Testy!

Zanim zastosujemy jakąkolwiek metodę wykrywania niklu warto przeprowadzić jej próby na prawdziwym okazie (fragmencie) meteorytu żelaznego co do którego mamy pewność, że zawiera nikiel oraz na „neutralnej” próbce żelaza o której wiemy, że na pewno niklu nie zawiera!^[1] Taka próba pozwoli nam wychwycić pojawiające się subtelne objawy (kolory), jakie dają poniżej opisane metody. Obecność żelaza powoduje, że obserwowane barwy osadów/roztworów są często brunatne/rdzawe, co wielu eksperymentatorów interpretuje jako kolor różowoczerwony wskazujący na obecność jonów niklu. Pamiętajmy, że chcemy stwierdzić czy nasza próbka zawiera nikiel, a nie samemu się oszukiwać

  Chemia analityczna opiera się na dokładności i rzetelności, więc nie ignorujmy jej szczegółowych zaleceń i procedur.

Testy na wykrywanie niklu w meteorytach

—(tekst opracował Marek Toczydłowski – członek PTMet)^†

Przygoda z meteorytami zaczyna się często bardzo banalnie. Znajdujemy kamień, który przyciąga naszą uwagę, gdyż wygląda inaczej niż inne. Jedni z Was znajdują zielony kamień i w euforii doznają olśnienia, że to jest prawdopodobnie kamień z Wenus, a inni widząc czerwony kamień są przekonani że jego ojczyzną był Mars. Coś pokręciłem? Marsjanie są zieloni?! Wenusjanie czerwoni?! Widzę, że skoro protestujecie to pewnie odrobiliście zadania domowe i dobrze wiecie, że meteoryty mają zupełnie inne kolory i charakterystyczne dla nich cechy, a opowieści o kosmitach nie mają nic wspólnego z nauką. Być może ktoś z was bawiąc się magnesem zwrócił uwagę na to, że jakiś kamień go przyciąga, a skoro tak jest, to nie może on pochodzić z naszej planety, jeśli tak nietypowo się zachowuje. Prawda często wygląda inaczej niż byśmy chcieli, a fakty są takie, że na Ziemi są także ziemskie kamienie przyciągające magnes np. za sprawą minerału o nazwie magnetyt w swym składzie. Są jednak cechy różniące meteoryty od skał ziemskich i jeśli wasz podejrzany o pozaziemskie pochodzenie kamień stamtąd pochodzi, to obowiązkowo musi zawierać w sobie nikiel, a ściślej mówiąc żelazo niklonośne. Jego obecność w meteorytach reagujących na magnes jest jednym z warunków potrzebnych, by przypuszczać, że być może znaleźliśmy nowy meteoryt. Skoro doszliśmy do tego momentu, że nasz ,,kosmita” musi zawierać w sobie nikiel, to powinniśmy nauczyć się go wykrywać.

Istnieją różne sposoby wykrywania niklu, lecz powszechnie stosowane metody są dla poszukiwaczy meteorytów często mało przydatne z tego powodu, że testy opracowuje się raczej na potrzeby różnego rodzaju przemysłu biorąc jedynie pod uwagę skały ziemskie. Nie każdy sposób wykrywania go w kamieniach ziemskich daje takie same dobre wyniki w meteorytach, jednak warto nauczyć się pewnych ważnych cech ogólnych charakterystycznych dla jego obecności.

BEZPIECZEŃSTWO!

Zanim szczegółowo zacznę opisywać chemiczne sposoby wykrywania niklu w meteorytach, muszę uczulić wszystkich by zachowali ostrożność w posługiwaniu się odczynnikami chemicznymi, zwłaszcza gdy nigdy wcześniej nie mieli z tym do czynienia. Aby właściwie wykonywać testy nie potrzebne są ogromne ilości chemikaliów, więc starajcie się używać ich w ilościach minimalnych, co na pewno zapobiegnie ewentualnym wypadkom. Kwas azotowy jest szalenie niebezpieczny, bardzo agresywny, a jego opary są trujące!!!

  Większość substancji chemicznych należy przechowywać w butelkach ze szkła ciemnego, korkowanych szklanymi korkami ze szlifem i z trwale naklejoną etykietką zawierającą dokładny opis ich zawartości (i w miarę potrzeby z datą sporządzenia/trwałości). Preparaty zabierane w teren należy przechowywać raczej w butelkach zakręcanych i również dobrze opisanych!

Metoda I

Jedną z najbardziej elementarnych metod jest rozpuszczenie próbki w kwasie azotowym (HNO₃) i jeśli zawierała ona Ni, roztwór zabarwi się na zielono. Niestety nawet meteoryty żelazne zawierające najwięcej niklu niechętnie rozpuszczają się w kwasie azotowym, więc trudno w ten sposób uzyskać jednoznaczny wynik jego obecności. Właściwość tą wykorzystuje się raczej w minerałach zawierających nikiel w dużych ilościach (ponad 30%), a mówiąc prościej w skałach stanowiących złoża rud niklu. Sposób ten jest bardzo szybki lecz dla poszukiwacza materii pozaziemskiej zbyt mało dokładny.

Metoda II

Dimetyloglioksym (dimethylglyoxime), DMG, (synonimy: dwumetyloglioksym, diacetylodioksym, dioksym diacetylu, dwuoksym dwuacetylu) Organiczny związek chemiczny z grupy oksymów, stosowany w analizie chemicznej do wykrywania szeregu metali, stosowany jako tzw. odczynnik Czugajewa, m.in. do wykrywania jonów niklu.

wzór: (CH3)2C2(NOH)2 rozpuszczalność: alkohol etylowy – dobrze, woda – prawie w ogóle wygląd: bezbarwna substancja krystaliczna, biały proszek, higroskopijny zapach: charakterystyczny toksyczność: toksyczny, drażniący

Ocena wizualna naszego znaleziska ma ważne znaczenie dla użycia odpowiedniej metody badania i doboru właściwych odczynników chemicznych. Niezbędnym do wykonania szczegółowego testu jest środek o nazwie dimetyloglioksym (C₄H₈N₂O₂) (DMG), który w obecności niklu barwi się na kolor różowoczerwony (więcej informacji w ramce obok).

  Jeśli wstępnie stwierdzimy, że nasz obiekt bardzo słabo reaguje na magnes, możemy przypuszczać, że Ni występuje w nim w niewielkich ilościach i potrzebne będzie nam bardziej dokładne badanie. Przeprowadzenie próbki do tzw. roztworu czyli do postaci płynnej jest wtedy niezbędne by uzyskać wiarygodny wynik. Z doświadczenia wiem, że meteoryty ciężko rozpuszczają się w kwasie azotowym (HNO₃), więc zamiast niego powinniśmy użyć do rozpuszczania kwas solny (HCl).

  Kawałek z podejrzanego okazu wielkości ziarenka pieprzu rozdrabniamy np. młoteczkiem w porcelanowym moździerzu (można użyć moździerza mosiężnego lub stalowego, ale należałoby wcześniej „sprawdzić go” na zawartość niklu, robiąc w nim ślepą próbę z kawałkiem małego „ziemskiego kamyka” o którym wiemy, że nie zawiera niklu). Otrzymany proszek przenosimy do probówki. Dodajemy odrobinę kwasu solnego i kolistymi ruchami mieszamy. Ilość wlanego kwasu musi być adekwatna do ilości badanej próbki. Proszę pamiętać by kwas do probówki wlewać bardzo powoli po jej ściankach, gdyż zbyt szybkie nalewanie z góry, może spowodować pryskanie doprowadzając w efekcie do poparzenia badacza. Jeśli badany materiał słabo się rozpuszcza, można wtedy próbkę delikatnie podgrzać nad płomieniem palnika. Działanie takie spowoduje podniesienie stężenia kwasu w probówce. Próbkę należy nad palnikiem mieszać kolistymi ruchami pamiętając, że celem jest jedynie podgrzanie, a nie zagotowanie roztworu.

  Po wystudzeniu należy dodać do roztworu kilka kropel kwasu cytrynowego, a następnie dodać do niego taką samą ilość amoniaku (NH₄OH), jaka ilość płynu jest w probówce. Jeżeli w badanej próbce jest obecny nikiel to po dodaniu do niej kilku kropel alkoholowego roztworu dimetyloglioksymu roztwór nabierze ciemnoczerwonego zabarwienia. Badanie to daje dobre wyniki nawet w przypadku małych ilości Ni.

  (Dwumetyloglioksym można kupić np. w firmie AKTYN Suchy Las (koło Poznania, w drodze na Morasko); ul. Stara Droga 16; tel/fax 0-61 8117155. Specjalnie napisałem tu dwu- a nie di-, nazwa di- jest poprawna wg obowiązującej normy nomenklaturowej, ale kto lubi, jak piszą ditlenek węgla zamiast CO₂) 

Dimetyloglioksym (DMG) tworzy wyraźnie różowy kompleks z jonami niklu i palladu. Test z DMG jest bardzo wrażliwy na nikiel i może prowadzić do fałszywych alarmów z wieloma próbkami metalu. Brak różu oznacza, że metal nie pochodzi z meteorytu. Pozytywny wynik oznacza, że to może być meteoryt, ale nie musi! Pamiętajmy, że kolor ma być truskawkowo różowy, a nie rdzawo różowy!

Metoda III (meteorytoxWT^®)

Oczywiście jako poszukiwacze meteorytów zastanawiacie się czy nie ma bardziej prostych i szybkich metod do zastosowania w warunkach polowych, co zapobiegłoby niepotrzebnemu znoszeniu do domu zbyt wielu magnetycznych kamieni. Przyznam się szczerze, że z wielu testów jakie można znaleźć w Internecie, na dzień pisania tego referatu (luty 2010 rok), żaden nie nadaje się wg mnie do szybkiego zastosowania w terenie. Skłoniło mnie to do opracowania własnej recepty płynu, który działa niezwykle szybko i daje dobre wyniki. Jego przygotowanie jest łatwe nawet w domu o ile ma się potrzebne składniki.

  Do sporządzenia płynu będą nam potrzebne:

• dwie strzykawki (mogą być plastykowe) z grubymi igłami (o pojemności 10 ml, ale może być każda byle większa lub równa 5 ml), do kupienia w aptece,

• dimetyloglioksym – (CH₃)₂C₂(NOH)₂ w proszku,

• spirytus ze sklepu spożywczego (rektyfikowany ~96%) im mocniejszy tym lepszy,

• kwas azotowy(V) HNO₃, stężony (tj. 65%), można kupić w sklepie chemicznym,

• kieliszek, probówka lub mała zlewka.

Strzykawki należy na wstępie opisać. Na jednej trzeba napisać spirytus, a na drugiej kwas. Taka czynność pozwoli nam uniknąć pomyłki. Chodzi o to by stosować każdą z nich do swojego przeznaczenia. Naciągamy 5 ml (czyli pięć kresek wg podziałki na strzykawce) spirytusu i wlewamy go do kieliszka. Do spirytusu dodajemy dimetyloglioksym w ilości ok. dwóch ziaren pieprzu i kolistymi ruchami mieszamy. Jeśli wszystko się nie rozpuściło to nie ma to większego znaczenia. Naciągamy 1 ml kwasu azotowego i bardzo powoli wlewamy go do kieliszka, nalewając go po ściance kieliszka. Zbyt szybkie nalewanie spowoduje nie potrzebną gwałtowną reakcję. Po wymieszaniu składników preparat do badań mamy gotowy. Można go przelać do małej buteleczki i zabrać na wyprawę. Oczywiście buteleczka za szkła ciemnego i zakręcana. Jeśli potrzeba go więcej to wystarczy proporcjonalnie zwielokrotnić podane ilości.

  Badanie przeprowadza się w następujący sposób. Tniemy w paski o długości ok. 5 cm białą kartkę papieru. Oczyszczamy badany materiał by ukazała się nam świeża skała. Nanosimy przy pomocy papierka niewielką ilość substancji rozmazując ją jednocześnie. Odczekujemy 2–3 sekundy (najlepiej jeśli odparuje ok. połowy odczynnika na kamieniu), a następnie drugim suchym papierkiem przeciągając po kropli jakby był łopatką i badamy jaki przybierze kolor. Ważną rzeczą w posługiwaniu się kartką papieru jest to, że właściwy kolor zabarwienia należy interpretować od razu, a nie po jego wyschnięciu. Oczywiście czerwonawe zabarwienie świadczy o obecności niklu.

Wnioski

Z trzech metod jakie tutaj przedstawiłem, pierwsza raczej nie nadaje się do badania meteorytów lecz warto pamiętać, jak zachowuje się kwas azotowy w obecności niklu.

  Metoda druga jest stosunkowo trudna i powinno się ją przeprowadzać raczej w domu. Jej wadą jest to, że wymaga dobrze wentylowanych pomieszczeń z powodu toksycznych gazów powstających na skutek reakcji chemicznych. Plusem jest to, że wykrywa nawet małe ilości Ni. Jeśli szukacie słabo magnetycznych kamieni to konieczne jest, byście się jej dobrze nauczyli, trzeba jednak pamiętać, że badany materiał tracicie bezpowrotnie – metoda wymaga rozpuszczenia sporego fragmentu okazu.

  Wynalazcą trzeciej metody jestem ja, a celem jej opracowania było znalezienie odczynnika przeznaczonego głównie do identyfikacji meteorytów. Jest ona łatwa w zastosowaniu nawet w warunkach polowych i kieruję ją do wszystkich poszukiwaczy meteorytów. Sporządzenie odczynnika nie wymaga specjalnych umiejętności i wentylowanych pomieszczeń. Można ją przeprowadzić w domowej kuchni. Dodatkowym plusem jest to, że nie niszczy bezpowrotnie próbek. Badać można wszystkie meteoryty: żelazne, żelazno-kamienne i kamienne (na pewno z całej grupy H i L). Jeśli chodzi o jej czułość to przeprowadzałem test na chondrycie zwyczajnym SaU 001 (L4/5) i wynik był pozytywny. Myślę, że ta metoda poradziłaby sobie z całą grupą L, choć nie ukrywam, iż aby to uzyskać, trzeba użyć pewnej techniki, której celowo nie będę opisywał pozwalając odkryć ją Wam.

Wszystkim życzę udanych zbiorów zwłaszcza nowych polskich meteorytów i tym bardziej będzie mi miło, jeśli odkryjecie je przy pomocy mojej metody, którą nazwałem – metodą meteorytoxWT^®.

—Marek Toczydłowski

Podanymi metodami wykryjemy jedynie obecność niklu w próbce. Ile go tam jest, to już domena analizy ilościowej – inne odczynniki, sprzęt i większe wymagania.

Rozpuszczając mały fragment podejrzanego kamienia (zawierający koniecznie frakcję metaliczną) w rozcieńczonym kwasie azotowym możemy również wypróbować którąś z klasycznych metod chemii analitycznej.

  Nikiel (żelazo) dobrze rozpuszcza się w rozcieńczonym kwasie azotowym, ale jeśli proces roztwarzania przebiega powoli, odstawmy roztwór na noc. Nie spieszmy się. Dobrze przeprowadzona analiza tylko przybliży nas do chwili, w której „podejrzany” staje się „kandydatem na meteoryt”. Otrzymany roztwór należy przesączyć przez bibułę (oddzielić osad nierozpuszczalnych krzemianów) i wypróbować również metody opisane poniżej.

Metoda klasyczna (Minczewski, Marczenko 2001)

Opisując metody wykrywania niklu nie sposób nie zacytować klasycznego podręcznika chemii analitycznej: Minczewski, Marczenko, „Chemia analityczna”. Poniżej interesujący nas fragment:

Analiza kroplowa

Za Wikipedią – Analiza kroplowa

  Więcej szczegółów na Wikipedi.

„Na alergika”

Znaleźć osobę uczuloną na nikiel… wcierać i obserwować, wcierać i obserwować….

Z przychodzącej do mnie korespondencji wynika, że 100% populacji znalazców jest wy(u)czulona na nikiel – po prostu znajdują go wszędzie

Zobacz również

• Rozpoznawanie meteorytów (Meteorite identification)

• Jak rozpoznać NIE meteoryt? (How to recognize NOT a meteorite?)

Przypisy

† Fragment z listu Marka, który według mnie jest równie ciekawy, jak opis samych metod:

  (...) Zanim zabrałem się za pisanie tego tekstu, postanowiłem sprawdzić, jak ma się teoria do praktyki i okazało się, że większość testów jest opracowana na potrzeby skał ziemskich i jest zupełnie nieskuteczna w stosunku do meteorytów. Choć czasu mam naprawdę mało to tym razem zajęło mnie to na tyle mocno, że determinacja doprowadziła do opracowania odczynnika dającego dobre wyniki w szukaniu meteorytów. Postanowiłem nadać mu nazwę meteorytoxWT. Jeśli chodzi o nazwę to ostatnie dwie litery oznaczają nasze nazwiska. Uzasadnieniem oczywiście jest zapalnik z Twojej strony i reakcja łańcuchowa z Mojej. Z pewnością dopracuję go jeszcze bardziej, ale jak zwykle wymaga to czasu. Jest to na pewno pierwszy odczynnik w kraju (a może nie tylko?) opracowany wyłącznie na potrzeby rozpoznawania meteorytów. Interesuje mnie Twoja opinia na ten temat. (...)
—Marek Toczydłowski

Moja opinia? Rewelacja! Dzięki!
—Woreczko

[1]  Wbrew obiegowemu wyobrażeniu nikiel wchodzi w skład wielu przedmiotów i substancji z którymi mamy do czynienia na co dzień. Oczywiście dermatolodzy przesadzają, ale warto zapoznać się z przykładową krótką listą przedmiotów w których nikiel występuje: Alergia na nikiel. Czego unikać, mając alergię na nikiel?

Źródła (sources)

Pomoc w redagowaniu strony: Marek Toczydłowski vel MAROL (meteorytomania)

Uwagi i sugestie: filip i jacek (meteorytomania)

Minczewski Jerzy, Marczenko Zygmunt, (2001), Chemia analityczna. Postawy teoretyczne i analiza jakościowa, tom 1, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001.

Linki zewnętrzne

Test na nikiel Randy Koroteva – The DMG Test for Nickel

meteoryty.pl (Marcin Cimała, PolandMet.com) – Chemiczna metoda identyfikacji meteorytów żelaznych

YouTube – W gabinecie astronoma (In the astronomer's office): Rozpoznawanie meteorytów żelaznych (prawie domowym sposobem)

Wikipedia – Dimetyloglioksym •  Odczynnik Czugajewa •  Analiza kroplowa