Twee Nobelprijzen scheikunde?

Afgelopen dinsdag is de Nobelprijs voor de natuurkunde en woensdag die voor de scheikunde uitgereikt. Mijn stelling: de prijs is dit jaar anderhalf keer naar de scheikunde gegaan.

Er wordt al sinds jaren gezeurd dat de Nobelprijs voor de scheikunde steeds meer naar biologische en biochemische onderzoeken gaat. Dit jaar is weer een klassiek scheikundig thema aan de beurt: de katalyse van een organische synthese. Direct begon een collega van mij te zeuren: “wanneer is er eens iets fysisch chemisch aan de beurt?” Lieve lezer, u begrijpt dat ook wetenschappers mensen zijn.

Nu het interessante. De prijs voor de natuurkunde is gegaan waar veel van mijn scheikunde-collega’s onderzoek naar doen: het twee-dimensionale grafeen. Grafeen is het moleculaire koolstof-kippengaas, een fantastische elektrische én wamtegeleider, verschrikkelijk sterk en komt van nature voor. Als van een laag grafeen een balletje gerold wordt, heet het een fullereen (een buckyball is het bekendste voorbeeld); als het opgerold wordt tot een koker, heet het een koolstof-nanobuis; als het gestapeld wordt, heet het grafiet. De bekendste toepassing van grafiet is volgens mij de stift in een potlood.

Een artististieke impressie van grafeen: de bollen zijn koolstofatomen. Licentie: Wikimedia CC

Grafeen is nieuw, hip en extreem interessant. En heel lastig te maken. Kunnen organisch chemici uren over praten. En katalytici ook. Maar dat ben ik niet, dus ik wil jullie graag wat vertellen over een van de Nobelprijswinnaars, Andre Geim. Twee leuke weetjes over Geim: hij kreeg in 2000 de Ig Nobelprijs en publiceerde een wetenschappelijk artikel in het tijdschrift Physica B. Met zijn hamster.

De Ig Nobelprijs is een tegenhanger van de Nobelprijs die ook elk jaar wordt uitgereikt. Deze prijs wil onderzoek uitlichten, dat op het eerste gezicht alleen grappig lijkt, maar dat eigenlijk wel degelijk nut heeft. Er waren niet veel mensen die geloofden dat je werkelijk een organisme kon laten zweven in een magneetveld zonder het te vermoorden. Geim deed het. Hij liet een kikker met behulp van een supersterk magneetveld in de lucht zwemmen. Dat maakt hem nu de enige Ig Nobelprijswinnaar die ook een echte Nobelprijs heeft. En andersom. Ik herinner me nog heel goed een item van Klokhuis hierover. Ze vertelden toen dat de magneet zoveel energie vrat, dat ze afspraken moesten maken met de elektriciteitscentrale over wanneer de magneet aan kon.

Het verhaal van de hamster vind ik erg sterk. Boven het artikel staan “A. K. Geim and H. A. M. S. ter Tisha”. Ik vind het een goeie grap en Geim verklaarde later: “Mijn hamster heeft meer aan dat experiment bijgedragen dan sommige van de andere co-auteurs, waarom zou hij niet genoemd worden?” Er werd hem verweten dat hij de wetenschap niet meer serieus nam, waarop hij stelde dat serieus zijn niet betekent dat je saai moet zijn.

Tot slot nog een bekentenis: ik, chemicus, heb zoveel meer kwantumchemie gezien dan organische chemie, dat ik veel meer weet over grafeen (zowel de toepassingen als de onderliggende theorie) dan over de palladium-gekatalyseerde cross couplings in organische synthese.

Wil je meer weten over de Nobelprijs voor de scheikunde van dit jaar? Op Kennislink|scheikunde staat hierover een erg goed artikel. Op Kennislink|nanotechnologie staat ook een interview met Andre Geim.

Nanotechnologie is ook gewoon scheikunde

Deze column verscheen gister op Kennislink.

Sinds een decennium of wat is nanotechnologie hartstikke hip. Volgens definities betreft nanotechnologie alle wetenschap die sleutelt aan materialen waarbij één of meerdere dimensies tussen 1 en 100 nanometer liggen. Een nanometer (nm) is een miljoenste millimeter. Bij het maken van nanomaterialen komt vaak scheikunde kijken, terwijl we voor het verklaren van de eigenschappen juist natuurkunde nodig hebben. Maar nanotechnologie is zo verweven in allerlei natuurwetenschappen dat het zich lastig laat indelen in klassieke termen als natuur- en scheikunde. Om die reden wordt nanotechnologie ook wel een vakgebied op zich genoemd.

Het speciale aan de nanomaterialen is dat hun eigenschappen niet alleen afhangen van de chemische samenstelling, maar ook van hun grootte. Een bekend voorbeeld hiervan is goud. Goudbolletjes van enkele tientallen nanometer zijn niet meer goudkleurig, maar juist rood. Hoewel men hier destijds geen weet van had – en het toen zeker nog geen nanotechnologie heette – werd dit in de Middeleeuwen al gebruikt om glas in lood een rode kleur te geven. In 1847 was het de Britse natuur- en scheikundige Michael Faraday die er achter kwam dat de rode kleur werd veroorzaakt door de grootte van de goudbolletjes.

Niks nieuws onder de zon dus, zou je zeggen. Dat er momenteel sprake is van zowel een nano-angst als een nano-hype vinden we dan ook behoorlijk vreemd.

Een mooi voorbeeld van nanotechnologie: quantum dots, bolletjes van halfgeleiders van enkele nanometers groot. Afhankelijk van de precieze grootte zenden de quantum dots onder invloed van UV-straling diverse kleuren zichtbaar licht uit. Afbeelding © Scheikundejongens

Nano-angst

Allereerst die angst. Omdat nanomaterialen nieuwe en soms onbekende eigenschappen hebben, kúnnen ze gevaarlijk zijn. Een schoolvoorbeeld van een gevaarlijk – maar ‘puur natuur’ – nanomateriaal is asbest. Op basis van de chemische samenstelling had niemand verwacht dat het schadelijk zou zijn. Asbest is een silicaat, maar het glas in je raam bevat ook silicaten. Alleen gaat het bij asbest om vezels van silicaat, met een diameter van ongeveer 10 nanometer. En die blijken door hun vorm bij inademing onder andere asbestose en tumoren te kunnen veroorzaken.

Er bestaat bij velen de angst dat nanotechnologie het ‘nieuwe asbest’ zal worden. Zo gaan er bijvoorbeeld stemmen op om dan maar alle nanomaterialen in consumentenproducten te verbieden. Een belachelijk voorstel natuurlijk, omdat veel bestaande producten ook onderdelen bevatten die ‘nano’ zijn. Eenvoudige voorbeelden zijn de eiwitten in melk en het beschermende laagje aan de binnenkant van een chipszak. Niet alles wat ‘nano’ is, is meteen gevaarlijk. Maar dat moet natuurlijk wél getest worden voor een product op de markt wordt gebracht.

Hoe classificeren we al deze nieuwe, misschien gevaarlijke, materialen nou? Dit is een belangrijke vraag tegenwoordig en we weten niet hoeveel lezingen we daarover inmiddels gehoord hebben. Allemaal moeilijkdoenerij, want we testen toch ook hoe gevaarlijk niet-nanomaterialen zijn? We weten toch ook heel goed dat je methanol maar beter niet kunt drinken maar dat ethanol (met mate) geen bezwaar is? Waarom kunnen we niet gewoon verplicht stellen om ook alle nanomaterialen voor gebruik in consumentenproducten te laten testen? Het probleem is misschien dat de huidige regelgeving geen onderscheid maakt tussen een blok goud en gouden nanodeeltjes, omdat ze dezelfde chemische samenstelling hebben. Maar dat kan niet zo moeilijk op te lossen zijn.

Pas op! Bevat nanodeeltjes! Afbeelding © Kennislink

Nano-hype

Dan die nano-hype. Laatst kwamen we zinsneden tegen als “nanotechnologie ontwikkelt momenteel nanomaterialen (…)” en “nanotechnologie draagt bij aan duurzame energie”. Dat is net zoiets als “thermodynamica ontwikkelt momenteel ijs om over te kunnen schaatsen”. Nanotechnologie is een nieuw vakgebied, maar nanotechnologie ontwikkelt niets zelf. Dat doen nog altijd de onderzoekers.
Op zich hebben we er niets op tegen dat mensen positief zijn over nanotechnologie. Als je veel over goede ontwikkelingen in een vakgebied leest, dan krijg je daar een warm gevoel bij. Dat is logisch. Maar het kan ook te ver gaan. Soms zijn fans van nanotechnologie als de fans van een rockband. Die hebben ook de neiging te vergeten dat er nog andere bands zijn.

Kortom, er zijn een aantal factoren waar de eigenschappen van een materiaal vanaf hangen. Eerst waren dat vooral chemische samenstelling en stofeigenschappen, maar daar is nu iets nieuws bij gekomen. We weten dat nu ook de grootte (of kleinte, als je wilt) van het materiaal belangrijk is. Het klinkt als een open deur, maar dit is waarom nanotechnologie zo anders is. Toch blijft het gewoon wetenschap. En wetenschap is bedacht door mensen, die de natuur willen beschrijven. In een beschrijving van de natuur is geen plaats voor hypes en angsten. Daar telt alleen objectiviteit.

Overpeinzing over systemen

Wij scheikundigen kennen het periodiek systeem der elementen goed. Maar niet alleen wij kennen het. Je leert er al over op de middelbare school en het staat symbool van de hele scheikunde.

Mijn overpeinzing op deze vrijdag: zijn er ook andere (bèta)vakgebieden met een soortgelijk systeem?

Afbeelding via Backreaction

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…

Het vloeien van kennis deel 1

Wat ik me eigenlijk pas vrij laat realiseerde, is hoe kennis stroomt. Ik lees wel eens een boek en daar leer ik dan uit. Misschien klinkt de vraag wat suffig en lijkt het antwoord voor de hand te liggen, maar toch wist ik een hele tijd niet hoeveel gedoe het is voordat we iets tot ‘waar’ bestempelen.

Alles wat ik ooit over (bijvoorbeeld) scheikunde weet, heeft iemand ooit uitgezocht en opgeschreven. Dat is weer door anderen gelezen, misschien eens vertaald en nog een keer opgeschreven. Weer iemand anders… enzovoorts. Nu is het mooie aan natuurwetenschappen (scheikunde, biologie en natuurkunde, maar ook paleontologie, aardwetenschappen en sterrenkunde) en wiskunde, dat het niet uit maakt hoe de vertaling plaatsvindt. Je kan zeggen dat onze kennis over de natuur robuust is. Er is nou nooit (of in ieder geval extreem weinig) gebakkelei over wat een ander-talige auteur nou precies bedoelde. In de literatuurwetenschappen is dat praktisch een van de hoofdvragen.

Bonus points if you can identify the science in question

Onze taal is de wiskunde. Hoe we dat weten? Ik denk niet dat daar een antwoord op is. Het is een beetje als het kip en het ei. Zijn natuur en wiskunde hetzelfde en heeft de mens alleen maar op hoeven letten om achter de wiskunde te komen, of heeft de mens de wiskunde uitgevonden en is dat de reden waarom we sommige dingen niet kunnen bewijzen? Voor deze levensvragen wijs ik jullie door naar de Wiskundemeisjes. Ik weet dat Jeanine een masters degree heeft in de filosofie van de wiskunde.

Wat voor ons interessant is, is dat wij regels hebben om de natuur te beschrijven. Die regels zijn niet in een natuurlijke taal, zoals Nederlands, Engels of Duits, maar in de fantastische taal, de wiskunde. En dit is de reden waarom de natuurwetenschappen (samen met wiskunde) ‘De Exacte Wetenschappen’ worden genoemd. Geen gezeur over wat er bedoelt wordt. Het is zo, of niet.

Volgende keer vertel ik over wanneer en waarom we iets ‘waar’ noemen en hoe groot de korrel zout is die we er bij nemen.