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…

Wat is chemie?

Als iemand me zou vragen ‘Wat is chemie?’ dan zou ik iets moeten antwoorden als ‘de leer van het herschikken van atomen’.

Ik heb al eens eerder wat verteld over theoretische chemie. Die hoek — en dan vooral de kwantumchemie — van de chemie gaat dieper dan diep in, op de oorsprong van reacties. En wat is een reactie ook alweer? Het herschikken van atomen. Het breken en maken van bindingen.

Maar wat is een binding eigenlijk? Een molecuul bestaat uit atomen. Een atoom bestaat uit een kern en daar omheen elektronen. Voor het gemak kunnen we een atoom tekenen als de 2D Bohr representatie, maar die is wat lomp. Ook kunnen we een molecuul tekenen als 2D of 3D staafjes en bolletjes, maar ook die heeft wat rare implicaties. Wat er wel aan klopt is de gemiddelde locatie van de atoomkernen. En het streepje voor de binding? Sja… Er is een ‘binding’, maar een theoretisch chemicus wordt altijd wat ongemakkelijk van gewoon een streepje.

Koolstof-6 (deels) volgens het Bohr model. De protonen en neutronen in een nucleus met daaromheen banen van elektronen.

Een van de grootste gewaarwordingen uit de kwantumtheorie is dat deeltjes ook beschreven kunnen worden als golven. Je kan met de wetten van Newton de baan van een vallende knikker berekenen, dat wil zeggen, je voorspelt met behulp van wiskunde de locatie en snelheid van de knikker. Maar wat nu als die knikker geen voorwerp is, maar een golf? Als je genoeg natuurkunde en wiskunde hebt gevolgd, weet je dat golffuncties formules zijn met sinussen, cosinussen en exponenten. Het rekenen met die dingen vind ook ik altijd wat lastig, maar de dingen die je ermee kan zijn wel enorm gaaf.

Goed. De kwantumtheorie vertelt ons dat een elektron niet alleen een deeltje is, maar ook ook als golf beschreven kan worden. Als je dit lastig vindt om je voor te stellen, ga nu dan even rustig zitten. De kwantumtheorie vertelt ons ook dat we nooit zeker kunnen weten waar een elektron precies is. Of, ik moet eigenlijk zeggen, we kunnen nooit de snelheid van een elektron bepalen op een bepaalde plaats. Dus als je zegt dat een elektron ergens is, betekent dat eigenlijk helemaal niet zoveel. Maar, waar komen dan die bindingslijntjes vandaan? We kunnen toch zeggen: “Kijk, dáár is mijn elektron”?

Helaas, dat kunnen we niet. We kunnen hoogstens zeggen: “Ik weet dat het grootste gedeelte van de tijd dat het elektron dáár is”. Dat ‘daar’ is een groter gebied dan dat dunne lijntje dat je tekent.

Een theoretisch chemicus (ofwel, een kwantumchemicus) berekent waar elektronen zijn en waar ze mee bezig zijn. Hij/Zij weet dat je een elektron beter kan beschrijven als een golf. De wetten van Newton werken slecht voor voorwerpen met een kleine massa en een hoge snelheid. Als de kwantumchemicus dan ook in gedachten houdt dat een reactie (spontaan) kan verlopen als de (vrije) energie van een (gesloten) systeem verlaagd wordt, is hij eigenlijk al bijna klaar.

Is het antwoord op de vraag ‘Wat is chemie?’ nu volledig beantwoord? Ik denk het wel. Sterker nog, veel te nauwkeurig. Door de eeuwen heen hebben chemici een enorme set aan (empirische) vuistregels en minder exacte theorieën opgezet. En dat is prima, want waarom zou je willen berekenen waar de elektronen blijven, als je de baan van een vallende knikker wil berekenen?

Film van Molecular Modeling Basics

Lab op een 0,50 dollar postzegel

In de wondere wereld van de nanomaterialen is George Whitesides een grote naam. Hij produceert enorm veel artikelen, is een originele wetenschapper en is niet te beroerd om een praatje te geven aan niet-wetenschappers. En het mooie? Zijn artikelen lezen goed weg en zijn praatjes zijn duidelijk. Deze zag ik op TED talks.

Professor Whitesides vertelt hier over welke problemen er zich voordoen in de wereld van de lage-kosten wetenschap. Als iemand ziek is, zou elke dokter graag wat testjes doen. In onze moderne en rijke wereld is dat meestal geen probleem. Lang leve ziektekostenverzekering. Maar als we de Derde Wereld ook mee willen laten genieten van de (onze) welvaart, zullen er een aantal dingen drastisch moeten veranderen. Drie typische zaken die je nodig hebt om een onderzoek te doen zijn geld voor materiaal, een laboratorium en iemand die verstand heeft van het onderzoek.

Iedereen kan een goedkope thermometer bedienen en als hij/zij weet wat (ab)normale lichaamstemperaturen zijn, gaat diagnostisering goed. Je kan deze ‘test’ uitvoeren zonder laboratorium, dus is hij goedkoop en voor iedereen bruikbaar. Een test waar vroeger nog wel een dokter voor nodig was, maar tegenwoordig niet meer, is een zwangerschapstest. Bij de drogisterij zijn kleine zwangerschapstests te koop die eigenlijk een klein laboratoriumpje zijn. Meestal zitten er op zo’n kleine-schaal-lab twee indicatoren: eentje die toont of de test werkt en eentje geeft de uitslag van de (zwangerschaps)test. Uitgebreidere tests zoals naar aanwezigheid van ziekmakende virussen of bacteriën vereisen praktisch altijd geschoolde onderzoekers, een lab en instrumenten. En een dokter die bloed heeft afgenomen van de patiënt.

Terug naar prof. Whitesides. Hij vertelt dat het tijd wordt dat er meer geld en onderzoek moet gaan naar een laboratoria op postzegelschaal. En dan bedoelt hij niet alleen de grootte-schaal, maar ook de kosten van productie. Alleen op die manier kan onderzoek op grote schaal mogelijk worden.

Dit vind je misschien een wat overduidelijke intro voor een logisch verhaal, maar het is nodig. We moeten minder materialen verbruiken en kennis (in dit geval in de vorm van een simpele test) gelijkmatiger verdelen als we de Derde Wereld mee willen laten doen.