Reklama
Polityka_blog_top_bill_desktop
Polityka_blog_top_bill_mobile_Adslot1
Polityka_blog_top_bill_mobile_Adslot2
niedowiary - blog (szalonych) naukowców niedowiary - blog (szalonych) naukowców niedowiary - blog (szalonych) naukowców

27.10.2018
sobota

Ai laurië lantar lassi súrinen

27 października 2018, sobota,

Ach, niczym złoto spływają liście z wiatrem – tymi słowami zaczyna się pieśń, którą Galadriela żegna Froda i resztę Drużyny Pierścienia w pierwszej części Władcy Pierścieni. Tak zaczyna się „Namárië” (Żegnaj), najdłuższy tekst napisany w stworzonym przez Tolkiena sztucznym języku quenya. Zaczyna się jesień, misja hobbita przypadnie na zimę, a wiosną zacznie się upadkiem Saurona kolejna, Czwarta Era Ziemi. Na razie członkowie Drużyny Pierścienia opuszczają Złocisty Bór Lothlόrien porośnięty wielkimi drzewami mellornami o srebrnych pniach i złotych liściach. A właśnie czemu liście są złote?

Nawet obecnie, tysiąclecia po wyniesieniu się opiekujących się mellornami elfów za zachodnie morze, drzewa naszej strefy klimatycznej jesienią przybierają inne niż wcześniej barwy liści: żółte, złote, pomarańczowe, czerwone. Skąd się one biorą?

Najprostsza odpowiedź, której uczą w szkole, jest taka, że zielony barwnik, chlorofil, nadający barwę liściom wiosną i latem, ulega jesienią rozkładowi, przez co inne barwniki (karoteny, ksantofile) zaczynają być widoczne. No dobrze, ale skąd bierze się ich barwa? Skąd bierze się pomarańczowa barwa marchwi czy innych roślin?

Ogólnie barwa danej substancji wynika z jej budowy chemicznej (istnieją pewne wyjątki, gdy barwę łatwiej wyjaśnić procesami czysto fizycznymi, tzw. barwy strukturalne na skrzydłach motyli). Różne substancje pochłaniają bądź odbijają różne długości fali elektromagnetycznej.

Weźmy pod lupę karotenoidy, jak karoten marchwi, ale i część barwników liści drzew. Z chemicznego punktu widzenia są to węglowodory, mają w cząsteczce zwykle 40 atomów węgla (nieprzypadkowo są terpenami) i sporo wiązań podwójnych. Skomplikowane? Zapewne. Zacznijmy od czegoś prostszego.

Eten (etylen), H2C=CH2. Pomiędzy dwoma atomami węgla mamy wiązanie podwójne. A więc łączy je „zwykłe” wiązanie C-C tworzone przez orbitale sp2, przenikające się czołowo i tworzące nowy orbital oznaczany literą σ. Wszystkie atomy leżą w jednej płaszczyźnie, a nad i pod nią leżą na kształt balonów obszary, w których przebywają elektrony tworzące kolejne wiązanie: π.

To teraz rozważmy buta-1,3-dien, czyli związek o czterech atomach węgla i dwóch wiązaniach podwójnych rozdzielonych pojedynczym: H2C=CH-CH=CH2. Wydawałoby się – nic niezwykłego, wiązania jak w etanie i etenie. No dobrze, przeprowadźmy doświadczenie, poddajmy ten związek reakcji addycji, czyli przyłączenia czegoś, np. cząsteczki bromu Br2. Brom przyłącza się do etenu, tworzą 1,2-dibromoetan. Upraszczając, wiązanie podwójne pęka i atomy bromu przyłączają się do obu atomów węgla. To teraz przyłączenie jednej cząsteczki bromu do buta-1,3-dienu. Co powstanie? 3,4-dibromobut-1-en, H2C=CH-CHBr-CH2Br. Ale nie będzie to główny produkt. W większej ilości powstanie coś innego: BrH2C-CH=CH-CH2Br. Nazywa się to 1,4-dibromobut-2-en, jeśli to kogoś interesuje. Co w tym niezwykłego? Bromy przyczepiły się do atomów węgla 1 i 4 (specjalnie wybrałem brom, bo ma duże atomy, które z dużą trudnością mieszczą się przy sobie i efekt jest wyraźniejszy). Wiązanie podwójne… przedzierzgnęło się i leży teraz między atomami 2 i 3. Jakim cudem?

Dwa wiązania podwójne rozdzielone pojedynczym mają elektrony na orbitalach π, leżących nad i pod płaszczyzną wyznaczaną przez jądra atomów węgla. Orbitale te powstają przez boczne nakładanie się orbitali p. Skoro orbitale takie mogą nakładać się od strony jednego boku, to mogą się nakładać i od strony drugiego. W efekcie dochodzi do częściowej delokalizacji elektronów, czyli cząsteczka zachowuje się tak, jakby nie wszystkie elektrony przypisane były do konkretnych wiązań pomiędzy jednym a drugim atomem, tak jakby pomiędzy atomami 2 i 3 było częściowo wiązanie podwójne, a między 1 i 2 oraz 3 i 4 częściowo pojedyncze. Nie można tego przedstawić na rysunku na jednym wzorze strukturalnym, zazwyczaj rysuje się kilka odpowiadających możliwym do przedstawienia strukturom, mówiąc, że właściwa budowach cząsteczki leży „gdzieś pomiędzy”. Określa się ją jako hybrydę rezonansową.

Gdybyśmy wzięli sześć atomów węgla połączonych na przemian wiązaniami podwójnymi i pojedynczymi (tzw. wiązania sprzężone) na kształt sześciokąta foremnego, w ogóle nie można stwierdzić, między którymi atomami leży jakie wiązanie, wszystkie sześć wiązań jest dokładnie takich samych. To cząsteczka benzenu C6H6.

W przypadku naprzemiennych wiązań podwójnych i pojedynczych nietworzących układu aromatycznego, jak w benzenie, efekt ten jest znacznie słabszy, ale zachodzi, o czym świadczą dziwne produkty reakcji addycji. Jakiś czas temu rozważaliśmy orbitale cząsteczki tlenu. Każde dwa przenikające się w istotnym stopniu orbitale skutkowały dodawaniem się ich i tworzeniem orbitali wiążących i antywiążących, o innej niż początkowe orbitale energii. Teraz wyobraźmy sobie, że oddziałuje ze sobą wiele orbitali p. Powstanie wiele nowych orbitali o nieznacznie różniących się energiach.

To teraz zastanówmy się, skąd się biorą kolory. Barwa ma związek z długością fali światła. Długość fali λ zależy od energii fotonu E zgodnie z wzorem Maxa Plancka z 1900: E = hc / λ (h i c to stałe). Cząsteczka absorbuje energię ze światła, dokładniej pochłania ją elektron, który przez to przeskakuje na orbital o wyższej energii. W węglowodorach bez wiązań podwójnych pierwszy wolny orbital, gdzie wybity ze swojego miejsca elektron może osiąść, ma energię dość wysoką, przez co różnica energii między orbitalami przypada daleko za zakresem światła widzialnego. Im więcej sprzężonych wiązań podwójnych, tym różnica energii mniejsza. W przypadku serii takich wiązań, jak w cząsteczce β-karotenu nadającego kolor marchwi, energia przypada już na fiolet. Cząsteczki pochłaniają barwę z fioletowego krańca światła widzialnego. Czerwony koniec (i centrum widma) jest odbijany – fotony docierają do naszych oczu i są interpretowane przez nasz układ nerwowy jako czerwone czy żółte. Powstaje pomarańcz. Podobne zjawisko zachodzi w liściach drzew.

Sprzężone układy wiązań podwójnych wielonienasyconych węglowodorów z grupy izoprenoidów nie brzmią może zbyt romantycznie, a przeskok zdelokalizowanego elektronu ze stanu podstawowego na wyższy poziom energetyczny w obrębie cząsteczki będącej hybrydą rezonansową nie kojarzą się z poezją czy malarstwem. Ale najwyraźniej bez nich nie byłoby naszych wrażeń, literatury czy malarstwa w ich obecnej formie.

Ilustracja: zdjęcie wykonane przez autora
Fragment „Władcy Pierścieni” J.R.R. Tolkiena w tłumaczeniu Jerzego Łozińskiego

Reklama
Polityka_blog_bottom_rec_mobile
Reklama
Polityka_blog_bottom_rec_desktop

Komentarze: 21

Dodaj komentarz »
  1. Najprostsza odpowiedź, której uczą w szkole, jest taka, że zielony barwnik, chlorofil, nadający barwę liściom wiosną i latem, ulega jesienią rozkładowi, przez co inne barwniki (karoteny, ksantofile) zaczynają być widoczne.

    Sa i inne odpowiedzi. Tu bardzo ciekawy wpis
    http://babilas.blogspot.com/2018/10/ogrodnik-podmiejski-11-zota-polska.html#links

  2. Bez eksperymentow Newtona, Fraunhofera, Faradaya, Balmera, Bohra, Rutherforda, PaschenaLymana, Rydberga i wielu innych – nasza wiedza wciaz byla by na poziome teorii emisji swiatla z oczu (Platon). https://en.wikipedia.org/wiki/Emission_theory_(vision)

    Mysle, ze mozna powiedziec, ze nasza wspolczesna wiedza w naukach przyrodniczych jest konsekwencja zrozumienia istoty koloru. Teoria mechaniki kwantowej ma swoje zrodlo, wlasnie w zrozumieniu kolorow a ogolnie oddzialywan swiatla z materia.
    No prosze jaki ten Tolkien sprytny 🙂

  3. Reklama
    Polityka_blog_komentarze_rec_mobile
    Polityka_blog_komentarze_rec_desktop
  4. Ale co do tego, że nasze wrażenie nie jest dokładnie tym samym, co postrzegany przedmiot, Platon miał rację 🙂

  5. Na szczescie subiektywizm Platona zostal oddzielony i weszlismy w okres nowoczesnego materializmu dialektycznego. Tylko prosze aby uwazny czytelnik nie posadzal mnie o jakies komunistyczne podteksty. Dyskusje, ktora schizma filozoficzna dostarcza najlepsze ramy poznawcze zostawiam, kolezenstwu bieglemu w temacie.

    Powracajac do kolorow, jednym z moich najbardziej ulubionych przyrzadow jest chyba interferometr Michelsona. Zasada jego dzialania jest calkime odmienna niz spektrometrow dyspersyjnych, mimo ze obydwie klasy przyrzadow dostarczaja nam te sama informacje o rozkladzie widmowym.

    Odnosnie koloru zoltego, podczas ekspedycji na rafach Morza Koralowego, ostrzegano nas, zeby zoltych organizmow nie dotykac, bo zawieraja najbardziej trujace neurotoksyny.

  6. Dendrobates leucomelas również to potwierdza

  7. Piekna zaba 🙂

    te z Morza Koralowego, to byly jakies slimaki albo
    sliczne gastropody -> Nudibranches

    https://en.wikipedia.org/wiki/Nudibranch

  8. Ślimak też piękny

  9. Bardzo piękne i pobudzające wyobraźnię są te przenikające się orbitale. Serio.
    Ale równie ciekawe byłoby wiedzieć czym się różnią orbitale atomów kotleta odgrzewanego w mikrofali od tych odgrzewanego na płycie indukcyjnej? Od tych pierwszych Panią Gessler wprost odpycha, pluje i rzuca talerzami, a te drugie wywołują płynny ruch ręką i marszczenie nozdrzy przy podniesionym ku sufitowi wzroku. Oczywiście nie zapominając, że najbardziej smakuje przypalenizna z dna patelni.

    A co do koloru liści jesienią to jestem niedouczniakiem wierzącym, że po prostu drzewa odbierają liściom środki życiowe robiąc z nich przyszłoroczne zapasy w pniu i gałęziach. Bo na drodze znowu samochody zaczęły zabijać żaby wracające na zimę do domu i to jest moje główne zmartwienie. Dla mnie to tragedia.

  10. Az mnie korci, aby potrzasnac gniazdem os.
    Z orbitalami to jest tak, ze dzieki nim fajnie sie te rozne molekuly liczy.
    Z wykladow prof. Kolosa i proseminarow pamietam ( ponad czterdzisi lat minelo), ze wkladano nam do golowy, ze chemik czuje wiazanie chemiczne. A z orbitalami to trzeba troche sztucznie pokombinowac (hybrydyzacja) aby przedstawic wiazania.
    Kekule
    https://en.wikipedia.org/wiki/August_Kekul%C3%A9
    wyczul strukture benzenu duzo wczesniej niz zaistnialy koncepcje mechaniki kwantowej.

    Z innych problemow, ktorych nie tlumaczy mechanika kwantowa to spin elektronu. Teoria przyjmuje ze spin jest i tyle.

    Jedna z koncepcji reprezentacji elektronu to (petla Moebiusa powierzchnia jednostronna), w ktorej zlapana jest energia.

    I dobrze ze wszystkiego nie wiemy, bo wciaz sa pytania na ktore trzeba znalezc odpowiedz. A teorie dialektycznie sie rozwijaja.

    @ZWO mikrofalowka grzeje kotlet w calej masie, a kuchnia indukcyjna potrzebuje patelnie. Bez patelni w polu magnetycznym kotlet sie sam w sobie i nie przypali smacznie. Dwa rozne mechanizmy grzania, ale orbitale wciaz te same.

  11. Pętla Mobiusa ma spin 1/2 jak elektron. To ciekawe porównanie. Natomiast wpływu orbitali kotleta na psychikę pani Gessler nie podejmuję się analizować.

  12. Co wiecej, petla moze byc lewo-skretna i prawo skretna. Czyli spiny 1/2 i -1/2

    Przed rownaniem falowym Schroedingera, dosc niezle dla atomu wodoru pradowal model planetary, ale zrobil sie problem z nieoznaczonoscia pedu i polozenia. A wiadomo jak funkcja jest nieciagla to sie jej rozniczkowac nie da. Ratunkiem bylo wprowadzenie funkcji prawdopodobienstwa, ktora jest ciagla.
    I fizyka zostala uratowana, bo znowu dalo sie liczyc

    Ale ostatnio znowu jest problem, z metamaterialami, ktore maja ujemny wspolczynnik zalamania. A modul funkcji falowej ukrywa nam faze funkcji falowej. A faza jest potrzebna wlasnie w opisie materialow o ujemnym wspolczynniku zalamania.

    Z neutrinem tez jest problem bo ma komponent masy, jako liczbe urojona.

    W moim przekonaniu, na os zespolona, trzeba popatrzec jak na dodatkowy wymiar fizyczny.

    Savantem nie jestem i juz rozbolala mnie glowa 🙁
    Coraz wiecej doswiadczen wskazuje na potrzebe uwzglednienia innych topologii.

  13. Bardzo trudne to zagadnienia, niestety moja znajomość matematyki uniemożliwia mi ich właściwe zrozumienie. Czy jednak nie było tak, że wpierw sformułowano równania, a dopiero potem pojawiła się interpretacja całki kwadratu modułu funkcji falowrj jako prawdopodobieństwa? No o dało się liczyć, ale nie daje się zrozumieć tego. Jakże masa może być urojona? Ujemną jeszcze bym sobie wyobrazil.

  14. Fizycy od stringow twierdza, ze potrzeba dwanascie wymiarow do zrozumienia / opisu czastek elementarnych.

    Powracajac do naszych dywagacji;
    Os utworzona z pierwiastkow kwadratowych liczb ujemnych nagle moze okazac sie czyms co ma fizyczna interpretacje. Eksperymenty z metamaterialami, moze pozwola bardziej intuicyjnie ten wymiar pomacac. Przypomnijmy sobie postac geometryczna liczby zespolonej. Jezeli potraktujemy os y reprezentujaca component urojony jako dodatkwy wymiar, bedacy w zaleznosci ortogonalnej do naszej kartezjanskiej rzeczywistosci, to cala stygma znika.

    Powiedzialbym wrecz, ze bylo historycznym bledem wprowadzenie nazwy liczba urojona.

    A teraz szybki przeskok do zwiazku masy i energii E=mc2. Jesli energia zostanie zlapana w trajektorii z komponenta wymiaru urojonego to i wynikajaca masa tez bedzie miala komponent urojony.

    Stad tez postulat o masie urojonej neutrina, ktore ma maly przekroj czynny oddzialywan w pozostalych wymiarach rzeczywistych.

    Odnosnie interpretacji modulu liczby falowej, powiem szczerze nie pamietam szczegolow, ale chyba ma Pan racje -> Czy jednak nie było tak, że wpierw sformułowano równania, a dopiero potem pojawiła się interpretacja całki kwadratu modułu funkcji falowej jako prawdopodobieństwa.

  15. Czyli wchodzimy w coś w stylu cząstek Kaluzy-Kleina?

  16. -> Czyli wchodzimy w coś w stylu cząstek Kaluzy-Kleina?

    „Ride or die my friend”, milo, ze odbywamy te intelektualna podroz.

    Minelo sto lat od publikacji Kaluzy.

    Kwanty sprawuja sie calkime niezle.
    To troche jak, po co artyscie malarzowi wiedza o strukturze chemicznej farb. Kolory w tubkach sa wystarczajace aby oddac swiat przez niego widziany.

    Byc moze powodem braku szerszego uznania teorii Kaluzy-Kleina byla „brzytwa Ochama” – czyli -> Nie należy mnożyć bytów bez potrzeby.

    A tak z innej beczki, ale wciaz w tym samym kontekscie wymiarowosci, to az sie prosi o dyskusje na temat defektu masy – ktora pewnie tez ma miejsce w reakcjach chemicznych, tyle, ze jest niemierzalna.

  17. typo powinno byc Okhama

  18. @R.S.

    Czy miałeś okazję poznać Lisę Randall i jej Randall-Sundrum model?
    Autorkę poznałem kiedyś prywatnie, gdy pracowała w CERN. Fantastyczna osoba, uczyła moje dzieci żonglować skarpetkami zwiniętymi w kłębuszki 😉

  19. Aczkolwiek jej propozycje są na razie chyba jeszcze bardzo hipotetyczne?

  20. Markot, fajnie zes sie wlaczyl.
    Nie nie znam, ja z innego cechu (lasery i gdzie sie da ale musi byc ciekawe).

    Poczucie humoru zawsze cenne.
    Ciekawosc pali. A czy mozecie cos wiecej powiedziec, widze, ze Pani Randall bardzo biegla w matematyce.
    Niestety nie mam zbyt duzo czasu zaglebiac sie w pdf-y, zona kazala kuchnie remontowac.

    Wrzuce Wam dla posmiania ten tekst, wsadzony wczoraj u Ateistow, z drobna modyfikacja. Ale tam sie chca tylko klocic.

    ********************************
    Cmentarnie ale na Wesolo
    by R.S. – All copyrights reserved
    🙂
    *********************************

    Swieto Rebootowania bylo atrakcyjne, szczegolnie dla dzieci.

    Stanalem przed brama nekropolii
    Przed wejsciem napis:
    Enter on your own risk. – Wejscie na wlasne ryzyko.

    W bramie lypnelo czerwone oko i po stalowych ornamentach w ksztalcie drabiny Jakuba, przemknelo z sykiem wyladownie elektryczne. Wiazka lasera zatrzymala sie na moim nosie.
    System ochronny nekropolii z pewnoscia dogorywal.
    Zawiasy bramy chrupnely. Z trudem przepchalem sie przez szczeline w bramie.

    Piecdziesiat lat temu bylo inaczej.
    Proboszcz ubil dobry deal z firma ogniw slonecznych.
    Teren powiekszyl, kilka kilometrow kwadratowych przy podmiejskiej metropolii, produkowalo sporo elektrycznosci dla pobliskiego centrum danych imienia Jaroslawa Kaczynskiego.
    Interes kwitl. Czesc energy przeznaczona byla na zasilanie AI i wspomaganie cel pamieci w nekropolii.

    Dzieciaki lubily Swieto Rebootowania.
    Rodzicom trudno bylo sie wywinac, bo i punkty za obchodzenie dni swietych na studia byly.

    Odwiedzane cele, gdy rozpoznawaly ludzkie towarzystwo rozblyskiwaly hologramami.
    Najlepsza zabawa byla gdy z celi babci wylazil jej hologram, opieprzajacy rodzica.
    No bo wnuka nie umie wychowac, bo ma marne oceny z katechezy. Cele byly sprytne z dobrymi swiatlowodami. Programaisci proboszcza dbali o to aby sztuczna inteligencja tesciowej – miala aktualizowana baze danych.

    Proboszcz parafii Swietej Elektry inwestowal w najlepszy sprzet. To sie bardzo oplacalo, przepustowosc lacza, proporcjonalnie zwiekszala oplate za wynajem celi.

    Teren nekropolii znalem. Za czasow mlodosci bawilismy sie z chlopakami w krucjaty, pozniej z kolegami ze studiow pobieralismy po kryjomu probki DNA na zlecenie.

    Wiedzilismy o kazdej dziurze przykrytej winorosla.
    Poszedlem w kierunku muru. Odgarnalem zielsko i na czworakach przeszedlem do innej zapuszczonej czesci.

    Posuwajac sie bardziej w glab bardziej na lewo, znalazlem grupe cel z inicjalami D.P, A.S, J.H. Cele wygladly solidnie. To byly cele znanych celebrytow.

    Wokol tych wiekszych mniejsze, z wytartymi wiatrem symbolami sp3, pi-pi, albo kodami QRC. Niestety mialy porozbijane ogniwa slonecze.

    Jeszcze dalej zwietrzale i male bloki majace krotkie niki: 40?, ?ocz??2 , Izz??? ,ba??.n , L???y, ???aka, … niektore mialy szczerby na monety z napisem Cu i Zn. Jeszcze inne nad miejscem na znicz mialy wystawione preciki termostosu.

    ciag dlaszy nastapi jak skoncze remont kuchni.

css.php