Een kaars in de ruimte

Een boel dingen die voor ons in het dagelijks leven vanzelfsprekend zijn, worden compleet anders wanneer de zwaartekracht weg zou zijn. We hebben allemaal wel eens gewichtloze astronauten in de ruimte zien spelen met waterdruppels: die worden perfect rond als gevolg van de oppervlaktespanning. Drinken bijvoorbeeld wordt dus al lastig, want water blijft niet meer in een bekertje zitten.

Maar ook chemische processen worden beïnvloed door zwaartekracht. Neem nou het branden van een kaars. Wanneer je dit op aarde doet, zie je een gele, langwerpige vlam. Door de hoge temperatuur is de dichtheid van de vlam lager dan de lucht eromheen. Je krijgt dus convectie: de gassen in de vlam, zoals nog onverbrand kaarsvet, koolstofdioxide, water en allerlei tussenproducten, stijgen op en daardoor wordt lucht aangezogen aan de onderkant. Dit geeft de vlam zijn langwerpige vorm. Ook krijg je hierdoor onvolledige verbranding: hoger in de vlam is de temperatuur lager. Er ontstaan dan roetdeeltjes die (als een zwarte straler) oplichten in de vlam. Dit geeft de vlam zijn gelige kleur.

Zónder zwaartekracht maakt het niet meer uit dat de dichtheid van warme lucht lager is. Warme lucht stijgt niet meer op, dus wordt er geen verse lucht aangezogen. De vraag is dus: kan een kaars dan nog wel branden in de ruimte? En waarom wel of niet?

Ook de ruimtevaartorganisatie NASA stelde zichzelf deze vraag. Het antwoord zie je op het plaatje hiernaast. Kaarsen branden dus prima in de ruimte, maar doen dat wel heel anders dan op aarde. De vlam is niet meer langgerekt en geel, maar bolvormig en blauw. Er is geen convectie, dus de vlam blijft bolvormig en moet door middel van diffusie aan zuurstof komen. Dit is een traag proces, maar het betekent tegelijk dat er volledige verbranding plaats kan vinden. Allerlei tussenproducten worden niet meer te snel weggevoerd, dus er ontstaat geen roet en de vlam is dus niet meer geel.

Als je goed kijkt — en in onderstaand plaatje is dat nog iets beter te zien — zie je ook dat de verbranding alleen plaatsvindt aan het ‘oppervlak’ van de bol. Dat kan ook niet anders: binnen de bol is er geen zuurstof, buiten de bol geen brandstof.

Tot slot vond ik ook nog een artikel van de NASA over het verbranden van waterstof in bij gewichtloosheid. Het waterstof vormt dan brandende bolletjes. Bolbliksem kende ik wel, maar bolvlammen waren nieuw voor me. Gaaf!

‘Dit vind ik leuk’

De Scheikundejongens blog is in beweging. Heden, nieuwe functionaliteit!

Als je sinds vandaag een artikel/blogentrie/stukje leuk vindt, kun je ons dat laten weten. Onderaan elk bericht is een klein icoontje te zien van een hartje met rechts daarvan een plusje (). Als je op dat plusje klikt, laat je blijken dat je het artikel leuk vindt. Rechts van het hartje staat ook een getal dat, hoe kan het ook anders, het totaal aantal mensen weerspiegelt dat het artikel leuk vindt.

Autodidactisch als wij zijn, trekken wij uit deze getalletjes lering en geven zo meer wat jullie leuk vinden. We weten nog niet hoe goed dit systeem werkt, dus als jullie zien dat er iets faalt, horen we dat graag.

Wiki’s voor chemici

Op de middelbare school heerste de doctrine dat de dingen die je op Internet leest, niet te vertrouwen zijn. Als ik nu naar een getal zoek, check ik Wolfram|Alpha en anders biedt Wikipedia uitkomst.

Wikipedia is ooit (januari 2001) begonnen als opvolger van een andere online encyclopedie, waar niet zomaar iedereen artikelen kon aanpassen. Een wiki is een website waarbij iedereen pagina’s (artikelen) kan aanmaken met een specifieke inhoud. Het mooie aan een wiki is dat iedereen ze ook kan aanpassen en naar elkaar kan laten verwijzen. Wikipedia is verreweg de bekendste wiki.

Maar hoe goed is een wiki, en Wikipedia in het speciaal? Die vraag heerst natuurlijk al langer en zal ook altijd moeten blijven. Wikipedia is ooit begonnen uit frustratie. Dat vind ik mooi, dingen die beginnen uit frustratie omdat wat nu bestaat, niet goed genoeg is. Er was behoefte aan een plaats waar objectieve informatie gemakkelijk uitgelegd stond. Wat bedoeld werd, is dat als een chemicus wil opzoeken wat ook alweer de tweede wet van de thermodynamica is, dat in chemische taal wordt uitgelegd. Of als een geoloog niet meer weet hoe het verschil tussen de geografische en geomagnetische pool heet, is dat daar te vinden. Objectieve informatie. Iets met definities en waarden.

Definities en waarden zijn, binnen het dogma van onze natuurwetenschap, objectief, want ze zijn gestandaardiseerd. Er is al genoeg onderzoek gedaan naar de betrouwbaarheid van dit soort informatie. Voorheen was de standaard van vertrouwen de Encyclopædia Britannica, al schijnt dat door diezelfde encyclopedie tegen te worden gesproken. Hoe dan ook, er staan ongeveer evenveel fouten in en misschien is dat aanvaardbaar. Pas op, ik heb het over de Engelse Wikipedia.

Maar nu het interessante: de spin-offs voor scheikundigen. De twee grootste die ik ken zijn Chempedia en de ChemWiki. Rara, politiepet.

ChemWiki is een initiatief van een professor van de universiteit van Californië. De website is een wiki, dus iedereen kan bijdragen. Alle onderwerpen zijn netjes gerangschikt naar module: analytische, anorganische, biologische, organische, theoretische en fysische chemie. Er is zelfs een hoofdstuk over veel gebruikte wiskundige methodes voor scheikundigen. De website is nog lang niet af, maar de opzet is er al en enorm uitgebreid. De site is niet alleen voor scheikundestudenten, maar er zijn ook secties voor middelbare scholieren en mensen met een basale kennis van chemie. Een goed alternatief voor Wikipedia, jammer dat hij minder uitgebreid is.

Nu komt er wat raars. Chempedia. Ik weet niet wat ik hiermee aan moet. Het idee is weer dat iedereen zich kan aanmelden, maar de inhoud is anders. Deze website streeft ernaar alle chemische structuren die bekend zijn, te verzamelen… Denk hier eventjes rustig over na.

Goed, dat is veel werk, maar je moet ergens beginnen. De mensen achter Chempedia zijn ook al lekker op weg om een heleboel (organische) structuren te verzamelen. Nu dacht ik dat er ook een heleboel informatie beschikbaar zou zijn over de betreffende stof, maar die kan ik dus niet vinden. Het peer-review systeem (het beoordelen van kennis door je ‘gelijken’) is ook duidelijk, maar waarom? Je krijgt een bepaalde reputatie toegewezen waarbij je punten krijgt voor gewenst gedrag en punten aftrek voor ongewenst gedrag. +15 voor het volledig invullen van je profiel, +5 voor het insturen van een structuur, +5 voor als andere mensen een naam geven aan je structuur en nog wat andere puntenverdelingen voor hoe goed iemand anders jouw naamgeving vindt. Als ik het goed begrijp, worden er dus alleen maar plaatjes van structuren gekoppeld aan namen. Ik vind het ook vervelend dat een structuur soms wel 7 verschillende namen heeft, maar wat is hier nou de lol aan? Want, wat betekent nou een naam? Zou een roos nog steeds als een roos ruiken, als we hem geen roos meer zouden noemen?

Wat ik wil zeggen, is dat dat niet iedere wiki goed werkt. De Engelse Wikipedia over natuurwetenschappelijke onderwerpen vind ik erg goed. De onderwerpen die lastiger objectief te vatten zijn, zijn minder betrouwbaar. De Nederlandse Wikipedia is vaak niet te vertrouwen. Supersorry. Ik heb hoge verwachtingen van ChemWiki. De opzet is goed, maar hij is nog niet af. Chempedia? Ik denk het niet. Geen nut, geen zin, geen hit.

Temperatuur van de Hemel en Hel

Onderstaand stuk thermodynamica is mijn vertaling van een bewerking van een inleiding van een ingezonden stuk. Het wetenschappelijke tijdschrift Applied Optics (1972, 11 A14) schijnt dit eens gepubliceerd te hebben. Het origineel stamt uit de jaren 1950. Er bestaat een tegenbericht op deze argumentatie die gepubliceerd schijnt te zijn in het Journal of Irreproducible Results in 1979. Dit stuk is uit de zelfde categorie als De Thermodynamica van de Hel.

Waarom de Hemel warmer is dan de Hel

De temperatuur van de Hemel kan vrij accuraat berekend worden. Onze autoriteit is de Bijbel; Jesaja 30:26 stelt:

En het licht der maan zal zijn als het licht der zon, en het licht der zon zal zevenvoudig zijn als het licht van zeven dagen; ten dage als de HEERE de breuk Zijns volks zal verbinden, en de wonde, waarmede het geslagen is, genezen.

Dus, de hemel ontvangt van de maan evenveel straling als de aarde van de zon. En daarbij zeven maal zeven (49) maal méér als de aarde van de zon, dus vijftig maal in totaal. Het licht dat we van de maan ontvangen is ongeveer een tienduizendste van het licht dat we van de zon ontvangen, dus dat verwaarlozen we. Dit is eigenlijk al genoeg om de temperatuur in de Hemel te kunnen berekenen. De straling die op de Hemel valt, zal de Hemel opwarmen tot een punt waarbij de warmte die verloren gaat door straling, gelijk is aan de warmte die ontvangen wordt door straling [voor de kenners: dit heet een steady state]. In andere woorden, de hemel verliest vijftig maal meer warmte dan de aarde door straling. We gaan nu de Stefan-Boltzmann vierdemachtswet voor straling gebruiken, (H/E)^4 = 50, waarbij E de absolute temperatuur is van de aarde (300 K, 27 °C [iets boven standaardtemperatuur, 25 °C]) en H de absolute temperatuur van de Hemel, 798 K (ofwel, 525 °C).

De exacte temperatuur van de Hel kan niet berekend worden, maar moet wel minder zijn dan 444.6°C (het kookpunt van zwavel). Openbaring van Johannes 21:8 stelt:

Maar voor hen die laf en trouweloos zijn geweest, die zich hebben ingelaten met gruwelijke dingen, met moord, ontucht, toverij of afgodendienst, voor allen die de leugen hebben gediend: hun deel is de vuurpoel met brandende zwavel, dat is de tweede dood.

Een meer van gesmolten zwavel betekent dat de temperatuur lager moet zijn dan het kookpunt. Onder het kookpunt is een stof een vloeistof, daarboven een gas. Het meer is een vloeistof, dus de temperatuur moet onder de 444.6°C zijn.

Daarom kunnen wij concluderen dat de temperatuur van de Hemel 525°C is, welke hoger is dan de temperatuur van de Hel, 445°C. De Hemel is warmer dan de Hel.

Chemie volgens de BBC

Afgelopen maandag heeft Aldo al geprobeerd om de vraag “Wat is chemie?” te beantwoorden. Een paar honderd jaar geleden wist men het antwoord op die vraag helemaal niet: scheikunde bestond nog niet eens, hoogstens alchemie. Men dacht nog dacht dat de vier elementen waren — lucht, aarde, water en vuur — en deed verwoede pogingen om lood in goud te veranderen. Aan dit lijstje voegen wij graag nog dingen toe als ether, energie en flogiston.

In een driedelige serie getiteld “Chemistry: A Volatile History” gaat de BBC terug naar die periode. In de serie wordt uit de doeken gedaan hoe de pioniers van de scheikunde de elementen ontdekten en hoe ze daarmee een nieuwe tak van wetenschap creëerden.

httpvp://www.youtube.com/view_play_list?p=B1A8EFA970A903AF

De presentator, prof. Jim Al-Khalili, is grappig genoeg een theoretisch fysicus, maar geeft wel direct toe dat zijn kennis van de sub-atomaire wereld nooit had bestaan zonder scheikunde. Dat is natuurlijk waar, maar het omgekeerde is naar mijn mening natuurlijk net zo waar: zonder natuurkunde (en laten we ook de wiskunde niet vergeten) was de scheikunde nooit zo ver gekomen en was er nooit zoveel begrip geweest.

Maar eigenlijk vind ik het denken in termen als ‘natuurkunde’, ‘wiskunde’, ‘biologie’ en ‘scheikunde’ een beetje onzinnig. Er is maar één natuur en die trekt zich niets aan van de labeltjes die wij verzonnen hebben. Maar dat is weer een hele andere discussie…