Dlaczego czujemy miedź?

To miłe pytanie, ponieważ konfrontuje bardzo powtarzalne i powszechne doświadczenie z dobrze ugruntowanym, ale pozornie sprzecznym faktem. Jak się spodziewałeś, zapach metalu nie ma nic wspólnego z faktycznym dostaniem się metalu do twojego nosa, ponieważ większość metali ma zbyt niskie ciśnienie pary w zwykłych temperaturach, aby umożliwić bezpośrednie wykrycie. W rzeczywistości charakterystyczny zapach metalu jest spowodowany przez substancje organiczne!

Skupiono się na konkretnym przypadku zapachu żelaza (artykuł o wolnym dostępie!). Istnieją co najmniej dwa sposoby, w jakie żelazo wytwarza metaliczny zapach. Po pierwsze, substancje kwasowe mogą powodować korozję żelaza i stali, uwalniając atomy fosforu i węgla obecne w metalu lub stopie. Mogą one reagować, tworząc lotne związki fosforoorganiczne, takie jak metylofosfina ($ \ ce {H3CPH2} $, które w małych stężeniach mają zapach czosnku / metalu. Z artykułu:

Metaliczny zapach „czosnku” (patrz dodatkowe informacje) produktu gazowego z kwaśnego rozpuszczania żeliwa jest zdominowany przez te organofosfiny. Zmierzyliśmy wyjątkowo niski próg zapachu dla dwóch kluczowych substancji zapachowych, metylofosfiny i dimetylofosfiny (6 i 3 ng P / m³, zapach metaliczno-czosnkowy), które w związku z tym należą do najsilniejszych znanych środków zapachowych Fosfina ($ \ ce {PH3} $) nie jest ważna dla tego zapachu, ponieważ stwierdziliśmy, że ma znacznie wyższy próg wykrywalności zapachu (> 10⁶ ng / m³). Atrybut „węglika wapnia” (lub „wapna palonego” / „cementu”) ogólnego zapachu „czosnku” jest prawdopodobnie spowodowany przez nienasycone węglowodory (alkiny, alkadieny), które są związane z dużą zawartością węgla zawartość żelaza (Tabela 1, patrz Dodatkowe informacje).

Ponadto, okazuje się, że jony $ \ ce {Fe ^ {2 +}} $ (ale nie $ \ ce {Fe ^ {3 +}} $) są zdolne do utleniania substancji obecnych w olejkach wytwarzanych przez skórę, czyli nadtlenków lipidów. Niewielka ilość jonów $ \ ce {Fe ^ {2 +}} $ jest wytwarzana, gdy żelazo wchodzi w kontakt z kwasami zawartymi w pocie. Te następnie rozkładają oleje, uwalniając mieszaninę ketonów i aldehydów z łańcuchami węglowymi o długości od 6 do 10 atomów. W szczególności większość zapachu metalu pochodzi od nienasyconego ketonu 1-okten-3-onu , który ma zapach grzybów / metali nawet w tak niskich stężeniach jako $ 1 \ \ mu g \ m ^ {- 3} $. W skrócie:

Spocona skóra powoduje korozję metalicznego żelaza, tworząc reaktywne jony $ \ ce {Fe ^ {2 +}} $, które w ciągu kilku sekund utleniają się do $ \ ce {Fe ^ {3 +}} $ jony, jednocześnie redukując i rozkładając istniejące nadtlenki lipidów skóry na nieprzyjemne węglowodory karbonylowe, które są postrzegane jako zapach metaliczny.

W informacjach pomocniczych do artykułu (również ogólnodostępnych), autorzy opisują eksperymenty przeprowadzone z innymi metalami, w tym z miedzią:

Porównanie żelaza metalicznego z innymi metalami (miedź, mosiądz, cynk itp.): Gdy stała miedź lub mosiądz (stop miedź-cynk) stykały się ze skórą zamiast żelazo, podobny metaliczny zapach i wzór pików GC węglowodorów karbonylowych został wytworzony i do jednego μmola / dm² jednowartościowego jonu miedziawego [$ \ ce {Cu +} $] wykryto jako produkt korozji (rysunki pomocnicze od S3 do S6) . Cynk, metal, który tworzy $ \ ce {Zn ^ {2 +}} $, ale nie stabilny $ \ ce {Zn +} $, wahał się, czy tworzyć metaliczny zapach, z wyjątkiem bardzo silnego tarcia metalu o skórę (co może metastabilny monowalentny $ \ ce {Zn +} $). Zastosowanie typowych testów kolorystycznych w celu zademonstrowania bezpośrednio na ludzkiej skórze dłoni obecności jonów o niskiej wartościowości (żelazawych i miedzianych) pochodzących z korozji stopów żelaza, miedzi i mosiądzu pokazano na rysunku pomocniczym S6. Proszek tlenku glinu wcierany w skórę nie wydzielał znaczących zapachów. Wyniki te dostarczają dodatkowych dowodów na to, że to nie parowanie metalu, ale redukcja nadtlenku lipidów w skórze i rozkład przez jony metali o niskiej wartościowości wytwarzają substancje zapachowe.

Ostatnie akapity artykułu podsumowują ustalenia:

Podsumowując : 1) Typowy „stęchły” metaliczny zapach metalicznego żelaza dotykającego skóry (naskórka) jest wywoływany przez lotne związki karbonylowe (aldehydy, ketony) wytwarzane w reakcji nadtlenków skóry z jonami żelaza ($ \ ce {Fe ^ {2+} } $), które powstają w wyniku korozji żelaza za pośrednictwem potu. $ \ ce {Fe ^ {2 +}} jony zawierające metalowe powierzchnie, rdzę, wodę pitną, krew itp., ale także miedź i mosiądz, powodują podobny zapach w kontakcie ze skórą. Zdolność człowieka do wykrywania tego zapachu jest prawdopodobnie wynikiem ewolucyjnie rozwiniętej, ale w dużej mierze uśpionej zdolności do wąchania krwi („zapach krwi”).

2) Metaliczny zapach fosforu i w żeliwie i stali o wysokiej zawartości węgla, które są atakowane przez kwas, dominują lotne fosfiny organiczne. Korodujące żeliwo jest środowiskowym źródłem związków C – P, co może prowadzić do nieporozumień w weryfikacji i monitorowaniu Konwencji o zakazie broni chemicznej (patrz także odniesienie [15])

Na marginesie, może to być powód, dla którego czasami ludzie zalecają usuwanie silnych zapachów z rąk poprzez pocieranie ich o metalowy przedmiot. Chociaż prawdopodobnie nie działa to w przypadku niektórych metali i niektórych śmierdzących związków, jest możliwe, że metal katalizuje rozkład substancji o nieprzyjemnym zapachu na mniej pachnące.

Możesz przeczytać trochę więcej w tym artykule prasowym na temat badania.

Komentarze

• Ale krew smakuje jak czyste metaliczne żelazo ' smakuje ' – jak to następnie wyjaśnić?
• @LievenB Kolejne dobre pytanie, które według mnie może się w końcu pojawić. Nie ' naprawdę nie wiem. Być może kationy żelaza we krwi mogą również katalizować tworzenie się związków organicznych o metalicznym zapachu lipidów lub innych substancji obecnych we krwi i ustach. Smak pochodzi głównie z zapachu, a nie smaku (co jest dziwne).
• Ja ' znalazłem ten bardzo interesujący link: phys.org/news80405535.html i ja ' zgaduję, że ' jest tak samo z innymi metalami takich jak miedź, …
• @LievenB Okazuje się, że papier Angewandte Chemie dotknął zapachu krwi. Ponadto nie ' nie polecam zbytniego ufania linkowi phys.org. Na przykład wspomina, że jony żelaza mają dziwny ładunek ujemny.
• Zapach jest skojarzony: czujemy " słodki " żywność nie z cukru, ale z lotnych związków, które powstają, gdy cukier rozkłada się pod wpływem ciepła. Myślimy, że pachnie słodko tylko dlatego, że doświadczyliśmy zapachu połączonego z degustacją cukru (wciąż jest jeszcze dużo nierozłożonego cukru).