3. Ukryta chemia (Hidden Chemistry)

Wyobraźmy sobie dyskretny zbiór danych (x,y), składający się z wielu setek punktów. Staramy się znaleźć jakąś korelację między punktami. Do analizy zbioru weźmiemy arkusz kalkulacyjny Excel i przedstawimy wyniki w postaci graficznej. Excel oferuje wiele sposobów graficznego przedstawienia zbioru danych dyskretnych. Zobaczmy trzy dość przypadkowo wybrane wizualizacje naszego zbioru danych:

Let imagine a discrete set of a data (x,y) which consists of many hundreds of points. We try to find any correlation between these points. We can use a spreadsheet like " MS Excel". Let's see  three quite randomly selected visualizations of our data set:

Właściwie nie wiadomo o co chodzi. Jednak wystarczy dobrać właściwy sposób obrazowania, aby natychmiast zrozumieć, co przedstawia ten zbiór:

Actually nobody knows what's going on. However, simply choose the appropriate imaging method to immediately understand, what is shown in this collection:

Po prostu chemia :) Simply "Chemistry" :)

2. Utlenianie

    Tak może przebiegać reakcja utleniania toluenu za pomocą manganianu(VII) potasu prowadząca do soli potasowej kwasu benzoesowego. Toluen nie rozpuszcza się znacząco w wodzie, a nadmanganian przeciwnie - jest w wodzie dobrze rozpuszczalny. W celu ułatwienia reakcji dwufazowy układ należy intensywnie mieszać, albo zastosowań katalizatory przeniesienia fazowego lub środki zmniejszające napięcie powierzchniowe wody, czyli detergenty. 

    Reakcja jest serią zderzeń toluenu i produktów jego przemian z atomami tlenu nadmanganianu i produktów jego redukcji. Pierwotne zderzenie wywołuje przeniesienie atomu wodoru grupy metylowej toluenu do jonu nadmanganianowego. Strzałki z jednym grotem pokazują, że powstaje rodnik benzylowy i następuje redukcja manganu(VII) do manganu(VI) z utworzeniem wodoromanganianu(VI) potasu. Kolejna reakcja polega na przeniesieniu rodnika hydroksylowego do rodnika benzylowego z utworzeniem alkoholu benzylowego i manganianu(V) potasu, itd:

1. Fizycy o chemii

Steven Weinberg, Sen o teorii ostatecznej, Zysk i Ska Wydawnictwo, Wydanie drugie, Poznań 1997.

Str. 18. „Dziś, choć nie potrafimy przewidzieć wszystkiego, co mogą zaobserwować chemicy, jesteśmy przekonani, że atomy zachowują się w reakcjach chemicznych w taki, a nie inny sposób, ponieważ prawa fizyczne rządzące zachowaniem się elektronów i sił elektrycznych wewnątrz atomów nie pozostawiają im żadnego wyboru.”

Str. 18. „... jeśli nie potrafimy wyjaśnić chemii protein, to przynajmniej powinniśmy wyjaśnić chemię wodoru.”

Str. 32. „Henry Shaefer, chemik z Berkeley uważa, że >>jeśli w inteligentny sposób stosujemy najnowsze metody teoretyczne do rozwiązania zagadnień związanych z tak dużymi molekułami jak naftalen, to wynik można traktować w taki sam sposób jak wyniki solidnych pomiarów<<.”

Str. 34. „Jeden pierwiastek się różni od drugiego wyłącznie liczbą elektronów w atomie: wodór ma jeden, węgiel dwanaście, tlen osiem, wapń dwadzieścia itd.”

Str. 44. „Jak powiedział chemik Roald Hoffman: >>Użyteczne pojęcia chemiczne [...] są na ogół nieścisłe. Gdy redukujemy je do fizyki, zazwyczaj znikają<<. Atakując tych, którzy chcieliby zredukować chemię do fizyki, Hans Primas wyliczył niektóre użyteczne pojęcia chemiczne, zagrożone likwidacją: wartościowość, struktura wiązań, zlokalizowane orbitale, aromatyczność, kwasowość, kolor, zapach. Nie widzę powodu, dlaczego chemicy nie mieliby korzystać z tych pojęć, jeśli one są dla nich pożyteczne i interesujące. To, że z nich korzystają, nie podważa jednak faktu, że te pojęcia chemiczne mają takie właśnie własności, ponieważ zależą od mechaniki kwantowej elektronów, protonów i neutronów.”

Str. 48. „W telewizyjnym wywiadzie stwierdziłem kiedyś, że gdy ktoś wierzy w astrologię, to jednocześnie odrzuca całą współczesną naukę. Otrzymałem później uprzejmy list od byłego chemika i metalurga z New Jersey, który zarzucił mi, iż nie zapoznałem się osobiście z dowodami potwierdzającymi słuszność astrologii. [...] ów chemik z New Jersey oraz wielu innych wyrażających podobne poglądy, nie uwzględniają poczucia spójności ludzkiej wiedzy. Nie rozumiemy wprawdzie wszystkich zjawisk, ale znamy już dostatecznie dużo praw, by wiedzieć, że w naszym świecie nie ma miejsca na telekinezę lub astrologię.”

Str. 51. „Nie sadzę, że chemicy powinni natychmiast porzucić swoje badania i zająć się rozwiązywaniem równań mechaniki kwantowej dla rozmaitych molekuł.”

Str. 53. Przypis. „Na przykład, choć fizycy nie potrafią wyjaśnić skomplikowanych molekuł chemicznych takich jak DNA, odwołując się do kwantowej mechaniki elektronów, jąder atomowych i sił elektrycznych, i mimo że chemia wciąż radzi sobie z takimi zagadnieniami, posługując się własnym językiem i pojęciami, pozostaje faktem, iż nie ma żadnych autonomicznych zasad chemii, stanowiących prawdy niezależne od głębszych zasad fizycznych.”

Str. 103-104. „W 1815 roku Jean-Baptiste Biot zauważył, że podczas przechodzenia spolaryzowanego światła przez niektóre roztwory cukru zmienia się płaszczyzna polaryzacji. Na przykład płaszczyzna polaryzacji obraca się w prawo, gdy światło przechodzi przez roztwór glikozy, a w lewo przy przejściu przez roztwór fruktozy. Jest tak dlatego, że molekuła glikozy różni się od molekuły fruktozy będącej jej zwierciadlanym odbiciem, tak samo jak prawa rękawiczka różni się od lewej (w przeciwieństwie do kapelusza lub muszki, które wyglądają tak samo jak ich odbicie w lustrze).”

Michel Rival, Wielkie eksperymenty naukowe, Cyklady, Warszawa 1997.

Str. 8. „Jednym słowem, epistemologicznej debaty nigdy nie rozstrzyga naukowe doświadczenie. Rola eksperymentu w nauce jest jednak kluczowa, przyczynił się on bowiem do powstania jej nowych dziedzin – elektromagnetyzmu, astrofizyki, chemii organicznej czy radioastronomii, które narodziły się z doświadczenia i z pewnością nie ujrzałyby światła dziennego bez niego.”