ترم جدید مدرسه در اینجا شروع شده است، و برای من امسال به معنای آزمایش های شیمی بیشتر است – هورا!
روز دیگر زمان واکنش معروف تولن بود. برای کسانی که نمی دانند، این شامل مخلوطی از نیترات نقره، هیدروکسید سدیم و آمونیاک است (که هر بار باید تازه ساخته شود زیرا نگه نمی دارد). این معجون را با یک آلدهید در ظرفی شیشه ای ترکیب کنید و کمی گرم کنید و یک لایه نقره ای زیبایی روی شیشه ایجاد کنید. توپ های نقره ای دوست داشتنی من را بررسی کنید!
این واکنش برای شیمیدانان مفید است زیرا آینه نقره فقط با آلدئیدها ظاهر می شود و نه با مولکول های مشابه دیگر (مانند کتون ها). این کار به این دلیل کار می کند که آلدئیدها به راحتی اکسید می شوند یا با نگاهی برعکس، یون های نقره (Ag)+) به آسانی توسط آلدهید احیا می شوند و فلز نقره (Ag) را تشکیل می دهند – برای جزئیات بیشتر، این گرافیک Compound Interest را بررسی کنید.
اما این فقط داستان یک آزمایش کوچک جالب برای شیمیدانان نیست. نه، این داستانی است از شیمی، بیوشیمی، فیزیک، نجوم، و تولیدکنندگان باب شیشه ای. آماده؟ بیا شروع کنیم!
برنهارد تولنز (برای لینک منبع تصویر کلیک کنید)
این واکنش به نام برنهارد تولنز، شیمیدان آلمانی که در اواسط قرن نوزدهم متولد شد، نامگذاری شده است. این یکی از آن موقعیت‌های عجیب و غریب است که در آن همه – خوب، همه کسانی که به هر حال در سطح A تحصیل کرده‌اند – نام آن را می‌دانند، اما به نظر می‌رسد به ندرت کسی می‌داند که آن شخص چه کسی بوده است.
تولنز در هامبورگ آلمان به مدرسه رفت و معلم علوم او کارل موبیوس بود. نه، نه نوار موبیوس مخترع (آگوست موبیوس): کارل موبیوس جانورشناس و پیشگام در زمینه اکولوژی بود. او باید الهام بخش تولن های جوان برای دنبال کردن یک حرفه علمی باشد، زیرا پس از فارغ التحصیلی، تولنز ابتدا در یک داروخانه کارآموزی کرد و سپس به تحصیل در رشته شیمی در آزمایشگاه فردریش ولر در گوتینگن ادامه داد. اگر نام وهلر آشنا به نظر می رسد به این دلیل است که او یکی از کاشفان بریلیم و سیلیکون بود – بدون آنها احتمالا وسایل الکترونیکی که من برای نوشتن این مقاله استفاده می کنم وجود نداشت.
پس از اخذ دکترا، تولنز در یک کارخانه برنز کار کرد، اما طولی نکشید که او را ترک کرد و با کسی جز امیل ارلن مایر شروع به کار کرد – بله، او از فلاسک ارلن که با نام دیگر… tفلاسک مخروطی. (بالاخره توانستم به ظروف شیشه ای که این وبلاگ از آن نام گرفته است اشاره کنم!)
به نظر می رسد که تولنز پاهایش خارش داشته است، زیرا او نیز برای مدت طولانی با ارلن مایر نمی ماند. او در پاریس و پرتغال کار کرد و سرانجام در سال 1872 به گوتینگن بازگشت تا روی کربوهیدرات‌ها کار کند و ساختار چندین قند را کشف کرد.
همانطور که خوانندگان این وبلاگ می دانند، اصطلاح “قند” اغلب به طرز وحشتناکی توسط تقریبا همه مورد سوء استفاده قرار می گیرد. این یک اصطلاح گسترده است که به طور کلی به مولکول های مبتنی بر کربن حاوی گروه هایی از اتم های OH و C=O اشاره دارد. مهم ترین در این داستان قندهایی به نام مونوساکاریدها و دی ساکاریدها هستند. دو مونوساکارید معروف فروکتوز یا “شکر میوه” و گلوکز هستند. از طرف دیگر ساکارز یا “شکر سفره” یک دی ساکارید است.
همه مونوساکاریدها با معرف Tollens یک نتیجه مثبت خواهند داشت (حتی زمانی که ساختار آنها حاوی یک گروه آلدئیدی به نظر نمی رسد – این کمی پیچیده می شود اما اگر علاقه دارید این پیوند را بررسی کنید). با این حال، ساکارز اینطور نیست. این بدان معناست که معرف Tollens آزمایش سریع و آسانی است که می تواند برای تمایز بین گلوکز و ساکارز استفاده شود.
و فقط برای شناسایی قندها مفید نیست. از معرف Tollens یا نوع دیگری از آن نیز می توان برای ایجاد سطح آینه ای با کیفیت بالا استفاده کرد. تا دهه 1900، اگر می‌خواستید آینه بسازید، باید یک ورقه نازک از آلیاژ – به نام “tain” – را روی پشت یک تکه شیشه بمالید. به دست آوردن یک روکش واقعا خوب با این روش دشوار است، به خصوص اگر سعی دارید آینه ای را روی هر چیزی غیر از یک سطح کاملا صاف ایجاد کنید. اگر فلاسک آینه ای می خواستید، مثلاً برای کاهش تابش گرما، این کار مشکل بود. بعلاوه به مقدار زیادی نقره نیاز داشت که گران بود و باعث می شد کالای تمام شده بسیار سنگین باشد.
به همین دلیل بود که شیمیدان آلمانی Justus von Liebig (بله، کسی که پشت کندانسور Liebig) در سال 1835 یک لایه نازک از نقره خالص را روی شیشه ایجاد کرد. شباهت به واکنش تولن: محلول دی آمین نقره (I) با گلوکز مخلوط می شود و روی سطح شیشه اسپری می شود، جایی که یون های نقره به نقره عنصری تبدیل می شوند. این فرآیند موارد زیادی را نشان داد: نه تنها یک روکش باکیفیت تولید کرد، بلکه از مقدار بسیار کمی نقره نیز استفاده کرد که واقعاً ارزان بود.
و معلوم شد که برای چیزی بیش از ظروف شیشه ای آزمایشگاهی مفید است. ستاره شناس آلمانی کارل آگوست فون اشتاینهایل و دکتر فرانسوی لئون فوکو به زودی شروع به استفاده از آن برای ساخت آینه های تلسکوپ کردند: برای اولین بار اخترشناسان آینه های ارزان و سبک وزنی داشتند که نور را بسیار بیشتر از آینه های قدیمی آنها منعکس می کردند.
مردم همچنین متوجه زیبایی این اثر شدند: صنعتگران آلمانی شروع به ساختن تزیینات درخت کریسمس با ریختن نیترات نقره در گوی های شیشه ای کردند و به دنبال آن آمونیاک و در نهایت محلول گلوکز ایجاد کردند – و با تولید گیلاس های نقره ای زیبایی که به سراسر جهان از جمله به بریتانیا صادر شد.
این روزها، نقره‌کاری با رسوب در خلاء انجام می‌شود، که حتی سطح عالی‌تری ایجاد می‌کند، اما نمی‌توانید جادوی تماشای داخل لوله آزمایش یا تبدیل فلاسک را به یک آینه زیبا و براق شکست دهید.
° NH3 غلیظ را به صورت قطره ای اضافه کنید تا رسوب حل شود. (حدود 3 قطره.)
درجه یک کاردک گلوکز اضافه کنید و حل کنید.
° لوله آزمایش را در آب تازه جوشیده فرو کنید.
یک کلمه هشدار: مراقب نیترات نقره باشید و دستکش بپوشید. در غیر این صورت، شما نیز مانند من، ممکن است با لکه‌های قهوه‌ای روی دست‌هایتان مواجه شوید که سه روز بعد هنوز وجود دارند…