• Tema 11 - Magia stiintei

Cuprins:
1. Provocări
2. Trasee de cunoaştere
3. Exemple de abordare integrată
4. Resurse suplimentare

 

Provocări

  • Care au fost Ónceputurile stiintei?
  • Alchimia - cât % ştiinţă şi cât % magie?
  • Ce poate face un om de ştiinţă si ce poate face un magician? Care e deosebirea dintre acţiunile lor?
  • De ce ştiinţa înseamnă putere?

[cuprins]

Trasee de cunoaştere

  • De la alchimie la chimie – magie şi ştiinţă. Tema abordează din perspectivă istorică evoluţia chimiei, pornind de la cercetările alchimiştilor şi rolul acestora în evoluţia cunoaşterii.
  • Vizibil – invizibil: călătorie în corpul uman - imagistica medicală. Tema poate fi studiată din perspectiva biologiei (studiul ţesuturilor vii), fizicii (studiul radiaţiei electromagnetice), chimiei (reacţiile chimice dintre ţesuturile vii şi radiaţia electromagnetică, ionizarea, fenomenul de iradiere), matematicii (prelucrarea matematică a semnalului obţinut de la diverse aparate şi transformarea semnalului în imagini care pot fi mai uşor interpretate, obţinerea de imagini tridimensionale), a economiei (cat de accesibile din punct de vedere financiar sunt unele investigaţii medicale sau tratamente), a eticii, cu accent pe resursele tehnico - ştiinţifice necesare rezolvării diferitelor probleme.
  • Senzori se poate realiza o incursiune în istoria senzorilor: tipuri de senzori, aplicaţiile lor (de exemplu detectoarele de gaze sau detectoarele de fum de la centralele termice de apartament, senzorii de mişcare folosiţi în dispozitivele de protecţie a unor obiective). Astfel, tema se poate aborda din punct de vedere al profesorului de fizică  (studiul fenomenelor fizice care constituie principiul de funcţionare a senzorilor), profesorul de chimie (materiale chimice avansate care permit realizarea unor detectori specifici pentru semnale sau materiale naturale utilizate ca senzori încă din antichitate) sau poate fi discutată din punct de vedere etic.
  • Invenţii ale anticilor regăsite în lumea de azi. Subiectul se poate structura ca o investigaţie privind diferite elemente şi structuri tehnice din lumea modernă care se pot recunoaşte în invenţiile Antichităţii (de exemplu, uşile automate, dozatorul de apă, structurile hidraulice inventate de Heron din Alexandria).
  • Cunoaşterea înseamnă putere. Tema poate studia modul în care, de-a lungul timpului, monopolul cunoaşterii (în diferite domenii) a oferit putere asupra comunităţilor celor care îl deţineau (rolul aristocraţiei sacerdotale în societăţile antice, de pildă).
  • Focul – binecuvântare sau blestem. Se pot studia diferite aplicaţii şi semnificaţii ale focului, în istorie sau în zilele noastre. Rolul focului în societăţile preistorice, descoperiri legate de foc în Antichitate şi Evul Mediu, armele de foc. În planul fizicii şi al chimiei se pot exploata aspecte precum propagarea luminii, oglinda, temperaturi de ardere, trăsnetul etc.
  • Aplicaţii ale unor fenomene naturale: magnetismul terestru. Descoperirea şi aplicaţiile busolei, orientarea fiinţelor vii în funcţie de câmpul magnetic terestru.
  • Mişcările astrelor şi evoluţia vieţii pe Pământ. Tema poate fi abordată din perspective multiple: astronomie, apariţia şi dezvoltarea comunităţilor umane (revărsări, eclipse, agricultură, etc.), rolul astronomilor în societate în diferite epoci istorice, geografie, fizică, biologie.
  • Puterile Soarelui. Se pot studia felul în care a fost privit Soarele de diferitele religii, rolul luminii solare, al radiaţiilor asupra naturii şi omului, exploziile solare, fotosinteza etc.
  • Aplicaţiile levitaţiei în natură şi tehnică. Tema poate fi abordată din perspectiva biologiei, a istoriei, a fizicii (levitaţia magnetică, levitaţia pe pernă de aer etc.).
  • Aer cald, aer rece. Grupele de elevi pot realiza proiecte punctuale, pe teme precum: energia eoliană, aerul cald şi inventarea balonului şi a dirijabilului, aerul rece şi aerul cald în natură (curenţii de aer, furtunile şi uraganele), aerul în fizică – viteza vântului, curenţii turbionari, suflul exploziilor, rolul răcirii sau al încălzirii aerului asupra plantelor şi animalelor.
  • Surse de lumină: lumina vizibilă şi lumina invizibilă. Lumina caldă şi lumina rece (descoperirea şi aplicaţiile led-ului), utilizarea luminii în fotografie, cinematografie, televiziune, lumina infraroşie şi aplicaţiile ei.
  • [cuprins]

Exemple de abordare integrată

Subtema 1. De la alchimie la chimie – magie şi ştiinţă

Alchimia n-a fost la origine o ştiinţă empirică, o chimie embrionară (...). Istoria ştiinţelor nu recunoaşte o ruptură absolută între alchimie şi chimie (...); chimia s-a născut din alchimie, mai exact s-a născut din descompunerea ideologiei alchimiei.
(Mircea Eliade, Făurari şi alchimişti)

Repere cronologice:
Cca 300 d.Hr. – Zosimos din Panopolis elaborează lucrarea Scrieri autentice despre arta sacră şi divină a fabricării aurului, primul tratat de alchimie cunoscut în istorie.
Cca 499 – Matematicianul indian Aryabhata (476-550) scrie Aryabhatiya, culegere de cunoştinţe ştiinţifice.
Cca 628 – Matematicianul indian Brahmagupta (598-665) scrie Deschiderea Universului.
Cca 825 – Califul abbasid Al-Mamun întemeiază, la Bagdad, Casa Înţelepciunii, cu o bibliotecă şi un centru de traduceri.
Cca 800 – Savantul arab Geber (Jabir ibn Hayyan) scrie tratatele despre alchimie.
1266 – Savantul englez Roger Bacon (1220-1292) scrie Opus majus, susţinând necesitatea promovării metodei experimentale.
1525 – Paracelsus devine profesor de medicină şi chirurgie la Basel.
1732 – Savantul olandez Hermann Boerhaave (1668-1738) publică Elementele chimice.
1746 – Chimistul britanic John Roebuck (1718-1794) dezvoltă procedeul de obţinere a acidului sulfuric.
1774 – Joseph Priestley (1733-1804) descoperă oxigenul.
1774 – Antoine Lavoisier (1743-1794), chimist francez, demonstrează conservarea masei în reacţiile chimice.
1784 – Chimistul britanic Henry Cavendish (1731-1810) descoperă compoziţia chimică a apei.
1789 – Antoine Lavoisier (1743-1794) scrie Tratatul elementar de chimie.
1806 – Chimistul britanic Humphry Davy (1778-1829) descoperă sodiul şi potasiul.
1808 – Joseph Gay-Lussac (1778-1850) enunţă legea combinării gazelor, ce îi poartă numele.
1814 – Omul de ştiinţă suedez Jöns Berzelius (1779-1848) introduce simbolurile chimice moderne.
1855 – Alekander Parkes (1813-1890), chimist britanic, descoperă accidental celuloidul.
1869 – Chimistul rus Dmitri Mendeleev (1834-1907) publică tabelul periodic al elementelor în Principiile chimiei.

Originile şi scopurile alchimiei. În general, se consideră că alchimia a fost, la originile sale, legată de practicile făurarilor, ale celor ce prelucrau metalele, îndeosebi de cele ale vechilor egipteni, care încercau să imite, prin diferite procedee, metalele preţioase. Printre cele mai vechi preocupări în acest domeniu se numără cele din China (sec. V-IV î.Hr.), Egipt (sec. II-III d.Hr.), India (sec. V-VI d.Hr.). Alchimia europeană (occidentală) are la origine cercetările efectuate în Egiptul elenistic (sec. II-III d.Hr.) de ocultişti şi savanţi precum Bolos din Mendes şi Zosimos din Panopolis. Întemeietorul alchimiei este considerat Hermes Trismegistul (cel de Trei Ori Mare), personaj mitologic din lumea greco-egipteană, asociat zeului egiptean Toth, căruia îi sunt atribuite o serie de lucrări esenţiale în domeniu: Corpus Hermeticum şi Tabla de smarald.
Alchimia poate fi definită ca un ansamblu de practici şi cercetări sau speculaţii cu privire la transmutaţia metalelor. În principal, alchimiştii au urmărit două mari obiective:

  • descoperirea procedeelor care ar permite transformarea metalelor nenobile (plumbul, de pildă) în metale nobile, aur şi argint, prin intermediul aşa numitei „pietre filosofale”, Lapis philosophorum, care ar desăvârşi Marea Operă (Magnum Opus) a transmutaţiei;
  • căutarea şi descoperirea panaceului universal (remediului medical ce ar putea vindeca orice afecţiune), a elixirului care ar putea prelungi viaţa.

Printre metodele folosite în Egiptul elenistic de alchimişti se numărau obţinerea unor aliaje asemănătoare aurului, pe baza cuprului şi a zincului, incorporarea în aur a argintului şi a cuprului, fără alterarea nuanţei de culoare iniţiale, aurirea suprafeţei metalelor. Potrivit alchimiei, există patru elemente de bază: focul, apa, aerul şi pământul, şi alte trei principii esenţiale: sarea, sulful şi mercurul.
În Antichitate şi Evul Mediu, alchimia a fost însoţită de speculaţii şi formule filosofice, magice, spirituale, fiind adeseori asociată magiei.


Fig. 1 - Reprezentare a lui Hermes Trismegistul (mozaic, catedrala din Siena, sec. XV)

Sarcină de lucru:

Căutaţi informaţii suplimentare şi realizaţi o prezentare PowerPoint cu tema Evoluţia metalurgiei şi a orfevrăriei în Preistorie şi Antichitate.

Alchimia în lumea musulmană medievală
Cercetările alchimiştilor de limbă arabă au avut la origine lucrările greco-egiptene din secolele II-VI. Cel mai de seamă reprezentant al alchimiei arabe din a doua jumătate a mileniului I a fost Geber (Jabir ibn Hayyan), ale cărui opere au fost realizate în jurul anilor 770-800. Geber considera că natura umană se sprijină pe triada corp-suflet-spirit. De asemenea, Geber a susţinut pentru prima dată importanţa metodei experimentale, fiind cel dintâi care a practicat alchimia într-o manieră ştiinţifică. Conform acestuia, ar fi posibilă găsirea elixirului universal ce ar permite prelugirea vieţii. În ansamblu, Geber a scris 22 de lucrări de alchimie. Lui i se atribuie descoperirea acidului clorhidric, a acidului nitric, a celui acetic şi a celui citric, a procedeelor de distilare, cristalizare, sublimare, evaporare, esenţiale în cercetarea chimiei. De asemenea, Geber a perfecţionat procedeele metalurgice, de prelucrare a pieilor de animale şi de fabricare a sticlei, utilizate în epocă.
În secolele următoare, operele lui Geber au ajuns în Europa, au fost traduse în latină şi au devenit texte de referinţă pentru alchimiştii occidentali.

Sursa documentară 1
Primul lucru important în alchimie este acela că va fi nevoie să realizaţi aplicaţii şi experienţe, căci cel ce nu lucrează prin aceste metode nu va atinge niciodată culmile cunoaşterii.
(Jabir ibn Hayyan, despre experimente)


Fig. 2 - Învăţatul arab Geber (Jabir ibn Hayyan, cca 721-cca 815, manuscris din sec. al XV-lea)

Un alt reprezentant important al alchimiei musulmane a fost Al Razi (Abu Bakr Mohammad Ibn Zakariya al-Razi, 865-925), savant de origine persană, ale cărui opere au contribuit la dezvoltarea acestui domeniu, a medicinei şi filosofiei. Printre preocupările sale s-au numărat studiul farmaciei, al metodelor terapeutice, al matematicii şi al astronomiei. Al Razi a realizat o operă deosebit de influentă în lumea alchimiştilor: Cartea secretelor (Secretul secretelor, Secretum secretorum, în traducerea latină), un ansamblu de subiecte de politică, morală, alchimie, astrologie. Alchimia musulmană a atins apogeul între secolele al IX-lea şi al XI-lea. Prin intermediul traducerilor, aceasta a fost preluată în Europa Occidentală, împreună cu cele două idei de bază: aceea că metalele se formează pe Pământ sub influenţa planetelor, având la origine sulful şi mercurul şi cea potrivit căreia elixirul vieţii poate fi revelat de Creator, deţinătorul absolut al secretului Cunoaşterii.


Fig. 2 - Medicul persan Al Razi la căpătâiul bolnavului (ilustraţie în Culegerea de tratate de medicină, de Gerard din Cremona, sec. XIII)

Alchimia europeană (latină)
Printre primii alchimişti europeni consacraţi s-a numărat Michael Scotus (cca 1175-1236), de origine scoţiană. Opera principală a acestuia, Ars Alchemiae (Arta alchimiei), s-a concentrat pe problema transformării metalelor. La jumătatea secolului al XIII-lea, Albert cel Mare, filosof şi teolog de renume, profesor al celebrului Toma d’Aquino, a susţinut teoriile referitoare a formarea metalelor şi la rolul sulfului şi al mercurului. Principalele opere ce cuprind cercetările de alchimie ale lui Albert cel Mare sunt De mineralibus şi Alkimia.
.
Sursa documentară 2
Alchimistul va fi tăcut şi discret. El nu va dezvălui nimănui rezultatele activităţii sale. Va locui departe de alţi oameni, într-o casă în care va rezerva două sau trei camere doar cercetărilor pe care le va întreprinde. Va fi răbdător, tenace, perseverent. Va urma toate regulile stabilite. Va folosi numai vase din sticlă sau din ceramică smălţuită. Va fi suficient de bogat încât să-şi acopere cheltuielile legate de ştiinţa sa. Va evita orice legătură cu principii sau cu alţi nobili.
(Albert cel Mare, Alkimia)

"
Fig. 3 - Albert cel Mare (frescă, sec. al XIV-lea)

Fig. 4 - Alchimistul (pictură de Adriaen van Ostade, sec. al XVII-lea)

Sarcină de lucru:

Pe baza sursei documentare 2, dezbateţi următoarele aspecte:
• motivele pentru care alchimistul trebuia să evite contactele cu oamenii şi mai ales cu principii şi nobilii;
• adecvarea unei astfel de metode de cercetare la lumea de azi; avantajele şi dezavantajele unui asemenea mod de lucru în comunitatea ştiinţifică din zilele noastre.

Roger Bacon (1214-1294), celebru filosof, savant şi alchimist de origine engleză, considerat părintele metodei experimentale în cercetarea ştiinţifică europeană, a criticat asocierea practicilor magice cu alchimia (frecventă în Evul mediu), definind-o pe aceasta din urmă ca o ştiinţă practică ce stă la baza disciplinelor teoretice.


Fig. 5 - Roger Bacon (sculptură, Universitatea Oxford)

Împăratul romano-german Rudolf al II-lea de Habsburg (1576-1612) a transformat oraşul Praga în centrul european al alchimiei. Preocupat de găsirea pietrei filosofale, împăratul realiza personal cercetări în laboratorul propriu din palatul imperial. De asemenea, i-a adus la Praga pe cei mai renumiţi alchimişti ai epocii: Edward Kelly, Heinrich Kunhrath şi John Dee.


Fig. 6 - Laboratorul alchimistului (gravură, Heinrich Khunrath, sec. al XVI-lea)

Paracelsus (Philippus Theophrastus Aureolus Bombastus von Hohenheim, 1493-1541) a accentuat, prin cercetările sale aspectele medicale şi terapeutice ale alchimiei. Ulterior, în cadrul acesteia, s-au conturat două tendinţe opuse de utilizare a pietrei filosofale: fie pentru producerea aurului, fie vindecarea suferinţelor corpului. Paracelsus a fost primul savant care a utilizat în laborator aparatul de distilare prin antrenarea vaporilor de apă.

Sursa documentară 3
Mulţi spun că obiectivul alchimiei ar fi obţinerea aurului şi a argintului dar pentru mine, acesta este cu totul altul: căutarea virtuţilor şi a puterilor pe care le au leacurile.
(Paracelsus, Liber Paragranum, sec. XVI)


Fig. 7 - Paracelsus (portret).


Fig. 8 - Alambic (1910)

În secolul al XVII-lea, savantul irlandez Robert Boyle, deşi adept al ideii transmutării metalelor, a pus sub semnul îndoielii, în lucrarea sa, The Sceptical Chymist (Chimistul sceptic, 1661), cele patru elemente şi trei principii ale alchimiei, făcând distincţia dintre amestecuri şi compuşi, introducând, totodată, ideea de element chimic.

Sursa documentară 4
Alchimia ar trebui considerată mai degrabă ca o religie experimentală, concretă, ale cărei obiective erau iluminarea conştiinţei, mântuirea spiritului şi a corpului... Prin urmare, alchimia ar aparţine mai degrabă istoriei religiilor decât istoriei ştiinţelor.
(René Alleau, Aspecte ale alchimiei tradiţionale, 1953)


Fig. 9 - Alchimiştii (pictură, Pietro Longhi, 1757)

Sarcină de lucru:

Pe baza cunoştinţelor şi a imaginilor de mai sus, dezbateţi ideea centrală exprimată de sursa documentară 4, formulând argumente pro sau contra acesteia.

Resurse web suplimentare :

  • Surse istorice despre alchimie:

http://pagesperso-orange.fr/chrysopee/

  • Viaţa şi opera lui Paracelsus:

http://www.paracelsus.uzh.ch/index.html

  • Informaţii generale despre alchimie:

http://www.crystalinks.com/alchemy.html
http://www.alchemywebsite.com/
http://www.levity.com/alchemy/islam.html
http://www.alchemylab.com/history_of_alchemy.htm

"Am început să-mi desăvârşesc arta imaginându-mi că nu există nici un profesor în toată lumea capabil să mă înveţe, şi că a trebuit să capăt eu însumi cunoştinţele în acest scop. Singura carte pe care am studiat-o a fost cartea Naturii scrisă de mâna lui Dumnezeu." (Paracelsus)

Oamenii au folosit din cele mai vechi timpuri unele practici în care se petreceau fenomene chimice, fără a înţelege reacţiile care aveau loc: acrirea laptelui, fermentaţia mustului în vin (fermentaţia alcoolică) şi apoi a acestuia în oţet (fermentaţia acetică).
O altă etapă a fost extracţia şi folosirea coloranţilor extraşi din plante pentru  vopsirea fibrelor de bumbac sau lână urmată de tăbăcirea pieilor şi extragerea metalelor din minereuri.
Apariţia acizilor (acetic, sulfuric, azotic, clorhidric, a apei regale) a promis extinderea proceselor chimice spre domenii cu totul noi şi extrem de variate. Folosirea aşa-ziselor laboratoare, rudimentare de altfel a orientat chimia nu spre calea ştiinţifică, ci spre  alchimie.
Alchimia este o formă de cunoaştere protoştiinţifică, dar şi o artă ocultă, specifică etapelor din vechime ale istoriei cunoaşterii umane (antichitate şi Evul Mediu), care avea trei obiective principale:

  • transmutaţia metalelor în aur şi argint
  • crearea unui homunculus, un om artificial
  • obţinerea unei substanţe magice (o licoare sau o pulbere numită piatra filozofală) care să permită obţinerea panaceului (poţiune care să vindece toate bolile).

Astfel unii dintre alchimiştii din Africa, Asia şi apoi din Europa au devenit robii căutării de aur secole de-a rândul, fără a-l fi putut obţine din metale ieftine, lucru imposibil până în zilele noastre.
În epoca actuală, alchimia prezintă interes doar pentru istoria ştiinţei, pentru dimensiunile ei mistice, ezoterice şi pentru artă, ca generatoare de motive şi subiecte.

Evoluţia chimiei de-a lungul timpului

1. Alchimia. Chimia ca ştiinţă a materiei şi transformării a apărut probabil în Egiptul antic, ţara cea mai înaintată din punct de vedere tehnic din lumea veche. Cuvântul chimie provine de la grecescul chymeia care însemna topirea metalelor. În secolul III i.Hr. cuvântul Chemi era denumirea data Egiptului însemnând “arta sfântă a preoţilor”. La acea vreme, ştiinţa divină a chimiei era monopolul sacerdoţilor, privilegiaţi ai clasei dominante, care păstrau un secret adânc asupra artei lor. În academia din Alexandria, chimia ca artă sfântă avea o clădire specială-templul lui Serapis.
De la egipteni, chimia a fost împrumutată de arabi, care au contribuit substanţial la dezvoltarea acesteia. Ei au adăugat prefixul ”al” denumirii de chimie, de unde termenul de alchimie –“arta transformării substanţelor”. În secolele XII-XIV munca alchimiştilor arabi este preluată şi dusă mai departe de alchimiştii europeni. Aceştia făceau experimente în dorinţa de a obţine aur din metale simple cu ajutorul “pietrei filozofale” sau de a obţine elixirul vietii.


Fig. 9 - Laboratorul unui alchimist


Fig. 9 - Laboratorul unui chimist în zilele noastre

Toate acestea nu aveau nimic comun cu ştiinţa. Alchimia era mai degrabă o chimie aplicată, pusă pe temelii neştiinţifice, absurde şi în plus iscusit cifrată, o căutare oarbă pe un drum care nu ducea nicăieri.
De la egipteni şi arabi, chimia a trecut la grecii antici şi la alte popoare europene.
Popoarele vechii civilizaţii: egiptenii, babilonienii, fenicienii, evreii nu s-au putut elibera de substratul religios antiştiinţific al cercetătorilor lor. Unii dintre învăţaţii vechii Elade au reuşit să se ridice deasupra misticismului şi obscuratismului, creând bazele filozofiei materialiste pe care   s-a clădit întreaga ştiinţă modernă.
Mărturiile arheologice şi documentele scrise dovedesc că egiptenii, indienii, chinezii, sciţii şi alte popoare antice cunoşteau prelucrarea metalelor, fabricarea ţesăturilor, vopselele, sticla, emailurile, cosmeticele, ceramica, varul, săpunurile, băuturile, medicamentele, hârtia etc. Cu toate scăderile ei datorate caracterului speculativ al cercetărilor, în perioada veche s-au formulat unele idei ce au avut o influenţă binefăcătoare asupra ştiinţelor, datorită filozofilor materialişti ai Greciei antice.
Thales din Milet, un mare învăţat grec susţinea că la baza alcătuirii materiei stă apa. Aceeaşi părere o aveau egiptenii. Însă Aximenes din Milet nu-i împărtăşea această viziune, considerând că existenţa aerului este un principiu unic, în timp ce Heraclit din Efes a propus focul, Xenofan din Atena - pământul. Ideea unităţii materiei implică şi ideea continuităţii sale.
Aristotel consideră că la baza alcătuirii materiei stau cinci elemente, unul de ordin spiritual (quinta essentia) şi alte patru elemente cu însuşirile de: rece şi uscat (pământul), rece şi umed (apa), cald şi umed (aerul), cald şi uscat (focul). Este interesant de observat că în afară de foc celelalte trei elemente reprezintă cele trei stări de agregare.
Tot în acest interval de timp, apare atomismul şi ipoteza atomică, cea mai veche teorie fundamentala în domeniul chimiei şi fizicii, introdusă de filozofii materialişti greci Leucip (500-428) şi Democrit (470-370).
Trebuie precizat că este meritul alchimiştilor de a fi introdus metoda de lucru numită experiment cu ajutorul căreia au obţinut substanţe noi cum ar fi : alcoolul, acidul azotic, unele săruri.
Unul dintre cei mai mari savanţi ai Evului Mediu a fost călugărul englez Roger Bacon (1210-1292) care a descoperit praful de puşcă (produs din sulf, salpetru, cărbune). În sec XV un alt călugăr alchimist de origine germană Basil Valentin (1392-1450) care cunoştea metoda de preparare a acidului sulfuric din sulfat feros a reuşit să obţină prin sublimare sulf aproape pur şi stabileşte şi proprietatea acestuia.
În timpurile alchimiei a fost efectuat un mare volum de lucrări experimentale, ce au asigurat dezvoltarea tehnicii operaţiilor chimice şi acumularea informaţiilor concrete despre proprietăţile substanţelor.
Ca urmare a experimentelor desfăşurate asiduu, alchimiştii au izbutit să descopere lucruri care au sporit imens volumul cunoştinţelor ştiinţifice. Ei au fost cei care au pus în evidenţă reversibilitatea unor reacţii chimice, au descoperit noi elemente, au arătat rolul unor substanţe în fiziologia vieţuitoarelor.
În zilele noastre, când deja se cunosc multe lucruri despre metale, obstinaţia alchimiştilor de a transforma un metal în altul pare ridicolă, cu atât mai mult cu cât dorinţa lor era să obţină nici mai mult nici mai puţin decât aur.
Dar acest lucru are şi o oarecare justificare. Dorinţa alchimiştilor corespundea stadiului cunoştinţelor din acea epocă. Nu se ştia că metalele sunt elemente chimice. Ele erau considerate substanţe compuse; de aceea, ideea de a le descompune şi recompune într-o formă superioară nu era câtuşi de puţin absurdă.
Alchimiştilor li se datorează descoperirea a arsenului, bismutului, fosforului si stibiului (cazul zincului este controversat), care s-au adăugat astfel celor nouă elemente chimice cunoscute din Antichitate.

Numeroase substanţe chimice compuse au fost descoperite tot graţie cercetărilor asidue întreprinse în laborator.
După părerea multor istorici ai ştiinţei, alchimiştii au fost şi inventatorii laboratorului ştiinţific în înţelesul său de azi, adică nu un spaţiu improvizat, ci unul dedicat experimentării, dotat în conformitate cu necesităţile experimentului.
Laboratorul alchimic este precursorul laboratorului modern, iar una dintre contribuţiile alchimiei la dezvoltarea ulterioară a chimiei constă, printre altele, în identificarea unor materiale şi forme potrivite pentru vasele de laborator, a unor tehnici experimentale.

2. Iatrochimia (XVI-XVII)
Abia odată cu Paracelsus (1493-1541) alchimia s-a despărţit definitiv în două direcţii: una a şarlatanilor şi alta a gânditorilor cu minţi clare şi ascuţite care prin muncă perseverentă asigura progresul.
Medicul şi alchimistul elveţian Paracelsus în lucrarea sa “Opus pararuirum” pune bazele iatrochimiei şi enunţă cele trei esenţe pure: mercur-sulf-sare, unde sulful este principiul combustibilităţii ce arde total fără să lase cenuşa.
La romani Claudius Galenus (131-201), mult înaintea lui Paracelsus, dezvolta farmaceutica şi creează o doctrina întemeiată pe observaţii şi experimente. Denumirea de preparate galenice pentru produse extrase din plante cu ajutorul lichidelor se foloseşte şi astăzi.
Paracelsus enunţă definiţia iatrochimiei-ştiinţa utilizării chimiei în medicină. El considera că starea de boală este provocată de lipsa unor substanţe şi pentru înlăturarea ei este necesar ca acestea să fie redate organismului. Tot lui i se datorează introducerea în terapeutică a numeroase preparate anorganice cum ar fi preparatele pe baza de săruri de mercur în tratamentul sifilisului în locul unor extracte din plante. Foloseşte sulful pentru tratarea bolilor de piele, remediu utilizat şi în zilele noastre la tratarea scabiei şi a altor afecţiuni dermatologice. Tot el utilizează noţiunea de principiu activ care a determinat îmbogăţirea terapeuticii cu numeroase substanţe organice.
Apar noi metode de identificare a substanţelor, bazate pe solubilizarea lor. De exemplu, a fost descrisă reacţia ionilor de argint cu ionii de clor. Călugărul Vasilie Valentin a  introdus noţiunile “precipitare”, “precipitat”.
R. Boyle utiliza sistematic extracte din plante (toporaş ş.a.) pentru determinarea acidităţii şi a bazicităţii soluţiilor. Boyle a separat chimia de medicină şi acesta a reprezentat sfârşitul epocii.

3. Epoca flogisticului
În sec. XVII-XVIII începe să se facă trecerea către chimia ştiinţifică. R. Boyle a stabilit în 1661, baza ştiinţifică pentru definirea noţiunilor de element şi combinaţie. M. V. Lomonosov (1774) descoperă legea conservării masei, care a permis transformarea chimiei într-o ştiinţă cantitativă.
Sec XVII este secolul chimiei experimentale. Se inventează aparate şi instrumente de laborator, se descoperă elemente chimice noi. Aceasta a fost primăvara furtunoasă a analizei chimice. Ea a ajutat să fie cunoscute şi precis caracterizate din punct de vedere cantitativ elementele chimice.

Fig. 10 - Balanţa, mojar şi pistil folosite în trecut

În sec. al XVIII-lea o dezvoltare continuă a cunoscut studiul gazelor. Pionerii analizei gazului au fost savanţii din timpul lui Cavendish, Priestley, Scheele. De numele lor e legată şi descoperirea O2 şi H2 şi a multor altor descoperiri.
Marggraf, unul dintre marii analişti ai sec. XVII, a început să utilizeze microscopul în chimia analitică, a introdus noi metode de identificare a cationilor unui şir de metale.
Chimistul elveţian T. Bergman (1735-1784) face deosebirea dintre analiza cantitativă şi calitativă. O mare reuşită a acestuia a fost că el a determinat influenţa carbonului şi a fosforului asupra proprietăţilor fierului. Deşi analiza chimică a fost cunoscută cu 2000 de ani înaintea lui Bergman, acest savant i-a conferit statutul de ştiinţă individuală – chimia analitică, a întocmit prima schemă de analiză chimică cantitativă.

 

Tema 1
Unii alchimişti au adus contribuţii la avansarea cunoştinţelor. Paracelsus a fost primul care a definit principiul după care fiecărei boli îi corespunde un medicament specific. Ca alchimist a utilizat pentru prima oară în laborator aparatul de distilare prin antrenare cu vapori de apă.
Pornind de la cele descrise mai sus şi bazându-vă pe informaţii preluate de pe site-uri de specialitate, realizaţi un eseu despre viaţa şi contribuţiile aduse de Paracelsus ca medic, alchimist, filosof!

Tema 2
În ceea ce priveşte elementele de cultură indiană despre alchimie, Mircea Eliade aminteşte că cei care călătoreau în India observau că “asceţii şi yoghinii indieni cunoşteau şi aplicau anumite preparate alchimice pentru „prelungirea vieţii”. Nu e vorba de farmacopeea tradiţională a schivnicilor indieni, de plantele nutritive sau medicinale descoperite şi transmise din generaţie în generaţie în mediile ascetice. Călătorii străini se referă precis la o băutură alchimică, uneori vegetală, alteori minerală (cu baza mercur)”.
(
Mircea Eliade, Alchimia asiatică, Ed. Humanitas, 2003, p. 37.)

Bazându-vă pe cele prezentate mai sus, realizaţi un eseu în care să prezentaţi preocupările lui Mircea Eliade şi a altor scriitori români pentru mistic şi alchimie!

Tema 3
Alchimia se slujea de simboluri, printre care elemente chimice precum arsenicul, cuprul, aurul, fierul, plumbul, magneziul, fosforul, platina, argintul, sulful, aluminiul, zincul. Fiecare element avea ataşat un simbol pictural.

Realizaţi un poster cu simbolurile picturale ale elementelor chimice cunoscute de către alchimişti precum şi corelaţiile acestor elemente cu diverse planete.

Resurse bibliografice:
http://www.alchemywebsite.com/sevenmetals.html
http://www.levity.com/alchemy/
http://antiquity.ac.uk/ProjGall/martinon/index.html
http://www.alchemywebsite.com/emb_apparatus.html

 

Subtema 2. Vizibil – invizibil: imagistica medicală.

Cum ar fi să poţi privi în interiorul corpului omenesc? În antichitate sau evul mediu părea ceva imposibil, acum e doar … imagistică medicală.
Imagistica medicală cuprinde ansamblul tehnicilor şi metodelor care permit obţinerea unor imagini (reprezentări grafice) morfologice sau funcţionale, a unor regiuni anatomice sau a unor organe, în scopul unui diagnostic medical sau în scop terapeutic. Corpul uman e alcătuit în mare parte din apa (aproximativ 70%). La trecerea unui fascicul de radiaţie electromagnetica printr-un ţesut viu, se pot obţine informaţii diverse, în funcţie de tipul de radiaţie electromagnetică folosit şi scopul dorit. De multe ori, studierea ţesuturilor vii cu ajutorul radiaţiilor electromagnetice constituie procedee neinvazive.
Coeficientul de absorbţie a radiaţiilor electromagnetice de către corp (uman sau animal) este de fapt, coeficientul de absorbţie al radiaţiilor electromagnetice de către apa şi  este mare, pentru cea mai mare parte a radiaţiilor din spectru. Însă, unele regiuni spectrale prezintă coeficientul de absorbţie redus, iar această scădere a permite obţinerea de  informaţii inaccesibile in mod obişnuit.
Astfel, radiaţiile electromagnetice din domenii extreme (lungime de unda foarte mare şi energie mică (unde radio) sau lungime de undă foarte mică şi energie mare(raze X sau gamma) pot traversa ţesuturile vii şi furniza diverse informaţii utile. După trecerea prin ţesuturile umane (sau animale) radiaţiile electromagnetice sunt colectate de un detector specific şi se vor măsura modificările suferite de fasciculul incident (intensitate, energie, frecvenţă, lungime de undă, etc).
Zona de mijloc a spectrului electromagnetic – domeniul extrem de îngust al radiaţiei vizibile   - este frecvent reflectată sau împrăştiată de ţesuturi şi nu are capacitate de penetrare mare, dar  permite vizualizarea spaţiului înconjurător, a structurilor de suprafaţă, folosind metodele optice de investigare.
Ţesuturile tumorale au proprietăţi structurale şi morfologice diferite de ţesuturile normale, de exemplu, prezintă  rigiditate de 5 pana la 28 de ori mai mare decât ţesuturile normale. Ecografia sau rezonanta magnetica nucleară pot distinge aceste ţesuturi aplicând o vibraţie (de exemplu, o unda acustica) zonei de interes şi analizând diferenţele  în gradul de deformare al ţesutului (prin analiza întârzierii ecoului, în ecografie sau a modificărilor de fază a semnalului, în rezonanta magnetica nucleară). Un test asemănător îl făcea în trecut clinicianul când bătea uşor cu degetul în abdomenul pacientului, pentru a simţi vibraţiile ţesutului hepatic.
În funcţie de tipul de radiaţie folosit pentru investigarea ţesuturilor vii se disting:
Ecografia utilizează ultrasunete de frecvenţă înaltă care sunt reflectate de ţesuturi cu unghiuri diferite pentru a produce imagini 3D. Uzual, se lucrează în domeniul de frecvenţă de 2 - 18 de megahertzi, deşi frecvenţe de până la 50-100 de megahertzi au fost folosite în regiunile speciale, cum ar fi camera anterioară a ochiului. Frecvenţele de mai sus sunt de sute de ori mai mari decât limita auzului uman, care este în general de 20 kilohertzi. Alegerea frecvenţei de ultrasonare reprezintă un compromis între rezoluţia spaţială a imaginii şi profunzimea imaginii: frecvenţe mai mici produc rezoluţie mai mică, dar imaginea de profunzime.


Fig. 10 - Ecografia

Radiologia – studiul interacţiei ţesuturilor vii cu radiaţii X
Două forme de imagini radiografice sunt utilizate în imagistica medicală: radiografie de proiecţie şi fluoroscopie; aceste tehnici 2D (două dimensiuni) sunt încă utilizat la scară largă, pentru că tehnologia 3D deşi este avansată, este şi suficient de scumpă.


Fig. 11 - Ecografia

Medicina nucleară foloseşte izotopi radioactivi şi particulele energetice emise de materiale radioactive pentru a diagnostica sau trata diverse patologii. Radiaţiile gamma sunt utilizate pentru a detecta regiuni de activitate biologice care pot fi asociate cu boala. Izotopii sunt adesea preferenţial absorbiţi de ţesuturile biologic active din organism, şi pot fi folosiţi pentru a identifica tumori sau puncte de fractură în os.
Tomografia computerizata (CT) utilizează razele X pentru a obţine imagini detaliate ale structurilor din interiorul corpului, în funcţie de complexitatea analizei şi zona scanata poate dura 30 - 60 de minute, dar se poate prelungi (aproximativ 2 ore).
Tomografia computerizată a fost iniţial cunoscut sub numele de "scanare IME", aşa cum a fost dezvoltat la o filiala de cercetare a EMI, o companie bine cunoscută pentru afacerile din domeniul muzical.


Fig. 12 - Ecografia

Rezonanţa magnetică nucleară RMN permite obţinerea unor imagini detaliate ale ţesuturilor moi din corpul uman, conducând la eliminarea chirurgiei de explorare. Comparativ cu razele X, prin RMN se poate deosebi materia cenuşie de materia albă din creier, ţesutul bolnav de cel sănătos şi muşchii de organe, chiar şi hemoragii sau semne de lovituri. Un instrument de imagistica prin rezonanţă magnetică (IRM), sau "prin rezonanţă magnetică nucleară (RMN), foloseşte magneţi puternici, capabili să polarizeze şi excite nucleele de hidrogen (cu un singur proton) din molecule de apă aflate în procent mare în ţesuturile umane, producând un semnal detectabil care în final este decodat în imagini. RMN creează în mod tradiţional o imagine bidimensională de strat subţire - "felie" a corpului dar sunt capabile să producă imagini 3D. Spre deosebire de tomografie, RMN nu implică utilizarea radiaţiilor ionizante şi, prin urmare, nu este asociată cu riscurile pentru sănătate. Deoarece RMN a fost utilizat doar de la începutul anilor 1980, nu sunt cunoscute efectele pe termen lung ale expunerii la câmpuri magnetice puternice şi, prin urmare, nu există nici o limită pentru numărul de scanări în care un individ poate fi supus, în comparaţie cu razele cu X şi tomografia. Cu toate acestea, există riscurile bine identificate pentru sănătate asociate cu încălzirea ţesutului din expunerea la câmpul de radiofrecvenţă şi de prezenţa unor dispozitive implantate în organism.
Deoarece tomografia şi rezonanţa magnetică sunt sensibile la proprietăţi diferite ale ţesuturilor, aspectul imaginilor obţinute cu cele două tehnici diferă semnificativ.


Fig. 12 - Ecografia

Sarcini de lucru:

1. Imaginaţi reacţia unor oameni din evul mediu la contactul cu un dispozitiv care obţine imagini din interiorul corpului omenesc.
2. Discutaţi avantajele si dezavantajele radiografiei medicale:
3. Imaginaţi un dispozitiv care să permită diagnosticarea problemelor emoţionale.
4. Căutaţi (resurse web) fotografii de imagistică medicală deosebite (ex. mana cu brăţară şi inel)

Resurse web suplimentare
http://en.wikipedia.org/wiki/Medical_imaging
http://www.osha.gov/SLTC/radiofrequencyradiation/
http://www.epa.gov/radiation/
http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_resonance_imaging
http://www.tsft.nhs.uk/OurServices/DiagnosticImaging/TypesofImaging/tabid/1475/Default.aspx


Subtema 3 - Senzori

Ne putem oare imagina cum ar fi viaţa fără să folosim aceste mici dispozitive numite senzori? Ii întâlnim peste tot în jurul nostru şi rareori ne întrebăm cum funcţionează
Cuvântul senzor  defineşte un dispozitiv pentru generarea unui semnal care să indice apariţia unei situaţii date sau să reprezinte variaţia unui parametru într-un fenomen. (< engl. sensor, fr. Senseur) Marele dicţionar de neologisme, Florin Marcu, Editura Saeculum, 2000.
De exemplu, un termometru de sticlă cu mercur măsoară/ converteşte expansiunea şi contracţia unui lichid în temperatura care poate fi citită pe un tub de sticlă gradat/calibrat. Pentru acurateţe, toţi senzorii trebuie să fie calibraţi în raport cu standardele cunoscute. Senzorii sunt concepuţi astfel încât să influenţeze cât mai puţin mediul înconjurător, deci ceea ce se măsoară, astfel senzorii mai mici  - micro sau nano senzorii au viteză de răspuns şi sensibilitate mult mai mare în comparaţie cu abordările macroscopice. Un senzor bun este sensibil la proprietatea măsurată şi insensibil la orice alţi stimuli şi nu influenţează proprietatea măsurată. Un senzor ideal trebuie să aibă un domeniu selectiv, să fie rapid, să confere un răspuns de încredere pentru analit iar semnalul generat de senzor trebuie să fie proporţional cu concentraţia analitului.
Rezoluţia unui senzor este cea mai mică schimbare care se poate detecta în semnalul măsurat şi este legată de precizia cu care se face măsurarea. Există senzori ce pot detecta atomi şi molecule.
Senzorii sunt utilizaţi în obiecte de zi cu zi, cum ar fi butoane sensibile la atingere (senzori tactili) - lămpile care îşi schimbă intensitatea luminoasă prin atingere. Există nenumărate aplicaţii pentru senzori de care majoritatea oamenilor nu sunt conştienţi. Aplicaţiile includ autoturisme, aparate foto, maşini, industria aerospaţială, medicină, robotică, sisteme de protecţie, industria textilă, industria alimentară, etc.
Senzorii se pot clasifica după mai multe criterii ca natura procesului fizico - chimic măsurat sau domeniul de aplicaţie. În jurul nostru întâlnim senzori auto (pentru aer, carburant, temperatură, detector de bordură - folosit pentru a avertiza conducătorul auto de borduri, detector de defecte, utilizate pe căile ferate pentru a detecta eventualele probleme ale trenurilor în trecere, MAP senzor, - Manifold Absolute presiune, utilizate în reglementarea şi contorizarea combustibilului, senzori de parcare, utilizaţi pentru a alerta şoferii de prezenţa unor obstacole nevăzut în timpul manevrelor de parcare , vitezometru);
Senzori chimici (detector de fum, senzori de apă - umiditate, oxigen, dioxid de carbon, monoxid de carbon, hidrogen, hidrogen sulfurat, pH),
Instrumentele de navigare conţin Senzori de orientare - telemetru laser giroscop determinarea poziţiei -GPS, viteza de deplasare, acceleraţia - accelerometru, senzor de cădere liberă, busolă, senzori, pentru determinarea vitezei aerului, a înălţimii - altimetre, etc.
Biosenzorii sunt dispozitive analitice care convertesc un răspuns biologic într-un semnal electric, deci producerea discretă sau continuă a unui semnal electronic digital care este proporţional cu un semnal analitic sau  cu un grup de analiţi [Turner, A.P.F., Karube, I. and Wilson, G.S. (1987) Biosensors: Fundamentals and Applications. Oxford University Press, Oxford.]
Un biosenzor este un dispozitiv de detectare, semi-biologic, format prin combinarea a trei elemente:
proba care urmează să fie studiate: apa, aer, sol, material biologic (ţesut, microorganisme, receptorii celulelor, enzime, anticorpi, acizi nucleici, organisme modificate genetic, etc.)
un element senzor (eventual în forma unui cip) care poate detecta schimbările fizico-chimice sub formă de semnale (prezenţa / absenţa) biochimice şi/sau fizice sau chimice într-un mediu (intern sau extern al corpului uman) şi emite un semnal biologic. Senzorii (elementele senzori) pot funcţiona pe principiile cunoscute fizico-chimice, optice, piezo-electrice, electrochimice, şi mai rar magnetice). De asemenea, poate fi un traductor, cu rolul de a transforma semnalul care rezultă din interacţiunea dintre analit cu elemente biologice într-un alt semnal care poate fi mai uşor măsurat şi cuantificat.
un element electronic asociat procesorului de semnal pentru afişarea, imprimarea sau trimiterea rezultatelor ca fişier sau bază de date. Aparatul poate fi echipat cu o memorie pentru stocarea datelor.
Acesta este un instrument de biomonitorizarea. Prezentarea schematică a structurii unui biosenzor.
Componenta principală a unui biosensor este traductorul care face posibilă folosirea informaţiei privind schimbarea fizică ce însoţeşte reacţia. Această informaţie poate fi:

  • căldura dezvoltată (sau adsorbită) de reacţie (biosenzorii calorimetrici);
  • schimbările în distribuţia sarcinii electrice cauzând producerea unui potenţial electric (biosenzori potenţiometrici);
  • transferul electronilor produşi într-o reacţie redox (biosenzori amperometrici);
  • lumina rezultată din timpul reacţiei sau diferenţa de lumină adsorbită dintre reactanţi si produşii de reacţie (biosenzori optici);
  • efecte datorate masei reactanţilor sau produşilor de reacţie (senzori piezo-electrici).

           
Utilizarea senzorilor în industria textilă
În funcţie de modul cum senzorii sunt integraţi într-un material textil şi de rolul acestora, textilele au fost clasificate astfel:
Electronice extensibile –se bazează pe includerea unor senzori electronici într-un substrat extensibil, se utilizează în scopul îngrijirii sănătăţii şi pentru producerea “pielii electronice ”.
Biotextile destinate pentru măsurarea parametrilor biochimici ai fluidelor corpului uman (prin intermediul unor senzori ) existente pe un substrat textil; în acest caz textilele funcţionează drept senzori (ex. textile care monitorizează muşchii din corpul uman prin integrarea unor senzori ce au o suprafaţă foarte mică de contact; textile pentru monitorizarea activităţii cardio-vasculare şi anticiparea unui diagnostic pentru prevenirea îmbolnăvirii; textile optice bazate pe senzori tip fibre optice incluse în produsele tehnice, în scopul îngrijirii sănătăţii).
Îmbrăcăminte confortabilă ce include biosenzori pentru monitorizarea solitară a unor parametri medicali. Senzorii utilizaţi în domeniul textil pot fi:
Biosenzori optici - se folosesc pentru măsurarea pH-ului transpiraţiei dar şi a prezenţei unor anumite enzime în sânge, saturaţia de oxigen din sânge etc.

  • Biosenzori electrici - măsoară conductivitatea transpiraţiei dar şi viteza de transpiraţie;
  • Biosenzori chimici - se folosesc pentru determinarea concentraţiei de clor, natriu, potasiu din transpiraţie folosind o metodă electrochimică de detectare.

Integrarea senzorilor chimici în textile furnizează numeroase beneficii prin permiterea observării semnelor vitale şi diagnosticarea rapidă a bolilor sau neregulilor de metabolism. Beneficiile indirecte reduc costurile sociale medicale.
Textile Lumalive conţin LED-uri colorate nedetectabile la atingere şi componente electronice prea mici pentru a fi văzute cu ochiul liber. Ţesătură poate afişa modele, text sau chiar animaţie.


Fig. 12 – Textile Lumalive

Jacheta din imaginea de mai jos are încorporat un mp3 player şi nu numai…..este în curs de comercializare….


Fig. 12 – Jacheta cu mp3 integrat
Gore-Tex (brevet US 3953566 din 27.04.1976) este o ţesătură impermeabilă care „respiră”pe bază de politetrafluoretilenă (PTFE).


Fig. 13 – Fibre

Sarcină de lucru:

1. Pe baza informaţiilor anterioare, imaginaţi haine/accesorii care să monitorizeze starea emoţională a unei persoane, starea de sănătate, etc.
2. Încercaţi să explicaţi reacţia unei persoane din Evul mediu la vederea unei rochii care îşi schimbă culoarea în funcţie de temperatura ambiantă sau de persoana care o poartă.
3. Folosind resursele web, alcătuiţi o prezentare a hainelor „inteligente”.

Resurse web suplimentare
http://www.innovationintextiles.com/
http://www.ualberta.ca/~jag3/smart_textiles/Page_5.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Gore-Tex

Indicatori de pH  - senzori naturali
Indicatorii sunt substanţe chimice care îşi schimbă o anumită proprietate (culoare, turbiditate, fluorescenţă,) în funcţie de un anumit parametru variabil al sistemului (pH, tensiune electromotoare, s.a). Caracterul acid sau bazic al unei soluţii este dat de concentraţia în ioni de hidrogen şi se exprimă prin logaritmul cu semn schimbat al [H+]  pH = -lg [H+]
Virajul culorii indicatorilor de pH este datorat unei modificări a structurii indicatorului, modificare ce are loc la schimbarea gradului de disociere a acestuia. Indicatorii chimici, pentru a putea fi utilizaţi la determinarea punctului de echivalenţă, trebuie să îndeplinească unele condiţii:
- să funcţioneze reversibil;
- schimbarea proprietăţii să se facă într-un interval de pH,  de tensiune electromotoare cât mai mic;
- să fie solubil în mediul sistemului de analizat; 
- să fie stabil în condiţiile de lucru date;
- să aibă un potenţial mare de schimbare a proprietăţii, încât sa se utilizeze concentraţii mici de indicator.
Indicatorii acido-bazici (de pH) sunt, de obicei, acizi sau baze slabe organice care suportă o schimbare sesizabilă a unei proprietăţi (în special culoare) în funcţie de pH-ul mediului.
Clasificarea indicatorilor acido- bazici se poate face după mai multe criterii: culoare (simpli – unicolori, bicolori sau policolori), turbidimetrici, de adsorbtie, de fluorescenţă.
Cei mai utilizaţi sunt indicatorii acido-bazici de culoare:

Fenolftaleina - substanţă chimică care se prezintă sub forma de cristale albe (incolore) solubile în alcooli şi mai puţin solubilă în apă. Se foloseşte pentru indicarea punctului de echivalenţă la titrări acido-bazice. S-a folosit  în medicină ca purgativ/laxativ (actualmente nu se mai utilizează datorită potenţialului cancerigen) şi ca indicator de hemoglobină.

 C20H14O4

Fig. 14 – Fenolftaleina

Timolftaleina este un indicator din clasa coloranţilor triarilmetanici, cu domeniu de viraj 9,3-10,5 unităţi de pH.


Fig. 15 – Timolftaleina

Turnesol (CAS 1393-92-6) este o pulbere solubilă în apă, conţinând pigmenţi extraşi din licheni, în principal din Roccella tinctoria. Uzual, se adsoarbe pe hârtie de filtru, devenind un indicator pH, folosit pentru a determina caracterul acid sau bazic al diverselor substanţe. Culoarea neutră a hârtiei de turnesol este violetul. Turnesolul albastru a fost mult întrebuinţat în Evul Mediu târziu, pentru pictura de manuscris.
Alchimistul spaniol Arnaldus de Villa Nova a folosit turnesolul prima dată în jurul anului 1300 e.n. de.
Se găseşte în diferite specii de licheni. Roccella tinctoria (America de Sud), Roccella fuciformis (Angola şi Madagascar), Roccella pygmaea (Algeria), Roccella phycopsis, Lecanora tartarea (Norvegia, Suedia), Variolaria dealbata, Ochrolechia parella, Parmotrema tinctorum şi Parmelia.).

 
Fig. 15 – Parmelia sulcata, CAS 1393-92-6


Fig. 15 – Gama de culoare

Indicatori naturali de pH
Varza rosie (Brassica oleracea)
Sucul de varza rosie contine un pigment numit “cyanidin” care poate fi utilizat la monitorizarea pH-ului in solutii. Este de culoare roz in solutii acide (ph < 7), mov in solutii neutre (ph ~ 7), albastru in solutii alcaline (ph > 7), si incolor in solutii foarte alcaline unde pigmentul este redus complet, dar culoarea depinde şi de tipul de acid folosit (anorganic, organic).
Michaelis, Leonor; M. P. Schubert, C. V. Smythe (1 December 1936).
“Studiul Potentiometric al Flavinilor”. J. Biol. Chem. 116 (2): 587 – 607.
Cyanidinul este un compus organic natural care se găseşte în:
 fructe de padure,
 struguri, afine, mure, coacaze, cirese, merisori, soc, paducel,  zmeura.
 mere si prune.
 varza rosie
 ceapa rosie.

File:Cyanidin.svgcianidin C15H11O6
Fig. 15 – Indicatori naturali de PH

Cea mai mare concentraţie de cyanidin se găseşte în pieliţa fructelor.
Ceapa roşie culoarea roşie provine de la anthocyanidin, derivat de cianidin.
Sfecla roşie conţine betanina, colorant glicozidic comestibil, Betanina, este un colorant comestibil glycozidic obţinut din sfeclă. Ca aditiv alimentar, are numărul E162. Betanina se descompune când este expusă la lumină, căldură sau în prezenţa oxigenului; prin urmare, este utilizată în produse congelate, produse cu perioadă scurtă de valabilitate sau produse vândute în stare uscată. Betanina poate supravieţui pasteurizării când se află în produse cu un conţinut ridicat de zahar. Sensibilitatea ei la oxigen este mare în produse cu un conţinut ridicat de apă şi/sau cationi de metal (ex: fier sau cupru); antioxidanţi precum acidul ascorbic pot încetini procesul. În formă uscată, betanina este stabilă în prezenţa oxigenului.
Betanina se obţine în general din extract de suc de sfecla; concentraţia betaninei în sfecla roşie poate ajunge la 300 – 600 mg/kg. Betanina poate fi folosită şi la colorarea cărnii şi a cârnaţilor. Cea mai comună utilizare a betaninei este in colorarea îngheţatei şi a băuturilor răcoritoare sub formă de praf; alte întrebuinţări sunt în anumite produse de cofetărie din zahar, ex: fondante, glazuri de zahăr şi umpluturi de zahăr sau de fructe. În bomboanele fabricate la cald, poate fi utilizată dacă este adăugată în partea finală a procesării. Betanina mai este utilizata la fabricarea supelor concentrate.


Fig. 15 – Betanina  colorantul alimentar E162

Sarcină de lucru:

Verificaţi experimental proprietăţile de indicator de pH pentru unele din plantele prezentate anterior.

Pentru realizarea acestui experiment aveţi nevoie de:

  • plante care conţin substanţe capabile sa funcţioneze ca indicatori de pH: varza roşie, sfecla roşie, ceapa roşie, loboda roşie, etc;
  • soluţie NaOH 0,1M (2mL), soluţie H2SO4 0,1M (2mL);
  • 2 pipete (1-2 mL);
  • sticle de ceas sau suporturi de sticlă;
  • mojar cu pistil;

Mod de lucru:
Din plantele selecţionate se taie 2-4 fâşii (aprox 0,5cm ⅹ 2cm ⅹ 0,2cm) care se zdrobesc uşor în mojar, cu ajutorul pistilului, astfel încât să se distrugă coaja.
Fâşiile astfel pregătite sunt poziţionate pe sticle de ceas sau alte suporturi apoi, cu ajutorul pipetelor, se adaugă câteva picături de soluţie de NaOH sau H2SO4, conform imaginilor următoare.


Fig. 16 – Varza rosie

Mod de lucru: preparaţi soluţii de NaOH şi H2SO4 de diferite concentraţii corespunzătoare pH: 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, aproximativ 5 mL din fiecare soluţie.
Conform experimentului anterior, pregătiţi fâşiile de varză roşie peste care adăugaţi soluţii de acid sau bază de concentraţie cunoscută. Notaţi rezultatele obţinute.

Atenţie! Protecţia personală
Pentru a evita producerea de arsuri ca şi distrugerea hainelor prin stropire cu H2SO4, sau NaOH, este obligatorie folosirea halatului şi a mănuşilor de cauciuc. Este obligatorie acoperirea părului şi purtarea hainelor încheiate.

Primul ajutor în caz de intoxicări
Preventiv: aerisirea foarte bună a laboratorului, folosirea nişei ori de cate ori este nevoie.
În cazul intoxicării cu substanţe chimice accidentatul va fi scos din mediul toxic
Intoxicare cu NaOH,: se administrează soluţie de acid acetic 1% şi se înghit bucăţele de gheaţă, se provoacă vomitări, se dă ulei vegetal, lapte, albuş de ou. Intoxicare cu  H2SO4: se bea soluţie diluată de NaHCO3 se înghit bucăţele de gheaţă, se contactează medicul.

Sarcină de lucru:

1. Verificaţi culoarea pe care o are varza roşie în soluţii acide şi bazice de diferite concentraţii.
2. Căutaţi şi alte plante sau materiale care pot funcţiona ca indicatori de pH.
3. Descrieţi un experiment prin care să verificaţi umiditatea atmosferică folosind sulfatul de cupru.
4. Realizaţi o clasificare a senzorilor pe care îi întâlniţi în jurul vostru.
5. Imaginaţi senzori pentru detectarea …. intenţiei profesorului de a da un test!

[cuprins]

Resurse suplimentare


[cuprins]

 

      www.fonduri-ue.ro www.fntm.ro www.uniuneaeuropeana.ro www.fseromania.ro www.fseromania.ro