Chemie pro šílence 26. Voňavky ve skle, kyseliny v plastu

6. července 2014 v 6:11 | Petr |  Chemie pro šílence
Můj tajný čtenář, který má doma reaktor na bioplyn - řeší otázku jak je možné, že i přes použití těch nějpoctivějších nádob a toho nejpoctivějšího těsnění, reaktor i přesto nepatrně smrdí - tak jsem mu sepsal seznam plastnů vhodných a nevhodných pro daný účel a on koukal jako puk jak je možné, že jen tak prohlásím, že polyethylén je pro smrad propustnější než PET a dokonce je to podle tabulek pravda. Takže pokračujeme v odhalování chemického know-how, které je pro chemiky elementární a "obecné veřejnosti" naprosto neznámé.


Už jsem o strojích na obrázku jednou psal - že to byl nejlepší výrobek firmy Beckman. Technologie Apolla 11 převedená na zem a "marketingová sebevražda" - tedy stroj tak dobrý, že po něm už neprodáte žádný další, protože nikdy "nepřeskočíte sami sebe". Je to mašinka, která měří cukr tak že jej "spaluje" kyslíkem rozpuštěným v roztoku, pomocí bakteriálního enzymu jménem glukóza-oxidáza a pokles potřebovaného kyslíku měří kyslíkovou elektrodou. Kyslíková elektroda funguje tak, že kyslík proniká teflonovou membránou dovnitř elektrody, kde je kyselé prostředí.

"Za membránou" je tam proniklý kyslík a pak vodíkové "protony" H+ z kyselin. Ke vzniku vody nám chybí jenom elektrony - a ty dodáváme jako elektrický proud. Studentům to obvykle popisuju jako "elektrolýza vody naopak" takže pokud udržujeme na elektrodě konstantní napětí 0,68V proud elektrodou je přímo úměrný koncentraci kyslíku v roztoku.

Hezké, ale jak tohle všechno souvisí s propustností materiálů nádob - jednoduše - jelikož přístroj je typu "marketingová sebevražda" tak největším úkolem marktetingového oddělení firmy Bekckman po léta bylo - sprovodit tento stroj ze světa. A první cesta jak tak učinit zejména v USA, Německu Francii a dalších státech, kde buď mají "ordnung" nebo obě ruce levé - je přestat dodávat náhradní díly. Takže jsem jednoho dne byl postaven před úlohu - "teflonové membrány už nebudou". Proto jsem musel "vymyslet náhradu", proto jsem musel "nastudovat propustnost materiálů pro kyslík" - což se nakonec svezlo na "prostudovat propustnost materiálů obecně". Jasné ?

Takže lidi mají pocit, že chlast ve flašce zůstane uvnitř - a z makroskopického hlediska je to pravda. Problém je že pokud ve flašce (reaktoru na bioplyn) skladujete methyl-merkaptan - který je známý jako "smrad z plynu" nebo "smrad z nemyté huby" a je cítit už od koncentrace 0,0000002% (skutečně si nevymýšlím) - najednou zjistíte, že žijeme v kvantovém světě, a že všechno proniká vším.
ERGO - o prostupnosti obalů nádob pro jejich obsah rozhodují v zásadě tří faktory.

  1. Poréznost materiálu. Představa, že plastová flaška je porézní v zásadě vypadá jako blbost, ale nevěřte tomu. Nejsou jenom plastové flašky, ale jsou taky gumové rukavice a tam - pružnost latexu - je přímo podmíněna tím, že v něm budou díry. Když jsme mluvili o "síťovité struktře" pružných polymerů - síťovitost dosahuje až na submikroskopickou úroveň takže celá řada polymerů je propustná pro plyny.
  2. Povrchový náboj - takže plyn vám z gumového balónku unikne, zejména když je to maličké a inertní helium, ale voda v něm relativně spolehlivě zůstane - princip je ve vznájemné elektrostatické odpudivosti latexu a vody. Hranici - voda - guma - si můžeme představit jako dokonale impregnovaný stan v dešti - kapky vody by pronikly dovnitř, ale ve skutečnosti se po nesmáčivém povrchu odkutálejí někam pryč.
  3. Vzájemná rozpustost jednoho materiálu v jiném materiálu. což je případ kolegova smrdícího bioplynu - polyethylénový (polypropylénový) sud je vlastně jen do jistého tvaru "ztuhlé rozpouštědlo" ve kterém se methyl-merkaptan rozpouští na jedné straně, difunduje tloušťkou stěny a na druhé straně se nepatrně odpařuje / sublimuje do vzduchu.
Takže když víte, že methyl-merkaptan je relativně málo polární - bude vám jasné, že snadno pronikne jinými málo polárními plasty - jako je polyethylén, a polylpropylén, ale už s PET flaškou by měl problémy a sklem by pronikl nejspíše kolem zátky, ale hmotou skla jen velmi nepatrně. Takže "rada experta" bude znít - udělej aparaturu skleněnou. A odpověď ubohého experimentátora "kde mám sehnat 1000 litrovou flašku" a protože nerad udílím "knížecí rady" nepoužitelné v praxi - je tady rada č. 2 - udělej nádobu ze skelného laminátu - bude díky vlastnostem skla, epoxidů a polyesterů "smrdět" mnohem méně než polypropylénový barel.

Takže celá "věda" je jenom o tom dávat určité látky do obalů, které jsou "opačných vlastností" než je obsah, proto se čpící kyselina chlorovodíková prodává v polyethylénovém obalu, ale 96% kyselina sírova se v něm už nemůže prodávat, protože by oxidovala a tím narušovala polyethylénové řetězce. Proto se voňavky - které jsou založeny na nepolárních "aromatických" molekulách - prodávají ve skleněných flaškách, a přesto to v parfumerii smrdí jak ve vykřičeném domě.

Protože chemici neradi příliš přemýšlejí - co nalít do čeho. Navíc jak jsme probrali u kyseliny sírové - je ten problém komplexnější než jenom průnik stopových množství ven - existují datábáze "chemické kompatibility" materiálů - moje nejoblíbenější je od firmy COLE PALMER - známého Amerického dodavatele laboratorního nádobí.

Zbývá už jenom rada robotům ke zničení lidstva - methyl-merkaptan sice smrdí strašně, ale lidi s ním žijí po tisíciletí a snado si zvyknou - takže dnes nic....

Poznámka při druhém čtení : víte jak to dopadlo s Teflonovými membránami Beckman ? Začaly je hromadně vyrábět firmičky v rozvojovém světě takže my dnes tyto stroje udržujeme pomocí součástek vyrobených v Mexiku, Guatemale, v Japonské garážové firmiče a jinde po světě - a pak že "globalizace" škodí ;-)))
 

1 člověk ohodnotil tento článek.

Komentáře

1 jujik jujik | 6. července 2014 v 22:37

Vskutku velmi zajímavé. Rozumím-li tomu dobře tak balónek plněný héliem se přestane časem vznášet z důvodu snížení koncentrace hélia uvnitř vůči ostatním těžším plynům (vodní páře), které stěnou neproniknou a zůstávají uvnitř?
Zatím jsem předpokládal že krom toho že uniká hélium dostávají se dovnitř i těžší plyny zvenčí působením osmotického tlaku či tak něco, páč balónek se přestane po čase vznášet i přes malou změnu objemu.
Pokud plácám blbiny tak pardon, jsem akorát zvědavý.

2 petr-kubac petr-kubac | 7. července 2014 v 6:51

[1]: Princip, který uvádíte se asi taky uplatňuje, ale hlavní věc je podle mně ta, že objem balónku je vypočten na nejmenší množství helia aby se to "tak tak " vzneslo - takže třeba už 10% úbytek helia, který je okem sotva vidět stačí ke ztrátě vztlaku.

3 RXD RXD | 7. července 2014 v 12:38

Tradičně zajímavý článek, na který by se dalo navázat úvahou, jak difundují membránami různě velké nanočástice, a že to krásně ovlivňuje okolní elektrický náboj membrány / zrušení toho náboje/ , takže třeba asi není pravda častá výhrada zubařů, že nanostříbro nemůže léčit i hluboké záněty ve tkáni...

4 Karel Karel | 7. července 2014 v 21:35

Tak co? Už se těšíte na zítřejší-úterní nářez? :-D

5 kolemjdoucí kolemjdoucí | 12. července 2014 v 11:40

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama