Jak sprawdzić kurkumę?

  Kurkuma to często używana przyprawa azjatycka, będąca składnikiem żółtego curry, ale też używana samodzielnie. Nadaje potrawom żółty kolor, lekko pikantny smak, może tylko zapach nie każdemu odpowiada. Wraz ze światową popularnością pojawiają się jednak problemy - bywa na różne sposoby fałszowana. Najpopularniejsza jak mi mówiono metoda, to chrzczenie mączką ryżową. Jeśli jest zmielona na drobny pył, to ziarenka skrobi zabarwią się od niej i ciężko je będzie wyłapać. Może tylko odcień stanie się jaśniejszy. 

  To jednak nie koniec. W zeszłym roku media doniosły o badaniach, z których wynikało, że mocno rozcieńczona innymi wypełniaczami kurkuma bywa podbarwiana różnymi innymi substancjami o podobnym kolorze.[1] Na przykład pigmentem chromianem ołowiu, który nie jest zbyt zdrowym zamiennikiem. Ponieważ sprawa zrobiła się głośna, pojawiły się propozycje testów na wykrycie fałszerstwa. Niektóre niestety są bałamutne i służą tylko nastraszeniu. 

  Jedną z porad jakie znajduję jest sprawdzenie zmiany barwy pod wpływem zasadowego środowiska. Chromian ołowiu w warunkach alkalicznych ulega przemianom do związków czerwono-brunatnych. Główny problem z tym testem jest taki, że substancja barwiąca przyprawy, kurkumina, także reaguje na zmiany odczynu. I w zasadowym robi się... czerwona. 

 

Kurkuma potraktowana wodorotlenkiem sodu

W istocie więc tak wykonany test jedynie nas nastraszy, bo każda próbka kurkumy zmieni kolor.

  Zastanawiałem się zatem nad tym czy jest jakiś test na tyle prosty, że można go wykonać w domu nie posiadając specjalnych odczynników. I po kilku próbach stwierdziłem, że dobry rezultat daje ten najbardziej oczywisty - usunięcie żółtej kurkuminy w sposób, który nie rusza szkodliwego pigmentu. Kurkumina jest słabo rozpuszczalna w wodzie, natomiast dość dobrze w alkoholu i acetonie. Z kolei chromian ołowiu jest nierozpuszczalny zarówno w wodzie jak i tych rozpuszczalnikach.

  Sposób przetestowałem na próbce kurkumy dobrej jakości - wziąłem kłącze kurkumy w kawałkach. Ciężko wprowadzić nierozpuszczalny pigment do wnętrza kawałka kłącza. W znanych przypadkach zafałszowania korzenie były pokrywane pigmentem z wierzchu. Często bowiem podczas suszenia i przechowywania kawałki korzenia z wierzchu ciemnieją i brązowieją, mogą więc dla nie znającego tego surowca wyglądać nieapetycznie, toteż zabarwienie powierzchni nadaje mu bardziej atrakcyjny wygląd. Użyte w teście kawałki kłącza były szarawe. 

 

Rozdrobniłem je w moździerzu na drobny proszek:

 

  Po czym w małej zlewce zalałem ciepłym alkoholem. Po dokładnym rozmieszaniu odstawiłem naczynie, aby próbka opadła na dno i odlałem żółto zabarwiony roztwór. Po czym znów zalałem osad ciepłym alkoholem. Po trzech razach ostatecznie odsączyłem osad na sączku papierowym, który umieściłem na lejku i przemywałem małymi porcjami ciepłego alkoholu do zaniku zabarwienia odcieku. Użyłem dosłownie odrobinę, około 0,2-0,4g proszku, po to aby nie zużyć zbyt dużej ilości rozpuszczalnika. 

 

  Na sam koniec otrzymałem pozbawioną kurkuminy pulpę o jasnym, kremowym kolorze. Ciemniejsze cząstki okazały się kawałkami kory korzenia, ale pod lupą było widać, że i one nie są zabarwione na żółto. Wniosek - przynajmniej pigmentu chromianu ołowiu badana kurkuma nie zawierała. Zrobiłem więc test na kurkumie w proszku z opakowania przyprawy i efekt wyszedł taki sam. 

  Inne polecane testy są bardziej subiektywne i nie dotyczą wykrywania ołowiu. Przykładowo próba z  z zimną wodą da nam najwyżej informację, czy nie dodano do niej mąki lub barwników rozpuszczalnych. 

  Łyżeczkę przyprawy wymieszać z szklanką zimnej wody i odstawić na 20 minut. Przyprawa powinna opaść na dno. Kurkumina jest na zimno słabo rozpuszczalna, więc roztwór nad osadem powinien być słabo zabarwiony, w zasadzie to zabarwia go drobny pył. Mocny kolor roztworu, zwłaszcza bardziej pomarańczowy niż sama przyprawa, może sugerować użycie syntetycznego barwnika spożywczego. Z kolei długo się utrzymująca jasna zawiesina może wskazywać na domieszkę mąki - ale poza przypadkami skrajnie złej jakości ciężko obiektywnie ocenić, czy wygląd roztworu to już ten podejrzany kolor i mętność, czy tylko efekt mocnego zmielenia z dużą ilością bardzo drobnego pyłu, który dłużej się utrzymuje. Wykrycie któregoś z tych rodzajów fałszerstw nie oznacza, że przyprawa zawiera ołów; może wręcz zmniejszać takie ryzyko, bo jeśli już farbowano ją syntetycznym barwnikiem, to toksyczny pigment staje się niepotrzebny.

  Doniesienia z Indii podają, że tym często używanym barwnikiem spożywczym, którym fałszują też szafran, jest żółć metanilowa, barwnik azowy. Oprócz lepszej rozpuszczalności w wodzie można go zidentyfikować na podstawie zmian koloru w bardzo kwaśnych warunkach. Jeśli ktoś ma dostęp do trochę mocniejszych kwasów, na przykład 10% kwasu solnego, może sprawdzić czy zabarwiony roztwór znad kurkumy zmienia kolor z żółtego na czerwony. Dla żółci metanilowej następuje to poniżej pH 2. 

  A jak wykryć, że próbka przyprawy w ogóle zawiera kurkuminę a nie jest tylko farbowaną czymś innym mąką? Nie sądzę aby komuś coś takiego się trafiło, ale można się pobawić z pewną charakterystyczną reakcją. Proponuję zrobić alkoholowy roztwór jak w pierwszej opisanej próbie.        Do niezbyt stężonego dodać roztwór kwasu borowego, łatwego do nabycia w aptece, jest łagodnym środkiem ściągającym i odkażającym skórę. Kurkumina zawiera w cząsteczce dwie grupy ketonowe lub alkoholowe blisko siebie. Związki o takiej budowie łatwo tworzą z kwasem borowym związek kompleksowy spiro-boran. W przypadku kurkuminy powstały kompleks, rozocyjanina, ma różowo-czerwony kolor, trwały też w warunkach lekko kwaśnych. W praktyce wykorzystuje się to do oznaczania kwasu borowego w wodzie; reakcja jest bardzo czuła. 

 

Barwy kurkuminy - pośrodku roztwór alkoholowy. Po lewej pomarańczowy kompleks z kwasem borowym, po prawej czerwone zabarwienie w środowisku alkalicznym.

Rozocyjanina

Oczywiście ostatecznie jeśli mamy do przyprawy dużo wątpliwości lub mamy interes w tym aby kupiona kurkuma była dobrej jakości, to najlepiej wysłać próbkę do laboratorium analizy żywności.

-----

[1] https://foodfakty.pl/falszowanie-kurkumy-chromianem-olowiu

Zrób sobie atrament

Na temat galasów dębowych i robionego z nich atramentu kiedyś już pisałem, więc nie będę wszystkiego powtarzał, możecie doczytać (link), wracam jednak do tematu, bowiem postanowiłem w małej skali taki atrament odtworzyć, oraz coś nim napisać przy pomocy pióra.

   Galas to narośl powstająca na liściach dębu, w wyniku żerowania na nich larw drobnego owada. Larwa wytwarza substancje stymulujące rozwój tkanki blaszki liścia w formie kulistej, gąbczastej narośli otaczającej larwę, w której przeżywa zimę aby wiosną, po przemianie w formę dojrzałą, wydostać się i zarażać inne drzewa. Miękka tkanka galasa nasączona jest sokiem zawierającym bardzo wiele kwasu galusowego - prostego kwasu fenolowego, którego bardziej rozbudowane pochodne to taniny, nadające tkankom i owocom dębu gorzki posmak.
   Kwas ten może tworzyć z solami żelaza żywo zabarwione związki kompleksowe, które po utlenieniu stają się nierozpuszczalne, co od wieków było wykorzystywane w produkcji inkaustu. Atrament taki dobrze trzymał się papieru i pergaminu. Używany był prawdopodobnie już w starożytności, ale najstarsze zachowane dokumenty nim pisane pochodzą z IV wieku naszej ery. W XIX wieku zaczęły go wypierać atramenty oparte o sztuczne barwniki, aż wreszcie dziś stykamy się właściwie tylko z tuszami w długopisach.
   Czasem jednak atramenty galasowe są nadal używane, na przykład jako stosowany w Wielkiej Brytanii Register's Ink, służący do wypełniania i pieczątkowania ważnych dokumentów, na których kolor pisma ma przetrwać bardzo wiele lat.

Aby zrobić atrament, potrzebne są galasy. To zielone kulki o średnicy około centymetra, wiszące na spodniej stronie liści dębowych, czasem kilka ich wisi na jednym, ale zwykle trzeba się jednak nieco naszukać aby zebrać choć garsteczkę. Późną jesienią można je łatwo znaleźć wśród opadłych liści. Galas można po rozcięciu zasuszyć i z takiego później robić roztwór.

   Następnie trzeba otrzymać z nich sok. Ja zmiażdżyłem je po prostu w moździerzu, i zalałem małą ilością wody. Powstaje zielonożółty sok, mający tendencję do ciemnienia przy przechowywaniu.
Teraz trzeba połączyć go z roztworem soli żelaza. Dawne przepisy podawały jako składnik "zielony witriol" czyli siarczan żelaza II. Ja użyłem soli Mohra, w której jon żelaza jest stosunkowo odporny na utlenianie do rdzawożółtego żelaza III. Ilość soli odmierzyłem na oko, tak aby powstał rozcieńczony, bezbarwny roztwór.
   Po zmieszaniu obu roztworów, mieszanina pociemniała, aż stała się niemal granatowa. Nie jest to jeszcze właściwy atrament. Sól Mohra mimo wszystko zawierała zapewne nieco żelaza III, oba roztwory miały też pewnie nieco rozpuszczonego tlenu. Powstała więc zawiesina ciemno zabarwionego, nierozpuszczalnego kompleksu żelaza III. Już takim roztworem można pisać, dobrze jest jednak zostawić nieco w zamkniętym naczyniu, aby zobaczyć, że po opadnięciu osadu powstaje przezroczysty roztwór. Jeśli pobrać pipetką lub strzykawką klarowną ciecz, to łatwo jest się przekonać, że nabiera ona koloru po rozprowadzeniu, mimo że wcześniej była bezbarwna.

Atrament po odstaniu - górna warstwa ciemnieje od powietrza.

   Jak użyć tak powstałego atramentu? Jeśli ktoś ma pióro ze stalówką, to nie powinno być większych problemów, najwyżej powinien przed użyciem przesączyć atrament, aby drobne cząstki nie zatykały końcówki. Jeśli jednak ktoś, tak jak ja, postanowi spróbować pisać przy pomocy ptasiego pióra, musi je nieco przygotować. Najlepiej jest brać pióra ptaków będące lotkami (pióra na brzegach skrzydeł) są bowiem długie i mają dużą komorę powietrzną. Dawniej chętnie używano do tego piór gęsich, w ostateczności jednak wystarczą też i kacze, wronie, czy kurze. Najwyżej trudniej będzie otrzymać dobre narzędzie. Ja poszukałem po okolicy i wpadło mi w oko pióro perliczki, o ładnym, pasiastym wzorze. Odnośnie dalszego postępowania polecam film:

  W moim przypadku ładne i równe przycięcie nie bardzo się udało. Rdzeń pióra był pęknięty wzdłuż, po kilku próbach dobrego przycięcia został mi krótki kawałek, w miejscu, gdzie kończyła się komora powietrzna. Jeśli chodzi o pisanie, to zaostrzona końcówka ze szczeliną nie bardzo się sprawdzała, podczas zawracania pióra drapała w papier, rozpryskując atrament dookoła:

  Ostatecznie więc po namoczeniu przeciągałem jedną z płaskich stron końcówki po papierze, konstruując litery z pociągnięć w tę samą stronę. Krój wyszedł niezgorszy. Początkowo ślad był słabo, lub w ogóle nie widoczny, jednak szybko pod wpływem powietrza następowało utlenienie żelaza i powstanie ciemnego kompleksu, który osadza się na włóknach papieru. Od razu po wyschnięciu próbowałem zmyć litery pod bieżącą wodą, ale nie schodziły.

   Kolor zależy od tego jaką warstwą został rozprowadzony płyn i ile pozwoliliśmy mu postać, generalnie jednak atrament nie jest czarny a raczej przypomina połączenie koloru granatowego z sepią, w ciągu kolejnych dni od zapisania jeszcze trochę ciemnieje. Dawne atramenty były dodatkowo podbarwiane innymi związkami, w tym czernidłem kałamarnic. Chodziło o to, aby od razu przy pisaniu widzieć stawiane litery. Z czasem ten dodatkowy barwnik organiczny blakł, natomiast kompleks galusanów z żelazem pozostawał, więc litery starych dokumentów mają nieco rozjaśniony odcień.

Atrament naniesiony piórem, patyczkiem do uszu i watką

   Aby płyn zbyt szybko nie spływał z pióra i nie rozlewał się po kartce, dodawano do niego zagęstników, czy to szelaku, czy gumy arabskiej. W domowym eksperymencie można by użyć na przykład rozpuszczonego w wodzie kleju do papieru. Ponieważ schnięcie roztworu trochę trwało, a ilość nanoszona przez pióro wystarczała aż nadto, dawniej przykładano do kartki arkusz bibuły, który miał wchłonąć nadmiar płynu. W przeciwnym razie litery mogły się rozmazywać, zabrudzić kolejne strony, a nawet tusz mógł przesiąknąć przez kartę i zamazać pismo po drugiej stronie. Bibułę przyciskano do papieru przyrządem podobnym do pieczątki z półokrągłym zakończeniem, tak zwaną suszką.
   Inną opcją było podsypywanie kartki specjalnym drobnym piaskiem, którego suche ziarenka po przyklejeniu się do liter oddzielały zapisaną powierzchnię od kolejnej, obie metody mogły być używane równocześnie. Pamiętam opowiadanie o Sherlocku Holmesie, w którym detektyw dowodził tezy o autorstwie pewnego listu na podstawie specyficznego rodzaju piasku używanego przez piszącego.

   Atramentu galasowego można też potencjalnie użyć do farbowania tkanin. Przetestowałem to na ręczniku papierowym, którego kawałek trzy razy nasączałem i pozostawiałem do wyschnięcia. Gdybym miał więcej cierpliwości i powtórzył procedurę jeszcze kilka razy, byłby niemal czarny.

Atrament taki ma ograniczoną trwałość, ze względu na związki organiczne z galasa, w niektórych nowoczesnych formułach dodaje się do niego konserwant, najczęściej fenol lub tymol. Nieźle brudzi palce.

Co jeszcze, oprócz soli, rozpuszcza lód? (eksperyment)

Prognozy pogody wskazujące na to, że śnieg który spadł w mojej okolicy zbyt długo się nie utrzyma, popędziły mnie do przeprowadzenia doświadczenia o którym myślałem już od pewnego czasu - do sprawdzenia jakie jeszcze prócz soli substancje z kuchni mają właściwość rozpuszczania lodu i śniegu?

Jak to już kiedyś tłumaczyłem w artykule, wiele substancji powoduje roztopienie lodu nawet w ujemnych temperaturach, ze względu na tworzenie nowej równowagi fazowej. Wobec ich roztworów w wodzie lód nie jest trwały w zbyt wysokich temperaturach. Sól kuchenna, to jest chlorek sodu, może rozpuszczać lód aż do temperatury -21 stopni, chlorek wapnia niemal do -50.
Ze względu na szkodliwe działanie soli na rośliny, samochody i budowle czyni się próby zastąpienia jej czymś innym, zwłaszcza na terenach przyrodniczo cennych. Takimi mniej korozyjnymi, ekologicznymi zamiennikami może być octan wapnia, mocznik czy mrówczan sodu. Czy natomiast możliwe jest stworzenie sobie w domu jakiegoś takiego środka, który pomagałby usuwać lód z chodników i podjazdów i zastępowałby sól i piasek?

Aby to sprawdzić wyjąłem kilka substancji, jakie każdy powinien mieć w kuchni - kwasek cytrynowy, sodę oczyszczoną i amoniak do ciast. Następnie wyszedłem przed dom i na ostatnim schodku przygotowałem około centymetrową warstwę śniegu, w której uformowałem poletka doświadczalne:

Zgodnie  pokazaną kolejnością testowałem samą sodę, sam kwasek, ich mieszaninę, sam amoniaczek i sól kamienną. Ostatnie poletko zostawiłem bez ingerencji, aby mieć z czym porównać wygląd pozostałych. Na prostokąty śniegu wysypałem przygotowane substancje w ilości dwóch szczypt między kciukiem a palcem wskazującym. Podczas testu, na zewnątrz utrzymywała się temperatura -6 stopni.

Przez następne pół godziny przyglądałem się czy widać istotne zmiany. Najwyraźniej efekty było widać na polu posypanym solą kuchenną - szybko pojawiły się wytopione jamki wokół kryształków, z bliska było widać, jak śnieg nasącza się wodą. Po pewnym czasie spod spodu zaczął przebijać schodek. Na polach posypanych sodą i amoniakiem nie działo się nic szczególnego:

Na poletku posypanym samym kwaskiem cytrynowym dostrzec można było pojawienie się wytopionych jamek wokół kryształków. Najintensywniejszy efekt pojawił się na poletku posypanym i kwaskiem cytrynowym i sodą, śnieg zaczął się roztapiać z wierzchu:

Gdy wyjrzałem na schody jeszcze po godzinie, śnieg w miejscu posypanym solą niemal zupełnie się roztopił, na poletku posypanym kwaskiem i sodą miejscami przebijało się podłoże, na poletku z samym kwaskiem było widać tylko powierzchniowe nadtopienie, a soda i amoniaczek nic nie zmieniły.

W zasadzie spodziewałem się takich efektów. Cytrynian sodu jest w takich niskich temperaturach lepiej rozpuszczalny od samego kwasu, szybsze rozpuszczanie to więcej jonów cytrynianowych, które odpowiadają za efekt odladzający.

Zacząłem więc szukać, czy tego rodzaju eksperymenty zostały już opisane w literaturze.
Na zbliżony pomysł wpadli w zeszłym roku amerykańscy naukowcy.[1] W artykule na temat aktywności różnych soli w rozpuszczaniu lodu, porównywano sól kuchenną, chlorek wapnia, siarczan magnezu (sól z Epsom) i cytrynian trójsodowy. Eksperyment polegał na mierzeniu jaką objętość wody wytopi w stałej temperaturze badana sól rozprowadzona na powierzchni bloku lodu o znanej masie. Chlorek wapnia okazał się działać silniej niż sól kuchenna, taka sama ilość wytapiała więcej lodu. Gorzej działał siarczan magnezu, zaś cytrynian sodu pokazał dość paradoksalny wynik - gdy eksperyment prowadzono w temperaturze pokojowej, z bloku lodu posypanego cytrynianem wytopiło się mniej wody.
Cytrynian trójsodowy rozpuszczając się w wodzie pochłania ciepło, tym samym może hamować topienie lodu. Eksperyment w temperaturze +4, w którym sprawdzano jeszcze wpływ ilości użytej soli pokazał, że gdy cytrynianu użyto bardzo mało, na tyle że pochłanianie ciepła nie ma aż tak dużego wpływu, efekt roztapiania był porównywalny a może nawet nieco lepszy niż dla tej samej niewielkiej ilości soli kuchennej.

Jak to się ma do mojego doświadczenia? Wprawdzie u mnie mieszanina kwasu cytrynowego i sodu działała słabiej niż sól, ale trudno mówić o powstrzymywaniu topnienia, bo jednak w porównaniu z polem kontrolnym śnieg jednak się roztapiał i to lepiej niż pod wpływem samego kwasku.
Po pierwsze, ściśle rzecz biorąc nie zachodziło tutaj rozpuszczanie stałego cytrynianu sodu, powstawał on w roztworze podczas reakcji kwasku z sodą, więc efekt energetyczny rozpuszczania tej soli nie wchodził w grę. Sama reakcja zobojętniania jest nieco endotermiczna [2], ale w danych na temat jej ciepła znalazłem tylko reakcje prowadzące do cytrynianu trójsodowego, otrzymywanego w reakcji z większą ilością sody niż kwasku, tymczasem ja użyłem podobnych ilości obu związków. Widocznie efekt energetyczny przy takiej proporcji i użytej ogółem ilości jest nieznaczący, a powstały cytrynian sodu już dalej sam działa odladzająco.

Ogółem więc jednak łatwo dostępna sól wypada najlepiej, cytrynian sodu lub mieszanina kwasku cytrynowego z sodą ma pewien potencjał, choć działa słabiej. Innych przypraw nie testowałem.
-------
[1] Talen Sehgal, Christopher Wright, Breaking the Ice: A Scientific Take on the Ice Melting Abilities of Household Salts, Journal of Emerging Investigators, December 2017
[2] https://derekcarrsavvy-chemist.blogspot.com/2015/12/chemical-energetics-4-measuring.html

Zrób sobie sam: plastik z mąki

Kolejne proste doświadczenie, możliwe do wykonania w domowej kuchni - otrzymywanie przezroczystej masy plastycznej z mąki.

Jednym z głównych problemów współczesnego rozpowszechnienia tworzyw sztucznych, są rosnące góry odpadków, które w przypadku odpornych chemicznie materiałów jeszcze długo pozostaną w środowisku w niezmienionej formie. Plastikowe śmieci, które nie trafią do koszy na śmieci i dalej na wysypiska, staną się częścią gleby lub trafią do jezior, rzek i mórz i pozostaną tam na długo. Jest to problem nie tylko estetyczny czy związany ze skończoną pojemnością składowisk - plastik szkodzi też ostatecznie zwierzętom. Już teraz obserwujemy ptaki, morskie ssaki i ryby, które giną z powodu niestrawialnych plastikowych części połkniętych z powodu podobieństwa do czegoś pożywnego, lub za sprawą zaplątania w nici i sieci.

Pod wpływem działania słońca, wody i organizmów plastik zamiast degradować rozpada się na mikroskopijne cząstki, które włączają się w łańcuch pokarmowy. Możliwe, że już teraz zjadamy je z jedzeniem, zupełnie o tym nie wiedząc.

Jednym ze sposobów na zmniejszenie tych efektów, oprócz recyklingu, akcji sprzątania czy uświadamiania społeczeństwa, jest rozpowszechnianie tworzyw ulegających rozkładowi. Zamiast torebki foliowej, niech będzie papierowa, opakowanie ciastek niech będzie zrobione z celofanu. Poszukuje się też nowych materiałów o właściwościach podobnych do dotychczasowych tworzyw sztucznych i możliwie najtańszych w produkcji.
Biodegradowalne są alifatyczne poliestry jak nylon-6 czy polikaprolakton, dostatecznie przy tym odporne na wodę i tłuszcze, coraz większy udział ma w ostatnich latach poli-kwas mlekowy, w zastosowaniach medycznych na przykład na absorbowalne nici chirurgiczne od dawna stosowany jest poliglikolid.
Jednak materiałem biodegradowalnym mającym największy udział w rynku a przy tym stosunkowo prostym w produkcji jest termoplastyczna skrobia.

Skrobia to naturalny polimer wytwarzany przez rośliny jako substancja zapasowa. Składa się z połączonych wiązaniami alfa-glikozydowymi cząsteczek glukozy, tworząc łańcuchy długie do kilku tysięcy członów. W naturze występuje w formie ziaren złożonych z liniowej amylozy, która rozpuszcza się w gorącej wodzie i rozgałęzionej amylopektyny która zaczyna się rozpuszczać już w zimnej. Rozgotowując zawiesinę skrobi w wodzie otrzymujemy kleisty koloid stosowany jako krochmal do tkanin, oraz jako tani klej do papieru i drewna. Rozgotowana skrobia z dodatkiem cukru i soków owocowych, to zaś kisiel.
Po wysuszeniu takiego kleiku otrzymujemy twardą masę, która w miarę upływu czasu staje się krucha. Cząsteczki skrobi łączą się w zagęszczone struktury podobne do kryształów, tworząc twarde ziarna. Ta tak zwana retrogradacja uniemożliwia wykorzystanie masy wysuszonego krochmalu jako materiału, oraz przy okazji odpowiada za proces czerstwienia pieczywa.

Można jednak zmienić skrobię w materiał o bardziej pożądanych właściwościach - trzeba ją po prostu stopić.  Skrobia ma bardzo wysoką temperaturę topnienia - około 200 stopni, praktycznie w punkcie termicznego rozkładu. Można jednak dodać do niej substancje, które znacznie obniżają temperaturę topnienia i pozwolą przetwarzać skrobię bez przemian chemicznych. Są to tak zwane plastyfikatory.
W tym przypadku są to substancje silnie oddziałujące z cząsteczkami skrobi i tworzące między nimi mostki za pomocą wiązań wodorowych. Dzięki temu każdy łańcuch połączonych glukoz zostaje otoczony małymi cząsteczkami plastyfikatora, zaś luźniejsza struktura materiału łatwiej daje się kształtować. Plastyfikatorami dla skrobi są polialkohole - sorbitol, ksylitol oraz gliceryna. Ta ostatnia ma tą zaletę, że jest płynna, pozwala więc otrzymać masę bardzo miękką i elastyczną nawet w niskich temperaturach. Oraz jest tania i łatwo dostępna.

Sztućce ze skrobi

Powstała w ten sposób masa może być dostatecznie twarda i odporna na rozrywanie aby można było zrobić z niej opakowania, torby czy jednorazowe sztućce. Po spienieniu tworzy materiał podobny do styropianu, nadający się do opakowań a w formie granulatu jako wypełniacz pudeł z przesyłkami w zastępstwie drobnych styropianowych kulek. Termoplastyczna skrobia jest też niestety rozpuszczalna w wodzie. Dla zachowania właściwości w wilgotnych warunkach, na przykład w kontakcie z jedzeniem, dodaje się do niej substancje zmniejszające nasiąkliwość, na przykład kwas stearynowy powodujący, że masa staje się woskowata i nie wchłania wody, można też pokryć powierzchnię naturalnym woskiem. Skrobię można także mieszać z innymi biodegradowalnymi tworzywami o większej odporności, na przykład polilaktydem. Przy dobrym doborze składników można z takiej masy wyprodukować na przykład kubki czy butelki na wodę, ulegające całkowitemu rozkładowi w ciągu kilku miesięcy po zakopaniu w ziemi.

Biodegradacja butelki z polilaktydu

Domowym sposobem raczej trudno będzie zrobić ekologiczny kubek czy butelkę, ale stworzenie choćby próbki materiału podobnego do plastiku samo w sobie jest ciekawe.

Wykonanie
Do stworzenia bioplastiku potrzebujemy mąki zawierającej dużo skrobi, ja użyłem po prostu czystej skrobi ziemniaczanej. Plastyfikatorem będzie gliceryna, możliwa do kupienia w aptece w buteleczkach po 30 i 50 g. Użyłem też jako dodatku kwasku cytrynowego, który polepsza właściwości tworzywa. [1]
Masę będziemy mocno podgrzewali, najlepiej użyć małego garnka lub rondelka. Po otrzymaniu, płynną skrobię trzeba będzie na czymś rozprowadzić, najlepsza będzie metalowa tacka, może foremka, ja używałem metalowej miski. Nie próbowałem z fajansowymi i szklanymi talerzami, bo nie byłem pewien czy nie pękną.

Po paru próbach stwierdziłem, że najlepsza proporcja przy której tworzywo dobrze wyglądało, to 3 płaskie łyżki stołowe skrobi i 1 łyżka stołowa płynnej gliceryny (80%). Do skrobi i gliceryny dodajemy kilka łyżek wody, musi nam powstać bardzo leista mieszanka, bardziej wodnista niż kleik. Podczas dalszego procesu woda zostanie odparowana, ale na razie potrzebna jest aby masa była gładka i bez grudek.

Do mieszanki dodałem jeszcze szczyptę kwasku cytrynowego. Następnie przelałem ją do garnka i szybko mieszając podgrzewałem na średnim ogniu (a raczej średnim grzaniu maszynki). W pewnym momencie mieszanina staje się kleista, aby wszytko dobrze się wymieszało trzeba szybko mieszać od dna i rozcierać formujące się grudy.

W końcu cała mieszanina formuje gęsty, bardzo lepki glut o szklistym wyglądzie. Zanik białego koloru to oznaka rozpuszczenia całej skrobi.

Ale to jeszcze nie koniec - powstały gęsty ulepek należy jeszcze podgrzać. Ja rozcierałem go po dnie łyżką, aby w miarę równomiernie się ogrzał. W miarę upływu czasu stawał się coraz bardziej płynny, pienił się od pary wodnej:

Aż w końcu przybrał konsystencję syropu:

W zasadzie w tym momencie można uznać, że mamy do czynienia ze stopioną masą skrobi w glicerynie, dalsze podgrzewanie powoduje jedynie odparowanie wody i warunkuje to na ile łatwo będzie końcową masę uformować, oraz jak szybko stwardnieje. Za pierwszym razem grzałem masę niemal do karmelizacji, była bardzo gęsta i zastygała zaraz po wylaniu na dno miski. Otrzymałem z niej gruby kawałek lekko spienionej masy, dosyć przezroczystej i elastycznej:

Za drugim razem grzałem płynną masę krócej, chcąc otrzymać cieńszą warstwę. Wylałem ją na dno odwróconej miski, tak aby się rozpłynęła i aby powstał arkusz podobny do folii:

Tym razem stwardnienie i wysychanie trwało dłużej. Po jakiejś godzinie stwierdziłem, że z wierzchu jest już sucha i twarda, ale pod spodem nadal bardzo kleista. Obawiając się, że w ostatecznej wersji przyschnie mi do miski nie do oderwania, ostrożnie podważyłem i zerwałem z naczynia cały płat, aby podsuszyć go z obu stron. Ostatecznie powstał mi płat grubszej folii podobnej trochę do folii do pakowania:

Skrobiowy bioplastik jest półprzezroczysty, miękki w dotyku i elastyczny. Twardość i elastyczność zależy ostatecznie od stosunku skrobi do gliceryny, metodą prób i błędów można sobie ustalić idealną proporcję. Okazał się też bardziej niż się spodziewałem odporny na rozerwanie. W temperaturze około 110-120 stopni ponownie się topi, można więc kształtować go na gorąco.

Ostrożność
Ze względu na to, że masa jest mocno podgrzewana w garnku, zaś pieniąc się może pryskać, raczej nie jest to doświadczenie do robienia dla dzieci. Możliwe jest przypalenie garnka przy niedostatecznym mieszaniu, mi się to nie zdarzyło ale innym może się przydarzyć. Z domyciem garnka nie było problemu.

-------
[1] The Effects of Citric Acid on the Properties of Thermoplastic Starch Plasticized by Glycerol; Starch Volume 57, Issue 10 No. 10 October 2005 Pages 494–504

Zrób sobie sam: Świeczka z mydła

Opiszę tutaj dość proste doświadczenie, będące w zasadzie rozwinięciem myśli o jakiej wspominałem w artykule o usuwaniu kamienia z czajnika - z mydła da się zrobić całkiem niezłą świeczkę, i to przy użyciu bardzo skromnych, kuchennych sposobów.
Ba, tylko jak? Pierwsza nasuwająca się myśl, aby kostkę mydła przewiercić, wsadzić knot i podpalić, jest błędna, mydło słabo się pali (próbowałem). Aby się tego domyśleć, należy zacząć od rozważenia, czym właściwie mydło jest.

Wiele źródeł podaje, że mydło wynaleziono w starożytnej Gracji w świątyni na górze Sapo, gdzie tłuszcz wytapiający się z ofiar całopalnych mieszał się z popiołem ogniska a powstające szare bryłki pieniły się w wodzie. Jest to jednak mit - nie dość że źródła starożytne nie wspominają o żadnej górze Sapo, to na dodatek Grecy nie stosowali mydła.
Poza obmywaniem się w wodzie, ścieraniem brudu pumeksem i perfumowaniem, Grecy nacierali ciało olejem czasem z dodatkiem startego pumeksu, który następnie zbierano listewką, usuwając wraz z nim brud i zapach, zwykle przecież tłuste. Zbliżony do mydła przepis mieszaniny oleju, wonności i potażu podaje wprawdzie w tych czasów Piliniusz, ale była to pomada do usztywniania i farbowania na rudo włosów, używana przez wojowników w krajach północnych.

Przepisy na środki myjące oparte o popiół i tłuszcz pojawiają się w starożytnym Sumerze i Egipcie, ale nie ma dowodów na powszechne ich używanie dla higieny ciała. Sumerowie używali ich do oczyszczania wełny, zaś Egipcjanie jako składnik maści leczących choroby skóry. W efekcie, co może wydawać się zaskakujące, w historiografii pierwsze wzmianki o mydle jako twardych bryłkach używanych do mycia się pojawiają się dopiero gdy Rzymianie podbili dalsze zakątki Europy i spotkali się z takich zwyczajem wśród "barbarzyńskich" Galów i Celtów.
Żyjący w I wieku n.e. Areteusz z Kapadocji opisuje jak Galowie noszą ze sobą kule mydlanej masy, używając ich codziennie; pisze o tym z dezaprobatą, uważając za uwłaczający fakt, że mężczyźni barbarzyńców używają mydła (kojarzonego z kosmetykami do upiększania ciała) częściej niż niejedna Rzymianka.
Od nich pochodzi też nazwa - łacińskie "sapo" to bezpośrednie zapożyczenie z galijskiego saipo. Podobne słowa zachowały się też w językach germańskich, wywodząc się zapewne od wspólnego indoeuropejskiego rdzenia *seib/*seip znaczącego "coś co spływa, coś co się rozmazuje". Stąd zresztą także łacińskie "sebum" oznaczające łój lub smar. Nic dziwnego, bowiem łój zwierzęcy był głównym używanym składnikiem ówczesnych mydeł.

Z czasem "barbarzyński" zwyczaj zaczął się upowszechniać w Rzymie, mydlarnie zaczęły też powstawać na obrzeżach imperium.
Produkcja mydeł w kostkach na większą skalę zaczęła upowszechniać się dopiero w średniowieczu, za pośrednictwem Arabów, którzy wprowadzili dodatkową innowację, używając jako składnika natronu. Wtedy powstały słynne do dziś pracownie w Aleppo, i Marsylii używające jako składników oleju z oliwek lub oleju laurowego.

Ale czym jest mydło, w ujęciu chemicznym?
Podstawowymi składnikami potrzebnymi do jego wytwarzania są tłuszcze i silne mineralne zasady, dawniej był to głownie potaż otrzymywany ze spalonego drewna, ale też soda z natronu. Tłuszcz z kolei to ester, połączenie kwasów tłuszczowych z będącą  alkoholem gliceryną:

Pod wpływem silnej zasady kwasy tłuszczowe odczepiają się od gliceryny i tworzą sole. Na własności i konsystencję mydła wpływa to jakie kwasy tłuszczowe przeważają w danej mieszaninie i jakiej użyto zasady, przykładowo mydła sodowe są twarde, ale już potasowe mają konsystencję bardziej mazistą. Mydła zawierające litowce są rozpuszczalne w wodzie, ale już na przykład wapniowe czy magnezowe rozpuszczają się słabo, i to ona z czasem tworzą osad w umywalkach czy wannach gdy mydło ma kontakt z twardą wodą. Mydło litowe jest twarde i stanowi składnik suchych smarów.

Jak zapewne pamiętacie z lekcji chemii, kwasy można uszeregować wedle mocy, to jest skłonności odszczepiania protonów. Kwasy mocniejsze potrafią wypierać z soli kwasy słabsze i tak dodanie kwasu solnego do kredy wypiera z węglanów kwas węglowy, rozkładający się do dwutlenku węgla, a dodanie kwasu solnego do octanu sodu wytworzy wolny kwas octowy.
W świetle powyższego łatwo się domyśleć, że jeśli poddamy mydło reakcji z jakimś mocniejszym kwasem, wyprzemy z niego wolne kwasy tłuszczowe. Mają one tłustą konsystencję, nie mieszają się z wodą i podobnie jak tłuszcze dobrze się palą. Znana powszechnie stearyna z której robiono kiedyś świece, była produkowana z łoju wołowego lub świńskiego, które najpierw zmydlano a potem zakwaszano oddzielając mieszaninę kwasów tłuszczowych, głownie stearynowego.
I na tym właśnie polegało doświadczenie, jakie przeprowadzałem.

Proces.
Produkcję świecy zacząłem od znalezienia dobrego mydła. Zależało mi na tym, aby miało możliwie najmniej dodatków, które mogłyby przeszkadzać, dlatego kupiłem hipoalergiczne mające w składzie tylko zmydlony olej palmowy i glicerynę.

Należało je teraz rozpuścić w wodzie. Pokroiłem je więc na drobną kostkę i zalałem ciepłą wodą w dużym pojemniku. Z perspektywy czasu sądzę jednak, że być może lepszym rozwiązaniem byłoby zetrzeć je na wiórki, większe bryłki nie chciały się bowiem tak dobrze rozpuszczać, nawet pod sam koniec wydłubywałem nieprzereagowane kawałki z otrzymanej masy.

 Z rozpuszczaniem był zresztą problem, bo trzeba było na to dużo wody. Po pewnym czasie w pojemniku powstawała gęsta, kisielowata, ciągnąca się masa, pod którą pozostawało jeszcze dużo nie rozpuszczonych kawałków. Odlewałem ją przez sitko i zalewałem resztki kolejny raz:

I tak kilka razy aż z jednej 200 gramowej kostki zrobiły mi się ponad dwa litry skoncentrowanych mydlin. Ale to nie był jeszcze koniec, bo musiałem przygotować kwas.

Ponieważ w założeniu eksperyment miał być możliwy do powtórzenia w warunkach kuchennych, jako kwasu użyłem kwasku cytrynowego. Jest on mocniejszy od kwasów tłuszczowych i wypiera je z mydeł. Można to przetestować na małą skalę w prostym doświadczeniu z talerzem - bierzemy czysty talerz, moczymy go i smarujemy dno mokrym mydłem. Następnie jedną połowę zalewamy sokiem z cytryny i po chwili spłukujemy. Połowa talerza nie skropiona cytryną spłukuje się łatwo, natomiast druga okaże się tłusta w dotyku, jak nasmarowana smalcem.

Kwasek cytrynowy rozpuszczałem w wodzie, na stłuszczenie kostki mydła zużyłem sześć 20 gramowych opakowań. Mydliny podzieliłem na porcje po około pół litra i dolewałem szklankę roztworu kwasku szybko mieszając. Gęsta, ciągnąca się masa szybko zamieniła się w białe, drobne grudki o tłustym dotyku, lepiące się do ścianek naczynia:

Proces przypominał trochę ścinanie mleka przy produkcji twarogu. Mieszaninę odstawiłem na jakiś czas pozwalając jej do końca przereagować, aż zawiesina rozdzieliła się na warstwy:

Całość należało teraz przesączyć.
Początkowo planowałem zrobić to porządnie, przez papierowy filtr do kawy, złożony i karbowany, w kuchennym lejku, ale nie przewidziałem że wyjdzie tego aż tyle. Gdy wyobraziłem sobie jak siedzę w kuchni i mozolnie przesączam przez mały lejeczek trzy litry zawiesiny, postanowiłem użyć czegoś mniej profesjonalnego - sitka z ręcznikiem papierowym w charakterze filtra. Ma dużą powierzchnię sączenia, więc całość nie powinna była trwać długo.

Osad odsączony od opalizujacego płynu dodatkowo wycisnąłem, otrzymując grudkowatą, tłustą masę, faktycznie podobną do twarogu:

Zawierała ona  jednak wciąż dużo wody zamkniętej w strukturze, a ponadto kawałki nieprzereagowanego mydła. Należało ją teraz przetopić. Początkowo używałem do tego małego garnuszka postawionego na słabym grzaniu:

Potem uznałem, że akurat ten pierwszy etap można przeprowadzić zalewając masę wrzątkiem wprost z czajnika. Wolne kwasy tłuszczowe topiły się w żółtą, oleistą ciecz, która nie mieszała się z wodą i wypływała na powierzchnię. Po ostygnięciu wystarczyło przebić skorupę i odlać spod spodu wodę z resztkami mydła:

Masę więc już miałem. Przypominała smalec, była tłusta w dotyku, lepiła się do palców. Zapach miała natomiast nieokreślony, właściwie to mydlany ale też z nutami przypominającymi zapach skór zwierzęcych. Wolne kwasy tłuszczowe często mają zapachy nieprzyjemne, zwłaszcza te małocząsteczkowe, na przykład kapronowy i kaprylowy śmierdzą kozą. Tutaj miałem głównie kwas palmitynowy i oleinowy, o dużych, długich cząsteczkach, zasadniczo więc niemal nielotne, widocznie jednak dostatecznie aby było czuć trudny do sprecyzowania, mdły zapach.

Podczas próby z małą porcją przekonałem się, że masa jest owszem palna i nawet wcale nie śmierdzi ani nie kopci czego się obawiałem, natomiast jest niskotopliwa. Kwas palmitynowy topi się w temperaturze 65°C, a oleinowy w 15°C. Dlatego po zapaleniu mała świeczka szybko całkowicie się rozpływała. Musiałem więc zrobić świeczkę w jakimś pojemniku. Użyłem słoika.

Zebrane wszystkie oczyszczone frakcje stopiłem w kubku wsadzonym do garnka z gotującą się wodą, i przelałem do słoika  z knotem z ciemnego bawełnianego sznurka. Lepiej użyć naturalnego włókna, sznurek z czegoś sztucznego mógłby się stopić albo co gorsza zacząć śmierdzieć palonym plastikiem. Na tym ostatnim etapie do jeszcze płynnej masy dodałem olejki eteryczne aby świeczka pachniała i niebieski barwnik spożywczy. To ostatnie okazało się niezbyt dobrym pomysłem, barwnik w ogóle się nie rozpuścił i utworzył ciemne grudki. No ale.

Świeczka pali się dobrze, jasnym płomieniem, bez kopcenia i bez specjalnego zapachu. Obawiałem się, że będzie śmierdziała stearyną albo spalonym olejem. Płomień wygląda na otoczony dodatkową, pomarańczową "aurą", podejrzewam że to skutek dużej ilości soli sodu, widać to dobrze na zdjęciu z pierwszej próby z małą ilością:

Tak więc jak widzicie, było w tym trochę roboty, ale też sporo zabawy, czego też życzę czytelnikom gdyby przyszło im do głowy eksperyment powtórzyć. Z jednej 200 gramowej kostki mydła otrzymałem około 100 ml masy palnej. Spadek objętości to kwestia oddzielenia wody którą mydło na początku zawierało, gliceryny oraz nie zupełne przereagowanie wszystkich kawałeczków.

ps. Tak się składa że to już 250 opublikowany wpis na tym blogu.

Ostatnio w domu

Na drugim blogu pisałem na wiosnę o tym jak robi się syropek z kwiatów mniszka, bardzo podobny do miodu. Stopniowo zużywam zapasik a otwierając słoiki zauważyłem że część cukru wykrystalizowała na dnie w formie bardzo grubych kryształów. Te niestety mocno przyrosły do dna i trudno jest je oderwać bez skruszenia. Ostatnio jednak udało mi się oderwać dwa kryształki przyrosłe do ścianki i jak na takie warunki bardzo kształtne:

Ten największy ma 3 cm długości. Cukiereczek...

Duże skupiska kryształów cukru na patyczku nazywane są Candy Rock, można je stosunkowo łatwo zrobić, podstawową instrukcję macie tutaj:
Powstające pałeczki kryształów mogą posłużyć za oryginalny smakołyk. Będę musiał spróbować sam, ale na razie zajmę się syropkiem.
A tu poniżej jeszcze jeden pomysł wykorzystania dużych kryształów cukru - po pokryciu lakierem jako część biżuterii:  http://www.dezeen.com/2007/06/25/unsustainable-by-greetje-van-helmond/

Ostatnio w domu - otrzymywanie i wykrywanie tlenu

Nudząc się dziś w domu i przegrzebując rzeczy, znalazłem w jakiejś fiolce tabletkę nadmanganianu potasu, co przywiodło mi na myśl pewne bardzo proste doświadczenie, jakie każdy może przeprowadzić. Więc oczywiście je zrealizowałem.

Wbrew temu co się często mówi w szkołach, próba z żarzącym się łuczywkiem nie jest właściwie metodą wykrywania tlenu, lecz raczej pokazowym doświadczeniem obrazującym najważniejszą z jego właściwości - zdolność do utleniania a tym samym podtrzymywania spalania. Doświadczenie to jest tak stare i klasyczne, że w jego opisach zachowało się rzadko już dziś stosowane słowo łuczywko, oznaczające drewnianą drzazgę czy cienkie drewienko, do przenoszenia ognia na przykład do odpalania papierosa od pieca. Ciasno skręcony pasek papieru służący do tego samego celu, to fidybus - też rzadkie słowo. W moim przypadku zamiast łuczywka zastosowanie znalazł patyczek szaszłykowy.

Samo przeprowadzanie doświadczenia jest bardzo proste: od tabletki nadmanganianu potasu (manganian VII potasu), łatwo dostępnej w aptekach jako środek odkażający, odłupałem mały okruch i wrzuciłem do próbówki. Równie dobrze może to być fiolka czy tuba, byle długa i nie zbyt szeroka. I dolałem wody aby się rozpuściła.

Otrzymałem więc intensywnie fioletowy roztwór. Z braku stojaka próbówkę włożyłem do butelki. Następnie przyniosłem opakowanie wody utlenionej. Miałem więc zestaw - próbówka z nadmanganianem, woda utleniona, patyczek i zapalona świeca aby odpalić. Mając już wszystko gotowe wlałem wodę utlenioną do próbówki. Fioletowa barwa zanikła, zaś w zamian zawartość zaczęła się burzyć i wydzielać bąbelki czystego tlenu, zgodnie z reakcją:

KMnO
4 + 3 H
2O
2 → 2 MnO
2 + 2 KOH + 2 H
2O + 3 O
2

Powstający tlenek manganu sam jest katalizatorem rozkładu, dlatego do zapoczątkowania reakcji wystarczy dosłownie okruszek. Teraz zapaliłem patyczek, zdmuchnąłem i jeszcze żarzący wsunąłem do próbówki. Czerwony żar pojaśniał aż do żółci a na drewienku pojawił się płomyczek. Zdmuchnąłem go i jeszcze raz wsunąłem do próbówki ale tym razem skończyło się na rozżarzeniu. Najlepiej pokaże to film:

Gdy zawartość przestała już się burzyć, na dno zaczął opadać kłaczkowaty, ciemnobrunatny osad dwutlenku manganu.

Wysokie stężenia tlenu mogą nie tylko rozpalać już istniejący płomień, ale mogą też doprowadzać do samozapłonu lub wybuchu podatnym na to materiałów. Tragicznym przykładem może być historia programu Apollo 1, zakończonego w trakcie wstępnych testów na ziemi. Astronauci ćwiczyli podstawowe sytuacje w module wypełnionym czystym tlenem pod ciśnieniem. W którejś chwili doszło do pożaru, który rozprzestrzeniał się tak gwałtownie, że po kilkunastu sekundach ciśnienie gazów spaleniowych rozszczelniło kabinę. Wszyscy trzej astronauci zginęli.
Podczas późniejszego dochodzenia okazało się, że w tak wysoce natlenionych warunkach do zapłonu mogły wystarczyć iskry elektryczności statycznej, wywołane ocieraniem kombinezonów o fotele, zaś gumowy rzep użyty w kilku miejscach, staje się wręcz wybuchowy. Podobny przypadek zdarzył się kilkanaście lat temu w jednej z polskich hut szkła. Gwałtowny pożar w części zajmującej się przetłaczaniem sprężonego tlenu zabił kilka osób. Media głupio pisały wówczas że był to pożar tlenu. W rzeczywistości pod wpływem bardzo sprzyjających warunków, zapaliła się uszczelka jednej z pomp. Fala sprężonego tlenu wraz z iskrami zapaliła wszystko w pomieszczeniu - w tym pracowników.

Próba z rozpalaniem żaru jest dla wykrycia tlenu zbyt mało czuła. To właściwie doświadczenie pokazowe. Dla wykrycia tlenu tam, gdzie go być nie powinno, używa się bardziej czułych metod, zwykle są to związki chemiczne wrażliwe na utlenianie, podlegające wyraźnym zmianom, na przykład sole żelaza II.  W wielu urządzeniach przenośnych stosuje się techniki elektrochemiczne - tlen utlenia substancje na małym ogniwie paliwowym, natężenie powstałego prądu jest miarą jego stężenia.

Jak mieszać aby nie namieszać

Chemia domowa w porównaniu z tą, z jaką studenci spotykają się na zajęciach, jest zdecydowanie uboższa w odczynniki i zastosowania. Ot tyle aby mieć czym zmyć brud, wyszorować posadzkę, rozpuścić kamień czy rdzawy osad po wodzie. W porównaniu z takimi odczynnikami jak chlorowodorek hydroksyloaminy, stężony kwas siarkowy czy oranż metylowy, jest to tyle co nic. A jednak nie oznacza to, że ta minimalna ilość chemikaliów jest w porównaniu z ich laboratoryjnymi odpowiednikami, zupełnie bezpieczna dla absolutnych chemicznych laików.
Z pewnością każdy student, czy choćby uczeń liceum, który miał zajęcia w laboratorium, spotkał się z którymś z tych wierszyków o młodym chemiku chcącym mieszać kwasy i wodę. To dosyć dobry sposób aby przyswoić sobie pewne postawy BHP choć mogłoby być ich więcej* W zasadzie jednak poza ogólnymi poradami na etykietach, gospodarz domowy lub gospodyni mająca zajmować się we własnej łazience rozmaitymi chemikaliami nie ma zbyt dużej wiedzy o tym w jakim zakresie należy zachowywać ostrożność. Takie ogólne rzeczy, jak nie próbować, myć ręce po użyciu czy uważać aby nie wpadło do oka, zasadniczo są znane, natomiast jedną z rzeczy w jakiej często popełniamy błędy, jest kwestia równoczesnego użycia różnych środków.

Jedne wybielacze usuwają plamy, inne płyny usuwają rdzę, osady na szybach czy kamień w wannach. Jedne są dobre na tłuste zabrudzenia, inne na przebarwienia ceramicznych powierzchni. Jedne są na metal inne na porcelanę. Do wyboru, do koloru.
Często gdy używamy rozmaitych środków czyszczących pragniemy wzmocnić ich działanie. Dolewamy więc jeden do drugiego sądząc, że razem będą lepiej działały. I czasem kończy się to chemiczną katastrofą...

Zasadniczo domowe chemikalia można podzielić na trzy główne grupy: wybielacze, zmywacze i nawaniacze. Te ostatnie mnie tu mało interesują, bo z wyjątkiem możliwości zapalenia się dezodorantu czy uczulenia, właściwie rzadko mieszamy je z czymś innym, natomiast te dwie pierwsze dzielą się na kilka zasadniczych grup.

Wybielacze mają za zadanie zniszczyć strukturę silnie barwnych związków odpowiadających za zabrudzenia wnikające w głąb czyszczonych powierzchni i bądź to odbarwić je bądź to ułatwić wymycie. Najczęściej są to związki o silnym działaniu utleniającym, tylko w niektórych przypadkach trafiają się reduktory o przeciwnym działaniu, na przykład w środkach ochronnych do tkanin. Najbardziej charakterystyczną grupą są tutaj wybielacze chlorowe. Najczęściej są to chlorany II, sole słabego kwasu chlorowego, łatwo rozkładające się z wydzieleniem aktywnego tlenu i niewielkiej, ale wyczuwalnej, ilości chloru. W płynnych wybielaczach jest to zazwyczaj podchloryn sodu NaClO lub chloryn sodu NaClO₂. Sole te są jednak stosunkowo trwałe tylko w silnie zasadowych warunkach, stąd zwykle preparaty takie zawierają dodatek wodorotlenku sodu i zaczynają przez to nabierać właściwości żrących.
Inny typ zawiera nadtlenki - może być to płynny nadtlenek wodoru, czyli woda utleniona, ale także nadboran lub nadsiarczan sodu, a więc sole zawierające ugrupowanie nadtlenkowe -O-O-, częste jako sypkie składniki proszków wybielających. Nadtlenki bardzo łatwo rozkładają się wydzielając tlen, w pierwszej chwili w formie bardzo aktywnych pojedynczych atomów. Takie środki mają działanie drażniące i żrące w większych stężeniach.

Natomiast typowe środki czyszczące najczęściej są detergentami, mającymi za zadanie zmyć tłusty brud i stałe osady, a więc substancjami powierzchniowo czynnymi, ułatwiającymi wodzie zmycie tłuszczu. Zależnie od przeznaczenia zawierają chemiczne dodatki - te mające rozpuszczać kamień i osady zawierają kwasy, zwykle organiczne, te mające usuwać rdzawe zacieki zawierają kwas fosforowy. Wiele środków do powierzchni metalowych lub szkła zawiera sole amonowe co daje się poznać po charakterystycznym zapachu.

Jakie zaś są te niebezpieczne mieszanki?

Wybielacze chlorowe + kwasy
Jak to już wspominałem, wybielacze chlorowe są trwałe w warunkach silnie zasadowych, toteż po zmieszaniu z sokiem z cytryny, octem lub silnie kwaśnymi płynami czyszczącymi do muszli klozetowych, zaczynają się rozkładać. Podchloryny będą wówczas wydzielały dużą ilość chloru i również tlenek chloru o podobnie toksycznych właściwościach:

2NaClO + 2 CH₃COOH → Cl₂O + H₂O + CH₃COONa

2NaClO + 4 HCl → Cl₂ + H₂O + NaCl

Chlor ma nie tylko silne działanie drażniące, ale także jest trujący. Powoduje podrażnienie oczu i błon śluzowych. Wdychany w większych ilościach podrażnia płuca i może doprowadzić do śmierci.

Wybielacze chlorowe + sole amonowe
Jeśli zmieszamy zazwyczaj kwaśne środki zawierające amoniak z wybielaczami, dojdzie między nimi do reakcji, w wyniku której może wydzielać się chlor, jednak największe znaczenie mają powstające chloraminy - jedno, dwu lub trójpodstawione:

NH ₃ + NaOCl → NH ₂ Cl + NaOH

NH ₂ Cl + NaOCl → NHCl ₂ + NaOH

NHCl ₂ + NaOCl → NCl ₃ + NaOH

są to lotne związki o bardzo silnym działaniu drażniącym i łzawiącym. Nawet krótka ekspozycja wywołuje problemy z oddychaniem. Niektórzy wiążą powstawanie tych związków na publicznych basenach (źródłem amoniaku jest mocznik z potu i moczu) z częstszą astmą u dzieci. Trichlorek azotu w większych stężeniach staje się niestabilny, w wyniku byle impulsu może eksplodować. Spotkałem się kiedyś z opisem wybuchu sławojki po zasypaniu dołu kloacznego wapnem chlorowanym. Źródłem amoniaku może być mocz, stąd nie poleca się używać wybielacza do prania pieluch.

Sole amonowe + alkalia
Sole amonowe są nietrwałe w środowisku zasadowym - łatwo wówczas wydziela się z nich amoniak, co w skali laboratoryjnej już pokazywałem, będący gazem o silnym zapachu ale szybko porażającym węch. Podobnie jak chlor jest gazem silnie trującym, powodującym trwałe uszkodzenie płuc.

Wybielacze chlorowe + aceton
Nie zdarza się to często, ale niektórzy próbują przy szczególnie trudnych zabrudzeniach łączyć te dwa środki. Efekt jest równie zły co dla mieszaniny z solami amonowymi - w wyniku reakcji powstaje chlor, chloroform i chloroaceton. Najsilniejszy jest ten trzeci, mający działanie łzawiące i duszące. Spotkałem się z opisem wypadku gdy dwie osoby trafiły do szpitala po zmieszaniu stężonego wybielacza ze zmywaczem do paznokci, podczas próby usunięcia smaru ze spodni. Tworzenie się chloroformu to wynik reakcji haloformowej, charakterystycznej dla metyloketonów, nie powstaje go jednak tyle aby od niego usnąć.

Jeśli chodzi o mieszanki wybielaczy chlorowych i nadtlenków, to będą rozpadać się z wydzieleniem tlenu. Uboczne reakcje spowodują powstanie też chloru, wprawdzie w niezbyt dużych ilościach, ale mogących powodować podrażnienia. Trudno mi natomiast powiedzieć czy z mieszanin proszków wybielających z nadtlenkami i acetonu, może powstawać wybuchowy nadtlenek acetonu.

 Postarałem się podsumować to w tabeli mieszania, takiej jakie są dostępne do nawozów i środków ochrony roślin:

Gejzer
Z innych niebezpiecznych reakcji należy wspomnieć o niebezpieczeństwie związanym z środkami do przetykania zlewów i proszkami czyszczącymi pieniącymi się po zwilżeniu. Produkty takie zazwyczaj zawierają sodę kaustyczną, czasem z dodatkiem proszku metalicznego. Soda zmydla tłusty zaczop w rurze ułatwiając jej przetkanie. Niestety niektórzy łączą to ze starym sposobem nalewania do zlewu wrzątku. Każda mocna zasada i kwas rozpuszczane w wodzie wydzielają dużo ciepła. Czasem tak wiele ze mieszanka może zawrzeć - i przed tym ostrzega wierszyk chemików. Łatwo zatem domyśleć się, że gdy wsypiemy do zatkanej rury Kreta albo podobny produkt, i zalejemy gorącą wodą, żrąca mieszanka zagotuje się i wykipi, a czasem zanim rura odetka się może nawet wytrysnąć, niejednokrotnie wprost w twarz przetykającego.
Gdy środki tego typu pojawiły się na rynku, w kraju zanotowano kilkanaście przypadków poparzenia lub nawet utraty wzroku właśnie w wyniku takich wypadków.

Czy domowe chemikalia można czymś zastąpić? Kamień może usunąć sok z cytryny lub ocet, zabrudzenia na ceramice i metalu świetnie zmyje soda. Szyby można umyć mieszanką amoniaku do ciasta i spirytusu. Ale całkiem zrezygnować z chemikaliów jest trudno.
Dlatego lepiej, w miarę możliwości, używać ich rzadko i ostrożnie.


"Amoniak i acze
zatruje cię raczej"

Post  scriptum:
Miło mi widzieć, że post wzbudził aż tak duże zainteresowanie, przez trzy dni przejrzało do 20 tysięcy osób. Właśnie stwierdziłem że na portalu odkrywcy.pl pokazał się artykuł na ten temat ze zdecydowanie ładniejszą infografiką i oparty, jak widzę po podpisie inforgafiki, na moim artykule. Pojawiło się tam jednak kilka stwierdzeń, które dobrze byłoby sprostować - działanie wybielaczy chlorowych nie polega na tym, że utleniają się one; chlorany są silnymi utleniaczami i utleniają one inne substancje, same zaś oczywiście ulegają tym samym redukcji. Ocet nie jest silnie kwasowy, ale wystarczająco aby rozłożyć chlorany, większe jednak niebezpieczeństwo wywołują środki do czyszczenia toalet zawierające silne kwasy.
---------
* wymyśliłem na przykład taki, zniechęcający do organoleptycznego zapoznawania się z odczynnikami:
 "Aby ustrzec się od śmierci, nic nie próbuj ani ćwierci".
Albo inny wychwalający zalety stosowania fartucha
"Pamiętaj o tym chemiku strojny, 
jeśliś o ubiór swój niespokojny: 
gdy wokół wszystko kipi i bucha, 
zawsze używaj na wierzch fartucha"