Czterochlorek węgla

Meera Senthilingam

W tym tygodniu wgląd w życie stażysty w laboratorium chemicznym. A wspomina to Brian Clegg:

Brian Clegg

Pomiędzy szkołą a uniwersytetem, z nowym, błyszczącym licencjatem z chemii pod paskiem, spędziłem lato pracując w laboratorium przemysłowym. Jako najniższy z najniższych, wykonywałem te zadania, których nikt inny nie chciał wykonywać. Nasze laboratorium zajmowało się testowaniem surowców w zakładzie specjalizującym się w produkcji kwasów tłuszczowych. Najgorszą pracą było bez wątpienia bycie „zderzakiem lumpów” – przezwisko o niepewnym pochodzeniu, oznaczające wychodzenie w każdą pogodę i wspinanie się na szczyty cystern z chemikaliami w celu pobrania próbek gorącej zawartości. W najlepszym przypadku oznaczało to kontakt ze słodko pachnącym olejem z orzechów kakaowych, a w najgorszym – z cuchnącym łojem. Po tych wycieczkach sprzęt do pobierania próbek dołączał do niekończących się stosów brudnego sprzętu laboratoryjnego, za który również byłem odpowiedzialny. I tam właśnie zapoznałem się z tetrachlorkiem węgla.

W tamtych czasach tetrachlorek węgla był niemal uniwersalnym środkiem do czyszczenia laboratoriów. Plukaliśmy nim bez opamiętania, wykorzystując zdolność tego rozpuszczalnika do rozpuszczania trudnych do usunięcia substancji, takich jak oleje i tłuszcze. Teraz patrzę wstecz z pewnym przerażeniem: dziś wiemy, że czterochlorek węgla powoduje uszkodzenia układu nerwowego i organów i może być czynnikiem rakotwórczym.

Ten prosty związek atomu węgla z dołączonymi czterema atomami chloru jest przejrzystą, bezbarwną cieczą w temperaturze pokojowej i ma mocny, prawie owocowy zapach. Po raz pierwszy został wyprodukowany w 1839 roku przez Henry’ego Victora Regnaulta, prawdopodobnie bardziej znanego jako fizyka, ale wcześniej w swojej karierze był on zajętym badaczem chemii organicznej. Wziął on chloroform, który jest podobną cząsteczką z jednym atomem wodoru zamiast chloru, i poddał go reakcji z gazowym chlorem, aby uzyskać czterochlorek węgla. Dziś punktem wyjścia jest zwykle łatwo dostępny metan – CH4 – i duża ilość chloru, zwykle wytwarzanego w procesie elektrolizy słonej wody.

Na początku XX wieku czterochlorek węgla znalazł wiele zastosowań. Jako doskonały rozpuszczalnik, był on oczywistym produktem do czyszczenia na sucho. Ten dziwnie nazwany proces (jest suchy tylko w tym sensie, że nie jest w niego zaangażowana woda) jest używany do czyszczenia tkanin, które zostałyby uszkodzone przez konwencjonalne pranie. Pierwszymi środkami do czyszczenia na sucho, pochodzącymi z połowy XIX wieku, były benzyna i nafta, ale były one żenująco łatwopalne, więc zaczęto poszukiwać rozpuszczalników, które nadal spełniałyby swoje zadanie, ale nie wybuchałyby płomieniami ani nie powodowały eksplozji maszyn.

Czterochlorek węgla wydawał się idealnym wyborem. Łatwy i tani w produkcji, dobrze spełniał swoje zadanie, ale odkrycie, że był również wysoce toksyczny sprawiło, że w latach 30-tych został zastąpiony przez tetrachloroetylen (znany w handlu jako „perc” od swojej starszej nazwy perchloroetylen), który jest używany do dnia dzisiejszego, choć i on jest obecnie zastępowany ze względu na obawy o jego potencjał rakotwórczy.

Czterochlorek węgla (jak go czule nazywano w laboratorium) znalazł również zastosowanie w małych gaśnicach. Drobny aerozol zostałby odparowany przez ciepło ognia, a następnie ugasiłby pożar poprzez stłumienie reakcji spalania.

Na przeciwległym końcu spektrum temperatur pomagał wielu wczesnym lodówkom wykonywać ich pracę. Chociaż początkowo był używany jako czynnik chłodniczy, jego główna rola polegała na produkcji gazów freonowych, takich jak dichlorodifluorometan. Było to największe przemysłowe zastosowanie tetrachlorku węgla do czasu odkrycia, że takie gazy chlorofluorowęglowodorowe (lub CFC) miały poważny wpływ na warstwę ozonową.

Prawdopodobnie, co najdziwniejsze, był on również ulubieńcem kolekcjonerów znaczków. Często znak wodny na papierze jest jedynym sposobem, aby z pewnością odróżnić różne warianty znaczka, więc kolekcjonerzy znaczków zawsze byli zainteresowani sposobami uczynienia go bardziej widocznym. Obecnie prawdopodobnie używają oni specjalistycznych lamp, ale kilka kropel czterochlorku węgla było swego czasu uważane za doskonały sposób na ujawnienie znaku wodnego bez uszkodzenia papieru. Usuwał nawet ślady tłuszczu.

Dla użytkowników z początku XX wieku, czterochlorek węgla wydawał się czymś w rodzaju uniwersalnego cudu. Ale zaczęły pojawiać się pęknięcia. Wdychanie oparów powodowało u pracowników początkowo odurzenie, potem mdłości, zawroty i bóle głowy. Z czasem odkryto, że narażenie na tetrachlorek węgla powoduje uszkodzenie centralnego układu nerwowego, a wysokie dawki hamują pracę wątroby i nerek. W skrajnych przypadkach może zabić. Podejrzewa się również, że jest on czynnikiem rakotwórczym, choć nie zostało to jednoznacznie stwierdzone.

Co gorsza, tetrachlorek węgla może zostać przekształcony w fosgen po silnym podgrzaniu. Gaz ten, znany ze swojego zapachu świeżo skoszonego siana, był używany ze śmiertelnym skutkiem podczas pierwszej wojny światowej. Fosgen blokuje białka, które umożliwiają przetwarzanie tlenu przez pęcherzyki płucne w płucach, pozostawiając ofiarę bez powietrza i umierającą. Tak więc te gaśnice na tet węglowy stały się niezamierzoną bronią chemiczną. A na domiar złego, jako wspólnik niszczenia warstwy ozonowej, szkodzi naszemu środowisku, jak również naszemu zdrowiu.

Problemy te spowodowały ogromny spadek użycia tetrachlorku węgla. Jest mało prawdopodobne, aby w laboratoriach obchodzono się z nim tak swobodnie, jak kiedyś, i chociaż nadal używa się go do produkcji czynników chłodniczych, jest on w dużej mierze związkiem dnia wczorajszego. Czasy świetności tetrachlorku węgla to była inna epoka. Czas, w którym ryzyko było na drugim miejscu po nowości. A jednak prostota jego struktury i młodzieńcza bujność jego pierwotnych zastosowań oznaczają, że nie powinien być zapomniany.

Meera Senthilingam

A dzięki temu podcastowi nie będzie. To był pisarz naukowy Brian Clegg, zabierający nas do czasów, kiedy czterochlorek węgla był w rozkwicie. Teraz, w przyszłym tygodniu, kontynuujemy zaglądanie w przeszłość i kopiemy w dół, aby ujawnić brudniejszą stronę początków biotechnologii.

Lars ?hrstr?m

Kiedy myślimy o biotechnologii, myślimy o lśniących reaktorach ze stali nierdzewnej, o mężczyznach i kobietach w białych fartuchach laboratoryjnych, o pipetach, strzykawkach i komputerowo sterowanych procesach w czystych pomieszczeniach. Zwykle nie myślimy o łopatach, łajnie, zardzewiałych od moczu kotłach wielkości człowieka. Ale takie właśnie były instrumenty i odczynniki petermenów, prawdopodobnie pierwszych rządowych chemików. Te niesławne, ale dobrze zorganizowane bandy mężczyzn siały spustoszenie na XVII-wiecznych farmach, przekopując stodoły i stajnie w usankcjonowanym przez państwo poszukiwaniu ich imiennika, saletry, znanej również jako azotan potasu.

Meera Senthilingam

A żeby dowiedzieć się, jakie zastosowania azotanu potasu sprawiają, że warto go tak niszczyć, dołącz do Larsa w przyszłotygodniowej audycji Chemia w swoim żywiole. Do tego czasu, dziękuję za słuchanie. Nazywam się Meera Senthilingam.