girighetens kemi
Detta är fjärde artikeln i serien om de sju dödssyndernas
kemi: Högmod (nr 3/2013), vällust (nr 4), avund (nr 5), girighet (nr 6), frosseri, vrede och lättja. Skribenten Ulf Ellervik tar
avstamp i sin nästa bok om njutningens kemi.
Drabbad av guldfeber
[Av Ulf Ellervik, professor i bioorganisk kemi, Lunds universitet]
Guld är den enda metall i periodiska systemet som är gul. Kanske lockade det
kung Midas, stackaren. En som förstod betydligt bättre att utnyttja en av
guldets unika egenskaper var Ernest Rutherford.
K
ung Midas av Frygien kommer
för alltid att symbolisera mänsklig girighet. Dessutom verkar
det som om han hade ett, även
för gestalter i grekisk mytologi, osedvanligt dåligt omdöme.
Midas lyckades nämligen en dag fånga
satyren Silenos. Han hällde helt enkelt
vin i den källa Silenos brukade dricka från
och när satyren blivit ordentligt berusad
övermannades han. Vad som sedan hände är en smula oklart. Enligt vissa källor
förhandlade Midas direkt med Silenos
medan andra hävdar att det var med guden
Dionysos han träffade en högst olycksalig
överenskommelse.
Genom alla tider har människan fascine-
rats av guld och ingen ädelmetall är lika
eftertraktad – trots att både platina och
rodium har ungefär samma pris. Guld
skiljer sig dock från de andra metallerna
genom sin färg – det är den enda metall
i periodiska systemet som är gul. Det är
givetvis ingen slump att dödssynden girighet också förknippas med färgen gul.
Metaller har en struktur där atomkärnorna ligger ordnade medan elektronerna kan röra sig fritt. Det är just dessa, så
kallade delokaliserade, elektroner som gör
att metaller leder ström – och som gör
att metaller är glänsande och ibland har
vackra färger.
»
Allegorie der Habsucht. Flamländsk
1600-talsmålare. Olja på ek. 16,5 x 12,8 cm.
En dag steg en uppenbarligen mycket nöjd Rutherford in i
mitt rum och berättade att han nu visste hur atomen var uppbyggd
Professor Hans Geiger om upptäckten av atomkärnan
I vart fall önskade Midas att allt han
rörde vid skulle förvandlas till guld. Med
ett oroväckande leende infriade Silenos
önskningen. Midas var givetvis tvungen
att omedelbart testa sin nya förmåga och
en ekkvist och en sten förvandlades raskt
till den gula metallen i hans händer.
När han kom hem beordrade han sina
tjänare att duka fram en festmåltid men
nu blev det uppenbart att det var en förbannelse han fått och ingen gåva. Visst
förvandlades kalken han drack ur till guld
men det gjorde även vinet. När han tog en
tugga av köttet blev det oätbar metall. Midas bönade och bad om att gåvan skulle
tas tillbaka.
24
I vanliga molekyler kan elektronerna
bara anta vissa bestämda energinivåer.
Om energin i ljus, som beror på våglängden, råkar passa med skillnaden mellan
två energinivåer kan ljusets energi tas upp
i molekylen. Då försvinner ljus av denna
våglängd och ämnet uppfattas som färgat.
Ljusets energi brukar sedan omvandlas
till värme och försvinna men kan ibland
skickas ut igen i form av ljus. Om detta
sker omedelbart kallas det fluorescens.
Tar det längre tid kallas det fosforescens
och vi hittar sådana ämnen i efterlysande
skyltar vid nödutgångar.
I metaller ligger energinivåerna så tätt att
Guldskrinet för buddistiska reliker hittades
i en stupa vid Bimaran nära Jalalabad i östra Afghanistan i slutet av 1830-talet. Dateringen är satt till någon gång under de två
första århundradena av vår tideräkning.
Kemivärlden Biotech med Kemisk Tidskrift. Nr 6. Juni 2013
alla våglängder av ljuset kan tas upp, men
det skickas också omedelbart ut igen med
samma våglängd. De flesta metaller är därför blanka och silverfärgade. Vissa metalller är dock inte lika bra på att reflektera
ljus med hög energi. Blått och grönt ljus
absorberas därför och ljuset som reflekteras blir istället gult eller orange – som
guld och koppar.
Förutom sin färg är guld en förunderlig
metall som är så mjuk att den kan hamras ut till mycket tunna blad. Bladguldet,
som kan vara så tunt som en tiotusendels
millimeter, är oerhört känsligt och går
lätt sönder men med rätt teknik kan det
användas för att förgylla allt från text i en
medeltida handskriven bok till konstföremål och bakverk.
Det var en tunn folie av guld som skulle
ge oss en ledtråd till hur den alkemiska
drömmen om att göra guld slutligen skulle
kunna uppfyllas. Året var 1909 och den
brittiske forskaren Ernest Rutherford ville
utforska det inre av atomen.
Han var redan en känd forskare som
året innan fått Nobelpris i kemi för sin
upptäckt att radioaktiviteten gradvis avtar
och att den så kallade halveringstiden, den
tid det tar för radioaktiviteten att minska
till hälften, är bestämd för olika isotoper
av grundämnena. Kol-14 som används för
tidsbestämning av arkeologiska fynd har
till exempel en halveringstid på 5730 år.
1909 befann han sig i Manchester och de
verktyg han hade till sitt förfogande var
alfa-strålning och fluorescerande skärmar.
Självlysande urtavlor på gamla klockor
fungerar på precis detta vis. Siffrorna är
målade med fluorescerande färg som innehåller radium som sönderfaller och ger
ifrån sig -partiklar som, när de träffar det
fluorescerande ämnet frigör energin i form
av en liten ljusblixt som syns i mikroskop
– en effekt som kallas för scintillation. Eftersom -partiklar hela tiden frigörs lyser
klockans siffror svagt av sig själv så länge
färgen sitter kvar. Varje klocka innehåller
omkring 1 mikrogram radium vilket är i
stort sett ofarligt.
Rutherford hade kommit på en lysande
idé. Han byggde en slags skjutbana där
-partiklar avlossades från radiumbromid som stängts in i ett blystycke så att
strålningen kunde styras. -Partiklarna
sköts sedan in i ett lufttomt rör mot en
fluorescerande skärm av zinksulfid i ett
mikroskop. När ljuset sedan släcktes kunde man observera de små ljusblixtarna i
mikroskopet.
De första försöken visade att -partiklarna
flög i en helt rak bana fram mot skärmen.
I nästa steg
ville han se hur
mycket som krävdes för att stoppa strålningen så han satte ett tunt
stycke av bladguld mitt för strålningen. Bladguldet var bara några
tiotusendels millimeter tjockt vilket
dock motsvarade omkring 2 000 atomer.
Detta borde vara en ogenomtränglig barriär men till sin stora förvåning såg han
ingen förändring av strålningens intensitet. Från -partiklarnas perspektiv verkade inte guldmuren finnas alls. Om vi
skulle förstora upp guldfolien så att varje
atom skulle vara stor som en pingisboll
skulle guldfolien vara omkring åttio meter tjock. Trots det passerade alltså strålningen rakt igenom.
Rutherford drog därmed slutsatsen att ato-
men, liksom pingisbollen, till största delen
består av tomrum och att den inte alls kan
ses som en liten kompakt boll.
När han satt där i mörkret och funderade
lyste det plötsligt till alldeles ute vid kanten
av skärmen. En -partikel måste ha rikoschetterat mot något. Istället för att ignorera
den lilla blixten flyttade Rutherford mikroskopet så att det stod vinkelrätt mot strålkällan och sedan väntade han tålmodigt.
Efter ett tag syntes återigen en liten ljuspunkt. Slutligen ställde han mikroskopet
rakt bakom strålkällan och till och med
nu blixtrade det till lite då och då. Hans
kollega Hans Geiger, som senare uppfann Geigermätaren, och studenten Ernest Marsden fick sedan det otacksamma
jobbet att räkna blixtar. De räknade över
en miljon blixtar och visade att en alfapartikel på 8 000 vek av.
Nu drog Rutherford två slutsatser – kärnan i en atom är mycket liten och den
är positivt laddad. Det är bara om en
-partikel, som också är positivt laddad,
råkar träffa just kärnan som den böjs av
och eftersom nästan alla partiklar passerade igenom guldfolien måste kärnan
vara ytterst liten, i proportion till resten
av atomen.
Om vi skulle förstora upp en atom till
en luftballongs storlek skulle kärnan bara
vara stor som en ärta. Det går att skjuta
ganska många pistolskott, även genom en
mur med 2 000 sådana ballonger, utan att
träffa någon ärta - närmare bestämt skulle
bara ett skott av 8 000 träffa.
Under några korta sommarmånader 1912
hade Rutherford besök av en ung och
mycket lovande dansk fysiker, Niels Bohr.
Bohr var specialist på elektronteori och
Kemivärlden Biotech med Kemisk Tidskrift. Nr 6. Juni 2013
En tunn folie, några tiotusendels millimeter tjock, av guld, och en genialisk fysiker
gav oss en ledtråd till hur den alkemiska
drömmen om att göra guld slutligen skulle
kunna uppfyllas.
han arbetade med den nyligen utvecklade
kvantmekaniken för att förstå hur atomer
var uppbyggda.
Bohr föreslog att elektronerna bara kunde anta vissa bestämda energinivåer och
med denna modell öppnades helt nya möjligheter och den moderna kärnfysiken
kunde ta sin form. Niels Bohr fick Nobelpriset i fysik 1922 och var under 40-talet
djupt involverad i det topphemliga Manhattanprojektet som ledde fram till den
första atombomben.
Det var också under 40-talet som männis-
kan för första gången lyckades framställa
guld från andra metaller. Redan 1901 hade
Rutherford och hans kollega Frederick
Soddy, som fick Nobelpris i kemi 1921,
observerat att grundämnet torium sönderföll och bildade radium. Eftersom ett
grundämne alltså kunde omvandlas till ett
annat öppnades nya möjligheter.
Under 40-talet byggdes kärnreaktorer
för forskning inom atombombsprojektet.
I ett försök användes en reaktor som kyldes med kvicksilver, som är ett fantastiskt,
om än förfärligt miljöfarligt, kylmedium.
När kvicksilvret träffades av en neutron
omvandlades en proton och en elektron,
i en serie kärnreaktioner, till en neutron.
Eftersom en proton och en elektron försvunnit hade alltså kvicksilvret, med atomnummer 80 omvandlats till en atom med
nummer 79 – vilket är guld. Voilà!
Detta är dock långt ifrån en snabb väg
till rikedom. Att göra ett gram guld i en
kärnreaktor skulle ta ett par månader och
kosta otroliga summor – tusentals om
inte miljontals gånger mer än vad guldet
självt är värt.
Strax innan sin död, gav Rutherford ut
en bok kring sin livsgärning. Bokens titel
var The Newer Alchemist. KB
25
