Οι πιο πετυχημένες εφευρέσεις είναι συνήθως οι πιο απλές. Το να συλλάβει κάποιος την απλότητα απαιτεί περισσότερη εξυπνάδα απο όσο νομίζεις!
Θυμάσαι αγαπητή μου αναγνώστρια πόσο σταφιδιασμένη κατά την παιδική σου ηλικία και προσπαθείς τώρα να αναστρέψεις τον χρόνο με πανάκριβες κρέμες. Επίσης, θυμάσαι τότε που ήσουν στο δημοτικό και ήταν σύνηθες ο καθένας να λέει το μακρύ και το κοντό του “τι θέλει να γίνει“; Είχες τον Μάκη που ήθελέ να γίνει ποδοσφαιριστής, την Μαρίνα που ήθελε να γίνει τραγουδιάρα (και όχι τραγουδίστρια), την Σοφία που ήθελε να γίνει γιατρός και τον Λάκη που ήθελε να γίνει στρατιωτικός/αστυνόμος/παλαιστής.
Τελικά ο Μάκης κατέληξε κοιλαράς ταμίας σε κάποια αδιάφορη τράπεζα και ασχολείται ερασιτεχνικά με το ποδόσφαιρο ως θεατής. Η Μαρίνα έγινε τραγουδιάρα από την μέση και κάτω, η Σοφία ψωνάρα από το πρώτο κιόλας έτος ιατρικής (για να βγει στο τελευταίο ως ακόμα μια μέτρια γιατρός) και ο Λάκης gay — δεν έπεσε και πολύ έξω, εξαρχής περιτριγυρισμένος από άντρες ήθελε να είναι με τα επαγγέλματα που διάλεγε....
Και εσύ; Και εσύ θα ήθελες να γίνεις κάτι, τώρα το τι έγινε και που κατέληξες είναι άλλο θέμα, τα βράδια αυτοπαρηγοριέσαι με το “καλά είσαι, μη λες πολλά, τόσο σε κόβει, τόσα μπόρεσες“. Έγω δεν θυμάμαι να είχα κάνει τρελά βαρύγδουπες δηλώσεις, αλλά περισσότερο μοιάζω του Λάκη: ο Τάκης από μικρός φαινόταν…
Μου άρεζαν πολύ τα “πως” και τα “γιατί“. Όταν έπαιζα πολλές φορές χρειαζόταν πυροσβεστήρας και συνήθως οι περιπέτειες μου ξεκινούσαν με την ερώτηση “τι θα γίνει αν ανακατέψω αυτό με εκείνο” και κατέληγαν σε λιγότερους φίλους (Σταύρο, Πέτρο, Σοφούλα, Μπάμπη, Αλέξη, Μάρθα, Στέλλιο συγνώμη, δεν γνώριζα - αλλά ευχαριστώ που με βοηθήσατε να μάθω)! Αργότερα πέρασα από την κατηγορία των “κοινών θνητών” σε εκείνη την κατηγορία που κάνει την μητέρα και τον πατέρα σου να λερώνουν τα κυλοτάκια τους, ο Στέλιος έγινε “επιστήμων“.
Ω ναι, όσο παράξενο και να σου φαίνεται υπήρξα και εγώ θνητό, και ίσως είχα τις ιδέες που έχεις και εσύ για τους “επιστήμονες” και τις “επιστήμες”, πόσο μάλλον για αυτούς που αφήνουν το στίγμα τους στην ιστορία. Σχεδόν αρχετυπικά για να φανταστείς κάποιον επιστήμονα και μάλιστα πετυχημένο, πρέπει αυτός να εμφανίζεται στις φαντασιώσεις σου ως παράξενος, συνήθως πανέξυπνος, το άτομο με την απαγορευτικά πολύπλοκη για τους μη-μυημένους θεωρία, που ασχολείται με ένα κάρο πράγματα που δεν μπορείς ούτε να προφέρεις σωστά και που ένα Νόμπελ θα του χαρίσει αθανασία και πλούτη…
Ως εκ τούτου, με τόσους “έξυπνους, λέει” που συν/ανταγωνίζεται, φαντάζεσαι τις καινοτομίες του που “θα αλλάξουν μια για πάντα το πεδίο του και τις ζωές μας” να έχουν τουλάχιστον έναν βαθμό πολυπλοκότητας άνω του μετρίου. Να είναι δυσνόητα περίπλοκες, να φαντάζουν τουλάχιστον μαγικές στα αγελαδίσια ματάκια σου. Από τα παραπάνω πολύ λίγα ισχύουν: όχι, ένα νόμπελ δεν χαρίζει πλούτη. Περισσότερα λεφτά θα βγάζεις ως ηλεκτρολόγος/υδραυλικός ή πέτα-τους-μια-μπάλα-και-βρες-την-ησυχία-σου γυμναστής σε σχολείο. Ούτε όλοι είναι πανέξυπνοι ή έστω παράξενοι με δυνατά μυαλά.
Αν όμως με προσέλκυσαν τα “πως και τα γιατί”, αυτό που με μάγεψε πραγματικά είναι το τελευταίο κομμάτι της φαντασίωσης που δεν ισχύει: ο εξοπλισμός πολλές φορές είναι… αφοπλιστικά απλός! Τόσο απλός στην λειτουργία του που αναρωτιέσαι “μα γιατί δεν το σκέφτηκα εγώ!“. Απάντηση: διότι για να σκεφτείς προαπαιτούμενο είναι ο εγκέφαλος, και ακόμα δεν σου έχει απαντήσει κανείς στην σχετική αγγελία που έβαλες σε όλες τις εφημερίδες.
Η σύλληψή του πολλές φορές είναι τόσο απλή, και τόσο “κάτω από την μύτη σου” που θέλει ένα πραγματικά ιδιο-φυές μυαλό να την συλλάβει, να σκεφτεί “εκτός του κουτιού” έτσι ώστε να αξιοποιήσει τα “αυτονόητα”, να μην ξεχάσει τα “απλά” θέλοντας να βαδίσει στα “πολύπλοκα”. Ξέχνα τις αυτοματοποιημένες μηχανές με τα χίλια κουμπάκια και τα εκατομμύρια λαμπιόνια που φτύνουν δυσνόητα αποτελέσματα στην μάπα του φωστήρα επιστήμονα ή εκτελούν πολύπλοκες διεργασίες.
Αυτές συνήθως αποτελούν αυτοματοποίηση πλήθους εκείνων των “απλών, ιδιοφυών συλλήψεων”. Η μισή “μαγεία” σε μια συσκεύη είναι να λύνει το πρόβλημα που φτιάχτηκε να αντιμετωπίσει (hello?!) και η άλλη μισή είναι να το λύνει “gracefully” που θα λέγαν και οι γαλλομαθείς μας! Να το λύνει α-π-λ-ά, χωρίς πολυπλοκότητες, χωρίς να είναι πολύ ακριβή και να μπορεί να κατασκευαστεί εύκολα και φτηνά.
Αυτά τα δύο χαρακτηριστικά επίσης είναι που θα αφήσουν το όνομά σου γραμμένο στην ιστορία (έστω, της επιστήμης, γίνε τραγουδιάρης αν θες να σε ξέρει η κάθε Μαρίκα) με ανεξίτηλα γράμματα. Διότι η απλότητα της και η χρησιμότητά της θα την κάνει απαραίτητη σε κάθε εργαστήριο του τομέα της, όπου θα αναφέρονται σε αυτή με το όνομά σου.
Τα παραπάνω είναι γνωστά ως “πατέντα“, με την έννοια της πνευματικής κατοχύρωσης της υπεργαμάτης σου ιδέας μέσα από ένα γραφείο ευρεσιτεχνίας για να πάρεις το σχετικό δίπλωμα. Είναι αυτό που σε ενοχλεί, εκτός των άλλων, σε πολλές πολυεθνικές εταιρίες που κατοχυρώνουν ιδέες με την σέσουλα με αποτέλεσμα να κάνουν ζάφτι την αγορά με την “αποκλειστικότητα” των προϊόντων τους. Το παραπάνω είναι μια αρκετά ακριβή διαδικασία που το κόστος της εξηγεί για ποιο λόγο συνήθως μόνο οι εταιρίες έχουν το budget να την βάλουν μπρος παγκόσμια και στην ολότητά της.
Η πατέντα όμως δεν περιορίζεται στην “κατοχύρωση”. Δες την με την καθαρά “ελληνική έννοια”, αυτό της απλής έξυπνης λύσης σε ένα πρόβλημα. Ναι, σαν εκείνη την έξυπνη φασούλα που έκανες για να διορθώσεις τους σωλήνες σου που στάζαν ή για να στερεώσεις τα γυαλιά σου μόνιμα στο πρόσωπό σου (hint: συρραπτικό). Ή σαν εκείνη την πατέντα με το “μπαλόνι ελλείψει καπότας” που ανακάλυψες σε κάποιο πάρτι και σε ανάγκασε ένα μήνα αργότερα να φύγεις κακήν-κακώς από το Ηράκλειο και να κρύβεσαι στο Καρπενήσι, δουλεύοντας ως σκουπιδιάρης μονάχα βραδινές βάρδιες (συγνώμη Φαίδωνα!).
Σήμερα θα σου σερβίρω μασημένες στο πιατάκι έξυπνες λύσεις πατεντιάρικες, σαν τις παραπάνω, που έκαναν “αυτονόητο” και καθημερινή λέξη το όνομα κάποιων έξυπνων ερευνητών στο εργαστήριο. Οι συγκεκριμένες “πατέντες” που θα ακολουθήσουν, αφορούν κυρίως το χημικό εργαστήριο και την αξία τους μπορείς να την καταλάβεις μονάχα αν τύχει να δουλέψεις χωρίς αυτές: κόλαση, θα φτύσεις αίμα… Ετοιμάσου λοιπόν να αγγίξεις ακόμα μια φορά την αυτογνωσία, νιώθοντας πάλι ο εαυτός σου: παντελώς βλάκας που δεν σκέφτηκες τα παρακάτω μόνος σου!
Κωνική φιάλη (Erlenmeyer flask)
Η φιάλη Erlenmeyer (Έρλενμέγιερ) είναι ίσως το πιο αναγνωρίσμο σκεύος εργαστηρίου, ακόμα και πατέρα να είχες τον Josef Fritzl κάπου την έχεις δεί. Φόρα μια άσπρη ρόμπα, κράτα την στο χέρι και ξέχνα πολύχρονη φοίτηση σε σχολές: φαίνεσαι επιστήμονας άρα -σύμφωνα με τις αξίες της εποχής μας- είσαι. Βάλε την στο ταινιάκι/videoclip μικρού μήκους που κάνεις και αναπαριστάς ακόμα και για τον πιο αδαή “μυστικό εργαστήριο οπου τελείται…επιστήμη“. Παντού υπάρχει μια φιάλη Erlenmeyer, πράγμα που ακόμα και η Βίσση το γνωρίζει! Πρόκειται για την γνωστή κωνική φιάλη η οποία παίρνει το όνομά της από τον εμπνευστή της Richard August Carl Emil Erlenmeyer (φωναζέ τον Emil!).Με δουλεύεις; Είναι μια… κωνική φιάλη! Ένα φλασκί! Τί το ιδιαίτερο έχει;
Δεν σε δουλεύω καθόλου! Άπαξ και το θεωρείς “τόσο απλό”, γιατί η φιάλη δεν έχει το όνομά σου; Ξέρω, ξέρω — σε πρόλαβε ο Erlenmeyer. Η ιδιαιτερότητα της κωνικής φιάλης έγκειται στο ότι διευκολύνει τρομερά την εκτέλεση της τιτλοδότησης.
Η τιτλοδότηση είναι μια πολύ σταντέ διαδικασία για το εργαστήριο χημείας, περιλαμβάνεται ας πούμε στην εργαστηριακή “αλφαβήτα” αυτής της επιστήμης. Στο εργαστήριο δουλεύεις με βάσεις και οξέα και είναι πολύ χρήσιμο να μπορείς να ποσοτικοποιήσεις πόσο οξύ ή πόση βάση περιέχει εκείνο το άχρωμο υγρό που κοιτάς. Εκτός αυτού σε βοηθάει να μετρήσεις την περιεκτικότητα σε οξέα και βάσεις άγνωστων διαλυμάτων (π.χ. ξύδι, χυμός λεμονιού) ή και ουσιών που γενικότερα μπορούν να σου δώσουν κάποια οπτική αντίδραση (βλέπε αλλαγή χρώματος).
Για να τρέξεις μια τιτλοδότηση έχεις μια προχοΐδα, δηλαδή ένα διαβαθμισμένο κυλινδρικό λεπτό μακρύ σωλήνα τον οποίο φορτώνεις με διάλυμα γνωστής περιεκτικότητας μιας ουσίας (αν θες να μελετήσεις οξύ βάζεις βάση και αντίστροφα), η οποία ρίχνει μέσα στο άγνωστό σου διάλυμα σταγόνα-σταγόνα το γνωστό. Μέσα στο άγνωστο επίσης έχεις βάλει έναν δείκτη, δηλαδή μια ουσία που αλλάζει χρώμα αναλόγως την οξύτητα. Σκοπός σου; Να εξουδετερώσεις το άγνωστο οξύ ή βάση -πράγμα που θα το καταλάβεις από την θεαματική αλλαγή χρώματος- και μετά βλέποντας πόσο “γνωστό” οξύ ή βάση κατανάλωσες να υπολογίσεις την συγκέντρωση του “άγνωστου” δείγματός σου.
Η όλη μαγκιά στην φάση βρίσκεται στο ότι πρέπει να είσαι τρομερά ακριβής όταν την τρέχεις! Χρειάζεται να ανακατεύεις πολύ καλά το διάλυμά σου όταν πέφτουν οι σταγόνες (αλλιώς έχεις διακυμάνσεις στην συγκέντρωση άρα και στο χρώμα). Χρειάζεται επίσης να παρατηρείς με προσοχή τις αλλαγές του χρώματος έτσι ώστε να σταματήσεις την διαδικασία στο κατάλληλο σημείο. Τέλος, χρειάζεται ταυτόχρονα με όλα αυτά, να έχεις τα μάτια σου στην προχοΐδα ώστε να ρυθμίζεις κατάλληλα την ροή ανάλογώς του πως πάνε τα πράματα.
Μέχρι το 1861 (την ημερομηνία της εφεύρεσής της δηλαδή) τα σκεύη χημείας ήταν μεγαλούτσικες κουμούτσες και η όλη τους κατασκεύη δεν βόλευε πολύ στην τέλεση της παραπάνω διαδικασίας, που απαιτεί αρκετή προσοχή και τέχνη. Η φιάλη Erlenmeyer είχε λαιμό που μπορούσες να τον πιάσεις εύκολα με το ένα χέρι, και εκτός αυτού είχε σχήμα που μπορεί να φιλοξενήσει αρκετά μεγάλο όγκο υγρού. Το ανακάτεμα των περιεχομένων της είναι πολύ εύκολο με απλό ελαφρύ κούνημα του χεριού, χωρίς να πιτσιλήσεις όλο τον τόπο με επικίνδυνα υλικά.
Δυο άλλα πολύ χρήσιμα χαρακτηριστικά της είναι ότι ο πάτος της είναι ίσιος οπότε εκτός του ότι μπορείς να την ακουμπήσεις εύκολα πάνω στον πάγκο, κάνει το χρώμα του υγρού που περιέχει να φαίνεται καλύτερα (οπτική my dear Watson!) και το ότι τα κυρτά τοιχώματά της κάνουν την μεταφορά υγρών από δοχείο σε δοχείο παιχνιδάκι! Ο εύκολος χειρισμός της κωνικής φιάλης είναι τόσο επιτυχημένος που ακόμα και σήμερα παραμένει κλασικός και επίκαιρος!
Τι ήταν αυτός ο Erlenmeyer;
Τυπάκι από τα λίγα! Άρχισε ως Γερμανός φαρμακοτρίφτης, πήγε προς χημεία και άρχισε να μελετάει τις οργανικές ενώσεις. Συνέθεσε αρκετά οργανικά μόρια και προέβλεψε σωστά την δομή τους (εκείνα τα παράξενα σχηματάκια που οι χημικοί ζωγραφίζουν σε χαρτοπετσέτες όντας μεθυσμένοι). Εκτός αυτού πρότεινε και τον τρόπο που ενώνονται τα άτομα μεταξύ τους (διπλοί, τρίπλοι δεσμοί) και… διόλου τυχαία δεδομένου την δουλειά που είχε ρίξει, έπεσε μέσα!Ενδιαφέροντα trivia για αυτόν αποτελούν τ’ ότι είχε φτιάξει δικό του παραγκοεργαστήριο όπου δίδασκε σε άτομα που ήθελαν να μάθουν χημεία (ο καθηγητής του, ο Bunsen, του… απαγόρευε να διδάσκει!) και πως συνήθιζε μέσα στο εργαστήριο να δουλεύει καπνίζοντας την χοντρή πουράκλα του. Χμ, για κάποιον παράξενο λόγο οι οργανικοί διαλύτες τότε πρέπει να ήταν… λιγότερο εύφλεκτοι από όσο είναι σήμερα! Παρά τις ανακαλύψεις όμως του όμως, ο κόσμος απλά τον γνωρίζει για τα γυαλικά που άφησε πίσω του.
Λύχνος Μπούνσεν
Αν η κωνική φιάλη στο εργαστήριο είναι το σκεύος που κρατάει τα υγρά σου χαρούμενα, ο λύχνος Bunsen (Μπούνσεν) είναι η φωτιά που τα ζεσταίνει! Η κατασκεύη του είναι πολύ απλή, είναι σαν “γκαζάκι”: καίει αέριο για να σου δώσει φλόγα, έχει όμως και έναν ρυθμιστή εισόδου αέρα — διότι ώς γνωστόν (ξύπνα!) η καυσή εξαρτάται εκτός από το καύσιμο και από το οξυγόνο. Έτσι “πειράζοντας” την βαλβιδούλα που παρέχει τον αέρα για την καύση μπορείς να ρυθμίσεις το αν η καύση θα είναι τέλεια ή ατελής. Αποτέλεσμα; Εκτός από την φωτεινότητα,το χρώμα της φλόγας και τα υπολείμματα της καύσης (την καπνιά, σαν αυτήν με την οποία βάφεις σταυρούς στο σπίτι σου όταν γυρνάς από την ανάσταση παγανιστάκο μου εσύ!) μπορείς να ρυθμίσεις και πόσο καυτή είναι η φλόγα, την θερμοκρασία της!Ωραία, και; Ένα γκαζάκι έκανε ο τύπος, η μάνα μου ψήνει με κάτι παρόμοιο τον καφέ της!
Είναι εύκολο να λές “ε και;” εκ των υστέρων. Πριν τις λυχνίες Bunsen στο εργαστήριο χρησιμοποιήθηκαν κυρίως λύχνοι λαδιού ή αλκοόλης (οινοπνεύματος) οι οποίοι παρήγαγαν λαμπερές φλόγες, ήταν δύσκολο εώς αδύνατο να ρυθμίσεις την θερμοκρασία της φλόγας και επίσης άφηναν πολύ καπνιά.
Ο Robert Bunsen εκείνο τον καιρό (1854-6) ασχολούταν με ηλεκτρόλυση και δοκίμαζε να κάψει τα στοιχεία που απομόνωνε με αυτό τον τρόπο. Παρατήρησε λοιπόν πως διαφορετικά στοιχεία όταν καίγονται δίνουν διαφορετικού χρώματος φλόγες και υποπτευόταν πως αυτό το χρώμα ήταν μοναδικό για κάθε στοιχείο. Σκέφτηκε λοιπόν να αναλύσει την λάμψη που παράγει η κάθε ουσία όταν καίγεται στα επιμέρους χρώματα που την αποτελούν, να δει δηλαδή το “φάσμα” που παράγουν χρησιμοποιώντας ένα πρίσμα. Πως όμως θα το έκανε αυτό, οέο, αν η φλόγα που χρησιμοποιούσε για να κάψει τα δείγματα ήταν και αυτή φωτεινή;
Να λοιπόν που χρειάστηκε ο λύχνος του: άνοιξε τίγκα τον αέρα για πλήρη καύση και η φωτεινότητα της φλόγας σου πέφτει δραματικά, επιτρέποντας το πρίσμα σου να αναλύσει σε επιμέρους συχνότητες μόνο το φώς που παράγει το στοιχείο που καις!
Πλέον ο λύχνος Bunsen δεν χρησιμοποιείται τόσο πολύ στα εργαστήρια για θέρμανση ενός δείγματος, διότι “γυμνή φλόγα” κοντά σε εύφλεκτους διαλύτες συνήθως είναι η αρχή μιας αυθεντικότατης Wile Coyote στιγμής: συνήθως χρησιμοποιούνται ελαιόλουτρα και υδατόλουτρα (σκέψου “μπέν μαρί” μωρή!). Παρόλαυτα ο λύχνος Bunsen παραμένει η νούμερο ένα επιλογή αν θέλεις να αποστειρώσεις με φλόγα εργαλεία που χρησιμοποιείς κατά την διάρκεια κυτταροκαλλιεργειών ή αν θέλεις να κάψεις κάποια ουσία για να την μελετήσεις!
Πυρομανής ο τυπάς ε;
Όχι ιδιαίτερα! O Robert Bunsen ήταν αρκετά ήσυχος χημικός και καθόλου “φλογερός”, σε αντίθεση με την λυχνία του, στις αντιπαραθέσεις. Φημίζεται πως ουδέποτε πήρε μέρος σε “ακαδημαϊκό ξυλίκι”, κάτι που οργίαζε εκείνες τις εποχές (χμμμ) στα πανεπιστήμια και πάντα ήταν τζεντλεμάνος ακόμα και απέναντι στις χειρότερες προσβολές.
Επίσης έχει την φήμη του εξαιρετικού δασκάλου με τρομερή μεταδοτικότητα, και θεωρείται ένας από τους πατέρες της φασματοσκοπίας — ενός πεδίου έρευνας χωρίς το οποίο σήμερα ο κόσμος θα ήταν εντελώς διαφορετικός (είναι συν τοις άλλοις η επιστήμη που σου επιτρέπει να γνωρίζεις τι στοιχεία υπάρχουν σε κάθε άστρο που βλέπεις στον ουρανό αναλύοντας το “χρώμα” του!).
Κάτι που επίσης θα αρέσει τρομερά στους πιο αναρχο-δεν-ξέρω-και-εγώ-αν-αυτά-που-λέω-είναι-αυτά-που-κάνω φίλους μας είναι πως ο κύριος Bunsen ήταν κάθετα ενάντιος στην κατοχύρωση πατέντας αρνούμενος να πατεντάρει επίσημα οτιδήποτε έφτιαξε, συμπεριλαμβανομένου και του λύχνου του. Την επόμενη φορά που θα δείς τα χρώματα ενός πυροτεχνήματος ή που η μολότοφ σου θα κάψει κάποιο υλικό που θα δώσει χρωματιστές φλόγες σκέψου τον Bunsen!
Εκχυλιστής Soxhlet extractor
Έχεις κάνει ποτέ τσάι; Αν ναι, τότε συγχαρητήρια, μόλις έκανες μια εκχύλιση! Απομόνωσες από ένα φυτό/στερεό μέρος των συστατικών του βάζοντάς το μέσα σε κάποιο διαλύτη. Σε αυτή την περίπτωση χρησιμοποίησες νερό, την επόμενη φορά δοκίμασε με βενζίνη ή οινόπνευμα (στο…εργαστήριο χημείας γίνεται και αυτό και όχι, δεν φταίει κάποια πρότερη σύνθεση 2C-B, υπάρχει λόγος).Πόσα φλυτζάνια αφεψήματος σου βγάζει ένα σακουλάκι τσάι; Για να το μάθεις μπορείς να κάνεις το εξής πείραμα: βάζε το ίδιο φακελάκι τσάι σε καυτό νερό μέχρι το χρώμα του υγρού να μην αλλάζει παραπάνω και μόλις συμβεί αυτό άλλαξε το νερό του με καινούργιο μέχρι το νερό να μην αλλάζει καθόλου χρώμα. Υπέροχα! Μόλις πραγματοποίησες μια “εξαντλητική εκχύλιση” των υδατοδιαλυτών ουσιών αυτού του βοτάνου, του πήρες δηλαδή ότι είχε μέσα που μπορεί να διαλυθεί στο νερό. Μια τέτοια διαδικασία είναι πολύ “σταντέ” στην φυτοχημεία, αν θέλει κάποιος να μελετήσει ένα βότανο για το τι έχει μέσα του και σε τι διαλύτες είναι διαλυτές οι ουσίες που έχει ή να ποσοτικοποιήσει “πόσο” μιας ουσίας περιέχει ένα βότανο.
Γύρνα τώρα και δες α) πόσο χάλια έκανες την κουζίνα σου, β) πόσο χρόνο σπατάλησες, γ) πόσο νερό -κατάσυνέπεια και δοχεία- ξόδεψες. Ναι, θα συνειδητοποιήσεις πως άξια αυτή η εκχύλιση φέρει το όνομα “εξαντλητική” διότι προτού εξαντληθεί το βότανο είχες ήδη παραδώσει πνεύμα εσύ πάνω από μπρίκια, κουταλάκια, τσαγιερά κτλ. Τώρα δες πόσο τσάι περιέχει το κάθε φακελάκι: τρία με πέντε γραμμάρια ίσως. Τι θα έλεγες αν σου ζητούσα, έστω αν “έπρεπε”, να τρέξεις την παραπάνω διαδικασία σε… 50 γραμμάρια τσάι; Τι θα έλεγες επίσης αν σου έλεγα να μην την τρέξεις με νερό αλλά με σαφέστατα ακριβότερους διαλύτες όπως το καθαρό οινόπνευμα;
Την παλεύω μια χαρά, την παλεύουν μια χαρά και στα εργαστήρια φυτοχημείας και ο λόγος είναι ο εκχυλιστής Soxhlet (Σόξλετ)! Βλέπεις, και ο Franz von Soxhlet είχε ακριβώς τα ίδια προβλήματα όταν δούλευε με στερεά από γάλα προσπαθώντας να απομονώσει και να μελετήσει τα λίπη που περιέχουν, αλλά αντί να ουρλιάζει σαν τρελαμένη μαϊμού αποφάσισε να βρεί μια λύση στο πρόβλημα.
Η λύση που πρότεινε ήταν αφοπλιστικά απλή: τι θα γινόταν αν έβαζες το βότανο/υλικό σου σε συνεχή ροή του διαλύτη, π.χ. φαντάσου να το μπούκωνες μεσα σε έναν σωλήνα και να διοχέτευες από μέσα του το υγρό; Θα αυτοματοποιούσες την διαδικασία αλλά και πάλι θα ξόδευες λίτρα διαλύτη (πολλές φορές σαφέστατα ακριβότερου από νερό).
Αν ανακύκλωνες τον ίδιο διαλύτη, και τον ανάγκαζες να περνάει συνεχώς μέσα από το το υλικό σου; Τότε ναι-μεν θα είχες συνεχώς το βότανό σου να το πλένει ο διαλύτης, αλλά αργά ή γρήγορα ο διαλύτης θα διέλυε την μάξιμουμ ποσότητα υλικού που μπορεί να διαλύσει και δεν θα μπορούσε να τραβήξει παραπάνω ουσίες από το δείγμα σου. Οπότε η λύση έγκειται στο να ανακυκλώνεις τον ίδιο διαλύτη κάθε φορά, όμως αυτός ως δια μαγείας να είναι “φρέσκος”/καινούργιος, κάτι το οποίο μπορείς να κάνεις μέσω… απόσταξης!
Η συσκευή που επινόησε ο Soxhlet κάνει ακριβώς αυτό αυτοματοποιημένα. Αποτελείται από α) μια σφαιρική φιάλη που έχει μέσα τον διαλύτη σου, β) έναν “σωλήνα” που βάζεις μέσα το βότανό σου και γ) έναν συμπυκνωτή σαν αυτούς που έχουν αυτοί που αποστάζουν τσίπουρο. Το μυστικό όμως είναι το εξής: η φιάλη με τον διαλύτη επικοινωνεί με τον συμπυκνωτή ο οποίος είναι συνδεδεμένος με τον σωλήνα του βοτάνου, και ο σωλήνας του βοτάνου έχει ένα σιφόνι που επικοινωνεί με την φιάλη με τον διαλύτη…
Φορτώνεις στον σωλήνα το βότανό σου, στην φιάλη τον διαλύτη σου και ψύχεις, ψύχη μου, τον συμπυκνωτή με νερό. Θερμαίνεις την σφαιρική φιάλη και τότε συμβαίνει το θαύμα! Οι ατμοί του διαλύτη φτάνουν στον συμπυκνωτή, υγροποιούνται και στάζουν πάνω στο βότανο. Όταν ο θάλαμος με το βότανο γεμίσει με υγρό τότε μέσω σιφονιού (με τον ίδιο τρόπο που η… χέστρα σου διατηρεί πάντα το ίδιο επίπεδο νερού μέσα εκτός αν βουλώσει) το υγρό επιστρέφει στην σφαιρική φιάλη. Εκεί ο διαλύτης ξαναεξατμίζεται (οι ουσίες μένουν μέσα στην φλάσκα, δεν εξατμίζονται αυτές!) και ξαναρχίζει η ίδια διαδικασία με τον διαλύτη να στάζει φρεσκοαπεσταγμένος πάνω στο βότανο.
Ιδιοφυές; Είναι πιθανότατα η αγαπημένη μου συσκευή, και… αν είσαι λίγο παράξενος τυπάς, είναι υπέροχο να την κοιτάς καθώς δουλεύει! Το καλύτερο; Την αφήνεις να τρέχει για όσο θες και αυτή κάνει τους κύκλους της μόνη της: εσύ κοιμάσαι, καφεδιάζεις ή πηδιέσαι και το μασίνι δουλεύει ρολόι! Για να πιάσει καλύτερα ο τελειωμένος εγκέφαλός σου πως δουλεύει αυτή η συσκευή, κάνε click εδώ να πας σε μια υπέροχη ιστοσελίδα με πολλά animations και επεξηγήσεις για εργαστηριακές τεχνικές.
Αυτός ο Franz von Soxhlet, τι φάση ήταν;
Γερμανός χημικός, λέει, ο οποίος έπαιζε κυρίως με γάλατα. Ανέλυσε τις πρωτεϊνες και τα λίπη που περιέχει το γάλα και έμεινε στην ιστορία για τον εκχυλιστή του, που σε πολλά εργαστήρια είναι από τότε must εξοπλισμός. Πέραν αυτών, ο γλυκός μας Franz είναι και από τους πρώτους που υποστήριξαν την παστερίωση του γάλακτος ως μέθοδο αποστείρωσής του — θανάσιμος εχθρός λοιπόν των απανταχού ωμοφάγων που υποστηρίζουν πως “οι μαγειρεμένες τροφές είναι δηλητήριο” (ναι, υπάρχουν και αυτοί στον πλανήτη μας, καλως ήλθες!).Περιστροφικός εξατμιστής
Στο παραπάνω παράδειγμα που σε έβαλα να παίζεις με τα τσάγια, θα καταλήξεις έχοντας στα χέρια σου ένα υγρό με “ότι έχει μέσα το τσάι”. Για να το δουλέψεις παρακάτω, π.χ. αν θες να απομονώσεις συγκεκριμένη ουσία ή να το έχεις σε συμπυκνωμένη μορφή (στερεό υπόλειμμα που περιέχει ότι το τσάι εκτός του νερού) θα πρέπει να εξατμίσεις τον διαλύτη.Στην περίπτωση που έκανες την διαδικασία χωρίς Soxhlet , καληνύχτα. Μπορείς να αυτόκτονήσεις ελεύθερα: σε βλέπω να βράζεις και να εξατμίζεις λίτρα διαλύτη έχοντας συνεχώς το νου σου εκεί για να μην σου καεί — και είσαι πολύ τυχερός που ο διαλύτης σου είναι νερό. Φρόντισε να έχεις αιθέρα πρόχειρο και ένα πάνι για να περάσει γρηγορότερα η ώρα, αν δεν κυλήσεις τώρα στην πρέζα δεν θα κυλήσεις ποτέ μωρό μου!
Στην περίπτωση που χρησιμοποίησες Soxhlet πάλι, μισό λιτράκι θα το έχεις για πλάκα, και το μισό λιτράκι θα σε “έχει” άνετα από άποψη χρόνου. Πάλι σε βλέπω να πηγαίνεις στο ράφι που φυλάς τον αιθέρα… Να σου δυσκολέψω λίγο παραπάνω τα πράματα; Τι θα γίνει αν το υλικό που θες να απομονώσεις είναι θερμοευαίσθητο και καταστρέφεται στην θερμοκρασία που βράζει ο διαλύτης σου; Πόσες μέρες θα σου πάρει για να το εξατμίσεις, απλά αφήνοντάς το στην ησυχία του;
Όχι, δεν τελείωσα ακόμα, το Zyklon είναι χαιρέκακο οπότε σου βάζει και ως περιορισμό πως η ουσία σου είναι ευαίσθητη γενικώς και δεν θες να την αφήσεις εκτός ψυγείου για μέρες γιατί χαλάει και πως ο διαλύτης σου είναι ακριβός ή επικίνδυνος και δεν μπορείς να τον χαραμίσεις αφήνωντάς τον να εξατμιστεί στον αέρα. Κάπου εδώ έχεις αφήσει τον αιθέρα στην άκρη και έχεις πιάσει το υδροκυάνιο ή κάποιο δυνατό οξύ έτσι για να βγείς από την μιζέρια που σε έβαλα. Προτού σκύψεις και πείς “ε μπες και από πίσω ρε Zyklon, να τελειώνουμε“, σκέψουν πως υπήρξαν μέρες στην χημεία που όλα τα παραπάνω αποτελούσαν καθημερινό πρόβλημα. Μέχρι που εμφανίστηκε ο… περιστροφικός εξατμιστής!
Ο περιστροφικός ΤΙ;
Εξατμιστής, περιστροφικός εξατμιστής ή στην αργκό των χημικών “ροταβάπ“, “ροταβάπορας” ή λανθασμένα “Büchi” — πρόφερέ το όπως θες, διατηρεί την προστυχάντζα του. Η όλη μέθοδος είναι πολύ απλή: διαλέγεις έναν συνάδελφό στο εργαστήριο σου, κατά προτίμηση με χαμηλό IQ, που δεν τον συμπαθείς ιδιαίτερα, του δίνεις την φλάσκα με τον διαλύτη που θες να εξατμίσεις και τον βάζεις να τρέχει γύρω γύρω από το τετράγωνο περιστρεφόμενος συνάμα γύρω από τον άξονά του, μέχρι ο διαλύτης να εξατμιστεί πλήρως. Ναι, πλάκα έχει άλλα συνήθως μετά την 8η-9η φορά ο συνάδελφός σου αρχίζει να έχει υποψίες πως κάτι παράξενο συμβαίνει οπότε έρχεται ο καιρός να σταματήσεις τα παιχνίδια και να χρησιμοποιήσεις έναν πραγματικό περιστροφικό εξατμιστή.
Η κατασκευή του εξατμιστή είναι σχετικά απλή, το τι κάνει όμως είναι ιδιοφυές! Αποτελείται από μια σφαιρική φιάλη/φλάσκα που βάζεις μέσα αυτό που θες να εξατμίσεις, ένα μοτέρ που την περιστρέφει μέσα σε ένα ζεστό υδατόλουτρο (ξεκόλλα, μπέν μαρί, όπως λιώνεις την σοκολάτα λέμε!), έναν συμπυκνωτή και μια άλλη σφαιρική φλάσκα συλλογής του διαλύτη που εξατμίζεται και συμπυκνώνεται. Η όλη συσκευή έχει επίσης ανοίγματα στα οποία προσαρμόζεις μια αντλία κενού έτσι ώστε το όλο σύστημα μέσα να βρίσκεται υπό κενό.
Γαμάτο αλλά… γιατί όλα αυτά, αφού θυμίζει μια απλή συσκευή απόσταξης; Το μυστικό βρίσκεται στο κενό και στην περιστροφή. Αν θυμάσαι κάτι ψιλά από τις ασυναρτησίες που σου έλεγε ο βαρεμένος καθηγητής χημείας στο λύκειο, το σημείο βρασμού ενός διαλύτη εξαρτάται από την πίεση: σε χαμηλότερες πιέσεις βράζει και εξατμίζεται σε μικρότερες θερμοκρασίες! Έτσι μπορείς να εξατμίσεις τον διαλύτη σου σε πολύ μικρότερη θερμοκρασία από ότι θα εξατμιζόταν σε πίεση δωματίου με αποτέλεσμα να χρησιμοποιείς πολύ μικρότερες θερμοκρασίες για εξάτμιση.
Αυτό κάνει τα πειράματα α) λιγότερο επικίνδυνα β) προστατεύοντας τις θερμοευαίσθητες ουσίες. Η περιστρεφόμενη φλάσκα αντιμετωπίζει πανέξυπνα δυο βασικά προβλήματα που υπάρχουν σε μια εξάτμιση με θερμότητα. To πρώτο είναι ότι το υγρό τείνει να βράζει βίαια και να υπερχειλίζει πηγαίνοντας παντού (όπως όταν ξεχνάς το μπρίκι με το γάλα στο γκαζάκι), ένα φαινόμενο που το χειροτερεύει το κενό. Το δεύτερο είναι ότι η εξάτμιση εξαρτάται από την επιφάνεια του υγρού σου, οπότε εδώ δεσμεύεσαι από την επιφάνεια του υγρού μέσα στην φλάσκα, σαν να μην έφτανε που η σφαίρα ως σχήμα είναι το στερεό με την μικρότερη αναλογία επιφάνειας-όγκου. Η περιστρεφόμενη φλάσκα καταργεί τον βίαιο βρασμό και επίσης καθώς περιστρέφει το υγρό δημιουργεί ένα λεπτό φίλμ από αυτό στα τοιχώματα της φλάσκας επιταχύνοντας την εξάτμιση.
Οι περιστροφικοί εξατμιστές χρησιμοποιούνται πλέον εκτός από το εργαστήριο και στην μοριακή γαστρονομία. Στην φλάσκα συλλογής που συλλέγεται με ασφάλεια ο διαλύτης (επαναχρησιμοποιείται τούτος στα εργαστήρια) μπορείς να συλλέξεις και αιθέρια έλαια από βότανα, τα οποία πολλές φορές τα αλλοιώνουν οι υψηλές θερμοκρασίες: έτσι ο ροτοβάπορας βοηθάει στο να κρατηθούν ανέπαφα για να τα χώσεις σε κάποιο κοκτέιλ ή σε κάποιο ντιζαϊνάτο πιάτο που θα το πληρώσεις 50 ευρώ.
Α, και αυτό το περιστροφοτέτοιο το εφηύρε αυτός ο Büchi;
Όχι, πλύνε το στόμα σου με υδροχλωρικό οξύ που τόλμησες να πείς τέτοιο πράμα! Ο “Büchi” , ή καλύτερα η εταιρία Büchi, είναι η εταιρία που εκμεταλλεύτηκε οικονομικά αυτή την εφεύρεση, που ουσιαστικά την έφερε στο φως και την έκανε “στάνταρ εξοπλισμό” για κάθε εργαστήριο οργανικής χημείας. Ο εφευρέτης ήταν ο Lyman Creighton Craig που χρησιμοποίησε παλαιότερες ιδέες για να τελειοποιήσει και να φέρει στην σημερινή του μορφή τον ροτοβάπορα. Η δουλειά του περιελάμβανε μελέτη πρωτεϊνών, αμινοξέων και… επίσης αλκαλοειδή που περιέχονται στο εργότιο (Claviceps purpurea… που το έχεις ξανακούσει…που το έχεις ξανακούσει…).Το ωραίο με αυτόν τον τυπάκο είναι πως έρχεται από εκείνη την μαγική εποχή όπου κάθε πανεπιστήμιο είχε για το τμήμα χημείας του έναν υαλοποιό για να καλύπτει τις ανάγκες του τμήματος σε φιάλες, σωλήνες και οτιδήποτε γυάλινο μπορούσε να ζητήσει ένας ερευνητής: πολλές φορές δεν αγόραζαν τον γυάλινο εξοπλισμό αλλά τον έφτιαχναν στο πανεπιστήμιο.
Δεν έλειπαν φυσικά και οι περιπτώσεις που κάποιος ερευνητής σκεφτόταν καθώς κατουρούσε μια καινούργια γυάλινη συσκευή και έτρεχε με τα σχεδιαγράμματα μαγαρισμένα με ούρα στον υαλοποιό να του φτιάξει την ιδιοφυή του συσκεύη, όπως επίσης δεν έλειπαν και οι περιπτώσεις που ο ίδιος ο υαλοποιός ήταν τζιμάνι από τα λίγα και στον ελεύθερό του χρόνο έφτιαχνε νέες συσκευές και μετά τις έδινε στους ερευνητές να τις δοκιμάσουν! Ο Craig δεν ήταν ο υαλοποιός του πανεπιστημίου αλλα αναφέρεται πως δούλευε με το γυαλί ως χόμπυ, και πως ήταν διαολεμένα ικανός στο φύσημα του γυαλιού. Ο πρώτος ροτοβάπορας που φτιάχτηκε, έλαβε κυριολεκτικά την “πνοή” που του χάρισε την ζωή, από τον ίδιο τον Craig.
Πιαστράκια Keck (Keck clip)
Πιαστήκαμε πιο πάνω με τα γυαλιά, που είναι η ψυχή ενός χημικού εργαστηρίου. Έρχονται σε πολλά σχήματα, το καθένα με τις δικές του λειτουργίες, και θα καταλάβεις πόσο εύκολη σου κάνουν την ζωή αν τύχει να χρειαστεί να δουλέψεις χωρίς αυτά και να προσπαθήσεις μόνος σου να πατεντάρεις εργαστηριακά σκεύη.Ένα από τα πολύ ωραία των υαλικών είναι πως δεν είναι μονοκόμματα: αποτελούνται από μικρότερα επιμέρους κομμάτια τα οποία μπορείς να τα ενώσεις προσαρμόζοντας τον “λαιμό” του ενός μέσα στον “λαιμό” του άλλου, ουσιαστικά παίζεις και με “lego” εκτός από χημικές ενώσεις. Αυτό σου δίνει τρομερή ευελιξία στο ότι μπορείς να “λύσεις” στα επιμέρους τμήματα τις συσκευές σου για να τις μεταφέρεις ευκολότερα και χωρίς να σπάσουν, αλλά έχει και ένα βασικό πρόβλημα. Τι θα συμβεί αν καθώς κάνεις μια απόσταξη ή καθώς έχεις τα 5 υπερπολύτιμα μιλλιγκράμ τις σούπερντούπερ wow ουσίας στον ροτοβάπορα η σύνδεση μεταξύ των γυάλινων μερών χαλαρώσει και αποσυνδεθούν;
Η απάντηση είναι απογοητευτικά απλή όπως συνειδητοποίησαν ανα καιρούς πολλοί χημικοί και οι μαθητές τους. Ο πανάκριβος… πρώην εξοπλισμός σου γίνεται θρύψαλα, ο πάγκος σου λούζεται με εύφλεκτο/επικίνδυνο/πανάκριβο διαλύτη ή η δουλειά σου πάει βδομάδες πίσω όταν τα 5 mg της προαναφερθείσας ουσίας πάνε για ένα μπανάκι μέσα στο υδατόλουτρο. Οι χημικοί όμως πλέον δεν αντιμετωπίζουν τέτοια σενάρια και αυτό λόγω του κυριού Keck! Θες να κάνεις έναν χημικό να φρικάρει; Κλέψε του τα πιαστράκια Keck.
Πιαστράκια; Εννοείς κανονικά πιαστράκια, πιαστράκια που… πιάνουν;
Ναι, καθυστερημένε αναγνώστη μου, θα ήταν πιαστράκια αν δεν έπιαναν; Σε αυτό το σημείο, αγοράκια και κοριτσάκια, παρακαλώ κατεβάστε τα κυλοτάκια σας και σκύψτε. Η ιδέα που έλυσε έναν μεγάλο φόβο των χημικών είναι απλή μέχρι αηδίας, τόσο απλή που σε κάνει να αναρωτιέσαι αν οι περισσότεροι χημικοί στερούνται βασικής ευφυΐας και δεν μπορούσαν να το σκεφτούν ή αν πραγματικά χρειάζεται ένα αρκετά ιδιαίτερο μυαλό για να δώσει βάση στο απλό.
Τα πιαστράκια Keck ρεζιλεύουν με την απλότητά τους όλες τις “εισόδους” της σημερινής λίστας. Αποτελούνται από δυο πλαστικούς δακτύλιους σε σχήμα C οι οποίοι είναι ενωμένοι μεταξύ τους με μικρά πλαστικά τμήματα τα οποία και αυτά έχουν σχήμα C έτσι ώστε να μην παρεμβάλλονται στην καλή εφαρμογή της “άρθρωσης” των υαλικών. Πώς δουλεύουν; Συναρμολογείς τα γυαλικά σου και το πατάς πάνω στην άρθρωση: ο πάνω μικρότερος δακτύλιος εφαρμόζει στον πάνω μικρότερο “λαιμό” και ο κάτω μεγαλύτερος δακτύλιος στον κάτω μεγαλύτερο λαιμό! Το καλύτερο που συνεχίζει να κερδίζει την τούρτα της απλότητας; Τα διαφορετικά μεγέθη έχουν διαφορετικό χρώμα το οποίο παγκοσμίως είναι το ίδιο έτσι ώστε να μπορείς γρήγορα να πιάσεις και να βάλεις το κατάλληλο χωρίς δοκιμές! Μετά από λίγο τα μαθαίνεις και αυτόματα πιάνεις στο σωστό πιαστράκι για κάθε μέγεθος.
Και τα βρήκε αυτά ο Κέκης;
Ναι, τα βρήκε -και πλούτισε από αυτά- ο γερμαναράς Hermann Keck. Αν και ως χημικός δεν φαίνεται να είναι το άτομο που θα σε αφήσει άναυδο με την πορεία του στον χώρο της χημείας, ο Keck είχε άλλο χάρισμα. Από μικρός ήταν μαστροχαλαστής, έπιανε τα πάντα στα χέρια του για να τα διαλύσει και να δει πως δουλεύουν. Μεγαλώνοντας συνέχισε στο ίδιο μοτίβο διατηρώντας τον ενθουσιασμό του για τα μηχανήματα και την επίλυση προβλημάτων καθαρά τεχνικής φύσεως. Έτσι, στο ενεργητικό του έχει αρκετές πατέντες οι οποίες περιλαμβάνουν από φρένα για σκι εώς και αντισυλληπτικές συσκευές. Αν ο σπόρος σου είναι και εσένα μαστροχαλαστής, μπορείς να παρηγοριέσαι όταν τον πιάνεις να έχει ξεμοντάρει τον τρίτο κατα σειρά δονητή “της μάνας του”: ίσως είναι ένας εκκολαπτόμενος Keck, ίσως απ’ την άλλη του αρέσει το mannwurst τόσο όσο στην μάνα του…
Κάπου εδώ σε αφήνω να παίξεις με τα παραπάνω, να σκεφτείς δικιές σου πατέντες και να χτυπήσεις το κεφάλι σου στον τοίχο για το πόσο εύκολα θα μπορούσες να πλουτήσεις αν είχες σκεφτεί πρώτος περιστροφικούς εξατμιστές, κωνικές φιάλες ή πολύ απλά… πιαστράκια. Σταμάτα επιτέλους να θεωρείς έξυπνο το δυσνόητο,την συσσώρευση γνώσεων ή το “μυαλά φεύγα” (υπάρχουν και μπόλικοι τέτοιοι στην ιστορία της χημείας, έχει αρκετές αυτοκτονίες και αρκετούς παρανοημένους η φάση) και άρχισε επιτέλους να βλέπεις την εξυπνάδα στο μυαλό που μπορεί να συλλάβει το απλό, αυτό που όταν στο δείχνουν το καταλαβαίνεις πλήρως και απορείς “γιατί ως τώρα δεν το έχει σκεφτεί κάποιος άλλος“.
Μπορεί οι εποχές που ο εργαστηριοπόντικας ήταν και εφευρέτης συσκευών να πέρασαν ανεπιστρεπτί, με τον ρόλο αυτό να τον έχουν αναλάβει μεγάλες εταιρίες, αλλα πάντα μένει η μαγεία του πως μια απλή ιδέα μπορεί να αλλάξει ένα ολόκληρο πεδίο.
Ως την επόμενη Παρασκεύη, Καλά μυαλά!
