Fascynująca chemia
Fascynująca chemia to wędrówka po różnych obszarach chemii – porusza tematy ciekawe i zaskakujące, zawiera pouczające informacje. Autorzy zastosowali dość szeroką definicję pojęcia „chemii”, włączając w nią również wycieczki do nauk pokrewnych, takich jak fizyka, biologia czy geologia.
Zapraszamy na pełną odkryć podróż, która rozpoczyna się od podstaw chemii. Zaczynamy od samego początku i odpowiadamy na takie pytania jak:
Co to jest atom? Jak chemicy zapisują struktury chemiczne? Dlaczego korzystają z różnych modeli, aby coś wyjaśnić? Jaką rolę odgrywa symetria cząsteczek? Jakie istnieją rodzaje oddziaływania? Co wymieniają ze sobą substraty podczas reakcji: jony czy elektrony?
Następnie przyjrzymy się powstawaniu pierwiastków – zarówno bezpośrednio po Wielkim Wybuchu, jak i w ramach procesów fuzji w rdzeniach gwiazd.
Powiemy również o tym, w jaki sposób życie zmieniło i wciąż zmienia powierzchnię planety Ziemi, począwszy od mikroorganizmów, które wzbogacały atmosferę w tlen, aż po powstanie ropy z materiału biologicznego.
W kolejnej części pochylamy się nad chemią, która funkcjonowała już od wczesnej historii ludzkości, czyli od czasów, w których poprzez obserwację i eksperymenty wykrystalizowały się pierwsze procesy chemiczne. W tym czasie chemia była przez długi okres składową takich nauk jak medycyna czy filozofia. Z pojawieniem się chemii jako nauki przyrodniczej na uniwersytetach w XIX wieku są związane ważne odkrycia.
Kolejny rozdział skupia się na ważnych zastosowaniach chemii we współczesnych czasach. Przemierzamy tutaj obszary chemii stosowanej i przedstawiamy tajniki najważniejszych surowców i materiałów budowlanych, takich jak metale, tworzywa sztuczne, beton czy ceramika.
Na koniec przyglądamy się aktualnym badaniom. Spektrum tematyczne jest tutaj szeroko zakrojone: począwszy od nowych substancji roboczych takich jak nanorurki węglowe, grafen czy ostra jak nóż ceramika po współczesne narzędzia takie jak obrazowanie mikroskopowe o wysokiej rozdzielczości i manipulacje genowe.
Mamy nadzieję, że czytelnikom udzieli się fascynacja pięknymi zdjęciami i grafikami przedstawiającymi znane i zaskakujące zjawiska, a także fascynacja logicznymi i różnorodnymi strukturami stanowiącymi nieodłączną część chemii.
Wstęp V
Spis treści IX
1. Podstawy chemii 1
Droga do atomu – Dlaczego materia nie jest kontinuum 2
Podstruktura atomów – Podmuch niczego 4
Funkcja falowa w atomie wodoru – Elektrony nie krążą, tylko drgają 6
Model powłok elektronowych – Od reguły Pauliego do orbitali 8
Układ okresowy – Porządek w zoo pierwiastków 10
Stabilność jąder atomowych – Balansując na krawędzi 12
Rozpady promieniotwórcze – Jądra atomowe szukają równowagi 14
Równania reakcji chemicznych – Język chemii 16
Wiązania chemiczne – Siła tkwi w elektronach 18
Cząsteczka wodoru – Fale elektronowe wiążą atomy 20
Czym jest entropia? – Pomost między mikro- a makroświatem 22
Siła napędowa reakcji chemicznych – Entropia i energia Gibbsa 24
Katalizatory – Czyli jak rozkręcić reakcję 26
Kwasy i zasady – Wędrówka protonów 28
pH i mol – Woda to nie tylko H2O 30
Wzory strukturalne – Sposoby przedstawiania budowy cząsteczek 32
Reguła oktetu – Przydatna, lecz nie żelazna 34
Benzen – Pierścień łączący 36
Szereg napięciowy metali – Metale szlachetne i nieszlachetne 38
2. Od Wielkiego Wybuchu do pierwiastków 41
Wielki Wybuch – Początek Wszechświata 42
Materia w rozszerzającym się Wszechświecie – Atomy, ciemna materia i ciemna energia 44
Synteza jądrowa helu – Wczesny Wszechświat jako reaktor fuzyjny 46
Pierwsze atomy – … i najstarsze światło świata 48
Powstanie pierwszych gwiazd i galaktyk – Początek pierwiastków ciężkich 50
W reaktorze fuzyjnym gwiazd – Jak powstają pierwiastki ciężkie 52
Supernowe – Czyli pierwiastki powstają przez eksplozję 54
Łączenie się gwiazd neutronowych – Kuźnia pierwiastków podczas kosmicznej kolizji 56
Częstość występowania pierwiastków chemicznych – …i z czego ona wynika 58
Linie widmowe – Optyczny ślad pierwiastków 60
Ośrodek międzygwiazdowy – Gaz i pył w kosmosie 62
Obłoki molekularne – Pyłki kurzu jako kosmiczne minilaboratoria 64
Biomolekuły – Śladami początków życia 66
Woda w Układzie Słonecznym – Od lodu w kraterach Merkurego po lodowe księżyce 68
Meteoryty – Niebiańskie żelazo i figury Widmanstättena 70
3. Chemia Ziemi i innych planet 73
Z czego składają się planety? – W drodze do minimum energetycznego 74
Wnętrze Ziemi – Podróż do środka 76
Pochodzenie minerałów – Krótka historia powstania 78
Oliwin – Zielony minerał z głębi Ziemi 80
Cyrkon – Kapsuły czasu z wczesnych lat Ziemi 82
Kwarc – … i piaskowy krwiobieg 84
Skaleń – Budulec powłoki ziemskiej 86
Piroksen, amfibol i łyszczyki – Minerały między oliwinem a kwarcem 88
Skały magmowe – Bazalt, granit i inne skały 90
Skały metamorficzne – Kratony i najstarsze skały Ziemi 92
Wietrzenie i minerały ilaste – Czego nie naruszy ząb czasu 94
Siarczek żelaza(II) – Od Morza Wattowego po złoto głupców 96
Woda morska i ewaporyty – Gdy wysychają morza i oceany 98
Wapień i dolomit – Gdy rafy stają się górami 100
Cykl węglanowo-krzemianowy – Gdzie na Ziemi znajduje się ditlenek węgla? 102
Gazy cieplarniane – Ciepły koc Ziemi 104
Zmienny węgiel – Grafit i diament – niepodobne do siebie bliźnięta 106
Hydrat metanu – Płonący lód 108
Ropa naftowa – Czarne złoto z głębin 110
Węgiel – Dziedzictwo prehistorycznych lasów 112
Lodowe królestwo Tytana – Tholiny i morza z metanu 114
Siarkowy świat wulkaniczny księżyca Io – Kaldery, lawa i morza siarkowe 116
Materia pod ciśnieniem – Procesy chemiczne w ograniczonych warunkach 118
Uderzenia meteorytów – Poszukiwanie śladów w skale 120
Masowe wymieranie na skalę globalną – Kiedy Ziemia stała się strefą śmierci 122
Z izotopami na poszukiwanie pierwiastków – Co zdradzają nam 12C, 14C oraz 18O 124
4. Powstanie życia 127
Woda – Substancja wyjątkowa 128
Powstanie życia – Od cząsteczek po organizmy 130
Membrany – Jak powstaje zamknięty układ reakcji 132
Czarne kominy – Źródła życia od praczasów do dzisiaj 134
Wczesna Ziemia – Pierwsze ślady życia 136
Świat RNA – Od makrocząsteczki do replikacji 138
Chiralność – Gdy cząsteczki skręcają płaszczyznę polaryzacji światła 140
Entropia a życie – Jak powstaje porządek w chaosie 142
5. Biochemia 145
Nanoświat komórek – W królestwie makrocząsteczek 146
Syntaza ATP – Rotujący nośnik energii 148
Glikoliza – Czyli jak powstaje energia z cukru 150
Reakcja pomostowa – … i gigantyczny kompleks enzymowy 152
Cykl kwasu cytrynowego – Centrum przemiany materii 154
Łańcuch oddechowy – Reakcja piorunująca w małych kroczkach 156
Fermentacja i oddychanie beztlenowe – Życie bez tlenu 158
Fotosynteza – Czyli wykorzystać światło słoneczne 160
Cykl Calvina – Akt drugi fotosyntezy 162
Symulacja komórek – Organizmy jako modele komputerowe 164
Rybosomy – Maszyny cząsteczkowe do produkcji białek 166
Wici i rzęski – … i drzewo genealogiczne życia 168
Białka motoryczne i szkielet komórkowy – Życie potrzebuje ruchu 170
Cukier – Węglowodany są nie tylko słodkie 172
Tłuszcze – Magazyny energii i budulce błon 174
Potas – Jeden banan za dużo? 176
Białka – Wszechstronne cząsteczki 178
Trawienie – Od kwasu solnego przez enzymy po mikrobiom 180
Alkaloidy – Trujący mechanizm obronny roślin 182
Terpeny – Od rozpuszczalników do witaminy A 184
Celuloza – Węglowodany jako budulec i surowiec odnawialny 186
Żelazo w organizmie – Hemoglobina a transport tlenu 188
Przekaźniki w układzie nerwowym – Chemiczny przekaz sygnałów 190
Narkotyki w układzie nerwowym – Walka o receptory 192
Wzrok – Włączanie cząsteczek za pomocą światła 194
Trucizny w pożywieniu – Czyli co kiedyś (niechcący) zabijało ludzi 196
Zielone substancje zapachowe – Komunikacja chemiczna wisi w powietrzu 198
Bioluminescencja – Czyli co sprawia, że meduzy i robaczki świętojańskie się świecą 200
Zegar biologiczny – Czyli jak cząsteczki nami sterują 202
6. Chemia w historii ludzkości 205
Ogień – Czyli karczowanie, ogrzewanie, suszenie, oświetlanie i gotowanie 206
Proch czarny – I jego zastosowania pirotechniczne 208
Porcelana – Białe złoto z Chin 210
Cement – Od piasku i zaprawy po materiał budowlany Rzymian 212
Beton – Nowoczesny materiał budowlany 214
Metale naszych przodków – Jak człowiek lodu stworzył swój miedziany topór 216
Fermentacja alkoholowa – Drożdże w warunkach beztlenowych 218
Od alkoholu po ocet – Gdy wino staje się kwaśne 220
Trucizny łowieckie – Żaby i rośliny jako dostawcy trucizn 222
Garbowanie – Jak ze skóry zwierzęcej powstaje materiał skórzany 224
Mydła – Czyli w czym Germanie przewyższali Rzymian 226
Medycyna naturalna – Leki z lasów i dzikich zwierząt 228
Naturalne farby i lakiery – Śródki ekspresji i rzemiosło 230
Kolory kryształów – Minerały jako surowiec do pigmentów 232
Kamień filozoficzny – Tajemnice alchemii 234
7. Współczesna chemia 237
Azot – Schwytany z powietrza, czyli metoda Habera i Boscha 238
Nawóz – W walce z głodem milionów 240
Bojowe środki chemiczne – Trujący gaz i neurotoksyny 242
Kwasy – Spacer po kwaśnym świecie 244
Materiały wybuchowe – Dynamit, trotyl, heksogen 246
Rtęć, kadm i ołów – O korzyściach i szkodach związanych z metalami ciężkimi 248
Metalurgia – Od górnictwa po właściwości na życzenie 250
Ziemie rzadkie – …to też metale, tylko że cenne! 252
Glin – Trudno dostępna waga lekka 254
Metale z morza – Konkrecje manganowe i frezarki w głębiach oceanicznych 256
Korozja – Gdy tlen postarza 258
Miedź i złoto – Wydobycie i pozyskiwanie 260
Krzem i jego tlenki – Różne oblicza uniwersalnego materiału 262
Metan i eten – Alkany kopalne, alkeny i petrochemia 264
Zeolity – Substancje katalizujące i zmiękczające wodę 266
Metanol i etanol – Alkohole do paliw 268
Barwniki – Wszystko tu tak pięknie mieni się kolorami 270
Ozon – Na Ziemi niebezpieczny, ponad nią – niezbędny 272
Samooczyszczające się powierzchnie – Jak łatwo pozbyć się wody i brudu 274
Ciecze jonowe – Płynne sole 276
Tworzywa sztuczne – Przez ciekawość i odrobinę szczęścia ku nowym materiałom 278
Antybiotyki – Z bronią grzybów na odsiecz bakteriom 280
Glifosat – Kontrowersyjny pestycyd 282
Surfaktanty – Aktywne na powierzchniach 284
Reakcja Maillarda – Chrupkość i aromat podczas smażenia 286
Dodatki spożywcze – Substancje zagęszczające, konserwanty i nie tylko 288
Kawa – Ekstrakt z prażonych ziaren 290
Emulgatory – Żółtko jajka w sosach 292
Fotoluminescencja – Fluorescencja, fosforescencja i chemiluminescencja 294
8. Przyszłość chemii 297
Fulereny – Nanopiłki nożne z węgla 298
Nanorurki węglowe – Zwinięty węgiel 300
Grafen – Cieniutkie warstwy węgla 302
Kosmiczna winda – Windą do gwiazd 304
Maszyny molekularne – Jak się je projektuje i buduje 306
Narzędzia z ceramiki – Ostre jak nóż i twardsze od stali 308
Mikroskopia fluorescencyjna – Za pomocą barwników świetlnych poza granice rozdzielczości 310
Mikroskopia krioelektronowa – Szczegółowy wgląd w nanoświat organizmów 312
Jedwab pajęczy – Przyroda wzorem dla bioprodukcji 314
Aerożel – Nieorganiczna waga lekka 316
CRISPR – narzędzie inżynierii genetycznej – Czy da się wyleczyć choroby poprzez modyfikacje genowe? 318
Układ okresowy 320
Autorzy zdjęć 321
Indeks 332
