych czasów urzą­ dzenia te ewoluowały przyjmując ostatecznie for­ my  obserwowane  u  dzisiejszych  zwierząt.  Jako  przykład  przytoczyć  można  małżoraczki,  których  zewnętrzna  struktura  muszli  rozprasza  światło,  co  zaobserwować  można  jako  feerię  barw.  Inte­ resującym  faktem  może  być  również  kwestia  za­ barwienia  motyli.  Skrzydła  motyli  tak  naprawdę  nie zawierają pigmentów. Ich barwa jest efektem  rozpraszania  światła  na  łuskach  tworzących 

struktury fotoniczne,  przez  co  uzyskując  efekt  iryzacji i tym samym tak zwanego koloru struktu­ ralnego.  Właśnie  ten  efekt  powoduje,  iż  motyle  mają tak piękną, lśniącą barwę, której nie obser­ wujemy  w  przypadku  materiałów  zabarwionych  pigmentem. Struktury te już ponad dekadę temu  zostały  odtworzone  wykorzystując  metody  indu­ strialne.  Dla  zainteresowanych  polecam  pracę  Wonga o tytule w języku angielskim „Color gene­ ration  in  butterfly  wings  and  fabrication  of  such  structures”.  Chociaż  nasycenie  barwą  za  pomocą  pigmentu nie jest możliwe jak w przypadku świa­ tła  strukturalnego,  niektóre  motyle  rozwinęły  strukturę fotoniczne imitujące równie dobrze ma­ towe  barwy,  oddające  te  same  wrażenia  jakie  uzyskujemy  w  przypadku  barwników.  Biolodzy  zaproponowali  klasyfikację  barw  strukturalnych  w  zależności  od  mechanizmu  ich  powstawania.  Tym  samym  mamy  barwy  powstające  w  wyniku  losowego  rozpraszania,  rozproszenia  na  siatce  dyfrakcyjnej,  odbicia  na  wielowarstwowych  zwierciadłach  oraz  ciekłych  kryształach.  Wszyst­ kie  z  tych  struktur  podlegają  do  kategorii  pro­ stych  urządzeń  optycznych,  ponieważ  możliwe 

eXperyment

27


TECHNOLOGIA

Fantastyczna barwa motyli nie jest zasługą pigmentu tylko rozpraszania na strukturach fotonicznych fot. Pixabay

jest zastosowanie  dla  nich  pierwszego  przybliże­ nia Borna dotyczącego rozpraszania światła. Jed­ nakże  na  początku  XIX  rozpoznano  u  zwierząt  również  „zwierciadła”  których  efekty  rozprosze­ niowe  są  znacznie  bardziej  skomplikowane.  W  tym  przypadku  światło  nie  jest  rozproszone  jednokrotnie.  Wprost  przeciwnie,  mamy  do  czy­ nienia  z  wielokrotnym  rozproszeniem  na  tych  strukturach.  Efekt  ten  możemy  zaobserwować  chociażby w przypadku myszy morskiej.  Biel w świecie zwierząt  Proste,  równomierne  rozpraszanie  światła  dla  wszystkich  długości  fal  z  zakresu  widzialnego  skutkuje w otrzymaniu dyfuzyjnego światła białe­ go.  Efekt  ten  powstaje  na  nieperiodycznych,  ko­ loidalnie  rozproszonych  materiałach  o  niejednorodnych  współczynników  załamania,  bądź  na  bezbarwnych,  lecz  stosunkowo  skoncen­ trowanych  grubych  warstwach  materiałów.  W  przypadku  niektórych  układach  koloidalnych,  których cząstki są większe od długości fali światła  urządzenia  te  można  traktować  jako  zwierciadła  odbijające  światło  widzialne  we  wszystkich  kie­ runkach.  Wiele  ptaków  posiada  skrzydła  w  kolo­ rze  białym,  które  zawdzięczają  swoją  barwę  nieregularnie  rozmieszczonym  nanostrukturom 

28

zwierciadlanym, rozpraszając  światło  we  wszyst­ kich kierunkach uzyskując tym samym efekt bia­ łego  światła  dyfuzyjnego.  Matowe  bądź  perłowe  barwy  mogą  być  obserwowane  w  zależności  od  ułożenia takich struktur a także ich stopnia złożo­ ności.  Soczysty niebieski  Za  niebieskie  światło  w  wielu  przypadkach  odpo­ wiada  efekt  rozpraszania  Mie  bądź  Tyndalla  wy­ stępujący  dla  układów  koloidalnych  których  wielkość jest zbliżona do długości światła widzial­ nego.  W  tym  wypadku  istotne  jest  rozpraszanie  światła,  które  jest  odwrotnie  proporcjonalne  do  czwartej potęgi długości fali. Skutkuje to tym, że  krótsze,  niebieskie  fale  są  bardziej  rozpraszane  niż  czerwone.  Efekt  ten  można  zaobserwować  patrząc  w  niebo.  Ciekawym  efektem  mogą  po­ szczycić  się  ważki  z  gatunku  Libellula  pulchella.  W  ich  przypadku  obserwowalna  jest  gradacja  od  rozpraszania  niebieskiego  światła,  związanego  z  małymi  strukturami,  do  rozpraszania  światła  białego, związanego z dużymi strukturami. Istot­ ne jest, iż między światłem rozproszonym nie na­ stępuje  konstruktywna  interferencja  a  elementy  rozpraszające  znajdują  się  w  odległościach  więk­ szych niż ich średnica. Są one znane jako zwier­

eXperyment


Tymczasem korzystając z dostępnej wiedzy inży­ nieria  stara  się  naśladować  zaobserwowane  struktury, wytwarzając układy bogate w zbadane  układy.  Naśladując  poznane  zjawiska  przemysł 

Metaliczny połysk  Metaliczne  kolory  występujące  w  naturze  często  powiązane  są  z  występowaniem  chiralnych  form  ciekłych kryształów. Spiralne ułożenie mikrofibryli  na  zewnętrznych  warstwach  skorupy  niektórych  żuków, chociażby Plustiotis resplendens w efekcie  daje  połyskliwy  kolor.  W  tym  wypadku  fibryle  są  ułożone  w  warstwy,  gdzie  każda  warstwa  jest  ułożona  względem  siebie  pod  niewielkim  kątem,  w  ten  sposób,  że  periodycznie  n­ta  warstwa  leży  równolegle  względem  pierwszej.  Tym  samym  światło będzie rozpraszane na periodycznej siatce  dyfrakcyjnej.  Dodatkowo  ułożenie  warstw  fibryli  umożliwia odbijanie światła, które jest spolaryzo­

stara się kopiować sposoby wytwarzania układów  obserwowalnych  w  świecie  zwierząt.  Korzystając  z  mechanizmów  samoporządkowania  oraz  nano­ manipulacji jest możliwe uzyskiwanie form naśla­ dujących  te  w  które  natura  uzbroiła  zwierzęta.  Znane  są  sposoby  wytwarzania  kryształów  foto­ nicznych, symulujących warunki nanostruktur od­ powiedzialnych  za  manipulowanie  selektywnym  rozpraszaniem  światła.  Pomimo  że  ówcześnie  wiele  badań  prowadzonych  jest  niezależnie  od  natury,  równie  wielu  naukowców  studiuje  sposo­ by  wytwarzania  układów  drogą  opartą  na  biolo­ gicznych  mechanizmach  podpatrzonych 

wane kołowo, bądź eliptycznie. 

w królestwie zwierząt. 

TECHNOLOGIA

ciadła niekoherentne.  

Perspektywy górnictwa  kosmicznego Natalia Ćwilichowska

Dynamiczny rozwój  cywilizacji,  wraz  z  postępem  technologicznym  przyczynia  się  do  nieustannego  wzrostu  zapotrzebowania  na  surowce  kopalne oraz rudy metali, fosforu, czy nawet piasku budowlanego. Stwarza  to  realne  zagrożenie  wyczerpania  się  tych  złóż  na  przestrzeni  najbliższych  lat.  Obecne  prognozy  wskazują,  iż  surowca,  którego  zabraknie  jako  pierwszego będzie ropa naftowa.  W  przypadku  paliw  już  od  kilkunastu  lat  trwają  intensywne  prace  nad  znalezieniem  alternatywnych  i  co  ważniejsze  –  odnawialnych  źródeł  energii.  Dzięki  dużym  inwestycjom  w  ten  sektor  gospodarki,  oraz  polityce  wielu  państw,  która  stawia  na  innowacyjne  rozwiązania,  jesteśmy  świadkami  rewolucji  na  rynku  paliwowym.  Obecnie  dysponujemy  już  technologiami,  które  pozwalają  nam  co  raz  bardziej uniezależniać się od paliw tradycyjnych. Sprawa  ma  się  nieco  inaczej  w  przypadku  rud  metali,  wykorzystywanych  w  przemyśle  na  szeroką skalę, takich jak: miedź, żelazo, cynk czy  złoto. Prognozy z 2012 roku, wskazują, iż zasoby  złota starczą na najbliższe 19 lat, miedzi na około  40  lat.  Nie  ma  bowiem  w  chwili  obecnej  możliwości  zastąpienia  tych  surowców  przez  inne  zamienniki.  Nie  dziwi  zatem  fakt,  iż  obecnie  trwają  intensywne  poszukiwania  alternatywnych 

źródeł tych  surowców.  Należy  jednak  mieć  na  uwadze,  iż  nowoodkryte  rudy,  ze  względu  na  małą  zasobność  czy  też  trudności  w  wydobyciu  mogą  okazać  się  z  perspektywy  ekonomicznej,  nieopłacalne  w  eksploatacji.  Wszystkie  te  czynniki  stanowią  silny  bodziec  do  poszukiwań  surowców po za naszą planetą.  Nowy wyścig kosmiczny  Górnictwo  kosmiczne,  chociaż  brzmi  jak  wątek  żywcem wyjęty z książek science­fiction, obecnie  staje  się  coraz  bardziej  realny.  Obecnie  trwają  intensywne  badania  przestrzeni  komicznej  pod  kątem  możliwości  potencjalnego  wydobycia  cennych  dla  ludzkości  surowców.  W  tym  przypadku można zaryzykować stwierdzeniem, iż  historia  zatoczyła  krąg.  Podobnie    przed  laty  mówiło  się  o  wyścigu  dwóch  mocarstw  o  podbój  kosmosu:  USA  i  Związku  Radzieckiego,  tak  teraz 

eXperyment

29


TECHNOLOGIA

państwa prześcigają się w rywalizacji o dostęp do  pozaziemskich  surowców.  Świadczy  o  tym  powołanie  nawet  w  tak  niewielkim  europejskim  państwie  jak  LuksemburgSpaceResources,  która  ma  na  celu  zrzeszanie  podmiotów  zainteresowanych  górnictwem  w  kosmosie  i  stwarzaniu  dla  nich  platformy  do  działania.  Firmy  z  tego  sektora,  które  przeniosą  się  do  Luksemburga  będą  mogły  liczyć  na  szereg  udogodnień  prawnych  oraz  na  wsparcie  finansowe  ze  strony  państwa.  Jak  podkreśla  wicepremier  tego  państwa,  Étienne  Schneider  jest  to  nowy  sposób,  przyczyniający  się  do  dynamicznego  rozwoju  kraju  jak  i  rearanżacjii  polityki ekonomicznej.

informacji jest  szereg  misji  kosmicznych,  mających  na  celu  bezpośrednie  zanalizowanie  składu  chemicznego  pasa  asteroid  jak:  Galileo,  Rosetta.  Warto  wspomnieć  tu  misje  japońską  –  Hayabusa,  która  jako  jedyna  do  tej  pory  dostarczyła  pobrane  próbki  asteroid  na  Ziemię.  Wszystkie  informacje  na  temat  zasobności  pasa  asteroid zostały zebrane w bazę MetBase®.   

Dosyć ciekawym  sposobem  na  badanie  składu  chemicznego  odległych  ciał  niebieskich  jest  analiza  widma  światła  odbitego  od  ciał  niebieskich  i  następnie  skonfrontowanie  to  z  widami,  otrzymanymi  w  skutek  odbicia  światła  od  próbek  o  znanym  składzie.  Metoda  ta  daje  jedynie  szacunkowy  obraz  składu  chemicznego.Aby  móc  dokładnie  zanalizować  ich  Również  Polska  wniosła  swój  mały  wkład  w  początki  kosmicznego  górnictwa.  Firma  skład,  należało  by  wysłać  sondę  w  celu  pobrania  Scanway  we  współpracy  z  Politechnika  próbek.  Na  2025  USA  planuje  I  załogową  misję  Wrocławską  i  Wrocławskim  Parkiem  do  pasa  planetoid,  w  celu  zgłębienia  wiedzy  na  Technologicznym  skonstruowała  pierwszą  temat ich dokładnego składu chemicznego.  kosmiczną  wiertarkę,  która  została  wyniesiona  w  przestrzeń  kosmiczną  w  2017.  Dzięki  systemowi  kamer,  pomysłodawcy  mogli  zaobserwować  proces  wiercenia  otworu  w  warunkach  mikrograwitacji.  Obecnie  uzyskany  materiał jest analizowany. Źródła pozaziemskich surowców  Górnictwo  kosmiczne,  podobnie  jak  Ziemi,  musi  przede  wszystkim  spełniać  przesłanki  ekonomiczne.  Przyjmując  za  kryterium  odległość  od  naszej  planety,  a  co  za  tym  idzie  koszty  związane  z  transportem,  jako  pierwsze  wzięto  pod  lupę  księżyc  oraz  Mars.  Oba  te  ciała  niebieskie są atrakcyjne, nie tylko pod względem  potencjalnej kolonizacji, ale i jako źródła cennych  surowców: izotopu helu na księżycu oraz deuteru  (izotop  wodoru)  na  Marsie.  Oba  te  pierwiastki  mogą  być  wykorzystane  jako  paliwo  w  reakcjach  termojądrowych.  Znacznie  ciekawszy  pod  względem  zasobności  jest  pas  planetoid,  znajdujący  się  pomiędzy  orbitami  Marsa  i  Jowisza.  Dzięki  temu,  iż  większość  meteorytów,  jakie  znajdywane  są  na  Ziemi,  pochodzą  właśnie  z  tego  obszaru,  to  na  podstawie  ich  analizy  można  wysunąć  daleko  idące  wnioski  na  temat  ciał  macierzystych,  z  których  one  pochodzą.  Dodatkowym  źródłem 

30

Położenie pasa  planetoid  niesie  za  sobą  dwie  bardzo  wymierne  korzyści.  Po  pierwsze  są  one  w stosunkowo niedalekiej odległości od Ziemi, co  jest istotne z ekonomicznego punktu widzenia, po  drugie  położenie  to  gwarantuje  występowanie  w  ich  składzie  praktycznie  wszystkich  znanych  pierwiastków  chemicznych.  Wynika  to  z  tego,  iż  materiał  lotny  wynoszony  jest  na  większe  odległości  w  Układzie  Słonecznym,  podczas  gdy  ten o dużej gęstości kondensuje się bliżej Słońca.  Ponadto  powierzchnia  planetoid  jest  pokryta  regolitem,  który  ułatwia  proces  rozdrabniania  urobku,  a  złoża  nie  znajdują  się  na  dużych  głębokościach,  co  znacznie  obniża  koszty  wydobycia.  Kolejnym  argumentem,  potwierdzającym  atrakcyjność  pasa  planetoid,  jest  fakt  występowania  wszystkich  elementów  niezbędnych  do  eksploatacji,  jak  na  przykład  wody  w  postaci  lodu.  Traktując  wodę  jako  źródło  wodoru,  a  co  za  tym  idzie  paliwa,  eliminujemy  problem  dostarczania  źródła  energii,  niezbędnej  do  napędu  maszyn  górniczych,  czy  też  statków  kosmicznych podczas eksploatacji.      O  zasobności  pasa  asteroid,  w  rudy  metali,  znacznie  przekraczające  te  dostępne  na  Ziemi  świadczą  chociażby  badania  z  1997  roku,  przeprowadzone  przez  Lewisa.  Dla  przykładu  planetoida  Psyche  może  zawierać  nawet 

eXperyment


TECHNOLOGIA

Górnictwo kosmiczne duże nadzieje wiąże z asteroidami. fot. Pixabay

1,7*1019 kg  rudy  żelazowo­niklowej.  Zakładając  stagnacje  tempa  zużycia  tych  metali,  to  wielkość  tej  rudy,  z  wyłącznie  jednej  asteroidy  starczyła  by  na  kilka  milionów  lat.  Planetoidy  są  również  niezwykle  bogate  w  platynowce,  które  występują  tam  nawet  700  razy  częściej  niż  na  Ziemi.  Na  najmniejszej  z  analizowanych  asteroid  –Erosie  zasoby niklu i palladu są około 1000 razy większe  niż  na  naszej  planecie.  Obecnie  największym  zadaniem  jest  określenie  najbardziej  dogodnej  pod  względem  ekonomicznym,  ale  i  bogatej  w  rudy  metali,  czy  też  pierwiastki  ziem  rzadkich  planetoidy,  tak  aby  stała  się  ona  pierwszą  w  historii  eksploatowanym  ciałem  niebieskim.  Do  powszechnego  użytku  dostępny  jest  katalog  (www.asterank.com),  w  którym  wyceniono  potencjalną  wartość  niektórych  ciał  niebieskich,  ze  względu  na  występującą  na  nich  bazą  surowcową.  Kwoty  tam  podane  sięgają  dziesiątków, a nawet setek miliardów dolarów.

kopalnych, czy  też  rud  powszechnie  używanych  metali,  a  także  coraz  droższą  eksploatacjąpokładów  niezbyt  zasobnych  w  surowce,  będzie  narastał  wraz  z  postępem  technologicznym.  Obecnie  ludzkość  musi  wyjść  poza  pewne  schematy  i  zacząć  szukać  niekonwencjonalnych  rozwiązań.  Pomysłem,  który wydaje się spełniać te kryteria, wydaje się   eksploatacja  złóż  występujących  na  ciałach  niebieskich.  Pokłady  surowców,  które  tam  występują  są  dziesiątki,  a  nawet  setki  razy  większe  niż  te  dostępnie  na  Ziemi.  Obecnie  przedsiębiorstwa  z  całego  świata  zaczynają  inwestować  w  zupełnie  nowy,  komercyjny  sektor  przemysłu  kosmicznego.  Ilość  surowców,  ich  rynkowa  wartość,  a  także  po  części  ekscytacja  wykorzystania  kosmicznych  materiałów  sprawia,  iż  będziemy  w  najbliższych  czasach  świadkami  nowego  wyścigu  o  podbój  kosmosu.  Górnictwo  kosmiczne,  jakkolwiek  futurystycznie  by  to  nie  brzmiało, powoli staje się coraz bardziej realne. 

Obecny problem  z  wyczerpywaniem  się  paliw 

eXperyment

31


TECHNOLOGIA

Kosmos na Ziemi czyli  technologie kosmiczne w życiu  człowieka Eksploracja  kosmosu  wydaje  się  być  niezwiązana  z  naszym  codziennym  życiem.  Gdzieś  tam  daleko  mądre  głowy  planują  kolejne  misje,  poznają  coraz  dalsze  kawałki  kosmosu,  szukają  życia  lub  próbują  zasiedlić  inne  planety.  Z  sektorem  kosmicznym  zwykły  człowiek  ma  jednak  do  czynienia  co  najwyżej  wtedy,  kiedy  śledzi  stream  startu  rakiety.  Czy  tak  jest  naprawdę?   Justyna Pelc

żywienia w  dobrym  stanie  i  ochronę  przez  wszelkimi zagrożeniami biologicznymi, fizycznymi  ne    i  sprawne  poznanie  przestrzeni  kosmiczne.  czy  chemicznymi.  Rozwiązania  te  stosujemy  też  Ich  odkrycia  pozwalają  ludzkości  sięgać  dalej  z powodzeniem również na naszej planecie.  i  formułować  coraz  to  bardziej  śmiałe  plany  pod­ boju  kosmosu.  Jak  się  jednak  okazuje,  technolo­ Woda  Naukowcy  na  całym  świecie  pracują  nad  techno­ logiami,  które  pozwolą  nam  na  bardziej  efektyw­

gie tworzone  na  rzecz  sektora  kosmicznego,  Woda  jest  niezbędnym  elementem  każdej  misji  wykorzystywane są także na Ziemi.  załogowej.  Nie  jest  możliwe  jednak  zabranie  ta­ kiej  ilości  czystej  wody,  która  wystarczy  do  picia  Jedzenie oraz jego przygotowanie  czy higieny podczas całej misji, dlatego musi ona  Planując  misje  z  udziałem  astronautów,  trzeba  krążyć  w  obiegu  zamkniętym.  Filtrowanie  wody  zadbać o wiele aspektów. Zaraz za odpowiednimi  to nie jest nowa technologia, ale na potrzeby mi­ warunkami  –  temperaturą  czy  powietrzem,  znaj­ sji została przez naukowców NASA zmodyfikowa­ Zaproponowano  wykorzystanie  duje się jedzenie. Nie jest to prosty temat. Z jed­ na.  nej  strony  przy  tak  wymagających  dla  ludzkiego  wzbogaconego węgla drzewnego oraz jonów sre­ organizmu  warunkach  musimy  dostarczyć  mu  bra,  które  odpowiadają  za  neutralizację  bakterii,  wszystkie  niezbędne  elementy.  Z  drugiej  strony  minimalizacja wagi to podstawa – każdy kilogram  ładunku przekłada się na ogromne koszty. Dodat­ kowo warunki panujące w przestrzeni kosmicznej  nie  wpływają  pozytywnie  na  posiłki,  dlatego  naj­ lepiej,  aby  były  one  w  formie  proszku.  Podczas  badań nad algami zauważono, że niektóre gatun­ ki wytwarzają kwasy bardzo podobne do tych za­ wartych w mleku karmiących matek. Tak odkryto  naturalne  źródło  kwasu  tłuszczowego  omega­3  ,  co  przyczyniło  się  do  powstania  wzbogaconego  o  te  kwasy  mleko  modyfikowane.  Szybko  jednak  zostało  ono  zaadaptowane  na  Ziemi  –  do  odży­ wek dla dzieci czy kulturystów.  

wirusów czy  związków  chemicznych.  Pozwala  to  nie tylko oczyścić wodę, ale też zapobiec ponow­ nemu rozwojowi bakterii w niej. Tą samą techno­ logię stosuje się w filtrach do wody w czajnikach  czy kranach.  Stroje 

To nie żart, technologie kosmiczne wpłynęły rów­ nież  na  ziemską  odzież!  Stroje  astronautów  mu­ szą  być  niezawodne.  Do  skafandrów  stosuje  się  elementy  z  polimerów.  Tą  samą  technologię  wy­ korzystano  na  Ziemi,  do  strojów,  które  muszą  wytrzymać  ciężkie  warunki  –  czyli  na  przykład  ognioodporne włókna stosuje się w strojach stra­ Forma  jedzenia  to  jednak  tylko  jeden  problem  –  żaków  czy  wojska,  a  nawet  na  kombinezonach  drugim jest jego przechowywanie. Popsute jedze­ kierowców Formuły 1.   nie  mogłoby  się  skończyć  tragicznie  dla  załogi  Skafandry  astronautów  są  również  testowane  misji. Rozpoczęto więc prace nad szczelnymi opa­ w  tunelu  aerodynamicznym.  Rozwiązania  stoso­ kowaniami,  które  pozwoliłyby  na  utrzymanie  po­ wane przy ich budowie przeniesiono… do strojów 

34 32

eXperyment


TECHNOLOGIA Kilka rozwiązań, nad którymi pracowała NASA, zostało przeniesione również w świat dodatków. Wiele soczewek okularów wykonywanych jest nie  ze szkła (które jest dosyć odporne na zarysowania), ale z tworzyw sztucznych. fot. Jacek Jankowski

kąpielowych. O ile zwykły człowiek raczej zakłada  prosty  i  tani  strój,  tak  już  profesjonalni  pływacy  to  inna  historia.  W  2008  r.  wprowadzono  stroje  kąpielowe,  w  których  zastosowano  materiał  i  szwy  zmniejszające  tarcie  w  momencie  przeci­ nania  wody.  Nie  powinno  więc  dziwić,  że  prawie  wszyscy rekordziści i medaliści Zimowych Igrzysk  w  tym  roku  korzystali  właśnie  z  takiego  stroju.  W roku wprowadzenia tych kostiumów na wszyst­ kich  zawodach  ustanowiono  łącznie  108  nowych  rekordów świata. Nic dziwnego, że zostały zabro­ nione,  aby  umożliwić  rywalizację  fair  play,  ale  zmodyfikowane  rozwiązania  alej  są  stosowane  wśród profesjonalnych pływaków.   Kilka  rozwiązań,  nad  którymi  pracowała  NASA,  zostało  przeniesione  również  w  świat  dodatków.  Wiele soczewek okularów wykonywanych jest nie  ze  szkła  (które  jest  dosyć  odporne  na  zarysowa­ nia),  ale  z  tworzyw  sztucznych.  Tworzywa  te  są  też  stosowane  w  hełmach  skafandrów  kosmicz­ nych.  Muszą  one  zapewniać  duży  komfort,  chro­ nić  przed  promieniowaniem  i  być  odporne  na  zarysowania. W jednym z ośrodków NASA wymy­ ślono  powlekanie  tworzyw  sztucznych  warstwą  węgla  diamentopodobnego.  Jeśli  korzystacie  z  markowych  okularów  przeciwsłonecznych,  być  może  Wasz  model  też  korzysta  z  tego  rozwiąza­ nia. Stosowane jest ono w jednej z serii Ray­Ba­ na,  ponieważ  powierzchnia  jest  dzięki  temu  10­

krotnie bardziej odporna na zarysowania.   Innym  przykładem  nowoczesnej  i  kosmicznej  technologii  są  materiały  zawierające  piankę  poli­ uretanową.  Opracowana  przez  NASA  do  taniej  amortyzacji  pilotów  testowych,  a  obecnie  stoso­ wana we wkładkach butów, pozwalają amortyzo­ wać  uderzenia  stopy  o  ziemię  i  zapewniają  wentylację,  która  jest  ważna  podczas  uprawiania  sportu. Buty to nie jedyne zastosowanie pianki –  znajdziecie ją w meblarstwie (materace czy krze­ sła), w piłkach czy nawet kaskach.   Czujniki  W tej kategorii mamy prawdziwy wysyp zastoso­ wań  technologii  kosmicznej.  Zacznijmy  od  pod­ stawy  –  czujników  gazu  i  dymu.  Aby  ograniczyć  negatywne  skutki  niekontrolowanego  wycieku  gazu czy pożaru instalacji w wahadłowcach, nale­ żało wymyślić skuteczny sposób natychmiastowe­ go  informowania  astronautów  o  incydencie.  Tak  powstały  pierwsze  czujniki  gazu  i  dymu,  a  obec­ nie  spotkacie  je  w  większości  miejsc  –  również  w wielu domach.   Badając zawartość dymu i gazu, zależy też wspo­ mnieć  o  temperaturze.  To  właśnie  w  NASA  opra­ cowano  czujniki  na  podczerwień.  Dzięki  temu  mamy termometry, które błyskawicznie wskazują  temperaturę obiektu. Czujnik taki dokonuje kilka­

eXperyment

33


TECHNOLOGIA 34

set pomiarów  na  sekundę  i  wyciąga  z  nich  śred­ nią.  Korzysta  się  z  nich  i  w  domach,  i  w  szpita­ lach.   Przykład  kosmicznej  technologii  trzyma  każdy  z nas w rękach i to każdego dnia. Co to?  Zwykły  smartfon,  lustrzanka,  kamera  GoPro.  Ich  bardzo  ważnym elementem jest kamera, a obecna w niej  matryca  CMOS  została  opracowana  przez  NASA  podczas  badań  nad  miniaturyzacją  kamer  do  mi­ sji,  a  następnie  zaadaptowana  na  rynku  fotogra­ ficznym.  Stosuje  się  ją  również  w  obrazowaniu  medycznym.  I  to  właśnie  medycyna  jest  kolej­ nym obszarem, pełnym rozwiązać z kosmosu.  

smicznych, a  potem  rozwiązanie  to  zaadaptowana do skanowania ludzkiego ciała.   Inne rozwiązania 

Nikomu wyjaśniać nie trzeba, że kable nie są naj­ wygodniejszym  rozwiązaniem  w  kosmosie.  To  rozwój  tej  technologii  dla  zastosowań  kosmicz­ nych sprawił, że teraz mamy bezprzewodowe ze­ stawy  słuchawkowe  czy  sprzęty  użytku  domowego, jak odkurzacze. Oczywistym przykła­ dem  jest  także  nawigacja  satelitarna.  Rój  sateli­ tów  w  przestrzeni  kosmicznej  nad  Ziemią  pozwala  nam  określać  naszą  pozycję.  Systemy  GPS wykorzystywane są w transporcie ­ kierowa­ Medycyna  niu  ruchem  samochodów,  samolotów  czy  nawet  Zacznijmy  od  folii  NRC.  Co  to  jest  folia  NRC?    To  na drodze morskiej. Wykorzystujemy je w geode­ bardzo  cienka,  metalizowana  płachta  tworzywa  zji,  przemyśle  turystycznym  czy  pomagają  nam  sztucznego.  Charakteryzuje  ją  nieprzepuszczal­ zabezpieczyć nasze dobra przed kradzieżą.  ność  pary  wodnej  i  odbijanie  97%  promieniowa­ To  tak  naprawdę  tylko  wybrane  zastosowania  nia  cieplnego.  Nie  tylko  w  kosmosie  musimy  technologii,  które  pierwotnie  zostały  wynalezione  chronić się przez przegrzaniem. Dziś powszechnie  na potrzeby naszej eksploracji kosmosu. Jeśli coś  stosowana  w  ratownictwie  czy  produkcji  śpiwo­ jednak  sprawdzi  w  tak  wymagających  warun­ rów,  swój  początek  miała  w  laboratoriach  NASA  kach,  jakie  panują  w  kosmosie,  to  z  pewnością  sprawdzi  się  również  na  Ziemi.  Nie  powinna  nas  w latach 60.   Trochę inny początek, ale też w tej samej branży,  więc dziwić szybkość i skuteczność, z jaką adap­ miało… sztuczne serce. Dr Micheal E. DeBaket in­ tujemy  te  rozwiązania  do  zastosowań  bardziej  spirował się małą (o 2,5 cm średnicy) pompą pa­ przyziemnych.  Rozwój  technologii  kosmicznych  liwową,  montowaną  w  wahadłowcach.  jest tak dynamiczny, że biorąc pod uwagę, iż  bez  Zaadoptował  on  to  urządzenie  do  zastosowań  nie  tak  dawnych  wynalazków  dziś  nie  wyobraża­ my sobie codziennego życia, możemy domniemy­ medycznych, co uratowało wiele ludzkich żyć.   Jeszcze innym przykładem jest skaner medyczny.  wać,  że  już  wkrótce  następne  obszary  naszego  Najpierw  NASA  skonstruowała  urządzenie  do  wy­ życia  diametralnie  zmienią  się  dzięki  kolejnym  szukiwania  uszkodzeń  w  strukturze  statków  ko­ odkryciom naukowców NASA i pokrewnych. 

eXperyment


Ustawa sukcesyjna z 1138 r., znana także jako „testament Krzywoustego”,  miała  na  celu  uregulowanie  spraw  związanych  z  organizacją  władzy  w  Polsce,  w  tym  kwestię  następstwa  tronu.  Książę  Bolesław  Krzywousty,  jeden  z  najwybitniejszych  władców  w  historii  Polski,  miał  na  uwadze  fakt,  iż  w  krótkiej  przeszłości  piastowskiego  państwa  władza  nad  krajem  była  przedmiotem walk zbrojnych między członkami rodziny książęcej.

HISTORIA

Piastowskie walki (gry) o tron

Andrzej Więckowski Pierwszy  król  Polski  Bolesław  Chrobry  zaraz  po  objęciu  władzy  wygnał  z  kraju  swoją  macochę  Odę razem z jej synami, jego przyrodnimi braćmi  Mieszkiem, Lambertem i Świętopełkiem. Walki je­ go synów Mieszka II i Bezpryma toczyły się przez  kilka  lat  ze  zmiennym  szczęściem.  Po  śmierci  Chrobrego  na  króla  koronowany  został  Mieszko,  który  wygnał  z  kraju  braci  Bezpryma  i  Ottona.  Wkrótce jednak stracił władzę na rzecz Bezpryma  korzystającego z pomocy posiłków ruskich. Kiedy  ten  okrutnymi  rządami  zraził  do  siebie  podda­ nych, Mieszko wrócił do kraju, objął rządy, a jego  bracia zostali zamordowani.   Władysław  Hermana  ok.  1100  r.  po  raz  pierwszy  był zmuszony do podziału kraju pomiędzy swoich  synów:  Zbigniewa  i  Bolesława.  Po  jego  śmierci  w 1104 r. rozpoczęły się walki o władzę, z której  zwycięsko  wyszedł  Bolesław.  Pokonanego  brata  kazał  oślepić,  co  skończyło  się  śmiercią  Zbignie­ wa.  Jak  pokazała  historia,  kolejni  władcy  z  dynastii  Piastów  zdobywali  władzę  po  walkach  z  bliskimi  krewnymi,  którzy  także  wysuwali  roszczenia  do  tronu.  Wojny  domowe  osłabiały  państwo  i  nara­ żało je na agresję z zewnątrz.  Krzywousty miał nadzieję, że jasno określone za­ sady  rządzenia  krajem  zapobiegną  w  przyszłości  bratobójczym  walkom  o  władzę  między  jego  na­ stępcami  i  potomkami  i  w  ten  sposób  uchronią  państwo  przed  wstrząsami  i  osłabieniem.    Prze­ bieg wydarzeń po śmierci Krzywoustego pokazał,  że  nadzieje  te  nie  spełniły  się  –  jego  testament  zapoczątkował w Polsce trwający dwa wieki okres  rozbicia  dzielnicowego,  wypełniony  walkami 

Poszczególne dzielnice  miały  pozostać  pod  zwierzchnictwem  najstarszego  z  żyjących  przed­ stawicieli  piastowskiego  rodu,  nazwanego  senio­ rem.  Książe  senior  miał  swoją  siedzibę  na  Wawelu  w  Krakowie.  W  zakresie  jego  kompeten­ cji  było  wypowiadanie  i  prowadzenie  wojen,  re­ prezentowanie  państwa  na  zewnątrz,  zawieranie  traktatów,    mianowanie  dostojników  świeckich  i  duchownych  oraz  najwyższa  władza  sądowni­ cza.  Pierwszym księciem – seniorem został najstarszy  syn  księcia  Władysław  (który  otrzymał  później  przydomek  Wygnaniec).  Otrzymał  on  jako  dzie­ dziczną  dzielnicę  Śląsk,  zaś  jako  dzielnicę  senio­ ralną  Pomorze,  zachodnie  Kujawy,  część  Wielkopolski  z  Gnieznem  i  Kaliszem,  Małopolskę  i  ziemię  łęczycko­sieradzką.    Pozostali  synowie  otrzymali  w  dziedziczne  władanie  poszczególne  dzielnice:  Bolesław  Kędzierzawy  Mazowsze  i  część  Kujaw,  Mieszko  zwany  Starym  Wielkopol­ skę,  zaś  Henryk  Sandomierski    –  ziemię  sando­ mierską.  Ostatni  syn  księcia,  Kazimierz  Sprawiedliwy,  został  pominięty  w  testamencie,  ponieważ  urodził  się  najprawdopodobniej  po  śmierci ojca.  Postanowienia  Krzywoustego  nie  przetrwały  dłu­ go.  Już  kilka  lat  po  jego  śmierci  rozpoczął  się  spór seniora Władysława, który zamierzał zdobyć  władzę nad całym państwem. Po przeciwnej stro­ nie  znaleźli  jego  bracia  Bolesław  i  Mieszko  oraz  wdowa  Salomea,  przy  wsparciu  możnowładców  upatrujących  swój  interes  w  osłabieniu  władzy  centralnej.  Mimo  początkowych  sukcesów,  któ­ rych  źródłem  były  bogactwo  Małopolski  oraz  so­

i podbojami.  

jusz z Rusią, w 1146 r. Władysław został obalony,  obłożony klątwą przez biskupów, a następnie wy­ Testament Krzywoustego  gnany.  Żadna  z  prób  powrotu  na  krakowski  tron  podejmowanych przy poparciu Cesarstwa i Papie­ Przypomnijmy,  że  testament  Krzywoustego  po­ stwa  nie  powiodła  się  i  Władysław  zmarł  na  wy­ dzielił państwo piastowskie na dzielnice, rządzone  gnaniu w 1159 r.  przez  jego  synów  i  wdowę  po  księciu,  Salomeę. 

eXperyment

35


HISTORIA

Kolejnym seniorem został Bolesław IV Kędzierza­ wy,  a  po  jego  śmierci  w  1173  r.  następny  syn  Krzywoustego,  Mieszko  III  Stary.  Ten  ostatni  już  po kilku latach został obalony i wygnany, na sku­ tek  działań  możnowładztwa,  któremu  nie  podo­ bały  się  próby  ograniczenia  wpływów  podejmowane  przez  księcia,  oraz    dostojników  Kościoła.  Walki  z  najmłodszym  z  synów  Krzywo­ ustego,  Kazimierzem  II  Sprawiedliwym,  zakoń­ czyły  się  usunięciem  Mieszka,  zaś  Kazimierz  sprawował  zwierzchnią  władzę  w  latach  od  1177  r. do śmierci w 1194 r.  Syn  Kazimierza  II,  Leszek  Biały,  był  ostatnim  sprawującym władzę seniora.  Leszek Biały  Leszek  Biały  objął  władzę  w  sytuacji,  gdy  doko­ nywał  się  proces  rozdrabniania  dzielnic  wyzna­ czonych  Bolesława  Krzywoustego.  Dotyczyło  to  szczególnie  Śląska,  gdzie  wyodrębniły  się  księ­ stwa  opolsko­raciborskie  i  wrocławskie.  W  Wiel­ kopolsce  nastąpiły  kilkukrotne  podziały  między  synem Mieszka – Władysławem Laskonogim a je­ go  bratankiem  Władysławem  Odonicem.  Nato­ miast  najbogatsza  część  piastowskiego  dziedzictwa,  Małopolska,  stała  się  celem  zażartej  walki między książętami.  Leszek Biały w chwili śmierci ojca miał około 9 lat  i  władzę  w  jego  imieniu  sprawowała  jego  matka,  Helena  Znojemska,  wojewoda  krakowski  Henryk  Gryfita  oraz  biskup  krakowski  Pełka.  W  tej  sytu­ acji  próbę odzyskania krakowskiego tronu podjął  jego stryj, obalony wcześniej Mieszko Stary. Woj­ na  między  zwaśnionymi  stronami  doprowadziła  do  bitwy  pod  Mozgawą  w  1195  roku.  Bitwa  nie  została  nierozstrzygnięta,  zaś  strony  zawarły  ugodę,  w  wyniku  której  Mieszko  odzyskał  władzę  w Krakowie, gdzie panował do śmierci w 1202 r.   W późniejszych latach władzę zdobył syn Mieszka  III,  Władysław  III  Laskonogi,  jednak  także  i  on  został  wkrótce  wygnany.  W  1206  r.  krakowski  tron objął młody, choć już pełnoletni Leszek Biały,  co  niemal  natychmiast  spotkało  się  ze  sprzeci­ wem starszych piastowskich książąt. Protestowali  zwłaszcza  książę  śląski  Henryk  I  Brodaty  i  rzą­ dzący  niedawno  Władysław  III  Laskonogi,  którzy  interweniowali  na  papieskim  dworze  i  w  1210  r.    uzyskali bullę, w której papież odwołał się do po­ stanowień Krzywoustego i nakazał posadzenie na  tronie  najstarszego  żyjącego  Piasta,  Mieszka  Plą­

36

tonogiego. Mieszko  zmarł  jednak  w  1211  r.,  a  wówczas  dyplomatyczne  zabiegi  biskupa  kra­ kowskiego Wincentego Kadłubka doprowadziły do  utrzymania się Leszka Białego na tronie.  Mimo  młodego  wieku  Leszek  prowadził  energicz­ ną  i  rozsądną  politykę,  między  innymi  na  Rusi  oraz  przeciwko  najeżdżającym  kraj  plemionom  pruskim.  Jego  działania  umożliwiły  zawarcie  ze  starszymi  książętami,  Henrykiem  Brodatym  i Władysławem Laskonogim, układu, wedle które­ go  ten  z  książąt,  który  przeżyje  pozostałych,  zjednoczy pod swoim panowaniem najważniejsze  dzielnice  –  Małopolskę,  Wielkopolskę  i  Śląsk.  Uczestnikami  porozumienia  stali  się  także  książę  pomorski  Świętopełk  oraz  młodszy  brat  Leszka,  Konrad I Mazowiecki. Układ ten sprzyjał najmłod­ szemu  z  nich,  Leszkowi.  Jego  ambicje  sięgały  jeszcze  dalej  –  młody  książę  zamierzał  korono­ wać  się  na  króla.  Ambicje  te  nie  oczywiście  nie  mogły przypaść do gustu pozostałym Piastom.   Przez następne kilka lat książęta żyli w wymuszo­ nej  zgodzie,  podejmując  między  innymi  kilka  wspólnych  wypraw  na  Prusy,  które  jednak  koń­ czyły  się  niepowodzeniami.  Klęska  wojsk  mało­ polskich w 1224 r.  przyniosła pierwsze pęknięcia  na  sojuszu  –  o  porażkę  Leszek  winił  pomorskich  Gryfitów,  którzy  poszukali  protekcji  u  Henryka  Brodatego.  Ten  w  1225  r.  zerwał  sojusz  z  Lesz­ kiem, podjął próbę zajęcia Krakowa i tylko najazd  landgrafa  turyńskiego  na  ziemię  lubuską  spowo­ dował,  że  odstąpił  od  swoich  zamiarów  i  ugodził  się z Leszkiem.  Spokój  skończył  się  także  w  Wielkopolsce,  gdzie  w 1223 r. doszło do walk zbrojnego między Wła­ dysławem  III  Laskonogim,  a  jego  bratankiem  Władysławem  Odonicem,  wydziedziczonym  na  mocy układu z 1217 r., korzystającego z pomocy  i  wsparcia  księcia  pomorskiego  Świętopełka.  Ten  z  kolei    starał  się  o  uniezależnienie  Pomorza  Gdańskiego  od  reszty  Polski.  Odonica  wspierał  też  Leszek  Biały,  który  celem  było  odziedzicze­ niem  Wielkopolski  (?)  po  spodziewanej  śmierci  ponad sześćdziesięcioletniego Laskonogiego.  Zjazd Piastów W  1227  r.  sytuacja  w  kraju  zaostrzyła  się.  W  Wielkopolsce  popierany  przez  Leszka  Włady­ sław  Laskonogi  poniósł  klęskę  z  rąk  Władysława  Odonica.  Zwrócił  się  do  seniora  oraz  Henryka  Brodatego  z  prośbą  o  pomoc  i  mediację  Z  kolei 

eXperyment


z przedstawicielami  Zakonu  Krzyżackiego,  w  wy­ niku których Zakon otrzymał zgodę na osiedlenie  się na ziemi chełmińskiej dla prowadzenia działań  przeciwko Prusom.   Dla  księcia  –  seniora  najważniejszą  sprawą  stała  się  kwestia  Wielkopolski.  Chcąc  doprowadzić  do  zawarcia  ugody  między  Władysławem  Laskono­ gim  a  Władysławem  Odonicem  krakowski  książę  zorganizował  zjazd.  Jego  zamiarem  było  także  omówienia  z  krewniakami  kwestii  zjednoczenia  Polski  po  niemal  stuletnim  okresie  rozbicia  dziel­ nicowego.  Zjazd  w  Gąsawie  niedaleko  Żnina  na  Kujawach  rozpoczął  się  11  listopada?  1227  r.  Uczestniczyli  w  nim  Leszek  Biały,  książę  opolski  Henryk  I  Bro­ daty  i  Konrad  I  Mazowiecki,  natomiast  nie  poja­ wili  się  najbardziej  zainteresowani,  czyli  Władysław  Laskonogi,  Władysław  Odonic  oraz  Świętopełk Pomorski.  Z  powodu  nieobecności  Odonica  i  Świętopełka  pierwsza  sprawa  mająca  być  przedmiotem  roz­ mów  była  nieaktualna,  a  książęta  zaczęli  zasta­ nawiać  się,  jak  pozbyć  się  buntowników.  Natomiast  Odonic  i  Świętopełk,  oskarżani  przez  pozostałych  uczestników  zjazdu,  wiedząc,  że  nie  mają  szans  na  pokonanie  w  walce  sojuszu  pozo­ stałych  książąt,  wpadli  na  pomysł  wykorzystania  zjazdu  jako  okazji  do  przeprowadzenia  zamachu  i wyeliminowania przeciwników.   „Krwawa łaźnia” w Gąsawie  Wczesnym  rankiem  24  listopada  1227  roku  do  Gąsawy  wjechał  oddział  rycerzy.  Byli  to  ludzie  Władysława  Odonica,  choć  według  innej  wersji  mogła to być grupa zamachowców zwerbowanych  i  opłaconych  przez  księcia  pomorskiego  Święto­ pełka. We wsi panowała cisza, a uczestnicy wczo­ rajszej  uczty  trwającej  aż  do  późnej  nocy  spali,  wstawali lub brali kąpiel. Napastnicy zsiedli z koni  i  rozbiegli  się  w  poszukiwaniu  najważniejszych  osób  w  państwie.  Najbardziej  prawdopodobnym  celem  mógł  być  Władysław  Laskonogi,  lecz  jego  nieobecność  spowodowała,  że  zamachowcy  po­ szukali pozostałych „celów”.  Najpierw  udało  im  się  odnaleźć  leżącego  w  łóżku  Henryka  Brodatego  i  ciężko  go  ranili.  Życie  ślą­

skiego księcia uratowało poświęcenie rycerza Pe­ regryna  z  Wiesenburga,  który  zasłonił  go  własnym ciałem.  Leszek  Biały  w  tym  samym  czasie  przebywał  w  łaźni.  Choć  udało  mu  się  wraz  z  kilkoma  ryce­ rzami dosiąść koni i rzucić do ucieczki, ale pogoń  szybko  dopadła  grupkę  uciekinierów.  Książę  zgi­ nął  koło  wsi  Marcinkowo,  według  jednej  z  wersji  przebity  włócznią  lub  strzałą,  według  innej  z  po­ wodu  ataku  apopleksji  lub  zawału  serca,  spowo­ dowanego  przez  nagłą  zmianę  temperatur  i strach wobec zagrożenia życia.  Zbrodnia  gąsawska  zyskała  sobie  swoiste  miano  „krwawej łaźni w Gąsawie”, a w jej wyniku zginął  ostatni książę krakowski, który będąc suwerenem  dzierżył  władzę  zwierzchnią  nad  pozostałymi  książętami  piastowskimi.  Jego  ciało  zostało  za­ wiezione do Krakowa, gdzie złożono je w wawel­ skiej katedrze. 

HISTORIA

na Mazowszu  kolejny  sprzymierzeniec  Leszka  Konrad  prowadził  walki  z  najeżdżającymi  dzielni­ cę plemionami Prusów i Jaćwingów, a także z lo­ kalną  opozycją.  Prowadził  także  rozmowy 

Konsekwencje Rozdrobnienie  dzielnicowe  było  w  średniowiecz­ nej  Europie  zjawiskiem  powszechnym  i  wszędzie  wiązało  się  z  licznymi  mniejszymi  i  większymi  konfliktami  zbrojnymi.  Nie  inaczej  przebiegało  w  Polsce.  Choć  najważniejszym  celem  Krzywo­ ustego było zachowanie jedności kraju i prymatu  władzy  centralnej,  wydarzenia  z  udziałem  jego  następców  doprowadziły  do  rozbicia  kraju  na  kil­ ka  ośrodków    władzy  w  kilku  samodzielnych  dzielnicach, które ulegały dalszym podziałom.   Następstwa  zamachu  w  Gąsawie  ostatecznie  przekreśliły  postanowienia  testamentu  Krzywo­ ustego, kończąc epokę zwierzchniej władzy pryn­ cypatu  książąt  krakowskich  –  żaden  z  kolejnych  Piastów  nie  zdobył  już  władzy  seniora.  Proces  dalszego rozdrabnianie ziem polskich trwał dalej,  a  państwo  Piastów  rozsypywało  się  na  większe  i  mniejsze  księstwa.  Co  gorsza,  wiązało  się  to  z  postępującymi  tendencjami  do  niezależności  i  separatyzmu  poszczególnych  dzielnic,  a  także  ze  stratami  terytorialnymi  ­  Pomorze  Gdańskie  uniezależniło się, Pomorze Zachodnie znalazło się  przedmiotem  ścierania  się  interesów  duńsko  –  brandenburskich,  zaś  Śląsk  przeszedł  stopniowo  pod zwierzchnictwo państwa czeskiego.  Dopiero Władysław Łokietek zjednoczył w swoich  rękach  władzę  nad  większością  ziem  piastow­ skich. 

eXperyment

37


WYDARZENIA

Zapowiedź Ogólnopolskiej Szkoły  Chemii Już niedługo, bo 28 kwietnia odbędzie się kolejna  edycja Ogólnopolskiej Szkoły Chemii. W tym roku  powróci ona do swoich korzeni, ponieważ organi­ zatorami  ponownie  jest  Koło  Naukowe  Wydziału  Chemicznego  „ALLIN”  działające  na  Politechnice  Wrocławskiej.  Konferencja  ta  odbywa  się  co  pół  roku  gdzie  każda  organizowana  jest  przez  jedno  ze zrzeszonych kół naukowych z całej Polski, któ­ re  przynależą  do  wspólnej  organizacji  Akademic­ kiego  Stowarzyszenia  Studentów  Chemii. 

Pierwsza taka konferencja została zorganizowana  na  potrzeby  zjednoczenia  kół  polskich  uczelni,  aby  poszerzyć  ramy  współpracy  oraz  nawiązać  kontakty  między  młodym  pokoleniem  przyszłej  inteligencji. Ogólna przychylność temu pomysłowi  zmotywowała  członków  ówczesnego  Koła  Nauko­ wego  Studentów  Chemii  „ALLIN”  aby  dotychcza­ sowe  zjazdy  członków  rozszerzyć  do  rangi  ogólnopolskiej i tym sposobem inicjatywa została  zrealizowana  w  postaci  I  Ogólnopolskiej  Szkoły  Chemii ’94 w Jugowicach. Od tamtych czasów re­ gularnie  zjazdy  odbywały  się  na  jesień  i  wiosnę,  zaś  studenci  i  doktoranci  mogli  dzielić  się  swoimi  badaniami  oraz  wymieniać  pomysłami  w  przyja­ znej  aczkolwiek  profesjonalnej  atmosferze.  Kon­ tynuując  tę  tradycję  aż  do  dziś  konferencja  odbędzie się po raz 48, tym razem w Lubiniu pod  hasłem  „Pod  strzechą  chemii”.  Uczestnicy  będą  mogli  zaprezentować  się  i  swoje  zainteresowania 

38

Adrian Justyiarski w  dwóch  kategoriach:  badania  własne  oraz  wy­ stęp  popularnonaukowy.  Każda  z  tych  kategorii  może  być  prezentowana  na  wystąpieniu  oralnym  bądź też na generalnej sesji posterowej. Mimo że  konferencja  jest  głównie  skupiona  na  prezentacji  studentów,  nie  zabraknie  jednak  atrakcji  w  po­ staci  wykładów  gwiazd  nauki.  Tegorocznymi  go­ śćmi  konferencji  jest  m.in.  prof.  dr  hab.  inż.  Marek  Samoć,  naukowiec  którego  alma  mater  oraz dzisiejszym miejscem pracy jest Politechnika 

Wrocławska, który  zyskał  wiele  nagród  i  hono­ rów, jednak szczególnym osiągnięciem jest otrzy­ manie  nagrody  Polskiego  Nobla  fundowanego  przez  Fundację  na  rzecz  Nauki  Polskiej.  Konfe­ rencja  również  będzie  gościć  prof.  Yang  Tao  z  Chińskiej  Akademii  Nauk  w  Quingdao  powiąza­ nego z nanokatalizatorami oraz ogniwami paliwo­ wymi.  Oprócz  tego  nie  zabraknie  innych  znamienitych  gości  takich  jak  dr  hab.  Elżbieta  Gumienna­Kontecka czy dr inż. Rafał Szabla, któ­ rzy podzielą się ze studentami swoimi zaintereso­ waniami  na  wykładach  planarnych  a  także  za  kulisami  na  wieczornych  spotkaniach  i  pogadan­ kach  już­nie­tylko  naukowych.  Konferencja  wspierana jest również przez wiele firm oraz jed­ nostek  badawczych  między  którymi  jest  Orlen,  Politechnika  Wrocławska,  PCC  Rokita,  a  także  magazyn popularnonaukowy eXperyment.  

eXperyment


Dnia 24.03.2018  r  na  Politechnice  Wrocławskiej  oraz  przeprowadzić  eksperymenty  ­  bardzo  czę­ w związku z LabDay organizowanym przez Samo­ sto  nie  mają  takich  możliwości  w  szkole  na  lek­ rząd  Studentów  Wydziału  Chemicznego  odbyły  cjach  chemii.    Z  punktu  widzenia  prowadzącego  się  pokazy  chemiczne  przeprowadzane  przez  LabDay to wydarzenie które pozwala na konfron­ członków  Koła  Naukowego  Wydziału  Chemiczne­ tacje wiedzy książkowej z praktyką w niekonwen­ go „ALLIN”. Trzy grupy młodych fascynatów nauki  cjonalnej formie.  miały  możliwość  zapoznać  się  z  podstawowymi  Monika Fedyna  oraz  bardziej  zaawansowanymi  wskaźnikami  pH.  Następnie  salę  rozjaśniły  blaski  spalanego  w  wy­ O organizacji wydarzenia LabDay, a także o zain­ sokiej temperaturze magnezu oraz gejzery z pro­ teresowaniu  i  uczestnikach  rozmawiała  Joanna  bówki.  Pokaz  zamykały  dla  niektórych  pierwsze  Więckowska  z  koordynatorką  ds  promocji,  Martą  eksperymenty  biochemiczne.  Aby  zaobserwować  Lipką.  działanie  amylazy  ślinowej  prowadzący  wprowa­ dzili  do  roztworu  skrobi  jodynę  uzyskując  piękny  Jaka  jest  twoja  rola  w  wydarzeniu?  Czym  niebieski  kolor.  Po  dodaniu  amylazy  roztwór  od­ się  zajmowałaś  podczas  organizacji  wyda­ barwił  się  świadcząc  o  rozkładzie  skrobi.  Po  za­ rzenia LabDay?  kończeniu  pokazów  zadowoleni  uczniowie  oraz  równie  radośni  prowadzący  wykonali  pamiątkowe  zdjęcia. Możliwe że z niektórymi osobami jeszcze  się spotkamy, już w trochę innej roli.  Adrian Justyniarski 

WYDARZENIA

LabDay ­ byliśmy tam!

Nazywam się Marta Lipka, jestem koordynatorem  do spraw promocji projektu LabDay. Byłam odpo­ wiedzialna  za  całą  wizualizację  projektu.  Zajmo­ wałam  się  sztabem  promocji,  gdzie  przygotowywaliśmy  wszystkie  grafiki.  Strona  www.labday.pwr.edu.pl  to  efekt  naszej  współpra­ cy  z  informatykami.  Oprócz  tego  prowadziliśmy  fanpage,  zajmowaliśmy  się  kontaktem  z  media­ mi.  Tutaj  trzeba  zaznaczyć,  że  nasze  uczelniane  media mocno nas wspierały w promocji podobnie  jak  media  lokalne.  Dzisiaj  chociażby  pojawili  się  już  z  Radio  Wrocław.  Jako  promocja  pracowali­ śmy  najbardziej,  aby  cała  Polska  dowiedziała  się  o naszym wydarzeniu, mimo tego, że jest to do­ piero  pierwsza  edycja  naszego  projektu.  Chcieli­ śmy pokazać wszystkim jak ciekawa jest chemia,  a  także  co  interesującego  mogą  zobaczyć  u  nas 

Dwie grupy  uczniów  miały  okazję  uczestniczyć  w zajęciach pt. "Szkielety metaloorganiczne. Czy­ li  jak  zmieścić  boisko  w  probówce".  Poznali  oni  bardzo  ciekawą  grupę  materiałów  jakimi  są  sita  molekularne  oraz  dowiedzieli  się,  gdzie  mogą  znaleźć  one  zastosowanie  w  życiu  codziennym.  Dopełnieniem  wykładu  było  przeprowadzenie  syntezy  MOF  o  nazwie  HKUST­1  trzema  metoda­ mi.  Połączenie  wiedzy  teoretycznej  i  części  eks­ perymentalnej  pozwoliło  im  zrozumieć  jak  ważne  są  parametry  syntezy  złożonych  związków  che­ micznych.  Zamknięcie  tak  rozległej  wiedzy  w  za­ ledwie  45  minutowych  zajęciach  było  nie  lada  na Politechnice Wrocławskiej.  sztuką.  Jakub Mokrzycki Skąd się wziął pomysł na wydarzenie?  Jak dla mnie LabDay to spotkanie mające na celu  połączenie  pasjonatów  chemii  w  różnym  wieku.  Wydarzenia  tego  typu  pozwalają  na  "zarażenie"  młodzieży  pozytywną  energią,  pasją,  chęcią  do  zgłębiania  wiedzy  oraz  poznawania  świata  w  in­ nym  wymiarze.  Dzięki  tego  typu  imprezą  słucha­ cze  mogą  zobaczyć  jak  wygląda  uczelnia  "od  środka",  oraz  czym  jest  praca  w  laboratorium.  Mogą oni również sami sprawdzić się w zawodzie  chemika:  skorzystać  z  sprzętu  laboratoryjnego 

To wydarzenie  skierowane  jest  w  szególności  do  licealistów i maturzystów. Przyświecała nam idea,  że sami, jak byliśmy jeszcze w liceum i mieliśmy  zadecydować  naszych  losach,    stawaliśmy  przed  ciężkim wyborem.  Gdzieś w głowie świtał pomysł  o  Politechnice  Wrocławskiej,  o  wydziale  chemicz­ nym, ale nie byliśmy pewni, co nas spotka i co tu  się  dzieje.  Teraz  chcieliśmy  przez  wydarzenie,  przez  laboratoria,  prelekcje,  wykłady  i  pokazy  pokazać  licealistom,  jak  wygląda  nasza  praca 

eXperyment

39


WYDARZENIA

i nauka  na  codzień,  żeby  łatwiej  było  im  podjąć  trudną decyzję. Drugim celem jest szerzenie che­ mii,  ciekawostek  ze  świata  nauki.  Zachęcaliśmy  do  wzięcia  udziału  także  studentów,  szczególnie  z  naszego  wydziału.  Przygotowaliśmy  dla  nich  specjalne szkolenia.   Jak wyglądała organizacja od kuchni?   Przygotowania  do  tego  dnia  to  było  prawie  10  miesięcy pracy, ponieważ sama idea naszej koor­ dynatorni  Moniki  Czerniejewskiej  pojawiła  się  już  w  maju  zeszłego  roku.  Wymieniliśmy  naprawdę  setki  e­maili,  ponieważ  współpracuje  z  nami  aż  60  prowadzących  i  chociażby  z  nimi  Marta  Po­ rwoł, odpowiedzialna za przygotowanie harmono­ gramu,  wymieniała  po  kilkanaście  wiadomości.  Przygotowania  to  setki  godzin  spędzonych  nad  wydarzeniem, mamy w końcu ponad 70 laborato­ riów, wykładów i prelekcji oraz  9 szkoleń. Oczy­ wiście  to  wszystko  nie  odbyło  by  się  bez  ogromnej  współpracy  ze  strony  władz  uzcelni.  Jednym  z  naszych  honorowych  patronów  jest  prorektor  do  spraw  studeckich  profesor  Lamper­ ski.  Również  ze  strony  władz  naszego  wydziału  jesteśmy  wdzięczni,  ponieważ  wszyscy  dziekani  nas wspierali w przygotowaniach. Poza tym także  wielu pracowników pomagało w pozyskiwaniu od­ czynników i sprzętów, których brakowało. To była  ogromna  współpraca.  Nas,  organizatorów,  jest  ponad 40 osób, a wolontariuszy, którzy od ponad  tygodnia pomagają przy wydarzeniu, jest też po­ nad 40.  Czy  planujecie  powtórzyć  wydarzenie  za  rok?  Bardzo byśmy chcieli! Już świta ta myśl w głowie.  To już się rozpoczęło, mamy prawie 500 uczestni­ ków  na  wszystkie  wydarzenia.  W  samych  ścież­ kach  dla  grup  zorganizowanych  wzięło  udział  prawie  380  uczestników,  a  są  przecież  jeszcze  wydarzenia  towarzyszące,  na  przykład  panel  możliwości. Na nim nasi absolwenci będą opowia­ dać o tym, w jaki ciekawy sposób można się roz­ wijać na naszym wydziale, a przedstawiciele firm  opowiedzą  pracy,  która  czeka  ich  po  studiach  na  wydziale  chemicznym.  Żywimy  chęci  i  nadzieje,  a  wszystko  okaże  się  po  wydarzeniu,  ale  już  jest  pomysł na kontynuację! 

40


NAUKA w PRAKTYCE

Kryzstalizacja ­ zrób to sam! SOkładką  numeru  rządzi  eksperyment  krystalizacji  soli.  Krystalizacja  to  fascynujący  proces  powstawania  i  wzrostu  kryształów.  Kryształy  są  tworami  wszechobecnymi,  na  przykład  lód  jest  kryształem  wody  i  występuje  w  chmurach  oraz  w  postaci  śniegu  czy  lodowców.  Od  wieków  wydobywa się sól krystaliczną w kopalniach (Wieliczka). Również niektóre  minerały  powstają  w  wyniku  krystalizacji  z  fazy  gazowej  i  ciekłej  (z roztworów i stopów magmowych).    Joanna Więckowska W przemyśle krystalizacja jest używana jako jed­ na z metod oczyszczania substancji. W tym przy­ padku  polega  ona  na  otrzymaniu  roztworu  nasyconego  oczyszczanej  substancji  w  tempera­ turze wrzenia rozpuszczalnika, oddzielenie (przez  sączenie  roztworu)  ewentualnych  nierozpuszczal­ nych  zanieczyszczeń,  a  następnie  ochłodzenie  przesączu.  W  miarę  obniżania  temperatury,  po­ wstaje  roztwór  przesycony  i  nadmiar  substancji  wydziela  się  z  roztworu  w  formie  krystalicznej.  Otrzymany  w  ten  sposób  osad  oddziela  się  przez  odsączenie.  Do  przeprowadzenia  doświadczenia  potrzebny  będzie  słoik  (lub  szklanka),  woda,  sól  (lub  cu­ kier), patyczek i nitka. Należy zacząć od przyrzą­ dzenia  nasyconego  roztworu  soli  (lub  cukru)  –  w  tym  celu  do  szklanki  nalewamy  gorącej  wody,  w  której  rozpuszczamy  sól  do  momentu,  aż  nie  będzie  chciała  się  już  dalej  rozpuszczać.  Oczywi­ ście  podczas  rozpuszczania  należy  roztwór  mie­

szać, aby  ułatwić  proces.  Kolejnym  etapem  jest  przygotowanie  patyczka  ze  sznurkiem.  Tutaj  wy­ starczy  przywiązać  na  środku  patyka  sznurek  jednym  końcem.  Następnie  należy  położyć  patyk  na szklance tak, aby drugi koniec sznurka dotykał  dna słoika.   To  już  wszystkie  manualne  czynności  w  celu  otrzymania  kryształów  cukru  lub  soli.  Teraz  wy­ starczy  odstawić  nasz  słoik  w  ustronne  miejsce,  aby nie zakłócać procesu wzrostu kryształów nie­ potrzebnym  mieszaniem  roztworu.  Na  koniec  trzeba uzbroić się w cierpliwość, ponieważ pierw­ sze ślady i drobne kryształki zauważymy dopiero  po kilku dniach. Aby uzyskać piękne, duże krysz­ tały,  najlepiej  jest  prowadzić  eksperyment  przez  okres  1­2  miesięcy.  Warto  pamiętać,  że  dostęp  światła nie wpływa na naszą krystalizację. Z kolei  ciepło  przyspiesza  parowanie,  przez  co  krystali­ zacja  przebiega  szybciej  –  w  efekcie  uzyskamy  mniejsze kryształy. 

Krystalizacja soli w warunkach domowych potrafi być piękna. fot. Jacek Jankowski

42

eXperyment


Słońce fot. Piotr Kołaczek­Szymański

Profile for magazynexperyment

Magazyn eXperyment nr 4(4) kwiecień 2018  

Magazyn eXperyment nr 4(4) kwiecień 2018  

Advertisement