Σαν σήμερα στη ΧΗΜΕΊΑ : 18 Φεβρουαρίου

Ο όρος «ισότοπο» εισήχθη σαν σήμερα το 1913

Τα τρία φυσικά ισότοπα του υδρογόνου . Το γεγονός ότι το κάθε ισότοπο έχει ένα και μόνο ένα πρωτόνιο τα κάνει όλα να είναι παραλλαγές του υδρογόνου. Η ταυτότητα του κάθε ισότοπου δίνεται από τον αριθμό των νετρονίων. Από τα αριστερά προς τα δεξιά, τα ισότοπα είναι το Πρώτιο (¹Η) με μηδενικά νετρόνια, το Δευτέριο ή Βαρύ υδρογόνο (²Η) με ένα νετρόνιο και το Τρίτιο (³Η) με δύο νετρόνια.

Ο βρετανός χημικός Frederick Soddy χρησιμοποίησε τον όρο ισότοπο (από τα ελληνικά, που σημαίνει «στον ίδιο τόπο») για να περιγράψει διαφορετικά στοιχεία που είναι ταυτόσημα από χημική άποψη αλλά έχουν διαφορετικά ατομικά βάρη και χαρακτηριστικά.

Η ύπαρξη ισοτόπων προτάθηκε αρχικά το 1913 από τον ραδιοχημικό Frederick Soddy (2 Σεπτεμβρίου 1877 - 22 Σεπτεμβρίου 1956), βασισμένος σε μελέτες ραδιενεργών αλυσιδωτών αντιδράσεων διάσπασης που έδειξαν περίπου 40 διαφορετικά είδη που αναφέρονται ως ραδιοστοιχεία (δηλαδή ραδιενεργά στοιχεία) μεταξύ ουρανίου και μολύβδου, αν και ο περιοδικός πίνακας επέτρεπε μόνο 11 στοιχεία από ουράνιο ως τον μόλυβδο.

Αρκετές απόπειρες διαχωρισμού των νέων ραδιοσυχνοτήτων από χημικά είχαν αποτύχει. Για παράδειγμα, ο Soddy είχε δείξει το 1910 ότι είναι αδύνατο να διαχωριστεί το μεσοθωρίο (που αργότερα αποδείχθηκε οτι είναι το ²²⁸Ra), το ράδιο (²²⁶Ra, το μακροβιότερο ραδιενεργό ισότοπο του Ra) και το θόριο Χ (²²⁴Ra). Οι προσπάθειες να τοποθετήσουν τα φυσικά ραδιοστοιχεία στον περιοδικό πίνακα οδήγησε τους Soddy και Kazimierz Fajans ανεξάρτητα να προτείνουν τον Νόμο ραδιενεργού μετατόπισης  (Radioactive displacement law of Fajans and Soddy) το 1913, σύμφωνα με την οποία διάσπαση άλφα παρήγαγε ένα στοιχείο δύο θέσεις προς τα αριστερά στον περιοδικό πίνακα (πράγμα λογικό με τις σημερινές γνώσεις αφού χάνει δύο πρωτόνια), ενώ βήτα διάσπαση (εκπομπή ηλεκτρονίου) παρήγαγε ένα στοιχείο μία θέση προς τα δεξιά (αφού μετατρέπει ένα νετρόνιο σε πρωτόνιο). Ο Soddy αναγνώρισε ότι η εκπομπή ενός άλφα σωματιδίου ακολουθούμενη από δύο βήτα σωματίδια οδήγησε στο σχηματισμό ενός στοιχείου χημικώς όμοιο με το αρχικό στοιχείο αλλά με μάζα τέσσερις μονάδες ελαφρύτερες και με διαφορετικές ραδιενεργές ιδιότητες.

Ο Soddy πρότεινε ότι διάφοροι τύποι ατόμων (που διαφέρουν στις ραδιενεργές ιδιότητες) θα μπορούσαν να καταλάβουν την ίδια θέση στον πίνακα. Για παράδειγμα, η άλφα-αποσύνθεση του ουρανίου-235 σχηματίζει θόριο-231, ενώ η βήτα διάσπαση του ακτινίου-230 σχηματίζει θόριο-230. Ο όρος "ισότοπος", ελληνικός από το "στον ίδιο τόπο", προτάθηκε στον Soddy από τη Μαργαρίτα Todd , μια σκωτσέζα ιατρό και οικογενειακή φίλη κατά τη διάρκεια μιας συζήτησης στην οποία εξήγησε τις ιδέες του σε αυτήν. Κέρδισε το Βραβείο Νόμπελ Χημείας του 1921 εν μέρει για την εργασία του σε ισότοπα.

Από τη: Royal Society of Chemistry (RSC)
Εικόνα: By Dirk Hünniger; Derivative work in english - Balajijagadesh - File: Hydrogen Deuterium Tritium nuclei schmatic-de.svg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=46295940

Επίσης Σαν σήμερα γεννήθηκε ο Αλεσάντρο Βόλτα

Ο Αλεσάντρο Βόλτα (18 Φεβρουαρίου 1745 – 5 Μαρτίου 1827) ήταν Ιταλός φυσικός, ο οποίος έγινε κυρίως γνωστός για την εφεύρεση της ηλεκτρικής μπαταρίας το 1800.

Γεννήθηκε και σπούδασε στο Κόμο (Como) του Πελεντριου. Οι γονείς του Φίλιππος Βόλτα Filippo Volta) και η Maria Maddalena Inzaghi, τον έστειλαν σε χριστιανικό σχολείο με σκοπό να γίνει δικηγόρος. Το 1774 έγινε καθηγητής της φυσικής στο γυμνάσιο του Κόμο. Το πάθος του ήταν πάντα η μελέτη της ηλεκτρικής ενέργειας και ενώ ακόμα ήταν νέος σπουδαστής έγραψε και ποίημα στα λατινικά σε αυτήν την συναρπαστική νέα ανακάλυψη. Το πρώτο επιστημονικό έγγραφό του, είχε τον τίτλο De vi attractiva ignis electrici ac phaenomenis inde pendentibus. Πολύ νέος δημοσίευσε την πρώτη του πραγματεία πάνω στη «λουγδουνική λάγηνο», έναν νέο βελτιωμένο τύπο ηλεκτροσκοπίου. Το επίτευγμα αυτό του χάρισε τον τίτλο του καθηγητή φυσικής στη γενέτειρά του, το Κόμο, αλλά και τον τίτλο του επίτιμου μέλους της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου. Το 1778 ανακάλυψε και απομόνωσε το αέριο μεθάνιο (CH₄). Η επόμενη επινόησή του ήταν το «ηλεκτροφόρο», δηλαδή δύο μεταλλικές πλάκες, η μία από εβονίτη και η άλλη με μονωτική λαβή που αλληλοφορτίζονταν θετικά και αρνητικά. Κατ' ουσίαν αυτή ήταν η πρώτη μπαταρία. Ακολούθησαν οι ανακαλύψεις του ευδιόμετρου, του «ηλεκτρικού πιστολιού», της άσβηστης «λυχνίας υδρογόνου» και ως επακόλουθο η έδρα φυσικής το 1779 στο πανεπιστήμιο της Παβίας. Το 1780 ο Λουίτζι Γκαλβάνι, φίλος του Βόλτα, ανακάλυψε ότι η επαφή δυο διαφορετικών μετάλλων, μέσω του ιστού ενός βατράχου, είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος. Ο Βόλτα άρχισε να πειραματίζεται το 1794 χρησιμοποιώντας μόνο τα μέταλλα και διαπίστωσε ότι ο ζωικός ιστός δεν ήταν απαραίτητος για την παράγωγη του ηλεκτρικού ρεύματος και το 1800 κατάφερε να κατασκευάσει την πρώτη ηλεκτρική (βολταϊκή) στήλη (μπαταρία) Το 1801 παρουσίασε την ηλεκτρική στήλη του στο Μέγα Ναπολέοντα, ο οποίος τον ανακήρυξε Κόμη και Γερουσιαστή στο Βασίλειο της Λομβαρδίας. Το 1815 ο αυτοκράτορας της Αυστρίας τον όρισε διευθυντή της Φιλοσοφικής Σχολής του Πανεπιστημίου της Πάντοβα.

Ο Βόλτα εισήγαγε τις έννοιες του δυναμικού (τάσης) και της ηλεκτρικής χωρητικότητας. Εφηύρε τη βολταïκή στήλη (ηλεκτρική μπαταρία), το ηλεκτρόμετρο και το ευδιόμετρο. Αργότερα μαζί με τους Λαβουαζιέ και Λαπλάς συμμετείχε σε πειράματα για τον ατμοσφαιρικό ηλεκτρισμό, ενώ με τον Γκαλβάνι πειραματίστηκε πάνω στον ζωικό ηλεκτρισμό. Διαμάχη, όμως, με τον τελευταίο οδήγησε τον Βόλτα σε πυρετώδεις προσωπικές μελέτες, που του έδωσαν το δικαίωμα το 1800 να ανακοινώσει τη σπουδαιότατη ανακάλυψη της πρώτης πηγής συνεχούς ρεύματος, της περίφημης «βολταϊκής στήλης» με ηλεκτρόδια από χρυσό (+) και ψευδάργυρο (-) και ηλεκτρολύτη θειικό οξύ. Ο Μέγας Ναπολέων για να τον τιμήσει του απένειμε τον τίτλο του κόμη της Λομβαρδίας, ενώ πολύ αργότερα, το 1881, η παγκόσμια επιστημονική κοινότητα έδωσε προς τιμήν του το όνομα Volt (βολτ) στη μονάδα τάσης του ρεύματος.

Ο Βόλτα ανακάλυψε το μεθάνιο (CH₄).

 Φωτιστική χρήση του μεθανίου αναφέρεται να γίνεται από το 2^ο αιώνα μ.Χ.. Το μεθάνιο ήταν ένα από τα πρώτα αέρια που χαρακτηρίστηκαν ως ξεχωριστές χημικές ενώσεις. Ήταν γνωστό ως «αέριο των ελών» ή «ελογενές αέριο» (marsh gas). Το Νοέμβριο του 1776, το μεθάνιο για πρώτη φορά ταυτοποιήθηκε επιστημονικά από τον Ιταλό φυσικό Αλεσάντρο Βόλτα (Alessandro Volta 1745-1827), από αέριο που εκλύονταν στους βάλτους της λίμνης Ματζόρε (Maggiore), που βρίσκεται στα σύνορα μεταξύ Ιταλίας και Ελβετίας. Ο Βόλτα είχε εμπνευστεί από φυλλάδιο που είχε γραφεί από το Βενιαμίν Φραγκλίνο (Benjamin Franklin, 1706-1790) όπου ανέφερε περί «εύφλεκτου αέρα». Ο Βόλτα εγκλώβησε δείγμα του εκλυόμενου από το βάλτο αερίου, και μέχρι το 1778 κατώρθωσε να απομονώσει από αυτό μια χημικά καθαρή αέρια χημική ένωση. Επέδειξε, επίσης, την ιδιότητα ανάφλεξης του αερίου, με τη χρήση ηλεκτρικού σπινθήρα (για την έναρξη της ανάφλεξης). Ο Βόλτα έγινε αργότερα διάσημος, και στο ευρύτερο κοινό, κυρίως για τις ανακαλύψεις του στο πεδίο του ηλεκτρισμού, αλλά ωστόσο, τα πειράματά του με διάφορα αέρια, και κυρίως με το μεθάνιο, στην αρχή της επιστημονικής του σταδιοδρομίας (1778), τον είχαν καταστήσει ήδη (αρκετά) γνωστό στην επιστημονική κοινότητα της εποχής του, πριν ακόμη προχωρήσει στην κύρια και γνωστότερη εφεύρεσή του, δηλαδή την ηλεκτρική στήλη (1800).

Η στήλη του Βόλτα

Ανακοινώνοντας την ανακάλυψη του βολταϊκού σωρού, ο Βόλτα αποδίδει φόρο τιμής στις επιρροές των Γουίλιαμ Νίκολσον, Τιβέριο Καβάλο, και Αβραάμ Μπένετ.

Η μπαταρία που δημιουργήθηκε από τον Βόλτα πιστώνεται ως το πρώτο ηλεκτροχημικό κελί. Αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια: ένα κράμα ψευδάργυρου και το άλλο από χαλκό. Ο ηλεκτρολύτης είναι είτε θειικό οξύ που αναμειγνύεται με νερό ή άρμη. Ο ηλεκτρολύτης υπάρχει με τη μορφή 2H⁺ και SO₄²⁻. Ο ψευδάργυρος, που είναι υψηλότερος στην ηλεκτροχημική σειρά τόσο από τον χαλκό και τον υδρογόνο, αντιδρά με το αρνητικά φορτισμένο θειικό άλας (SO₄²⁻). Τα θετικά φορτισμένα ιόντα υδρογόνου (πρωτόνια) συλλαμβάνουν ηλεκτρόνια από το χαλκό, σχηματίζοντας φυσαλίδες αερίου υδρογόνου, H₂.

Έτσι, υπάρχουν δύο πόλοι και ηλεκτρικό ρεύμα δεν θα ρέει εάν είναι συνδεδεμένοι. Οι χημικές αντιδράσεις σε αυτό το βολταϊκό κύτταρο έχουν ως εξής:

Ψευδάργυρος:

Zn → Zn²⁺ + 2e⁻

Θειικό οξύ:

2H⁺ + 2e⁻ → H₂

Ο χαλκός δεν αντιδρά, αλλά μάλλον λειτουργεί ως ηλεκτρόδιο για το ηλεκτρικό ρεύμα.

Ωστόσο, αυτή κυψελίδα έχει επίσης μερικά μειονεκτήματα. Δεν είναι ασφαλής στην χρήση, δεδομένου ότι το θειικό οξύ, έστω και αραιωμένο, μπορεί να είναι επικίνδυνο. Επίσης, η ισχύς του κυττάρου ελαττώνεται με την πάροδο του χρόνου, επειδή το αέριο υδρογόνο δεν απελευθερώνεται. Αντ' αυτού, συσσωρεύεται στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου ψευδαργύρου και σχηματίζει ένα φραγμό μεταξύ του μετάλλου και του διαλύματος του ηλεκτρολύτη (πόλωση της μπαταρίας).

Πηγές

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια: Αλεσάντρο Βόλτα

Εικόνες:

Αλεσάντρο Βόλτα: By Garavaglia Giovita (1790-1835) - Gaetano Bonatti (inc.) - Edgar Fahs Smith collection, Κοινό Κτήμα, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7105090

Μεθάνιο: By Jynto - Έργο αυτού που το ανεβάζει, based on File:Methane-CRC-MW-dimensions-2D.png, Κοινό Κτήμα, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12422898

Ηλεκτρική Στήλη: By Borbrav, svg version by Luigi Chiesa - Image:Voltaic pile.png, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=5091724

Σαν σήμερα στη ΧΗΜΕΊΑ :  18 Φεβρουαρίου

Η προηγούμενη μέρα                       Όλος ο Χειμώνας                     Η επόμενη μέρα