…ΛΟΓΙΑ ΤΟΥ ΑΕΡΑ

«Πλεύσε μακριά από το ασφαλές λιμάνι.

Αιχμαλώτισε τους αληγείς ανέμους στα πανιά σου.

Εξερεύνησε.

Ονειρέψου.

Ανακάλυψε.»

Μαρκ  Τουαίην

 

Ύλη η τρισυπόστατη. Από μικρά παιδιά γνωρίζετε ότι η  ύλη εμφανίζεται με τρία πρόσωπα. Στερεά, υγρή και αέρια. Αν βέβαια την «ζορίσουμε» , π.χ. την οδηγήσουμε σε πολύ υψηλές  θερμοκρασίες, ή χαμηλές πιέσεις, τότε παίρνει ένα  τέταρτο πρόσωπο, ηλεκτρικά φορτισμένο, το πλάσμα, κάπως ασυνήθιστο στην καθημερινή ζωή μας, αλλά πολύ συνηθισμένο στο Σύμπαν. Ο  Ήλιος μας για παράδειγμα, αποτελείται κυρίως από πλάσμα. Και στη Γη μας όμως υπάρχει άφθονο πλάσμα αλλά στο διάπυρο εσωτερικό της . Στις υψηλές αυτές θερμοκρασίες τα άτομα αποβάλλουν   ηλεκτρόνια και έτσι μένουν μόνο φορτισμένα σωματίδια , τα ιόντα. Το πλάσμα δηλαδή δεν είναι τίποτε άλλο παρά ύλη με την δομή ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων (ιόντων). Το πλάσμα έχει πολλές παράξενες ιδιότητες.  Για παράδειγμα αν και αέριο το σχήμα του καθορίζεται όχι από το δοχείο που το περιέχει, αλλά από το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που το δημιούργησε. Επίσης αν και υπέρθερμο έχει ελάχιστη πίεση και όταν προσκρούσει σε άλλο σώμα ψύχεται αμέσως δίχως να θερμάνει το άλλο σώμα! Επιστρέφουμε όμως  πάλι στην ύλη των αισθήσεών μας.

Έχει ενδιαφέρον να δούμε σε τι διαφέρει   ένα  στερεό από ένα υγρό, ή αέριο; Εδώ η απάντησή σας θα στηρίζεται σίγουρα σ’ αυτό που υπαγορεύει στο μυαλό η καθημερινή εμπειρία. Ένα στερεό έχει καθορισμένο σχήμα και όγκο, ένα υγρό μόνο όγκο , ενώ το ατίθασο αέριο δεν έχει ούτε σχήμα ούτε όγκο καθορισμένο. Σωστά όλα αυτά σαν μια πρώτη προσέγγιση, αν και αποτελούν το αποτέλεσμα και όχι το αίτιο. Να περάσουμε στην ουσία των διαφορών;  Αν και όλα αποτελούνται από πολύ μικρές δομικές μονάδες, (άτομα , μόρια ή ιόντα),διαφέρουν εν τούτοις σε τρία  χαρακτηριστικά. Πρώτα-πρώτα στις δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ των δομικών μονάδων, οι οποίες στα στερεά είναι μεγάλες, στα υγρά μικρότερες και στα αέρια σχεδόν αμελητέες. Όταν ένα υγρό στερεοποιείται οι δυνάμεις γίνονται κυριολεκτικά τεράστιες. Αν κάποιος σας έλεγε ότι ένα φορτηγό πολλών τόνων μπορεί να  κινείται πάνω σε μια παγωμένη λίμνη θα σας έπειθε για το μέγεθος των δυνάμεων αυτών; Η οδός η οποία συνδέει τις πόλεις Tibbitt και Contwoyto που βρίσκονται στον Καναδά, θεωρείται η πιο επικίνδυνη οδός στον κόσμο. Βρίσκεται στα αρκτικά εδάφη και εκτείνεται σε απόσταση 500 km φτάνοντας στα γιγαντιαία ορυχεία διαμαντιών του βορρά. Θεωρείται επικίνδυνη επειδή  το 85% αυτής διασχίζει παγωμένες λίμνες, και το στρώμα πάγου μπορεί να σπάσει οποιαδήποτε στιγμή και να καταπιεί τα φορτηγά που την διασχίζουν.

Η δεύτερη διαφορά είναι στις αποστάσεις μεταξύ των σωματιδίων τη ύλης. Στη στερεά και την υγρή κατάσταση οι αποστάσεις είναι πολύ μικρές σχετικά με τις αντίστοιχες  στα αέρια. Γι αυτό και τα αέρια είναι συμπιεστά σε αντίθεση με τα στερεά και τα υγρά που πρακτικά είναι ασυμπίεστα. Εδώ δεν μιλάμε για ιδιαίτερες περιπτώσεις ελαστικών υλικών τα οποία είναι μεν στερεά αλλά και συμπιεστά.

Η τρίτη διαφορά αναφέρεται στην κινητικότητα των στοιχειωδών δομικών μονάδων. Τα αέρια έχουν πολύ ατίθασα σωματίδια σε αντίθεση με τα στερεά, στα οποία τα σωματίδια απλά «τρέμουν» γύρω από μια σταθερή θέση. Όσο ποιο θερμό είναι τώρα το στερεό τόσο περισσότερο «ανήσυχα»  είναι τα σωματίδιά του. Και όταν λιώσει και γίνει υγρό, τότε αποδεσμεύονται από τα ισχυρά τους δεσμά και βγαίνουν από την  «φυλακή» τους,   πλάνητες πλέον  στη μάζα του υγρού.  Είναι εντυπωσιακή η κινητικότητα των «ατίθασων» αερίων. Σε συνηθισμένες συνθήκες, ένα μόριο αερίου κινείται με τέτοιες ταχύτητες, ώστε σε ένα μόνο δευτερόλεπτο να συγκρούεται περίπου 1-5 δισεκατομμύρια φορές με τα γειτονικά του μόρια ανάλογα με την θερμοκρασία και την πίεση! Επίσης σε φυσιολογικές συνθήκες ένα μόριο αερίου κινείται με την ταχύτητα αεριωθουμένου και συγκεκριμένα 1.800 km ανά ώρα. Απλά η κίνησή του είναι περίπλοκη και η τροχιά του τεθλασμένη λόγω των πολλαπλών συγκρούσεων με τα γειτονικά του μόρια.

Στο δεύτερο  από τα 4 συνολικά στοιχεία (νερό, αέρας, γη, φωτιά) που συγκροτούν τον Κόσμο σύμφωνα με τους αρχαίους Ίωνες φιλόσοφους δηλαδή στον αέρα, και κατ’ επέκταση στα αέρια  θα αναφερθούμε στην ενότητα αυτή, μιας και σ’ αυτά κολυμπάμε σε όλη μας τη ζωή.

Για την προέλευση του  όρους “gas” που προσδιορίζει την αέρια κατάσταση παραθέτω ένα σχετικό απόσπασμα.

 «Την εποχή εκείνη – μέσα του 17^ου αιώνα – άρχισαν να κυκλοφορούν φήμες για την εργασία του Van Helmont, ενός Βέλγου χημικού και γιατρού, ο οποίος είχε πεθάνει 1644, έπειτα από 13 χρόνων ανακρίσεις, φυλακίσεις και περιορισμούς από την Ιερά Εξέταση. Σε ένα αξιομνημόνευτο πείραμα θέρμανε 28 χιλιόγραμμα κάρβουνα μέσα σε ένα κλειστό δοχείο και διαπίστωσε ότι το βάρος του δεν άλλαξε ακόμη και όταν είχε  απομείνει μισό κιλό στάχτη. Έβγαλε το συμπέρασμα ότι τα υπόλοιπα 27 1/2 κιλά είχαν μετατραπεί σε «άγριο πνεύμα» που δεν μπορούσε να διαφύγει. Ζητώντας μια πετυχημένη ονομασία κατέφυγε στην ελληνική λέξη «Χάος» Το πνεύμα αυτό. άγνωστο μέχρι τώρα, το οποίο δεν μπορεί να κλειστεί σε ένα δοχείο ούτε να αναχθεί σε ορατή μορφή, ονομάζω gas…” ⁽¹⁾

Ο αέρας είναι ένα μείγμα πολλών αερίων, κυρίως όμως αζώτου (78% κατ’ όγκο) και οξυγόνου (21% κατ’ όγκο).  Περιέχει ακόμη αργό, υδρατμούς, διοξείδιο του άνθρακα και  άλλα αέρια σε πολύ μικρότερη αναλογία. Αν αναφερόμαστε βέβαια σε βιομηχανική περιοχή μπορεί η περιεκτικότητα σε αέρια ρυπαντές όπως διοξείδιο του άνθρακα, διοξείδιο του θείου, οξείδια αζώτου, όζον κλπ να είναι σημαντικά αυξημένη. Υπάρχει στον αέρα μια μεγάλη ποικιλία αιωρούμενων σωματιδίων πολύ μικρού μεγέθους αλλά πολύ μεγάλης επιβάρυνσης στην υγεία, για τα οποία όμως θα γίνει αναφορά σε επόμενη ενότητα. Ακόμη και  ο καθαρότερος αέρας περιέχει αιωρούμενα σωματίδια. Είναι χαρακτηριστικό ότι με μία και μόνο εισπνοή αέρα στην παρθένα Ανταρκτική εισάγουμε στους πνεύμονες 200.000 αιωρούμενα σωματίδια (!). Επίσης η περιεκτικότητα μεταβάλλεται και ανάλογα με το ύψος, κάτι που ίσως το γνωρίζετε αν έχετε κάνει ανάβαση σε μεγάλα σχετικά υψόμετρα, όπου το οξυγόνο είναι λιγότερο και δυσκολεύει την αναπνοή. Ο αέρας περιβάλλει την Γη σαν ένα πολύ λεπτό στρώμα και υπάρχει μόνο στην Ατμόσφαιρα που εκτείνεται σε μέγιστο ύψος 480 χιλιομέτρων. Υπέροχα ο Σαίξπηρ χαρακτήρισε την ατμόσφαιρα «το πιο εξαίσιο πέπλο». Το πέπλο του αέρα είναι πέπλο ζωής με πολυδιάστατη σημασία, μιας και περιέχει το πολύτιμο οξυγόνο, φιλτράρει την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία και διατηρεί μια θερμοκρασία φιλική για την επιβίωση των οργανισμών. Στην πραγματικότητα το οξυγόνο υπάρχει κυρίως στην Τροπόσφαιρα που εκτείνεται περίπου μέχρι τα 17 χιλιόμετρα στον Ισημερινό και 7 χιλιόμετρα στους πόλους. Στην Τροπόσφαιρα πραγματοποιούνται όλα τα γνωστά μετεωρολογικά φαινόμενα. Υψηλότερα και μέχρι ύψους 48 χιλιομέτρων υπάρχει μεν οξυγόνο, αλλά είναι τόσο λίγο που ούτε κερί δεν μπορείς να ανάψεις. Πέραν από τα 48 χιλιόμετρα υπάρχει αμελητέα ποσότητα οξυγόνου στην ατμόσφαιρα. Και μετά, το απέραντο κενό του διαστήματος. ⁽²⁾

Εκτός από το οξυγόνο   «αέριο-κλειδί» για την θερμική ισορροπία του πλανήτη είναι το διοξείδιο του άνθρακα.  Η περιεκτικότητα του στην ατμόσφαιρα είναι περίπου 0.03% κατά όγκο και μεταβάλλεται χρονικά και τοπικά. Οι φυσικές δεξαμενές του CO₂ είναι οι ωκεανοί, τα ιζηματογενή ανθρακικά πετρώματα, η βιόσφαιρα και η ατμόσφαιρα.  Το διοξείδιο του άνθρακα δημιουργείται:

1. Από τις διαδικασίες αναπνοής των ζώων και των φυτών,
   2. την αποσύνθεση των οργανικών στοιχείων μέσα στο έδαφος,
   3. από τις καύσεις της οργανικής ύλης και
   4. από φυσικές πηγές όπως για παράδειγμα εκρήξεις των ηφαιστείων, αέρια των θερμοπηγών, κλπ.).
   Από την άλλη πλευρά το διοξείδιο του άνθρακα δεσμεύεται  μέσω των παρακάτω διεργασιών:
2. Με τη φωτοσύνθεση, μέσω της οποίας δεσμεύεται το 3% της ολικής ποσότητας του CO₂.
3. Στους ωκεανούς, το CO₂διαλύεται  και εν μέρει    χρησιμεύει  για τη  δημιουργία των ανθρακικών  ενώσεων, ενώ το υπόλοιπο, διατηρείται διαλυμένο στο νερό.
4. Στην ξηρά, όταν νεκρά οργανικά υλικά μετατρέπονται σε χούμο.

Συνολικά υπάρχει , ή τουλάχιστον πρέπει να υπάρχει,  μια δυναμική ισορροπία μεταξύ παραγόμενου και δεσμευόμενου διοξειδίου του άνθρακα. Στις μέρες μας αυτή η ισορροπία τείνει να ανατραπεί, δημιουργώντας σοβαρά περιβαλλοντικά προβλήματα στα οποία θα γίνει αναφορά σε άλλη ενότητα.

Το όζον είναι η τριατομική μορφή του οξυγόνου, δηλαδή έχει χημικό τύπο Ο₃. Η ονομασία του προήλθε από το αρχαίο ελληνικό ρήμα «όζω» που σημαίνει αποπνέω οσμή, μυρίζω, διότι έχει μια χαρακτηριστική μυρωδιά που παραπέμπει σε σκόρδο. Παράγεται κατά τις ηλεκτρικές  εκκενώσεις, π.χ. αστραπές, στην ατμόσφαιρα. Κατά τις καλοκαιρινές ημέρες η συγκέντρωσή του στην ατμόσφαιρα μπορεί να αυξηθεί σημαντικά λόγω διαφόρων φωτοχημικών αντιδράσεων που πραγματοποιούνται. Αν και στην ατμόσφαιρα θεωρείται «ρύπος» στην στρατόσφαιρα αποτελεί τον φύλακα-άγγελο του πλανήτη, διότι μας προστατεύει από την βλαβερή ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία.  Κι αυτό γιατί ένα σημαντικό ποσοστό της ακτινοβολίας αυτής απορροφάται για την διάσπαση του όζοντος σε οξυγόνο και ρίζα οξυγόνου σύμφωνα με την αντίδραση Ο₃ →  Ο₂  +  Ο^.  . Η ρίζα Ο. είναι πολύ δραστική και ενώνεται ταχύτατα με άλλο μόριο οξυγόνου δίνοντας εκ νέου όζον . Με τον τρόπο αυτό καθημερινά 300.000.000 τόνοι όζοντος διασπώνται και αναπαράγονται, δεσμεύοντας όμως τεράστιες ποσότητες υπεριώδους ακτινοβολίας που διαφορετικά θα έφθαναν στην Γη προκαλώντας τεράστια οικολογική καταστροφή.

Αλλά το πολύτιμο όζον της στρατόσφαιρας δημιουργεί πλείστα όσα προβλήματα όταν υπάρχει στην ατμόσφαιρα. Το όζον είναι αρκετά δραστικό και σε υψηλές συγκεντρώσεις προκαλεί διάβρωση υλικών, κτιρίων και ζωντανών ιστών. Περιορίζει την ικανότητα των φυτών να φωτοσυνθέτουν και δημιουργεί προβλήματα στην αναπαραγωγή και την ανάπτυξη τους, οδηγώντας σε χαμηλότερες αποδόσεις καλλιεργειών. Στο ανθρώπινο σώμα, προκαλεί φλεγμονή στους πνεύμονες και τους βρόγχους.

Όταν το σώμα μας εκτίθεται στο όζον προσπαθεί να το εμποδίσει να εισέλθει στους πνεύμονες. Αυτό   προκαλεί μείωση της ποσότητας οξυγόνου που εισπνέουμε  κάτι που επιβαρύνει την λειτουργία της καρδιάς. Επομένως, για ανθρώπους που ήδη πάσχουν από καρδιοαγγειακές παθήσεις, ή παθήσεις του αναπνευστικού συστήματος, η έκθεση σε υψηλά επίπεδα όζοντος μπορεί να οδηγήσει σε εξασθένηση ή ακόμη και σε θάνατο.⁽²⁾

Ο αέρας είναι σημαντικός για μια μεγάλη σειρά φαινομένων. Αν δεν υπήρχε αέρας δεν θα ακούγαμε τον παραμικρό ήχο ακόμη και αν παρακολουθούσαμε την πλέον θορυβώδη ροκ συναυλία. Διότι ο ήχος για να διαδοθεί απαιτεί ένα υλικό μέσο του οποίου τα μόρια θα μπορούν ταλαντωμένα να διαδώσουν την ενέργεια που δέχονται στα γειτονικά τους.

Αν δεν υπήρχε αέρας δεν θα μπορούσατε να ανάψετε το τσιγάρο σας (μάλλον καλό αυτό) ή την φωτιά για να ψήσετε στα κάρβουνα διάφορες λιχουδιές (μάλλον κακό αυτό) μιας και δεν θα υπήρχε το απαραίτητο για την καύση οξυγόνο. Και φυσικά δεν θα μπορούσε να κυκλοφορήσει κανένα αυτοκίνητο με κλασικό κινητήρα εσωτερικής καύσης (και καλό και κακό αυτό).

Αν δεν υπήρχε αέρας δεν θα υπήρχαν άνεμοι και στη γη θα επικρατούσε απόλυτη νηνεμία, διότι ακόμη και αν υπήρχε διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ γειτονικών περιοχών  δεν θα υπήρχε η αέρια μάζα για να κινηθεί από της περιοχές υψηλού σε περιοχές χαμηλού βαρομετρικού, ή οι θερμές αέριες μάζες να ανέβουν ψηλά και να ψυχθούν για να ξανακατέβουν.

Ενώ όλα αυτά ακούγονται λογικά και ερμηνεύσιμα, υπάρχουν και φαινόμενα  που δεν περνάει καν από το μυαλό σας ότι μπορεί να οφείλονται στον αέρα και τις ιδιοτροπίες του. Δύσκολο να να αποδεχθεί κανείς ότι η   διάθεση μας μπορεί να επηρεάζεται από την διεύθυνση του ανέμου. Σε πολλές περιοχές του πλανήτη (Άλπεις, Καλιφόρνια , Καναδάς, Μέση Ανατολή, Αφρική κλπ) έχουν αναφερθεί χιλιάδες περιπτώσεις κατά τις οποίες οι άνθρωποι εμφάνιζαν συμπτώματα  όπως ημικρανίες, κατάθλιψη, μυαλγίες, κακή διάθεση και οξυθυμία, αϋπνίες κλπ. Τα φαινόμενα μάλιστα παρουσιάζουν μια αξιοσημείωτη περιοδικότητα. Στις περιοχές των Γερμανικών Άλπεων  για παράδειγμα κάθε αρχές Άνοιξης και Φθινοπώρου υπάρχει αυξημένη συχνότητα καυγάδων , φόνων , ατυχημάτων και αυτοκτονιών. Την περίοδο αυτή παρατηρούνται ισχυρά ρεύματα ανέμων από τα βουνά τα οποία οι ντόπιοι αποκαλούν «Ανέμους των μαγισσών».  Ανάλογα φαινόμενα με ανέμους «μυθικών ιδιοτήτων» συναντάμε σε πολλά μέρη του κόσμου. Στην Καλιφόρνια είναι οι άνεμοι «Σάντα Άννα» που φθάνουν νότια μέχρι το Μεξικό και οι Ινδιάνοι τους αποκαλούσαν «πικρούς ανέμους». Στον Καναδά έχουμε τον άνεμο «Σινούκ» , στο Ισραήλ τον «Σαράβ» και στην Αραβική χερσόνησο και την βόρεια Αφρική τον «Χαμσίν». Η επιστημονική εξήγηση είναι ότι οι άνεμοι αυτοί κατά την τριβή τους με τα βουνά και το έδαφος, δημιουργούν πλεόνασμα θετικών ιόντων , ανατρέποντας το ηλεκτροστατικό ισοζύγιο της περιοχής. Τα θετικά ιόντα γενικά θεωρείται ότι προκαλούν δυσανεξία και δυσφορία στους ανθρώπους με όλα τα παραπάνω δυσάρεστα αποτελέσματα. ⁽³⁾

Ο αέρας που μας καλύπτει, μπορεί να έχει καταχωρηθεί στο συλλογικό συνειδητό σαν κάτι «αιθέριο» και «πανάλαφρο» αλλά τελικά δεν έχει καθόλου αμελητέο βάρος. Το βάρος της ατμόσφαιρας υπολογίζεται στη κάθε άλλο από  ευκαταφρόνητη τιμή των 5.500 τρισεκατομμυρίων τόνων.  Θα σας ενδιέφερε πόσο ζυγίζει   ο αέρας στο δωμάτιό σας; Θα εκπλαγείτε αν σας πούμε ότι ο αέρας σε ένα δωμάτιο διαστάσεων 4Χ4Χ5 μέτρα σε φυσιολογικές συνθήκες είναι περίπου 100 κιλά!!

Το βάρος της αέριας στήλης που κάθε άνθρωπος είναι υποχρεωμένος να …κουβαλά δια βίου στην πλάτη του, ασκεί επάνω του μια τεράστια πίεση ίση με 1kg/cm² ή περίπου μία atm. Επειδή η τιμή αυτή δεν σας λέει και πολλά πράγματα, ας το πάρουμε αλλιώς. Αν την μεταφράσουμε σε βάρος, είναι σαν να κουβαλάει στο «κεφάλι» του 250 κιλά αέρα, με την προϋπόθεση  βέβαια ότι το κεφάλι του έχει φυσιολογικές διαστάσεις (…Η φαιά ουσία που είναι στο εσωτερικό δεν έχει σημασία). Να   προσεγγίσουμε όμως την πίεση της ατμόσφαιρας και  με   ένα εντυπωσιακό  ιστορικό πείραμα. Αρκετούς αιώνες πριν, και συγκεκριμένα το 1650, ο Δήμαρχος του Μαγδεμβούργου Otto Von Guericke που ήταν και σπουδαίος φυσικός, έκανε ένα πείραμα που έμεινε στην Ιστορία με την ονομασία «Ημισφαίρια του Μαγδεμβούργου» (Σημειωτέον ότι οι πολίτες του Μαγδεμβούργου έτρεφαν μεγάλη εκτίμηση για τον Επιστήμονα Δήμαρχό τους  Otto Von Guericke και του εμπιστεύθηκαν για 35 ολόκληρα χρόνια του αξίωμα του Δημάρχου της πόλης τους.)

Πήρε λοιπόν,  δύο χαλύβδινα ημισφαίρια τα έφερε σε επαφή μεταξύ τους δίχως να τα κολλήσει και αφαίρεσε με αεραντλία τον αέρα που περιείχαν. Τα ημισφαίρια εξακολουθούσαν να είναι ενωμένα γιατί  τα πίεζε η το βάρος της ατμόσφαιρας. Ο διερευνητικός Δήμαρχος όμως επιζητούσε κάτι εντυπωσιακότερο. Έδεσε οκτώ  άλογα σε κάθε ημισφαίριο και τα έβαλε να τραβήξουν προς αντίθετες κατευθύνσεις. Προς μεγάλη έκπληξη του φιλοθεάμονος κοινού η ατμοσφαιρική πίεση αποδείχθηκε ισχυρότερη από την δύναμη των δεκαέξι  αλόγων!

Δύο «χεροδύναμοι»  εκπαιδευτικοί προσπαθούν , αλλά ματαίως,  να αποχωρίσουν δύο μεταλλικά ημισφαίρια, από το εσωτερικό των οποίων έχει απομακρυνθεί ο αέρας και τα οποία δεν είναι μεταξύ του με οποιονδήποτε τρόπο συνδεδεμένα.

Προτείνω  ένα πολύ απλό πείραμα με το οποίο θα δείξετε ότι η πίεση της ατμόσφαιρας τσακίζει μέταλλα, δίχως να χρειαστεί να αναζητήσετε 16 άλογα.  Αρκεί να ακολουθήσετε με προσοχή τα παρακάτω βήματα :

Ø Σε ένα άδειο τενεκεδάκι αναψυκτικού βάζουμε μικρή ποσότητα νερού και στη συνέχεια το τοποθετούμε πάνω από εστία θέρμανσης και προκαλούμε βρασμό του νερού.

Ø Γεμίζουμε μια γυάλινη λεκάνη με νερό.

Ø Μόλις οι πρώτοι υδρατμοί από το βρασμό αρχίσουν να βγαίνουν  από το άνοιγμα του κουτιού, κλείνουμε το καμινέτο και  πιάνουμε το τενεκεδάκι με μια βρεγμένη πετσέτα  ή με γάντι    πυροπροστασίας.

Ø Το γυρίζουμε απότομα και το βυθίζουμε ελαφρά στο νερό της λεκάνης. Το δοχείο θα τσακιστεί με  ανατριχιαστικό θόρυβο.

Αυτό που προκάλεσε τη σύνθλιψη του μεταλλικού κουτιού είναι η διαφορά μεταξύ της εξωτερικής και εσωτερικής πίεσης αμέσως μετά τη ψύξη. Η εσωτερική πίεση στο δοχείο ελαττώθηκε σημαντικά με τη ψύξη, αφού οι θερμοί υδρατμοί  είχαν εκδιώξει τον ατμοσφαιρικό αέρα,   με συνέπεια όταν υγροποιήθηκαν με την ψύξη,   η διαφορά πιέσεων   να προκαλέσει τη σύνθλιψη του δοχείου.

Ορισμένοι θα μπορούσατε να υποθέσετε ότι η πίεση της ατμόσφαιρας έπρεπε να συνθλίβει τις αρτηρίες μας.   Ευτυχώς  όμως υπάρχει και η εσωτερική πίεση των αιμοφόρων αγγείων και έτσι δημιουργείται μία ισορροπία ζωής. Αν τώρα  κάποιος  βρεθεί σε μεγάλα υψόμετρα, τότε θα αισθανθεί εκτός των άλλων πόνους στα αυτιά και ρινορραγία, διότι η εξωτερική πίεση ελαττώνεται σημαντικά και η ισορροπία χαλάει.  Αν μάλιστα αναφερθούμε σε αστροναύτη, τότε με το παραμικρό σχίσιμο της προστατευτικής του στολής , θα επέλθει εκτεταμένη διάρρηξη αγγείων και άμεσος θάνατος από ακατάσχετη αιμορραγία.

Ο πρώτος φυσικός που υποστήριξε την θεωρία της περιορισμένης ατμόσφαιρας ήταν ο ιδιοφυής φυσικός-μαθηματικός Μπλεζ Πασκάλ, σε αντίθεση με τον φιλόσοφο-μαθηματικό Καρτέσιο που θεωρούσε ότι η ατμόσφαιρα εκτείνεται στο άπειρο, γεμίζοντας κάθε διαθέσιμο χώρο του απέραντου Σύμπαντος. Η θέση του Πασκάλ ότι η ατμόσφαιρα έχει σχετικά μικρό ύψος και μετά υπάρχει το κενό , προκάλεσε το πικρόχολο σχόλιο του Καρτέσιου ότι «κενό είναι το κεφάλι του Πασκάλ». Τελικά το …κενό κεφάλι του Πασκάλ είχε δίκιο και το απέδειξε το 1643 ο ιταλός φυσικός Τοριτσέλι με την περίφημη υδραργυρική του στήλη.

Ο Evangelista Toriccelli, συνεργάτης του Γαλιλαίου, κατάφερε να μετρήσει την πίεση της ατμόσφαιρας. Ο Τοριτσέλι γέμισε ένα σωλήνα μήκους 1,80 μέτρων με υδράργυρο, έκλεισε το στόμιο και τον τοποθέτησε αντεστραμμένο σε δεξαμενή επίσης με υδράργυρο. Όταν αφαίρεσε το πώμα, διαπίστωσε ότι ο υδράργυρος κατέβηκε λίγο στο σωλήνα αλλά παρέμεινε σε ύψος 76 εκατοστών. Το αποτέλεσμα αυτό επιβεβαίωσε την υπόθεση του Τοριτσέλι.   Παράπλευρο σημαντικό επίτευγμα του πειράματος ήταν η δημιουργία κενού στο άνω τμήμα του σωλήνα σε πείσμα της Αριστοτέλειας αντίληψης ότι «Η Φύση απεχθάνεται το κενό». Η παρατηρητικότητα όμως του Τοριτσέλι τον επιβράβευσε με ένα ακόμη σημαντικό εύρημα. Το ύψος της στήλης του υδραργύρου, επομένως και η ατμοσφαιρική πίεση, δεν ήταν σταθερό όλες τις μέρες.  Οι ημέρες που είχε  χαμηλό ύψος η στήλη (χαμηλό βαρομετρικό) , προμηνούσαν κακοκαιρία, ενώ αντίθετα τις ημέρες υψηλής στάθμης ακολουθούσε καλοκαιρία. Η παρατήρηση αυτή αποτελεί στις μέρες μας τον ακρογωνιαίο λίθο των μετεωρολογικών προβλέψεων.

Ιδού μερικές απλές συνέπειες που θα προκαλούσε ενδεχόμενη απουσία της ατμοσφαιρικής πίεσης. Δίχως αυτή δεν θα μπορούσατε να στερεώσετε τις γνωστές βεντούζες μπάνιου σε μια λεία επιφάνεια, παρά μόνο με κόλλα.

Δεν θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε σταγονόμετρο για την δόση ενός  φάρμακου.

Δεν θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε τις αποφρακτικές βεντούζες μπάνιου για να ξεβουλώσετε την αποχέτευσή σας. Δεν θα μπορούσατε καν να ρουφήξετε το αναψυκτικό σας με καλαμάκι. Αμφιβάλετε; Διαπιστώστε το στεγανοποιώντας  με μια τσίχλα τον χώρο γύρω από το καλαμάκι στο σημείο της τρύπας του κουτιού ενός χυμού!

Και ασφαλώς, δεν θα υπήρχε ζωή για πολλούς, πολλούς λόγους….

Αν και τα υγρά είναι μια κατάσταση ευρύτατα διαδεδομένη στον πλανήτη, κυρίως λόγω νερού και πετρελαίου, εν τούτοις η Φύση φαίνεται να δείχνει μια προτίμηση στην στερεά και αέρια κατάσταση όσον αφορά τουλάχιστον τα χημικά στοιχεία. Είναι χαρακτηριστικό ότι από τα 105 χημικά στοιχεία που υπάρχουν στη  Γη μόνο δύο είναι υγρά. Ένα μέταλλο ο Υδράργυρος και ένα αμέταλλο το Βρώμιο. ⁽⁴⁾

Ο πρώτος επιστήμονας που κατάφερε να απομονώσει ένα μοναδικό αέριο, το Υδρογόνο,  ήταν ο Αγγλοϊρλανδός Ρόμπερτ Μπόυλ, (Robert William Boyle) φιλόσοφος, χημικός, φυσικός και εφευρέτης. (βλέπετε την εποχή εκείνη δεν υπήρχε η επιστημονική εξειδίκευση που υπάρχει σήμερα). Ο ίδιος επιστήμονας απέδειξε τον σημαντικό νόμο που καθορίζει πως για οποιοδήποτε αέριο σε ορισμένη θερμοκρασία το γινόμενο της πίεσης επί τον όγκο του παραμένει σταθερό. Με απλά λόγια όσο μειώνετε τον όγκο του αέρα σε μια κλειστή σύριγγα με φραγμένο άκρο, τόσο αυξάνεται η πίεσή του. Αν πάψετε να ασκείτε πίεση το έμβολο θα εκτιναχθεί σαν «ελατήριο» γι αυτό και λέμε ότι τα αέρια έχουν ελαστικότητα. Η σχέση  που αποδίδει τον νόμο του Μπόυλ , P^.V=σταθερό, αποτελεί την πρώτη εφαρμογή των μαθηματικών σε μια  χημεία  που περνούσε από τον μυστικισμό της αλχημείας σε ένα  αυστηρό επιστημονικό υπόβαθρο .

Το Οξυγόνο το απομόνωσε ο Τζόζεφ Πρίστλυ (Joseph Priestley). Ο Πρίστλυ, ήταν Άγγλος θεολόγος, προτεστάντης κληρικός, φυσικός φιλόσοφος, χημικός, γλωσσολόγος και παιδαγωγός (!) ο οποίος δημοσίευσε περισσότερα από 150 έργα. Μιλούσε ευχερώς γαλλικά, ιταλικά, γερμανικά, ελληνικά, λατινικά, εβραϊκά, και αραβικά, ενώ σε ηλικία 70 ετών άρχισε να μαθαίνει κινέζικα (!) …Με τέτοιο βιογραφικό σίγουρα μια καλή δουλειά θα εύρισκε. Η ειρωνεία της ζωής ήταν ότι το Οξυγόνο απομονώθηκε πρώτα από τον Βίλχεμ Σέελε το 1773, αλλά δυστυχώς για τον ίδιο  η δημοσίευση για την ανακάλυψη έγινε μετά από τέσσερα χρόνια. Στο διάστημα αυτό πρόλαβε ο πολυπράγμων Πρίστλυ να δημοσιεύσει πρώτος την εργασία του για την απομόνωση του οξυγόνου. Αν σκεφτεί κανείς τους ταχύτατους ρυθμούς των νέων επιστημονικών ανακαλύψεων , θα κατανοήσει γιατί η ολιγωρία σε ανάλογα ζητήματα αποτελεί τραγικό λάθος. «Νονός» του Οξυγόνου ήταν ο επιφανής Γάλλος χημικός Λαβουασιέ (Antoine Laurent Lavoisier) το 1777 ξεκαθαρίζοντας επιστημονικά τον ρόλο του στις αντιδράσεις καύσεις.  Η ονομασία «οξυγόνο» προήλθε από τις ελληνικές λέξεις «ὀξύ» + «γεννῶ», γιατί κατά την εποχή εκείνη επικρατούσε η εσφαλμένη αντίληψη ότι τα οξέα χρειάζονται οξυγόνο για να πραγματοποιήσουν τις   αντιδράσεις διάβρωσης σε τρίτα σώματα. Δυστυχώς ο κορυφαίος αυτός χημικός είχε τραγικό τέλος κατά την ταραγμένη περίοδο της Γαλλικής επανάστασης. Πρώτον η θέση του ως διορισμένου από τον Βασιλιά ως επικεφαλής Εταιρείας για την είσπραξη  φόρων, και δεύτερο μια προεπαναστατική απόρριψη επιστημονικής εργασίας του Μαρά, ηγετικής  μορφής  των επαναστατών, ως «σύνολο ανοησιών»,  τον οδήγησαν στην φριχτή λαιμητόμο στις 8 Μαΐου του 1894. Η αίτηση χάριτος απορρίφθηκε με το εκδικητικό  σχόλιο «Η Δημοκρατία δεν έχει ανάγκη από σοφούς». Ο μαθηματικός Ζοζέφ Λουί Λαγκράνζ , φίλος του Λαβουασιέ, σχολίασε με πικρία και θλίψη τον θάνατό του: « Μια μόνο στιγμή ήταν αρκετή για να κοπεί το κεφάλι του και μάλλον ούτε ένας αιώνας δεν θα είναι αρκετός για να εμφανισθεί άλλο σαν αυτό». ⁽⁵⁾

Από τα συστατικά του αέρα, το οξυγόνο είναι το πλέον πολύτιμο, καθώς είναι απαραίτητο για την αναπνοή και τις καύσεις των θρεπτικών συστατικών μέσω των οποίων τροφοδοτείται ο οργανισμός με την απαραίτητη ενέργεια. Με την πολύτιμη συνδρομή του οξυγόνου  και μέσω ενός βιοχημικού κύκλου  παράγεται η πολύτιμη τριφωσφορική αδενοσίνη γνωστή και σαν ATP, τα μόρια της οποίας αποτελούν πολυάριθμες μικρές ενεργειακές αποθήκες του σώματος. Στη συνέχεια για κάθε αφαίρεση φωσφορικής ομάδας από το μόριο του ATP ελευθερώνεται μια μικρή ποσότητα ενέργειας. Η ενέργεια αυτή είναι αναγκαία για μια σειρά βιολογικών λειτουργιών όπως ή σύνθεση πρωτεϊνών , η κίνηση των μυών, η μετάδοση νευρικών ερεθισμάτων κλπ.  Η δέσμευση του οξυγόνου μέσω της αναπνοής γίνεται στις πνευμονικές κυψελίδες. Αν υποθέταμε ότι θα μπορούσαν οι κυψελίδες των πνευμόνων ενός ενήλικου ατόμου να απλωθούν ομοιόμορφα σε μια επίπεδη επιφάνεια, τότε θα καταλάμβαναν έκταση 80 τετραγωνικών μέτρων δηλαδή περίπου όσο ένα γήπεδο  τένις. Από την επιφάνεια αυτή περνάει ολόκληρη η ποσότητα αίματος του οργανισμού ανά λεπτό, ή και ακόμη συχνότερα όταν ασκούμε κάποια έντονη μυϊκή δραστηριότητα.

Και από τα συν στα πλην, μιας και η ζωή είναι ένα πολύχρωμο κουβάρι αντιθέσεων. Ο Πλίνιος ο Πρεσβύτερος δεν έχει και σε μεγάλη υπόληψη τον αέρα μιας και γράφει ότι φέρνει « σύννεφα, βροντές, κεραυνούς, χαλάζι, παγετό, βροχές, καταιγίδες, ανεμοστρόβιλους και τις περισσότερες ανθρώπινες συμφορές και πάλη μεταξύ των στοιχείων της Φύσης».

Είναι γνωστό ότι στην αρχαιότητα ο τόσο υποτιμητικός χαρακτηρισμός   «μίασμα» που συναντάται αυτούσιος και στην αγγλική γλώσσα (miasma) αναφέρονταν στον βλαβερό και μολυσματικό αέρα. Επίσης η λέξη μαλάρια δηλαδή ελονοσία προέρχεται από τις ιταλικές λέξεις «mala aria» δηλαδή κακός αέρας, από τον αέρα των ελών που υπήρχαν κοντά στην Ρώμη και θεωρούνταν πηγή της ελονοσίας.

Οι αμμοθύελλες αποτελούν ένα από τα πιο άγρια πρόσωπα του ανέμου.  Με τον όρο αμμοθύελλα (sandstorm) ή θύελλα κονιορτού (dust storm) χαρακτηρίζεται γενικά ο θυελλώδης άνεμος,   έντασης άνω των 8 της Κλίμακας Μποφόρ (άνω των 62 χλμ./ώρα), που μεταφέρει κόκκους άμμου. Για να χαρακτηριστεί όμως ένας θυελλώδης άνεμος ως αμμοθύελλα θα πρέπει η μεταφερόμενη άμμος και ο κονιορτός να είναι παρατηρήσιμα σε μεγάλη έκταση.  Αμμοθύελλες παρατηρούνται συχνά στην αραβική χερσόνησο και στην βόρεια Αφρική όπου υπάρχουν αχανείς έρημοι με άμμο. Στην Αίγυπτο ονομάζονται «Χαμσίν», ενώ στην Παλαιστίνη τη Συρία και τις παρασαχάριες χώρες ονομάζεται «Σιμούν». Οι ποσότητες σκόνης που μεταφέρονται σε μεγάλες αποστάσεις είναι γιγαντιαίες.  Υπολογίστηκε ότι η αμμοθύελλα του Μαρτίου του 1901  μετέφερε από τη Σαχάρα στην Ευρώπη πάνω από 1.800.000 τόνους σκόνης και άμμου.

Οι τροπικοί κυκλώνες  είναι θύελλες απίστευτης έντασης, δεδομένου ότι οι αέριες μάζες ταξιδεύουν με ταχύτητες μέχρι και 400 χιλιόμετρα την ώρα και καλύπτουν τεράστιες αποστάσεις. Η αγγλική λέξη hurricane  για την θύελλα προέρχεται από τον θεό των μάγια Huaracan, ο οποίος στις «ανάποδές» του προκαλούσε φοβερές καταιγίδες στην περιοχή. Χαρακτηριστικά αναφέρονται περιπτώσεις όπου προκαλούνται καταιγίδες με ημερήσια πτώση νερού 20 δισεκατομμυρίων τόνων (!). Ισχυρές θύελλες μπορούν να ελευθερώνουν ενέργεια ίση με την ενέργεια βομβών 20 μεγατόνων. Οι σίφωνες είναι περιστροφικοί άνεμοι που  αν και έχουν πολύ μικρότερη έκταση  από τους τυφώνες, είναι εξαιρετικά βίαιοι με ταχύτητες που μπορούν να ξεπεράσουν τα 450 χιλιόμετρα την ώρα. Το ανοδικό ρεύμα που δημιουργείται κατά την επαφή ενός σίφωνα με τη γη είναι τόσο ισχυρό που μπορεί να σηκώσει αυτοκίνητα, τροχόσπιτα και ολόκληρα κοπάδια αγελάδων! ⁽³⁾

Για τους θυελλώδες ανέμους στην θάλασσα τα τραγικά αποτελέσματα είναι γνωστά σε όλους μας. Όταν …έχει νεύρα ο Ποσειδώνας και αυτό γίνεται σχεδόν καθημερινά σε όλο τον κόσμο οι συνέπειες είναι  ναυάγια και καταστροφές με δεκάδες θύματα. Ιστορική είναι η πανωλεθρία του Πέρση Μαρδόνιου το 492 π.Χ. όταν έφτασε στο όρος Άθως όπου διαλύθηκε ο στόλος του λόγω θαλασσοταραχής και κατά τον Ηρόδοτο, οι Πέρσες έχασαν τριακόσια πλοία και είκοσι χιλιάδες άνδρες.

Θεωρώντας το οξυγόνο άξιο εκπρόσωπο του αέρα και των αερίων κλείνω την ενότητα με το εγκώμιο του, σε στίχους Ρότζερ Μακ Γκαφ. ⁽⁶⁾

 

«Είμαι ο αέρας που αναπνέεις

Η πρώτη και τελευταία αναπνοή σου

Σε καλωσόρισα όταν γεννήθηκες

Θα σε κατευοδώσω όταν πεθάνεις

Είμαι τα φιλί της ζωής

Η άμπωτη και η παλίρροια

Θα πεις τ’ όνομά μου

ΟΟΟΟΟΟΟ»

 (Το άρθρο είναι από το βιβλίο “ΑΠΟ ΜΙΚΡΟΣ ΜΙΣΟΥΣΑ ΤΗ ΧΗΜΕΙΑ – Η ΧΗΜΕΙΑ ΑΛΛΙΩΣ” του Τζιανουδάκη Λεωνίδα, εκδόσεις Carpe librum, Αθήνα 2025, και επιτρέπω την διδακτική αξιοποίησή του.)

 

Τιμητική αναφορά στο στοιχείο της ενότητας Ο (Oxygen –  Οξυγόνο): Πρόκειται για αμέταλλο στοιχείο μεγάλης δραστικότητας το οποίο αντιδρά εύκολα τόσο με τα περισσότερα μέταλλα , όσο και με αμέταλλα σχηματίζοντας οξείδια. Είναι το τρίτο σε αφθονία (κατά βάρος) χημικό στοιχείο στο Σύμπαν μετά το Υδρογόνο και το Ήλιο. Το συναντάμε στα περισσότερα μόρια γι αυτό και τα 2/3 του βάρους μας είναι οξυγόνο!  Ενώ το ατομικό οξυγόνο (Ο) είναι πολύ δραστικό, το μοριακό οξυγόνο (Ο₂)  που αποτελείται από δύο άτομα οξυγόνου ενωμένα μεταξύ τους είναι χημικά σταθερό , αποτελεί το 20% του όγκου του αέρα και είναι συστατικό ζωής για όλους τους αερόβιους οργανισμούς. Παράγεται κατά την φωτοσύνθεση από τα φυτά και καταναλώνεται κατά την αναπνοή των οργανισμών.

 

ΠΑΡΑΠΟΜΠΕΣ

1. ΤΙΜΕ LIFE H ΥΛΗ, εκδ. Λύκειος Απόλλων.
2. Ευρωπαϊκός οργανισμός Περιβάλλοντος, άρθρο Stephen Mynhardt, Ιρλανδία (ImaginAIR).
3. Ρεμπέκα Ρουπ, τα τέσσερα στοιχεία, εκδ. αβγό.
4. www.chemview.gr Διαδικτιακός ιστοχώρος χημείας.
5. WIKIPEDIA , διαδικτυακή εγκυκλοπαίδεια.
6. Βάρβογλης Αναστάσιος, η λογοτεχνία της Χημείας, εκδ. κάτοπτρο