Kemikalender året runt

I och med att den officiella invigningen av internationella kemiåret går av stapeln idag så lanseras nu också en av de västsvenska satsningarna på detsamma.

Ett samarbete mellan Chalmers, Göteborgs Universitet, Universeum och Molecular Frontiers (i samarbete med filbolaget Untamed Science) presenterar den första av filmerna som kommer att produceras för det man valt att kalla "Kemikalendern". En ny film för varje månad, olika teman, som ska illustrera så väl kemins roll i vardagen, som en del av den forskning som pågår. Först ut är temat "konst och kultur" - inte helt otippat handlar det om färger. (Kemisten i filmen är för övrigt en kollega till mig.)

Snart dags att kasta metallklumpen?

Jag skrev för länge sedan om hur man vill ändra definitionerna av SI-enheterna till att vara bestämda av värden på naturkonstanterna, så som metern idag är definierad ur det exakta värdet på ljushastigheten i vakuum. Det stora problemet med dagens SI-enheter är så klart kilot som enligt definitionen är "equal to the mass of the international prototype of the kilogram" som förvaras i Paris. Bättre hade varit att definiera kilogrammet mot en naturkonstant. I en läsvärd artikel från 2006¹ (tyvärr bakom betalvägg) redogör författarna för möjliga nya definitioner för kilogram, ampere, kelvin och mol.

We propose here that these four base units should be given new definitions linking them to exactly defined values of the Planck constant h, elementary charge e, Boltzmann constant k and Avogadro constant N_A, respectively.

I dagarna publicerades en artikel i Physical Reveiw Letters² där en grupp forskare lyckats bestämma N_A genom att tillverka en sfär av kisel och mäta dess vikt och räkna ut atomantalet i den. Det låter kanske inte så imponerande, de flesta har gjort liknande experiment i gymnasiet. Skillnaden ligger så klart i precisionen. Artikeln, som finns gratis tillgänglig som pre-print på ArXiv, är en fascinerade inblick i högprecisionsmätningar.

För att kunna göra mätningarna måste man ha en isotopiskt och kemiskt ren sfär med extremt väl känd storlek, och därtill helt utan kristalldefekter. Först tog man fram rent ²⁸Si genom att centrifugera SiF₄-gas på samma sätt som man anrikar uran genom att centrifugera UF₆. Sedan användes den rena gasen till att växa kiselkristaller som sedan formades till sfärer. Dessa sfärer är bland de rundaste föremål som någonsin tillverkats - de avviker från perfekt sfäriskhet med bara 1 del på 10 miljoner - eller annorlunda uttryckt - hade de varit stora som jordklotet hade det högsta berget varit 5 meter högt och den djupaste dalen 8 meter djup. Eftersom gitterkonstanten (avståndet mellan atomerna i kristallen) hos kisel kan mätas med röntgendiffraktion och man känner till storleken och massan hos sfärerna kan man räkna ut Avogadros tal. Resultatet är att man från två prover lyckas mäta talet till N_A = 6,022 140 78(18) x 10²³ mol^-1 vilket är en relativ onoggrannhet på 30 miljarddelar. Man skriver att det inte är riktigt tillräckligt för att ännu kunna ersätta PtIr-klumpen i Paris, men att man tror sig kunna uppnå tillräcklig noggrannhet inom "överskådlig tid".

Jag trodde faktiskt att det skulle vara så enkelt att man sedan definierad om kilot genom att t.ex säga att N_A ¹²C-atomer väger exakt 12g. Men snarare är tanken att man skall definiera mängden mol med hjälp av det uppmätta värdet på N_A och sedan definiera kilot med hjälp av Plancks konstant.

En intressant sidoeffekt av sådana definitioner med fixt värde på en konstant är att man inte mäter konstanten, utan enheten. Exempel: alla har väl då och då gjort experiment med att mäta ljushastigheten (om inte pröva choklad-mikrougnsvarianten). Men eftersom ljushastigheten är exakt 299 792 458 m/s är det egentligen inte den man mäter, utan längden på en meter. Visst låter det underligt, men tänk på det en stund... Det är alltså en helt legitim fråga att ställa sig "Hur lång är en meter?".

Referenser
¹ I. M. Mills, P. J. Mohr, et al. (2006). "Redefinition of the kilogram, ampere, kelvin and mole: a proposed approach to implementing CIPM recommendation 1 (CI-2005)." Metrologia 43: 227-246. (länk)
² Andreas, B., Y. Azuma, et al. (2011). "Determination of the Avogadro Constant by Counting the Atoms in a ²⁸Si Crystal." Physical Review Letters 106: 030801. (länk, gratis ArXiv)

Är en doktorsexamen slöseri med tid?

Det är frågan som en reporter i The Economists julspecial ställer sig i artikeln "The disposable academic" med undertiteln just "Why doing a PhD is often a waste of time". Artikeln fokuserar på det faktum att mängden examinerade doktorer har ökar lavinartat de senaste decennierna, medan mängden personer som anställs inom akademin, där en doktorsexamen i allmänhet är ett krav, inte ökad i samma grad. Hon går vidare med att presentera en lång rad data som visar att det till stor det inte är ekonomiskt försvarbart för en individ att doktorera och sedan gå vidare ut i industrin - i många fall tjänar en doktor mindre än en person med masters-examen i samma ålder.

Så varför utbildar universiteten så många doktorer om de ändå inte kommer att få jobb inom akademin? En anledning, argumenterar reportern, är att de fungerar som billig arbetskraft att hålla labb och undervisning igång. Tillsammans med post-docs, som kallas "the dark underbelly of academia", sköter doktoranderna mycket av forskningen som någon form av underbetald "slave labours". Artikeln går sedan vidare och argumenterar för att mycket av det man lär sig inom doktorandutbildningen, t.ex. "[w]riting lab reports, giving academic presentations and conducting six-month literature reviews", inte är särskilt relevant för att liv utanför akademin. Artikeln avslutas med att inom många institutioner räknas ett högt antal disputerade som en indikator på framgång, medan metriken kanske egentligen borde vara hur snabbt de får jobb och hur mycket de tjänar.

Jag tycker artikeln tar upp ett intressant problem - det finns en överproduktion av doktorer och doktorsutbildningen kanske inte alltid lär ut det som efterfrågas vare sig i industrin eller akademin - men jag tycker att den helt missar målet. Den fokuserar väldigt mycket på ekonomisk payoff, men jag har svårt att tro att det är många som ger sig efter en doktorsutbildning för pengarnas skull. I princip alla jag känner som doktorerar/at har gett sig in i det för att det är en möjlighet att fördjupa sig i något man tycker om. Om inte alltid ämnet per se så själva processen att forska, att lista ut något, att ständigt fortsätta lära sig något nytt.

"A short course in supply and demand" heter en avdelning i artikeln där det beskrivs hur doktorander underbetalas för att sköta undervisning o.s.v. Men samma rubrik kan man sätt på det faktum att att folk fortfarande verkar vilja doktorera, t.o.m i ett land som Polen, där det ibland är svårt att ens klara sig på den lilla lönen man får. Lite underligt att det missas i en liberal tidskrift som The Economist.

Det är bra att man är frank med att en stor del av dem som doktorerar inte kommer att få jobb inom akademien. Det är också bra att studenter får klart för sig att att en Dr kanske inte alltid är det som industrin efterfrågar. Men när studenter har det klart för sig, och det tror jag de flest har idag, så har jag lite förståelse för gnäll som artikelförfattaren som "slogged through a largely pointless PhD in theoretical ecology". Det kanske även behövs en liten förändring i attityd bland doktorander och deras kollegor - att det är ok att sluta om det inte är din kopp te. Det är inte mer ett misslyckande än att sluta på ett annat jobb. Jag har nämligen också svårt att förstå dem som ser doktorerandet som ett kall där man skall härdas genom lidande...

Vad tycker ni? Har ni doktorerar? Funderar ni på det? Är det överskattat och onödigt eller ger det värdefull erfarenhet för livet både inom och utom akademin?

Ett år för ett ämne med imageproblem

2011 är av FN:s generalförsamling utsett till "International Year of Chemistry". (2009 var astronomins år och 2010 var det biodiversitet på schemat, för den som eventuellt undrade.) 2011 råkar också sammanfalla med "hundraårsjubileet" av Marie Curies nobelpris i kemi, som hon tilldelades för upptäckterna och studierna av grundämnena radium och polonium.

Ett antal mål har ställts upp för året, och lyder som följer

• Increase the public appreciation and understanding of chemistry in meeting world needs;
• Encourage the interest of young people in chemistry ;
• Generate enthusiasm for the creative future of chemistry ;
• Celebrate the role of women in chemistry or major historical events in chemistry, including the centenaries of Marie Curie’s Nobel Prize and the founding of the International Association of Chemical Societies.
  

Med tanke på att kemin i även i vanliga fall har vissa imageproblem (väldigt många människor är till exempel omotiverat rädda för "kemikalier" trots att de glatt klär sig i GoreTex och aldrig skulle drömma om att tvätta håret med enbart vatten - som i sig är ett ämne med minst sagt speciella kemiska egenskaper) och året har startat med en kemisk skandal - dioxinerna i tyskt djurfoder - så kan det behövas lite imageförbättrande åtgärder. Hurvida det kommer att lyckas återstår förstås att se.

Min egen ambition är i alla fall att få till några poster här om vad kemi egentligen är bra för, och varför vi ska vara glada att den moderna kemin finns. Ämnen som kan tänkas komma under behandling är bland annat Vatten och Mat, Material och Kläder, Energi och inte minst Läkemedel. Och så kanske det blir något inlägg om varför våra politiker borde veta lite mer om naturvetenskap i allmänhet. Då kanske vi skulle slippa populistiska, tillika idiotiska krav på kemikaliefria zoner, eller koldioxidfria samhällen.

Gott nytt kemiår på er!

Länkar:
UNESCO
Kemins år 2011
Ameican Chemical Society firar kemins år