2022. július 3., vasárnap

Érdekességek a kémia világából (5. rész)

A tél kémiája

A január ebben az évben eddig ugyan némiképp eltér attól, mint amire a téli időszakban számítani lehet, hiszen havat gyakorlatilag alig láttunk, ha láttunk is, legfeljebb néhány pillanat erejéig, mivel azonnal elolvadt, miközben sorra dőlnek meg a melegrekordok, olykor az évszázados csúcsok is. A december ezúttal is az ünnepek és az ünneplés jegyében telt valamennyiünk számára, ugyanúgy, ahogyan minden évben, talán sokan vártak és vágytak is a fehér karácsonyra, ennek megélésére azonban 2021-ben sem nyílt lehetőségünk. Pedig ebben az időszakban nemcsak az ünnepek hatására jönnek elő sokunkban a gyermekkori emlékek, hanem a hógolyózásokhoz, a szánkózásokhoz, a hóemberek építéséhez meg úgy általában a hó ropogásához kötődő élmények is felidézik azokat, hiszen a dermesztő hideg ellenére ezek is mind-mind olyan örömteli pillanatok, amelyekre évek, sőt évtizedek múltán is valamennyien szívesen gondolunk vissza. Ezúttal azt a témakört igyekszünk körbejárni, milyen kapcsolat áll fenn a természettudományok, ezen belül elsősorban a kémia, valamint a víz, a jég és a hó között. Bízunk benne, hogy ezúttal is sikerül néhány érdekes információval szolgálnunk olvasóink számára!

A hó

Ahogyan azt mindannyian tudjuk, a tiszta víz színtelen, szagtalan folyadék, képlete H2O, három halmazállapota lehetséges: a szilárd, a folyékony és a légnemű. Melegítés és hűtés során változik a halmazállapota. A víz az egyetlen folyadék, amely +4 Celsius-fokon éri el a legnagyobb sűrűséget. A hó és a hópelyhek is vízből jönnek létre, a hópelyhek egészen pontosan különféle vízkristályok. A hőmérséklet és a légnyomás, valamint a páratartalom is befolyásolja azt, hogyan kötődnek és tapadnak egymáshoz a vízmolekulák. Ha alaposan megfigyeljük a hópelyheket, hosszasan csodálhatjuk különleges alakjukat, ami éppen annak köszönhető, hogy az egymástól eltérő felépítésű kristályok különböző módon kapcsolódnak egymáshoz. Ha azonban fázunk, és a vizsgálatukat inkább bent, a szoba melegében szeretnénk megtenni, akkor talán még könnyebb dolgunk van, ugyanis az interneten találhatunk elektronmikroszkóp segítségével készített képeket is. A hópelyhek általános jellemzője, hogy hatszög alakúak, ami a jégben lévő vízmolekulák elhelyezkedésével, elrendeződésével magyarázható.

A hópelyhek kialakulásához a kristályokhoz hasonlóan szükség van olyan apró részecskére, amelyeknek hatására végbemegy a folyamat. Ennek eredményeként egyre több vízmolekula kapcsolódik a kristályokhoz, azok növekszenek, a növekedés pedig leginkább a széleken kifejezett, ennek köszönhetően alakulnak ki a hópelyhek ágai. Felvetődhet a kérdés, hogyan lehetséges az, hogy a jégkristály átlátszó, a hó mégis fehér színű. Ennek az az oka, hogy a molekulák közötti üregeket levegő tölti ki, ezáltal a fénysugarak visszaverődnek, ami miatt a havat fehérnek látjuk.

Ha alaposan megfigyeljük a hópelyheket, hosszasan csodálhatjuk különleges alakjukat
Ha alaposan megfigyeljük a hópelyheket, hosszasan csodálhatjuk különleges alakjukat

Biztosan sokan hallották már, vagy esetleg mondták is többször, hogy majd akkor tesznek meg valamit, ha piros hó esik. De vajon tényleg előfordulhatna-e ilyen jelenség? Mivel a légkörben sok olyan anyag megtalálható, amely oldódik vízben, azok a hóba is bekerülnek. Ha a kéményekből sok hamu és korom kerül a levegőbe, az szürkés színt adhat a hónak, a sivatagi vöröses homok pedig akár piros színt is adhatna neki. Szóval, ki tudja, lehet, hogy egyszer majd meglepetten mondhatjuk, hogy piros hó esett…

A levegőben lévő anyagok kihatnak ugyanakkor arra is, milyen illatot érzünk a hóesés alkalmával. A hó illata attól függ, hogy milyen anyagok kerültek a levegőből a hópelyhekbe. Minderre legfőképpen az illékony szerves vegyületek hatnak. A jelenség következtében előfordulhat akár az is, hogy az illatot maga a helyszín is befolyásolja. Amikor leesik az első hó, akkor annak illata leginkább arra a közegére hasonlít, amire esik, így a mezőn kicsit fűillatú, a fákra eső frissebb, üdítőbb hatású. Mindez a növényekben lévő terpének, azaz a korábban már említett limonén és pinén miatt, illetve egyéb vegyületek miatt valósul meg. Ez elsősorban a falusi környezetre jellemző. Ezzel szemben a városi környezetben kicsit másmilyennek érezhetjük, különösen akkor, ha szennyezett a levegő, hiszen a levegőben lévő port és a szennyező vegyületeket is magába zárhatja, ám ha hosszabb ideig esik a hó, akkor a levegő tisztul, így később már az ilyen környezetben is egyre frissebb hóillatot érzünk.

A műhó

A műhó készítésére egy polimer, a nátrium-poliakrilát alkalmazható, amely kiváló abszorbens polimernek tekinthető, mivel saját súlyának többszörösét is fel tudja venni a vízből. Fehér színű por, amelynek polimerláncai feltekerednek, amikor száraz.

A műhó segítségével akár a karácsonyfánkat is hangulatosabbá tehetjük
A műhó segítségével akár a karácsonyfánkat is hangulatosabbá tehetjük

Az interneten több utasítást, receptet találunk arra vonatkozóan, hogyan készítsünk otthoni körülmények között, a házban megtalálható anyagokból műhavat. Íme egy ilyen recept, ami nem tűnik bonyolultnak. A szükséges anyagok: szódabikarbóna, hajbalzsam vagy borotvahab, illóolaj. A folyamat: Három adag szódabikarbónához keverjünk hozzá egy adag balzsamot vagy borotvahabot. Amennyiben nem vagyunk elégedettek a műhó állagával, módosíthatjuk a mennyiségeket, ha túl nedves, adjunk még szódabikarbónát a keverékhez, ha túl száraz, akkor hajbalzsamot vagy borotvahabot. Illatos hó készítéséhez szükség van néhány csepp illóolajra is. Az illatos havunk hógolyó formájában akár a lakás illatosítására is alkalmas lehet.

Az ónos eső

Manapság gyakran felfigyelünk az ónos eső kifejezésre az időjárás-előrejelzésekben, ám előfordulhat, hogy van olyan is, akinek az ólmos eső kifejezés ismerős. Az ónos vagy ólmos eső kifejezést a feljegyzések szerint már a legelső magyar nyelvű meteorológiai tankönyv, Berde Áron 1847-ben Kolozsváron kiadott Légtünemény tan című tankönyve is használja. Más nyelvekben túlhűtött esőnek nevezik. A 18. század végéig a magyar nyelvben az ezüstösen csillogó fémekre felváltva használták a két szót, akkor vált fontossá a két fém megkülönböztetése, amikor a kémia mint tudomány rohamosan fejlődni kezdett.

Az ónos eső a közlekedést is igencsak megnehezíti
Az ónos eső a közlekedést is igencsak megnehezíti

Az elnevezés megmaradt, a csapadék azonban nem függ össze az említett két fémmel, annyiban ugyanakkor mindenképpen helytálló a megnevezés, hogy az eső után jelen van a fémes csillogásra emlékeztető csillogás, illetve az ágakra, huzalokra jelentős súly nehezedik egy ilyen csapadékforma után.

A légköri jelenségek között télen gyakran előfordul olyan, hogy a felső és az alsó, hideg légréteg közé nulla foknál magasabb hőmérsékletű légréteg szorul. Ilyenkor a felső rétegben keletkezett hó a középső rétegben esőcseppé olvad, majd az alsó fagyos légrétegben jégdarává vagy ónos esővé változik, attól függően, hogy a részecskéknek volt-e elég idejük jéggé fagyni. Az ónos eső valójában túlhűtött víz, amely folyékony halmazállapotú, és 0 Celsius-foknál alacsonyabb hőmérsékletű. Ahhoz, hogy a víz szilárd halmazállapotú legyen, nem elég a fagypont alatti hőmérséklet. A hűlő víz általában a határfelületen kezd kristályosodni, például ilyen az edény fala. Az ónos eső a koppanáskor, vagyis a földet éréskor válik szilárd halmazállapotúvá. A halmazállapot-változást az ütközés indítja el, és a folyamat igen gyorsan végbemegy. A jelenség szép ugyan, ám fokozottan balesetveszélyes.

Az ónos eső után jelen van a fémes csillogásra emlékeztető csillogás
Az ónos eső után jelen van a fémes csillogásra emlékeztető csillogás

Ilyenkor talán eszünkbe juthat nagymamáink praktikája, akik gyakran meséltek arról, hogy a cipőjük talpára zoknit húztak, ami csökkentette a csúszkálást, ám a legbiztonságosabb mégiscsak az, ha az ember ilyenkor nem megy ki az utcára, és így próbálja megóvni magát a különféle sérülésektől.

Ahogyan azt a leírtakból láthatjuk, a csapadékok kialakulása, illetve a kristályosodás folyamata nemcsak a kémiával függ szorosan össze, hanem a fizikával is, még akkor is, ha a legtöbben valószínűleg ritkán figyelnek oda az ilyen típusú vonatkozásokra a téma kapcsán.