Substancje amorficzne wokół nas

Jedziecie na wycieczkę szkolną autobusem. W połowie drogi dochodzi do przebicia jednej z opon. Kierowca zatrzymuje się i wymienia uszkodzoną oponę. Przyglądasz się całej operacji.

Jak wiesz, ciała stałe są zbudowane z indywiduów chemicznych, charakteryzujących się regularnym uporządkowaniem w sieci krystalicznej. Jeśli dojdzie do uszkodzenia choć jednego miejsca kryształu – cały się rozpada. Mimo przebicia, opona jednak nie uległa zupełnej destrukcji. Dlaczego?

Substancje stałe można podzielić na ciała krystaliczne i bezpostaciowe.Jony, atomy lub cząsteczki w ciele krystalicznym tworzą pewien porządek, natomiast w ciele bezpostaciowym (inaczej zwanym amorficznym) są rozmieszczone w sposób bezładny.Oznacza to, że w strukturze krystalicznej substancji amorficznej nie jest możliwe zaobserwowanie uporządkowania dalekiego zasięgu. Indywidua chemiczne tworzą tylko domeny – miejsca, w których jest możliwe takie uporządkowanie, ale nie w całej sieci krystalicznej związku. Ułożone w sposób chaotyczny jony, atomy lub cząsteczki bardziej przypominają ciecz niż ciało stałe. Dlatego podczas uszkodzenia opona nie ulega całkowitemu zniszczeniu.

***

Osoby z wadą wzroku stają przed wyborem: stylowe okulary lub soczewki kontaktowe. Wyobraź sobie jak wstajesz codziennie rano i zakładasz soczewki. Masz świadomość, że wykonane są z ciała stałego. Wychodzisz do szkoły, a tam prawie każdego dnia masz wf, więc grasz w kosza, w siatkówkę, robisz kilkadziesiąt przysiadów lub pompek. Pomyśl – gdyby soczewki kontaktowe były ciałem krystalicznym, podczas jakiegokolwiek zdarzenia mogłyby pęknąć na oku, powodując jego poważne uszkodzenie.

O początkach szkieł kontaktowych możemy mówić już w XVI wieku. Ówczesny wybitny myśliciel, Leonardo da Vinci, zaczął rozważać możliwość korygowania wzroku bezpośrednio na powierzchni oka. Niestety, wynalazek ten pozostał jedynie w fazie projektu. W tych latach, w których żył Leonardo, nie było możliwości na zrealizowanie takiego pomysłu. Jego umysł znacznie wyprzedzał swoje czasy. Dopiero sto lat później, jego koncepcja została opracowana przez Kartezjusza.

W 1820 roku, podczas badań gwiazd podwójnych i mgławic przy użyciu teleskopu, brytyjski astronom i fizyk, John Herschel, opracował metodę szlifowania soczewek szklanych. Kształtem przypominały te obecne w dzisiejszych czasach. Później, w 1889 roku, szwedzki lekarz August Müller po raz pierwszy założył soczewkę szklaną na oko ludzkie – daleką oczywiście od doskonałości. Wykonanie soczewki ze szkła było dla pacjenta bardzo nieprzyjemne z kilku powodów. Po pierwsze, była dość ciężka. Po drugie, musiała być dobierana indywidualnie do każdej osoby. Trudno również utrzymywała się na powierzchni oka i zakrywała całą gałkę oczną, przez co uniemożliwiała dostęp tlenu do oka. W 1936 roku William Feinbloom do tworzenia soczewek kontaktowych zastosował polimer PMMA – polimetakrylan metylu. Była to twarda soczewka, ale o wiele lżejsza od swojego szklanego odpowiednika. Jednak ten materiał także ograniczał dojście tlenu do rogówki, więc i te soczewki się nie przyjęły. Dalej, w 1948 roku, Kevin Tuohy opracował soczewki twarde, które przykrywały już nie całe oko, a jedynie rogówkę. Dzięki temu oko było lepiej dotlenione, a soczewka szybciej się dopasowywała do oka. Nie była jednak idealna. Dostający się kurz i inne zanieczyszczenia powodowały otarcia rogówki.

W końcu, po piętnastu latach, w roku 1963 Otto Wirchtere i Drahoslav Lim opatentowali metodę otrzymywania miękkich soczewek kontaktowych z hydrożelu o nazwie HEMA – hydroksyetylometyloetarylan. Żel był substancją amorficzną, składającą się z cząsteczek organicznych oraz od 36–75% z wody, która umożliwiała przenikanie tlenu. Dzięki zastosowaniu żelu soczewki stały się wygodniejsze i w nakładaniu, i przy noszeniu. Niestety miały słabe właściwości optyczne oraz szybko się odwadniały.

Miękkie soczewki ostatecznie zostały wprowadzone na rynek w roku 1981. Można je było nosić miesiąc bez zdejmowania. W tej chwili największą popularnością cieszą się soczewki jednodniowe, które pod wieczór każdego dnia się wyrzuca. Dzięki temu nie trzeba o nie dbać, są bardziej sterylne.

Ciała amorficzne znajdują szerokie zastosowanie w życiu codziennym. Wszystko, co nas otacza jest wykonane z tworzyw sztucznych. Łatwo je zastąpić, więc powinniśmy z nich rezygnować, ponieważ gromadzenie plastikowych śmieci jest ogromnym problemem obecnych czasów. Ciała amorficzne charakteryzują się większą trwałością mechaniczną od ciał krystalicznych i szerokim zakresem temperatury topnienia, czyli czasu od rozpoczęcia topnienia substancji do jej całkowitego stopienia. W laboratoriach chemicznych powinno się używać fartuchów laboratoryjnych wykonanych wyłącznie z bawełny, bez domieszki polimerów, które nie palą się, lecz topią, narażając nas na poważniejsze uszkodzenia ciała.