1C0VX5ÄCVJ XX
Tg IV-
ČASOPIS ZA VAKUUMSKO ZNANOST, TEHNIKO IN T€HNOLOGIJ€, VAKUUMSKO		
METALURGIJO, TANKC PLASTI,	_ roj	POVRŠIN« IN FIZIKO PLAZMC

LJUBLJANA, OKTOBER 2001
LETNIK 21, ŠT. 3 2001
ISSN 0351-9716
UDH 533.5.6£:539.£:669-98£
SCAN d.o.o. zastopniško servisno podjetje Breg ob Kokri 7, 4205 Preddvor, Slovenija Tel.: 04 27 50 200, Fax: 04 27 50 540,
Vacuum is nothing,
Advanced digital total pressure gauges for the entire vacuum range
C»'
1 DigiLine
►	Digital signals - reliable data transmission
►	No signal conversions required
►	Simple calibration
►	Low cost cabeling
The modular pumping station will fit your application
TurboCube
►	Easy adaptation to your vacuum process
►	No additional control necessary
►	Integration in Profibus control
PFEIFFER VACUUM
Pfeiffer Vacuum Austria GmbH Phone +43 (0) 1 8941 704 • Fax +43 (0) 1 8941 707 • office<3)pfeiffer-vacuum.at • www.pfeiffer-vacuum.at
SCAN d.o.o. Slowenija Phone +386 (0) 4-27 50 200 Fax +386 (0) 4-27 50 540 • scan@siol.net • www.scan.si
pfeife*
VACUUM
VSEBINA
□	Vakuum v vesolju (M. Čekada)
□	Umetni kolčni sklepi kovina/kovina (I. Milošev, V. Pišot)
□	Plazemska sterilizacija (M. Mozetič, T. Mozetič, P. Panjan)
□	Zgodovina raziskovanja tekočih kristalov (S. Južnič)
□	NASVETI - Vakuumsko prijemanje in transport predmetov (J. Gasperič)
□	DRUŠTVENA NOVICA
Obvestilo
Naročnike Vakuumista prosimo, da čim prej poravnate naročnino za leto 2001.
Cena štirih številk, kolikor jih bo izšlo v letu, je 3000,00 tolarjev.
SPONZORJI VAKUUMISTA:
Ministrstvo za šolstvo, znanost in šport, Urad za znanost Ministrstvo za šolstvo, znanost in šport, Urad za šolstvo PFEIFFER Vacuum Austria GmbH
□	VAKUUMIST
□	Izdaja Društvo za vakuumsko tehniko Slovenije
□	Glavni in odgovorni urednik: dr. Peter Panjan
□	Uredniški odbor: mag. Andrej Demšar, dr. Jože Gasperič (urednik za področje vakuumske tehnike in sistemov), dr Bojan Jenko, dr Monika Jenko (urednica za področje vakuumske metalurgije), dr Stanislav Južnič, dr. Janez Kovač, dr. Ingrid Milošev.
dr Miran Mozetič, dr. Vinko Nemanič. mag. Miha Čekada, dr. Boris Orel, mag. Andrej Pregelj, mag. Janez Šetina in dr. Anton Zalar
□	Lektor: dr. Jože Gasperič
□	Korektor: mag. Miha Čekada
□	Naslov: Uredništvo Vakuumista. Društvo za vakuumsko tehniko Slovenije. Teslova 30.1000 Ljubljana, tel. (01) 477 66 00
□	Elektronska pošta: DVTS.group@guest.arnes si
□	Domača stran DVTS: http://www2.arnes.si/guest/ljdvts/index.htm
C	Številka žiro računa Društvo za vakuumsko tehniko Slovenije, 50101-678-52240
□	Oblikovanje naslovne strani: Ignac Kofoi D	Grafična obdelava teksta: Jana Strušnik
□	Tisk: Littera picta, d.o.o.. Rožna dolina, c. IV/32-36,1000 Ljubljana
□	Naklada 400 izvodov
VAKUUM V VESOLJU
Miha Čekada, Institut »Jožef Stefan«, Jamova 39, 1000 Ljubljana
Vacuum in the universe ABSTRACT
In this paper, vacuum environment in the universe is described. All planets in the Solar system including some satellites have an atmosphere, although some of them are in the range of extremely high vacuum The solar wind is the extension of the solar atmosphere into the interplanetary space The comets get their typical form by interaction with the solar wind. Interstellar gas clouds, better known as nebulae are also described.
POVZETEK
V	članku so opisane razmere v vakuumskem okolju vesolja. Vsi planeti v Osončju ter nekaj satelitov imajo atmosfero, vendar je pri nekaterih tlak v področju ekstremno visokega vakuuma. Sončeva atmosfera prehaja v medplanetarni prostor v obliki sončevega vetra.
V	interakciji z le-tem dobijo kometi značilno obliko. Opisani so tudi oblaki medzvezdenga plina • značilne meglice
1 Uvod
Če bi preprostega človeka povprašali po vakuumu -praznem prostoru, bi verjetno najprej pomislil na vesolje in si pred očmi predstavljal astronavta v skafandru. Toda po drugi strani bi marsikateri strokovnjak s področja vakuumske tehnike le skomignil z rameni, ko bi ga vprašali po karakteristikah vakuuma v vesolju. Čeprav gre, fizikalno gledano, za podobne razmere kot v laboratorijskih vakuumskih sistemih, pa je praktično tako oddaljeno od našega delovnega okolja. Namen tega prispevka je orisati razmere v vesolju s perspektive vakuumske znanosti in tehnike.
Pri tem opisu pa naletimo na težavo, ker se astronomija v precejšnji meri zadovolji s kvalitativnim opisom, saj za kvantitativne meritve pogosto nima niti možnosti. In-situ meritev skoraj ne pozna (izjema so avtomatske sonde, ki so vstopile v atmosfero drugih planetov ali merile karakteristike medplanetarega prostora), zato smo večinoma omejeni na analizo elektromagnetnega valovanja. Tudi za laboratorijske metode velja, da je, denimo, prisotnost neke spojine enostavno potrditi, njeno koncentracijo pa precej težje (npr. AES, EDS, XPS itd.). Zato značilni prispevek iz astronomske revije ali knjige dobro opiše dinamiko nekega procesa, zelo skop pa je s konkretnimi vrednostmi. Različni viri pogosto navajajo različne vrednosti. Pri tako težko merljivi količini, kot je tlak, pogosto navajajo le red velikosti, pa še tam so lahko razlike. Tudi v tem članku so mnoge vrednosti zelo približne, neredko so negotove za cel velikostni red, toda vseeno nam bodo ti podatki dali nek vpogled v vakuum v vesolju.
Večkrat pride do nejasnosti ob uporabi pojma gostota. Zato v tem prispevku uporabljam pojma masna gostota (enota g/cm3) in številska gostota (enota cm-3). Kadar navajam številsko gostoto nekega plina, so v vrednosti vključeni prispevki vseh delcev (atomov, ionov in molekul), razen kjer je to posebej navedeno. Pojem številska gostota uporabljam tudi za prašne delce.
2 Atmosfere planetov in satelitov
Planete delimo v dve veliki skupini: plinaste, imenovane tudi planeti velikani (Jupiter, Saturn, Uran in Neptun), ter kamnite (Merkur, Venera, Zemlja in Mars). Deveti planet, Pluton, po svojih značilnostih bolj spada med mala telesa Osončja, kot so asteroidi in kometi.
Plinasti planeti nimajo trdne površine, zato ni jasne meje med notranjostjo planeta in njegovo atmosfero. Ponavadi se za »rob« planeta določi izobaro 1 bar, za katero se tudi navajajo značilni podatki (temperatura, kemijska sestava itd.). Vsi štirje planeti so sestavljeni v glavnem iz vodika in helija, preostalih plinov je le za nekaj odstotkov (CH4, NH3. H2O). Tam so tudi aerosoli teh plinov in njihovih derivatov.
Pri vseh manjših telesih Osončja (kamniti planeti, sateliti) je odločilen parameter za obstoj atmosfere polmer. Ubežna hitrost je namreč inverzno odvisna od kvadratnega korena polmera telesa. Zato v grobem velja, da imajo večji planeti gostejše atmosfere od manjših, ki so po velikosti primerljivi z večjimi sateliti. Seveda igra pomembno vlogo tudi temperatura oz. oddaljenost od Sonca. Najgostejšo atmosfero ima Venera, kjer je tlak na površini okrog 90 barov, zaradi izrazitega efekta tople grede pa je temperatura čez 450 °C. Poglavitni vzrok za to je СОг. ki zavzema 96 volumskih odstotkov atmosfere. Poleg Venere in Zemlje ima stabilno, gosto atmosfero še Saturnov satelit Titan. Tlak na površini je 1,6 bar, atmosfero pa v glavnem sestavlja dušik in v manjši meri metan ter drugi ogljikovodiki.
Pri treh telesih v Osončju se tlak sezonsko spreminja, saj plin z atmosfere deloma kondenzira v hladnem delu leta (»jeseni«) in sublimira »spomladi«. Najbolj znan primer je Mars, kjer tlak niha med 6 in 9 mbar. Atmosfera je pretežno iz CO2 in je v ravnovesju s polarnimi kapami, ki jih v glavnem sestavlja trden CO2 (suhi led). Na podoben način se spreminja atmosfera še na Plutonu in Neptunovem satelitu Tritonu. Glavna sestavina Plutonove in Tritonove atmosfere je dušik z nekaj odstotki metana. Sestava njune površine je podobna sestavi atmosfere, toda v trdnem stanju. Površina in atmosfera sta v ravnovesju.
Na Jupitrovem satelitu lo se redka atmosfera popol-njuje s stalnimi vulkanskimi izbruhi SO2. Kot posebno zanimivost, ki še ni v celoti pojasnjena, omenimo redek oblak plazme, ki obdaja Jupiter okoli tirnice satelita lo. Zaradi močnega Jupitrovega magnetnega polja, ki ujame nabite delce s Sonca, je v področju Ijinega tira precejšnja gostota nabitih delcev. Le ti trkajo s površino satelita in razpršujejo njegovo površino (hitrost razprševanja: 1000 kg/s). Malce šaljivo bi lahko rekli, da imamo opraviti z magnetronskim razprševa-njem, kjer je Sonce izvir, Jupiter magnet, lo pa tarča.
Na koncu se pomudimo še pri Luni. Razširjena trditev, da je brez atmosfere, ne drži popolnoma, saj zaradi vpliva sončevega vetra (glej poglavje 3) in razplinjanja kamnin nekaj malega plinov le obdaja Luno. Ti so - v približno enakih razmerjih - vodik, helij, neon in argon.
Treba pa je poudariti, da na Luni ni atmosfere v pravem pomenu besede, ker je ubežna hitrost premajhna. Dejansko gre za počasen pretok plinov iz notranjosti Lune v medplanetarni prostor, kjer se plin delno kopiči ob površini. Tlak je na področju ekstremno visokega vakuuma (10"12 mbar), številska gostota okrog 105 cm*3, masa celotne atmosfere pa le nekaj deset ton. Podobno »atmosfero« ima tudi Merkur in nekateri Jupitrovi sateliti (Evropa, Ganimed, Kalisto).
Vse štiri planete velikane obkrožajo obroči (najbolj znan je seveda Saturnov), ki pa so sestavljeni iz kosov velikosti nekaj centimetrov do nekaj metrov, zato obroči ne spadajo v okvir tega članka.
3 Sonce in sončev veter
Sonce je plinasto telo, zato nima prave površine. »Rob« Sonca definiramo z optično prepustnostjo: sončeva atmosfera je prepustna za vidno svetlobo, notranjost pa ne. Mejno področje je relativno tanko, saj je debelo le 500 km (Sončev polmer je 696.000 km), zato vidimo skozi teleskop Sončev rob zelo ostro. To področje imenujemo fotosfera, njen spodnji rob pa je privzet kot polmer Sonca. Vidna svetloba s Sonca torej izvira iz fotosfere. Pogosto citirana »temperatura Sonca« je z uporabo Štefanovega zakona izračunana za sredino fotosfere in je 5770 K. Tlak fotosfere je velikostnega reda 10 - 100 mbar, odvisno od višine. (Kot zanimivost omenimo razmere v središču Sonca: temperatura 1,6 107 K, tlak 2,5-1011 bar, masna gostota 160 g/cm3.)
Nad fotosfero je okrog 2000 km debela kromosfera. Njen prispevek k izsevu vidne svetlobe je za štiri velikostne razrede nižji od izseva fotosfere. V kromosferi temperatura raste z višino (od 4500 do 25.000 K), tlak pa pada od 10*2 do 10*3 mbar. Na vrhu kromosfere temperatura močno naraste (v nekaj sto kilometrih za dva reda velikosti), kar ustreza prehodu v korono. Le-to dobro vidimo ob popolnem sončevem mrku, kjer obdaja prekrito Sončevo ploskev. Korona je precej homogena in zvezno prehaja v medplanetarni prostor. Tlak na spodnjem robu korone je 10 4 mbar. na razdalji enega Sončevega polmera od površine pa še vedno 10 6 mbar. Temperatura korone je nekaj milijonov kelvinov.
Koronalna plazma se razprostira v medplanetarni prostor. Tok nabitih delcev - pretežno so to vodikova in helijeva jedra - imenujemo sončev veter. Hitrost sončevega vetra raste z oddaljenostjo od Sonca in približno pri Zemljinem tiru doseže končno vrednost okrog 400 km/s. To pospeševanje je posledica interakcije s Sončevim magnetnim poljem. Na razdalji Zemlje je številska gostota sončevega vetra 5-10 protonov cm*3, medtem ko je številska gostota ozadja nevtralnega vodika za velikostni red nižja.
Pomembna je interakcija med sončevim vetrom in objektom v Osončju, npr. planetom, satelitom ali kometom. Odločilna sta dva dejavnika: lastno magnetno polje objekta in njegova atmosfera. Če ima planet lastno magnetno polje (Zemlja, planeti velikani), le-to odkloni sončev veter. Pride do udarnega vala, analogno letu nadzvočnega izstrelka. Če planet nima lastnega magnetnega polja (npr. Venera), sončev veter odklanja gosta ionosfera, ki nastane zaradi trkov nabitih delcev z zgornjimi plastmi atmosfere. Pri kometih, ki prav tako nimajo lastnega magnetnega polja, ravno interakcija sončevega vetra s komo (atmosfero kome-
ta) povzroči nastanek ionskega repa (glej poglavje 4). Pri telesih brez magnetnega polja in brez atmosfere (npr. Luna) ni nobene prave interakcije med sončevim vetrom in telesom: na dnevni strani obstreljevanje z ioni, na nočni pa senca - brez sončevega vetra.
4 Kometi in medplanetarni prostor
Kometi so sestavllljeni iz treh delov (glej sliko 2). Osnova je trdno jedro iz pomešanega ledu in prahu, premer jedra pa je le nekaj kilometrov. Ko se komet približa Soncu, se površina jedra segreje. Na oddaljenosti o-krog 3 AE (AE - astronomska enota je razdalja med Zemljo in Soncem, tj. 1.5-108 km) začne s površine izparevati material, pri čemer je hitrost izparevanja med 10 in 10.000 kg/s, pri Halleyjevem kometu celo do 50.000 kg/s. Okoli jedra se oblikuje oblak izparjenega materiala, imenovan koma. Premer kome je do milijon kilometrov (razdalja med Zemljo in Luno je 384.000 km). Kemijska sestava kome Halleyjevega kometa je naslednja: 80% H2O, 10% CO, 3,5% CO2, preostanek pa so različne organske molekule (formaldehid, metanol ipd.). Zaradi interakcije s sončevim vetrom ima koma zelo zapleteno strukturo. Številska gostota kome je med 104 in 106 cnr3.
Iz kome se razteza rep kometa, katerega dolžina lahko presega 1 AE. Repa sta dejansko dva: eden je vedno obrnjen stran od Sonca in ga imenujemo ionski rep, drugi pa je nekoliko ukrivljen in ga imenujemo prašni rep. Fizikalna osnova te delitve so sile, ki delujejo na izparjeni material. Pri večjih prašnih delcih prevladuje gravitacija, pri manjših (meja je pri premeru 200 nm) in pri plinu pa prevladuje sevalni tlak. Stvar še dodatno zakomplicira udarni val. ki nastane zaradi interakcije delno ionizirane kome s sončevim vetrom in magnetnim poljem Sonca. Značilni premer prašnih delcev je pod mikrometrom, njihova številska gostota pa je velikostnega reda 10-7 cnr3, medtem ko je številska gostota ionov v ionskem repu okrog 2 cnr3 (računano na razdaljo 106 km od jedra). Za značilno številsko gostoto kometnega repa se sicer navaja vrednosti nekaj deset delcev (atomov, molekul, ionov) na cm3. Tolikokrat občudovani kometni rep je torej redkejši od najboljšega vakuuma, pripravljenega v laboratoriju.
Material, ki izpari iz kometov, se počasi razleze po tirnici matičnega telesa. Nastane razpršen obroč okoli Sonca, imenujemo ga meteoroidno vlakno, ki ga zaradi zelo majhne gostote ne vidimo več. Pač pa nanj sklepamo posredno po večji aktivnosti meteorjev (utrinkov), ko Zemlja seka meteoroidno vlakno. Iz opazovanja meteorjev se da izračunati masno gostoto prašnih delcev, in sicer je velikostnega reda 10 24 g/cm3. Preostali medplanetarni prostor pa je še za dva velikostna reda redkejši, s številsko gostoto reda 1012 cm*3. To vrednost so potrdili z opazovanjem zodiakalne svetlobe, to je šibkega soja okrog Sonca, ki ga pripišemo sipanju na prašnih delcih. Iz opazovanja zodiakalne svetlobe lahko ocenimo parametre medpla-netarnega prahu, na plin pa lahko le sklepamo, njegovo številsko gostoto se ocenjuje na 1 cnr3.
Kot zanimivost omenimo še Oblake Kordiljevskega. Iz mehanike dobro poznan problem treh teles nima splošne analitične rešitve, pač pa obstaja nekaj stabilnih konfiguracij. Ena od njih so t.i. Langrangeove točke U in L5, kjer tvorijo tri telesa enakostranični trikotnik v
ravnini gibanja. Če v eno točko postavimo Zemljo, v drugo pa Luno, sta v ravnini vrtenja Lune dve točki, ki z zveznico Zemlja-Luna tvorita enakostranični trikotnik. Gledano z Zemlje sta 60° desno od Lune ter 60° levo od nje gravitacijsko stabilni točki. Na teh točkah so dejansko odkrili med 100 in 10.000-krat večjo koncentracijo medplanetarnega prahu. Po odkritelju nosijo ime Oblaki Kordiljevskega.
5 Medzvezni prostor
Medzvezdno materijo lahko opazujemo le posredno, predvsem iz sipanja svetlobe na poti od izvira (zvezde) do opazovalca. Do večjega dela absorpcije pride na trdnih delcih - medzvezdnem prahu, čeprav zavzemajo le odstotek medzvezdne mase (večina mase med-zvezdne snovi se nahaja v obliki plina). Iz razlike v spektrih podobnih, a različno oddaljenih objektov lahko izračunamo ekstinkcijske krivulje, ki so dejansko absorpcijski spektri medzvezdne snovi. Tako so potrdili prisotnost kemijskih vezi C-C (grafit) v ultravijoličnem delu spektra ter Si-0 (razni silikati), C-C in C-H v infrardečem. Slednje pripisujejo organskim molekulam s skupnim imenom policiklični aromatski ogljikovodiki (PAH). Medzvezdni prah torej sestavljajo zrna grafita, silikatov in ogljikovodikov Njihov premer ocenjujejo na 0,25 /jm in manj. Številska gostota med-zveznega prahu je ocenjena na 10"13 cm'3, v meglicah pa naraste za vsega nekaj velikostnih razredov, tja do 10"9 cm*3.
Medzvezdni plin sestavlja pretežno vodik (70%), in sicer v treh stanjih: nevtralni atomski vodik (H I)1, ionizirani vodik - proton (H II) in molekularni vodik (H2); preostali plin je v glavnem helij. Skupaj so opazili čez 50 različnih molekul, od preprostih dvoatomnih (CO,
-5
o 5
15 ~
20
OH, CH) do organskih verig, vendar je vseh skupaj manj kot odstotek medzvezdnega plina. Opazovanje HI je zelo težavno, saj se večinoma nahaja v osnovnem stanju in do emisije ne more priti. Tudi z opazovanjem absorpcije so težave. Edino uporabno orodje je merjenje radijske črte pri 21 cm kot posledice spremembe spina med paralelnim in antiparalelnim stanjem. Tako so grobo določili parametre t. i. difuznih H I oblakov: temperatura 30 - 80 K, številska gostota 100 800 cnr3 in masa 1-100 Sončevih mas. Obstajajo tudi t. i. molekularni oblaki, v katerih prevladuje H2, tam pa lahko številska gostota doseže tudi 109 crrr3. V astronomiji dobro poznane meglice so torej v najboljšem primeru še vedno ultra visoki vakuum. Medzvezdni prostor daleč od meglic pa je še precej redkejši. Številska gostota vodika v spiralnih krakih naše Galaksije je ocenjena na 0,1 - 0,7 cm-3, med spiralnimi kraki pa je še en velikostni red nižja.
Na koncu poglejmo še medgalaktični prostor. Po danes dostopnih podatkih je medgalaktični prostor prazen. Na to sklepamo, ker ni absorpcije svetlobe s kvazarjev. Meritve nam dajo le zgornjo mejo za številsko gostoto medgalaktičnega prostora, in sicer 3-10"11 cnr3 za vodik (povprečna razdalja med atomi je 30 metrov) ter 10*15 cm'3 za prašne delce. Te vrednosti slonijo na nekaj nezanesljivih predpostavkah, odvisne pa so tudi od uporabljenega kozmološkega modela.
/udarni val
Slika 2: Poenostavljena sestava kometa: 1: jedro;
2-5: koma (2: ledeni halo, 3: prah; 4: vidna koma; 5: vodikova korona)
laboratorij
-5 -10 -15 log p [mbarj
Slika 1: Pretvorba med tremi osnovnimi parametri vakuuma: tlakom (p), številsko gostoto atomov (n) in povprečno prosto potjo (I). Zaradi jasnosti so napisane standardne enote, ki se uporabljajo v vakuumski tehniki. Na dnu so označena tudi področja visokega (W), ultra visokega (UW) in ekstremno visokega vakuuma (EW) ter najnižji vakuum, dosežen v laboratoriju. Diagram je izračunan za vodik pri 300 K.
1 V astrofiziki se stopnja lonizacije označuje z rimskimištevilkami.
začenši z osnovnim stanjem. Tako je npr He I oznaka za nevtralni helij. He II enkrat ionizirani helij.
6 Sklep
V prispevku smo preleteli značilnosti planetnih atmosfer in medplanetarnega ter medzvezdnega prostora. V prihodnji številki Vakuumista pa bomo natančneje opisali Zemljino atmosfero in nekatere pojave v njej.
Literatura
Astronomija je ena tistih znanosti, kjer lahko en sam eksperiment zasenči vse prejšnje znanje o neki temi. To je najbolj izrazito pri raziskovanju Osončja, kjer je »eksperiment«« dejansko sonda, poslana k drugemu planetu, kometu ipd. O Neptunu, denimo, je bilo pred
obiskom sonde Voyager 2 leta 1986 znanih le nekaj osnovnih podatkov, tedaj pa se je znanje podeseterilo. Zato je treba biti pri branju literature zelo previden pri datumu izdaje. Še najbolj zanesljiv vir je internet, kjer se znanje sproti popolnjuje.
Za iskanje predlagam Nasin portal http://sse.jpl.nasa.gov/features/planets/planetsteat.html, od koder je vrsta povezav na sorodne strani. Tabelarični podatki so zbrani na http://nssdc.gsfs.nasa.gov/planetary/planettact.html, medtem ko je na strani
http://www.jpl.nasa.gov/missions/missions_index.html
ureditev po sondah. Večina novejših podatkov v tem članku je bila dobljena z naslednjimi sondami (ustrezne povezave s prejšnjega naslova): Galileo, Voyager 1&2, Ulysses in Giotto.
Tiskani viri:
Bradley W. Caroll. Dale A. Ostlie. An Introduction to Modern Astrophysics, Addison-Wesley. Reading, 1996
Martin Harwitt, Astrophysical concepts. Second Edition. Springer-Verlag, New York. 1988
T. Encrenaz. J.-P. Bibring, The Solar System. Springer-Verlag, 1995
Humboldt-Astronomie-Lexikon, Humboldt, München, 1990
Vladis Vujnovič. Astronomija 1 / 2. Školska knjiga, Zagreb. 1989/90
Mihaela Triglav. Meteorji. DMFA. Ljubljana. 2000
Tabela 1: Osnovni podatki o atmosferah planetov in nekaterih satelitov. Ker planeti velikani nimajo trdne površine, tlak ni napisan.
planet/satelit	tlak [mbar]	povprečna temperatura [K]	sestava
Planeti			
Merkur	io-13	440	02, Na, H2, He
Venera	92.000	737	CO2 96%, N2 3%
Zemlja	1014	288	N2 78%, Ог21%, Ar 1%
Mars	6	210	CO2 95%, N2 3%, Ar 2%
Jupiter	-	165	H2 90%, He 10%
Saturn	-	134	H2 96%, He 3%
Uran	-	76	H2 82%, He 15%, CH4 2%
Neptun	—	72	H2 80%, He 19%, CH4 1%
Pluton	3 10"3	50	CH4, N2
Sateliti			
Luna (Zemlja)	10-12	250	He, Ne. H2, Ar
lo (Jupiter)		135	SO2
Titan (Saturn)	1600	94	N2, CH4
Triton (Neptun)	1,5-10"2	38	N2, CH4
UMETNI KOLČNI SKLEPI KOVINA/KOVINA
Ingrid Milošev12, Venčeslav Pišot2
1	Institut »Jožef Stefan«, Odsek za fizikalno in organsko kemijo, Jamova 39, 1001 Ljubljana
2	Ortopedska bolnišnica Valdoltra, Jadranska c. 31, 6280 Ankaran
Metal on Metal HIP Prostheses ABSTRACT
Total hip replacements (THR) which have been used in the last three decades in orthopaedics are made almost exclusively from metal femoral stem and polyethylene acetabular cup. The lifetime of THR is affected by a number of factors among which the most important is the process of aseptic loosening. It is primarily related to the wear of polyethylene cup. In order to avoid such a wear process today there is a revival of interest in THR designs including metal femoral stem and metal cup. In the paper some main characteristics of these implants are discussed.
POVZETEK
V zadnjih treh desetletjih so se v ortopediji skoraj izključno uporabljali umetni kolčni sklepi, izdelani iz kovinskega femoralnega debla in polietilenske acetabulumske čašice. Njihova trajnostna doba je odvisna oa steviinin aejavnikov. meo katerimi je najbolj pomemeben proces aseptičnega omajan ja Le-ta je posledica obrabe predvsem polietilenske čašice. Da bi se tovrstni obrabi izognili, je danes ponovno zanimanje za umetne kolčne sklepe, izdelane iz kovinskega femoralnega debla in kovinske čašice. V prispevku bomo govorili o glavnih značilnostih tovrstnih protez.
Avtorica tega prispevka in članica uredniškega odbora Vakuumista je bila 1.10.2001 za 4 leta imenovana na mesto pomočnika direktorja za znanstvenoraziskovalno in pedagoško področje v Ortopedski bolnišnici v Valdoltri.
Čestitamo!
Operacija vstavitve umetnega kolčnega sklepa je danes eden izmed najbolj pogostih kirurških posegov v svetu in vključuje več kot milijon operacij na leto. Vstavitev kolčne proteze je varen način reševanja težav, nastalih zaradi primarne ali sekundarne osteoartroze, reumatoidnega artritisa, po poškodbah, po prirojenih izpahih kolka in po aseptični nekrozi glavice stegnenice. Po vstavitvi proteze bolečine prenehajo in se izboljša kvaliteta življenja pacienta.
Zgodovina razvoja umetnih kolkov je zelo bogata in vključuje uporabo različnih kovinskih in polimernih materialov. V zadnjih nekaj desetletjih se skoraj izključno uporabljajo umetni kolčni sklepi, ki so izdelani iz kovinskega femoralnega debla in polimerne acetabulumske čašice. Pri tem se kot kovina uporabljajo nerjaveče jeklo, titanove ali kobaltove zlitine, kot polimer pa viso-komolekularni polietilen (t. i. umetni kolčni sklepi kovi-na/polietilen) (slika 1 zgoraj) /1/.
Čeprav je operacija zelo uspešna, je lahko dolgoročno povezana z nekaterimi težavami, ki pripeljejo do potrebe za zamenjavo enega ali obeh delov proteze, torej do ponovne operacije pacienta. Deset let po implantaciji je ponovna operacija potrebna pri približno
10 % pacientov. V približno 80 % primerov je vzrok za ponovno operacijo oziroma za zamenjavo primarno vstavljene proteze aseptično omajanje. Pojavi se zaradi obrabe različnih sestavnih delov proteze. Prava eksplozija temeljnih raziskav, ki poteka v svetu v zadnjih desetih letih, je prinesla veliko odgovorov na nepojasnjena vprašanja o omajanju umetnih kolčnih sklepov. Raziskave so pokazale, daje aseptično omajanje posledica tvorbe in kopičenja številnih mikrometrskih ali submi-krometrskih delcev, ki izvirajo predvsem iz polietilenske čašice /2/. Pod idealnimi pogoji je obraba femoralnega kovinskega dela majhna, vendar se lahko poveča zaradi spremembe geometrije proteze.
Na splošno pa velja, da je za proces omajanja bolj zaskrbljujoča obraba polietilenske čašice kot obraba kovinskega dela. predvsem zaradi večjega volumna nastalih delcev. Polietilenski delci nastajajo pri drsenju kovinske glave ob notranjost polimerne acetabulumske čašice. Velikost nastalih obrabnih delcev je izredno majhna, gre za sub- a[i mikrometrske delce, njihovo število pa je ogromno. Če upoštevamo, da je povprečna linearna obraba polietilenske čašice 0,05 mm na leto, lahko izračunamo, da pri obrabi čašice premera 28 mm nastane vsako leto približno 500 milijard polietilenskih delcev velikosti 0,5^m. Sproščeni polietilenski delci niso toksični, so pa biološko aktivni, to pomeni, da so vključeni v proces fagocitoze. Pri tem se tvorijo makrofagi, čigar aktivacija povzroči sproščanje različnih citokinov, ki pospešujejo osteolizo. tj. izgubo kostnega tkiva ob protezi. Zlasti je ta problem izražen pri mlajših in bolj aktivnih pacientih, pri katerih lahko v kratkem času nastane velika količina obrabnih delcev. Omajana kolčna proteza povzroča pacientu bolečine in težave pri gibanju in jo je treba zamenjati.
Zaradi navedenih težav s tvorbo polietilenskih delcev in posledičnim omajanjem proteze se je v zadnjem desetletju povečalo zanimanje za iskanje alternativnih oblik umetnih kolčnih sklepov. Kot ena izmed najbolj obetavnih rešitev se ponujajo t. i. umetni kolčni sklepi kovina/kovina /3/. Le-ti so izdelani popolnoma iz kovine, torej je kovinski ne samo femoralni del proteze, temveč tudi acetabulumska čašica (nasprotno od tradicionalnih sklepov, kjer je čašica izdelana iz polietilena). Uporaba tovrstnih protez ni nova in sega že v šestdeseta in sedemdeseta leta, ko je bilo izdelano in vstavljeno veliko različnih umetnih sklepov kovina/kovina. Najbolj znani tipi takih protez nosijo imena svojih konstruktorjev, npr. McKee-Farrar, Ring ali Müller (slika 1 spodaj). Zaradi opažene obarvanosti okoliškega tkiva, ki so ga povezali z obrabo nosilne kovinske površine, so proteze kovina/kovina kmalu nehali uporabljati. Do sredine sedemdesetih let je polietilen popolnoma zamenjal kovinske čašice in se še do danes široko uporablja. V zadnjih desetih letih se ponovno proizvajajo in vstavljajo proteze kovina/kovina z namenom, da se izognemo tvorbi polietilenskih delcev in posledičnemu omajanju.
VAKUUMIST 21/3(2001)
ISSN 0351-9716
Slika 1: Tradicionalni umetni kolčni sklep kovina/polietilen, izdelan iz kovinskega femoralnega dela in polietilenske acetabulumske čašice (zgoraj);
umetni kolčni sklep kovina!kovina, izdelan iz kovinskega femoralnega dela in kovinske acetabulumske čašice (spodaj)
Umetni kolčni sklepi kovina/kovina se danes izdelujejo iz zlitine Co-Cr-Mo. Na splošno je uporaba zlitin kobalta v ortopediji zelo razširjena in temelji na njihovih primernih mehanskih in kemijskih lastnostih. Dejansko so te zlitine začeli v tridesetih letih uporabljati zobozdravniki kot cenejši nadomestek zlata pri izdelavi zobnih vsadkov. Material, ki je prvotno vseboval 30% kroma, 7% volframa in 0,5% ogljika, so imenovali Vital-lium. Kmalu so volfram zamenjali z molibdenom. Začetek uporabe Vitalliuma v ortopediji sega v štirideseta leta in se nadaljuje vse do danes, ko so zlitine kobalta, poleg zlitin titana in nerjavnega jekla, nenadomestljiv material za izdelavo ortopedskih protez. Najbolj pogosto se uporabljata dve zlitini kobalta: lita zlitina Co-Cr-Mo (ASTM F75,1982) in kovana zlitina Co-Cr-W-Ni (ASTM F90, 1982). Poznana je tudi tretja zlitina
Co-Ni-Cr-Mo (ASTM F562, 1984), ki vsebuje 35% Ni. Kemijska sestava treh zlitin kobalta je podana v tabeli 1. Zlitina Co-Cr-Mo je lita pri 1350-1450 °C in kaže nehomogeno mikrostrukturo z velikimi zrni (slika 2). Dendritna območja so bogata s kobaltom, interden-dritna območja pa lahko vsebujejo mešanico štirih faz: y-faze, bogate s kobaltom, kjer je M23 Сб, bogate s kromom, kjer je M Co, Cr ali Mo, faze M7 Сз, in a-faze, bogate s kromom in molibdenom. Pri segrevanju zlitine Co-Cr-Mo prihaja do prehoda iz heksagonalne struk-turev ploskovno centrirano kubično. Ta prehod je zelo počasen, tako da pri sobni temperaturi obstajata obe fazi.
Slika 2: Mikrostruktura (a) lite zlitine Co-Cr-Mo, ki kaže interdendritne karbide, (b) kovane zlitine Co-Cr-W-Ni, ki kaže drobno zrnato avstenitno mikrostrukturo HI.
Kovana zlitina Co-Cr-W-Ni ima ploskovno centrirano kubično kristalno celico in drobno zrnato avstenitno mikrostrukturo. V primerjavi z ulivanjem povzroča kovanje nastanek manjših zrn in bolj enakomerno
Tabela 1: Kemijska sestava zlitin kobalta, ki se uporabljajo za izdelavo umetnih kolčnih sklepov. Za izdelavo sklepov kovina/kovina se uporablja zlitina Co-Cr-Mo.
	Lita zlitina	Kovana zlitina	Kovana zlitina
Element	Co-Cr-Mo	Co-Cr-W-Ni	Co-Ni-Cr-Mo
	(ASTM F75, 1982)	(ASTM F90. 1982)	(ASTM F562, 1984)
Cr	27,0 - 30.0	19,0-21,0	19,0-21,0
Mo	5.0 - 7,0	-	9.0-10,5
Ni	1,0 (maks.)	9,0-11,0	33.0 - 37,0
Fe	0,75 (maks.)	3,0 (maks.)	1,0 (maks.)
C	0,35 (maks.)	0,05-0,15	0,025 (maks.)
Si	1,0 (maks.)	0.40 (maks.)	0,15 (maks.)
Mn	1,0 (maks.)	1,0-2,0	0,15 (maks.)
P	-	0.04 (maks.)	0,015 (maks.)
S	-	0,03 (maks.)	0,010 (maks.)
W	-	14.0-16,0	
Ti		-	1.0 (maks.)
Co	ostanek	ostanek	ostanek
razporeditev karbidov. Tudi tretja zlitina, Co-Ni-Cr-Mo, kaže avstenitno mikrostrukturo z drobnimi zrni. Ta zlitina, ki je znana pod imenom MP35N, je večfazna, ki v temperaturnem območju od 425 do 650 °C vsebuje tako ploskovno centrirano kubično kot heksagonalno fazo.
Proteze kovina/kovina se danes izdelujejo iz lite zlitine Co-Cr-Mo. ki vsebuje relativno veliko vsebnost ogljika, tj. 0,2 - 0.3 % (Protasul-1 ali ASTM F-75 oziroma ISO 5832-IV). Raziskave so pokazale, da zlitine Co-Cr-Mo, ki vsebujejo več kot 0,2 % ogljika, kažejo celo 10-krat manjšo hitrost obrabe kot tiste, ki ga vsebujejo manj kot 0,08 % /3/. Torej, zlitine, bogate z ogljikom, efektivno zmanjšujejo obrabo. Karbidna zrna so razporejena v matrici zlitine, kar izboljša odpornost proti obrabi. Sama razporeditev in velikost karbidnih zrn ne igra velike vloge pri razliki med lito in kovano zlitino. Če pa zlitina ne vsebuje metalurško vidnih karbidov, odpornost proti obrabi dramatično pade. Karbidi, ki so vgrajeni v kovinsko matrico, kažejo podobne lastnosti kot keramika in so približno petkrat trši kot avstenitna kovinska faza. Njihova velikost in razporeditev so odvisne od proizvajalca. Navadno imajo velikost nekaj mikrometrov in prekrivajo okrog 5 % površine.
Ponovno uvajanje protez kovina/kovina je podkrepljeno s podatkom, da so številne tovrstne proteze, ki so bile vstavljene v šestdesetih letih, imele dobo trajanja nad 20 let. Pomembno je, da so te proteze imele volumetrično obrabo od 1 do 5 mm3, kar je kar 20-krat manj v primerjavi s tisto, ki jo opažamo pri klasičnih
protezah kovina/polietilen in je od 50 do 150 mm3. Povprečna linearna obraba kovinske glave proteze pri drsenju ob polietilensko čašico je 0,1 - 0,2 mm na leto, in le 0,001 - 0,003 mm pri drsenju ob kovinsko čašico.
Do danes je že nad 200.000 pacientov, ki imajo vgrajene proteze kovina/kovina, ki jih proizvaja podjetje Sulzer. Splošno mnenje pa je, da so umetni kolčni sklepi kovina/kovina danes namenjeni predvsem mlajšim in bolj aktivnim pacientom, ki bi se z vstavitvijo obrabi manj izpostavljenim protezam izognili nekajkratnim revizijskim operacijam v svoji življenjski dobi. Pri uporabi in široki uveljavitvi protez kovina/kovina še vedno obstajajo pomisleki, ki so povezani predvsem z možnostjo sproščanja kovinskih ionov s površine proteze v okoliško tkivo.
Literatura:
/1/ »Materials Science and Technology; A Comprehensive Treatment«, eds. R W Cahn. P. Haasen, E. J. Kramer, Vol 14. »Medical and Dental Materials«, ed. D. F. Williams, VCH, Weinheim. New York, Basel. Cambridge. 1992
121 P. Campbell. S. Ma, H. McKellop, T. P. Schmalzried, H. C Amstutz, Journal of Biomedical Materials Reserach. 29 (1995). 127-131
/3/ »Metal on Metal Hip Prostheses Past Performance and Future Directions«, ed. H. C. Amstutz, Clinical Orthopaedics and Related Research. Suppl. 329S, 1996
PLAZEMSKA STERILIZACIJA
ali kako z vakuumom ustaviti širjenje smrtonosnih bolezni, npr. antraks M. Mozetič1, T. Mozetič2 in P. Panjan3
1	Inštitut za tehnologijo površin in optoelektroniko, Teslova 30, 1000 Ljubljana
2	Srednja zdravstvena šola, Poljanska 61,1000 Ljubljana
3	Institut "Jožef Stefan", Jamova 30, 1000 Ljubljana
ABSTRACT
Basic mechanisms of plasma sterilization are presented. The sterilising action of plasma is threefold: killing microorganisms by UV radiation, chemical distortion, and local thermal treatment. All three modes of plasma treatment of microorganisms are briefly described Different methods for sterilization of large venting systems are compared and discussed.
POVZETEK
Prikazujemo osnovne mehanizme plazemske sterilizacije Plazma ubija m razgrajuje mikroorganizme z UV-sevanjem. kemijsko razgradnjo m lokalnim ogrevanjem. V prispevku kratko opišemo vse tri načine delovanja plazme na mikroorganizme in ugotavljamo primernost različnih metod za sterilizacijo večjih prezračevalnih sistemov.
1 Uvod
Poskusno trošenje bakterij antraksa, ki smo mu priča v zadnjih mesecih, je samo podkrepilo prizadevanja raziskovalcev, da razvijejo metode za sterilizacijo večjih količin plinov. Za širjenje epidemije so namreč najnevarnejše tiste bakterije, ki se prenašajo po zraku. Problem ni nov. V prezračevalnih sistemih vselej obstaja možnost raznosa bakterij po poslopjih. Velike težave imajo na primer v bolnišnicah, kjer po nekaterih podatkih zboli desetina pacientov za boleznimi, zaradi katerih se sploh niso prišli zdravit. Še usodnejši bi lahko bil raznos bakterij v prezračevalnih sistemih velikih poslopij - podzemske železnice na primer.
Za sterilizacijo se sedaj največ uporabljata termična in kemična metoda. Pri termični sterilizaciji izpostavimo vzorce visoki temperaturi - navadno uporabimo za prenos toplote vodno paro, ki je ogreta na okoli 130 "C. Voda je odličen medij za prenos toplote, saj je izparilna toplota izredno visoka. Tekočo vodo s primernim grelnikom uparimo, pare pa potem kondenzirajo na površini vzorcev, pri čemer se sprosti izparilna toplota. Tako je prenos toplote bistveno hitrejši, kot če bi ogrevali vzorce s suhim zrakom. Pomanjkljivost metode je prav visoka temperatura - mnogi vzorci je ne prenesejo. Predstavljajmo si samo, da bi poskusili s to metodo sterilizirati živila - vzorci bi se preprosto skuhali. Prav tako metoda ni primerna za sterilizacijo velikih prezračevalnih sistemov, saj jih je praktično nemogoče ogreti na 130 °C.
Druga metoda je kemična. Vzorce izpostavimo zelo strupenemu plinu. Najboljši je etilen oksid (CH2OCH2). Pri tem ni treba vzorcev dodatno ogrevati, saj je plin izredno strupen in deluje že pri sobni temperaturi. Tudi ta metoda ni primerna za sterilizacijo prezračevalnih sistemov, ker bi poleg bakterij pomrla še vsa druga bitja, ki pridejo v stik s plinom. Nesreče te vrste se dogajajo tudi v bolnišnicah!
Sterilizacijo lahko dosežemo z različnimi sevanji. Na voljo so vsa sevanja, katerih osnovni kvanti imajo zadostno energijo - nad 4 eV. Pri elektromagnetnem
sevanju lahko uporabimo UV, rentgenske in у-žarke. V praksi se največ uporablja UV-sevanje, saj poznamo močne izvire: nizkotlačne plazme. Poleg elektromagnetnega sevanja lahko uporabimo tudi curke hitrih delcev. Največ se uporabljajo elektroni, pospešeni do energije okoli 1 MeV. Sterilizacijo s sevanjem največ uporabljajo v živilski industriji, medtem ko za uničevanje bakterij v večjih sistemih ni primerna, saj je s to metodo praktično nemogoče enakomerno obdelati velike površine.
V zadnjem času so raziskovalci ugotovili, da bi lahko prednosti termičnega, kemijskega in sevalnega načina sterilizacije združili tako. da bi kot sterilizacijski medij uporabili plazmo. Ta je namreč močan izvir UV-seva-nja. obenem pa v njej nastajajo z vidika mikroorganizmov zelo strupeni radikali, ki so bolj ali manj kratkoživi.
2 Struktura bakterij
Predno opišemo mehanizme sterilizacije v plazmi, si oglejmo strukturo bakterij. Bakterije so preprosta in dobro raziskana enocelična bitja. Sestavljena so iz celične membrane in notranjosti, v kateri so organeli in proteini /1/. Nekatere bakterije so obdane z ovojnico iz hitina (vrsta beljakovine) in mureina, ki je polisaharid /2/. Zaradi te ovojnice so bakterije še posebej neobčutljive na zunanje vplive in lahko v latentnem stanju preživijo več let v karseda neugodnih razmerah. Verjetno ni treba posebej poudariti, da je sterilizacija takšnih bakterij še posebej zahtevna. Številne bakterije
Slika 1: Bakterije antraksa. Fotografijo smo vzeli iz knjige H. Hren - Vencelj, Mikrobiologija in epidemiologija, DDU Univerzum, Ljubljana (1984), 127.
so sposobne tvoriti tako imenovane endospore /3/. To niso navadne spore, ki so za razmnoževanje, ampak stanje bakterije, ki je pomembno za preživetje v eks-tremnih razmerah. Endospore se razvijejo znotraj celice. Zgrajene so iz molekul DNA, majhne količine citoplazme in debele celične stene. Nekatere vrste takšnih bakterij preživijo tudi v zelo "surovih" razmerah, npr. celo uro v vreli vodi pri 100 °C, vroči pečici, zamrznjene v ledu lahko preživijo desetletja ali celo stoletja, visoko starost pa lahko dočakajo tudi v jezerskih usedlinah in podobnih biotopih. Verjetno ni treba posebej poudarjati, da med tovrstne bakterije spadajo tudi bakterije vraničnega prisada. Spadajo v rod Bacillus, kar pomeni, da so celice ovalne oblike, ki se rade združujejo v bisernim ogrlicam podobne strukture. Fotografija bakterij antraksa je prikazana na sliki 1.
3 Plazemska sterilizacija
S plazemsko sterilizacijo so se pričeli ukvarjati šele v prejšnjem desetletju. Prvi poskusi so bili opravljeni z vodikovim peroksidom. Očitno gre torej za mehak prestop iz čiste kemijske sterilizacije v kombinirano plazemsko. Vodikov peroksid je močan oksidant in že sam brez plazme dober sterilizent. Plazmo so uporabili predvsem za detoksifikacijo sistema po opravljeni eteri lizaciji s peroksidom.
Kasneje so se raziskavam pridružili vakuumisti, predvsem plazemski kemiki in fiziki, in plazemska sterilizacija je doživela nov zagon. Za začetek so ugotovili, da lahko podobne ali boljše uspehe kot s peroksidom dosežejo z različnimi popolnoma netoksičnimi plini: voda. kisik, vodik, argon, helij, dušik. Ugotovili so, da je hitrost in učinkovitost sterilizacije močno odvisna od plazemskih parametrov, kot so temperatura elektronov, gostota pozitivnih in negativnih ionov, gostota metastabilnih atomov in molekul, vrsta in koncentracija radikalov...
Danes je plazemska sterilizacija ena najbolj intenzivnih raziskovalnih področij. Na tem mestu citiramo samo nekatere publikacije, objavljne v letu 2001 /4-15/. Oglejmo si osnovne mehanizme, ki omogočajo sterilizacijo v plazmi!
•	Radiacijske poškodbe. Plazma je močan izvir UV-sevanja. Absorpcija UV-žarkov v tkivu povzroča razpad kompleksnih organskih molekul in s tem počasno uničevanje živega tkiva. Z UV-obsevanjem pa je žal težko odstraniti razpadne produkte, ki so lahko tudi toksični. Radiacijske poškodbe povzroča tudi obstreljevanje vzorcev z ioni, vendar pa je značilna kinetična energija ionov prenizka, da bi prodrli skozi bakterijsko ovojnico.
•	Kemijske poškodbe. Plazma je vir različnih vzbujenih molekul in radikalov, ki so kemijsko zelo aktivni. Kot primer si oglejmo kisikovo plazmo. V njej nastajajo pozitivni in negativni ioni, enoelektronsko vzbujene molekule, ozon in nevtralni kisikovi atomi. Nekateri delci (npr. negativni ioni) se kemijsko vežejo na kompleksne organske molekule in povzročajo njihov razpad na manjše molekule. Nevtralni kisikovi atomi se navadno ne vežejo na molekule, ampak povzročijo takojšnjo oksidacijo. Reakcijski produkt je CO in H2O, ki se v vakuumu desorbirata s površine. Proces je podoben gorenju, le da poteka oksidacija že pri sobni temperaturi.
• Termične poškodbe. Mnogi plazemski delci imajo precejšnjo potencialno energijo. Pri relaksaciji delcev na površini se sprošča precejšnja energija. Druga, še pomembnejša metoda ogrevanja bakterije je oksidacija s kisikovimi atomi (glej zgornjo ali-nejo), ki je izredno eksotermna reakcija. Bakterija v reaktivni plazmi zato v hipu (pogosto manj kot 1 s) preprosto zgori. Težje je ogreti bakterije v porah in drugih nedostopnih mestih.
Podrobneje si oglejmo primer kemijskega jedkanja bakterijske ovojnice v kisikovi plazmi! V zunanjem ovoju endospor so ogljikovi obroči vezani s kisikovo vezjo:
Anionski radikal O2" iz plazme reagira z vezjo:
O o—O+<v o—0—o
Nastala struktura reagira z molekulo vode: 0_o—o—Q +н2о->	O— H + o
Kompleksna molekula tako razpade na dve manjši. Nastali kisikov atom lahko spet reagira z negativnim ionom, kar bi lahko pomenilo vzdrževanje cikla, dokler se atomi ne izgubijo za kakšno drugačno reakcijo. Razmerje med številom razcepljenih vezi in adsorbira-nih radikalov O2" naj bi bilo po trditvi avtorjev originalnega članka /13/ kar 100 do 1000. Morebiti so avtorji spregledali še kakšno drugo možnost cepitve vezi, vsekakor pa opisani primer lepo demonstrira kemijsko plazemsko razgradnjo celične stene mikrobov.
Oglejmo si še primer termičnega uničevanja mikrobov v plazmi. Temperatura plina je sobna, ogrevamo le bakterije! V prvem približku vzamemo bakterijo za ovalno tvorbo, ki je na neki podlagi. V tem primeru je toplotni stik med bakterijo in podlago zanemarljiv. Bakterijo obdelajmo s plazmo, kakršno sicer uporabljamo za razmaščevanje elektronskih komponent in plazemsko aktivacijo /16,17/. Gre za visoko disociirano kisikovo plazmo, ki jo ustvarimo v RF- ali MW-razelektritvi. Gostota toka kisikovih atomov (j) na površino bakterije je reda 1024 m"2 s*1. Verjetnost za oksidacijo (reakciji Corg + O CO in 2H0rg + O H2O) je pri sobni temperaturi med 0,01 in 0,1 /18/. Z indeksom org smo označili organsko vezana ogljik in vodik. Reakciji sta eksotermni - energija, ki se sprosti, je skoraj 10 eV na kisikov atom. Gostota energijskega toka je torej:
P = j rj W
kjer je j gostota toka delcev na površino bakterije, r\ verjetnost za oksidacijo in W sproščena energija na atom, ki reagira na površini. Z vstavitvijo numeričnih vrednosti dobimo:
P = 1024 m V1 X 0,01 X 10"1в J = 104 Wm"2
Sprememba notranje energije bakterije je enaka produktu gostote energijskega toka in površine bakterije, enaka pa je tudi produktu mase, specifične toplotne kapacitete in spremembi temperature bakterije:
AW = P S = m cp ДТ
Sprememba temperature bakterije v časovni enoti je torej:
po
AT / AT = —— = 104 K / s mcp
Pri tem smo vzeli za površino bakterije S = 1 pm2 maso m = 10*15 kg in specifično toplotno kapaciteto 1000 J kg*1 K*1.
Ubogim bakterijam se torej v kisikovi plazmi slabo piše. Izolirane v plazmi uničimo že v nekaj stotinkah sekunde, za tiste na podlagi pa potrebujemo malo več časa. V zgornjem izračunu smo namreč predpostavili, da je bakterija toplotno izolirana, v resnici pa je površina, s katero se dotika podlage, vendarle končno velika. Termično uničevanje bakterij s kisikovo plazmo je torej odlična metoda, če so bakterije dobro izpostavljene plazmi. Pri tem velja še enkrat omeniti, da je okolica na sobni temperaturi. Ogrevamo samo bakterije!
Žal se mnoge bakterije zadržujejo v režah, kjer je toplotni stik s podlago boljši, predvsem pa je v režah težko zagotoviti zadostno koncentracijo atomov kisika. Zaradi tega je značilni čas za sterilizacijo v kisikovi plazmi reda velikosti 1 ure.
4 Sklep
Povrnimo se k prvotnemu problemu uničevanja bakterij vraničnega prisada. Pisemskih pošiljk žal ne moremo sterilizirati v plazmi, ker bi z izpostavo papirja agresivni kisikovi plazmi uničili tudi pismo. Tudi kemijska sterilizacija ni primerna, ker bi verjetno več poštarjev umrlo zaradi zastrupitve s plinom kot okužbe z antraksom. Za sterilizacijo takšnih vzorcev ostaja na voljo le še sterilizacija z elektronskim curkom, vendar dvomimo, da bodo po vseh poštah namestili elektronske pospeševalnike. Ostaja torej le še upanje, da nismo zanimivi naslovniki okuženih poštnih pošiljk. Za sterilizacijo prezračevalnih sistemov pa poznamo rešitev: na sisteme bo treba namestiti plazemske generatorje. Idealno bi bilo, če bi sistemi dopuščali izčrpanje do grobega vakuuma, ki je potreben za razpenjanje plazme po dolgih ceveh. Sicer pa obstaja sterilizacija v zraku pri navadnem tlaku, vendar pa je v tem primeru volumen visokodisociirane plazme močno omejen. Še opozorilo: če se namerava kdo ljubiteljsko ukvarjati s plazemsko sterilizacijo, naj se zaveda, da v plazmi nastajajo strupeni radikali, ki jih je treba pred izpustom v zrak katalizirati v neškodljive pline.
Literatura
/1/ Podobnik A, Raznolikost živih bitij. DZS. Ljubljana. 41 (1995)
/2/ Hren - Vencelj H. Mikrobiologija in epidemiologija, DDU Univer-zum, Ljubljana 127 (1984)
/31 Likar M, Mikrobiologija, Cankarjeva založba, Ljubljana. 35 (1987)
/4/ Bar W. de Bar GM. Naumann A. Rusch-Gerdes S. Contamination of bronchoscopes with Mycobacterium tuberculosis and successful sterilization by low-temperature hydrogen peroxide plasma sterilization. AMERICAN JOURNAL OF INFECTION CON-TROL29: (5)306-311 (2001)
/5/ Moisan M, Barbeau J. Moreau S. Pelletier J. Tabnzian M. Yahia LH. Low-temperature sterilization using gas plasmas a review of the experiments and an analysis of the inactivation mechanisms. INTERNATIONAL JOURNAL OF PHARMACEUTICS 226: (1-2) 1-21 (2001)
/6/ Ferreira SD. Dernell WS, Powers BE. Schochet RA. Kuntz CA. Withrow SJ, Wilkins RM. Effect of gas-plasma sterilization on the osteoinductive capacity of demineralized bone matrix, CLINICAL ORTHOPAEDICS AND RELATED RESEARCH (388) 233-239 (2001)
/7/ Moisan M. Barbeau J. Pelletier J. Plasma sterilization • Methods and mechanisms. V1DE-SCIENCE TECHNIQUE ET APPLICATIONS 56: (299) 15-28 (2001)
/8/ Cariou-Travers S, Darbord JC, Validation of plasma sterilization -The case of Sterrad, VIDE-SCIENCE TECHNIQUE ET APPLICATIONS 56: (299) 34-46 (2001)
/9/ Kouiik P, Krapivina 5, SaltcnenKo A, Samsonov м. Atmospneric plasma sterilization. VIDE-SCIENCE TECHNIQUE ET APPLICATIONS 56: (299) 117-125 (2001)
/10/ Mendis DA. Busting dust: From cosmic grains to terrestrial microbes. PHYSICA SCRIPTA T89 173-175 (2001)
/11/ Holy CE. Cheng C. Davies JE. Shoichet MS. Optimizing the sterilization of PLGA scaffolds for use in tissue engineering. BIOMATERIALS 22: (1) 25-31 (2001)
/12/ Ben Gadri R, Roth JR. Montie TC, Kelly-Wmtenberg K, Tsai PPY. Helfritch DJ, Feldman P, Sherman DM, Karakaya F. Chen ZY, Sterilization and plasma processing of room temperature surfaces with a one atmosphere uniform glow discharge plasma (OAUGDP). SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY 131: (1-3) 528-542 (2000)
/13/ Kakligm A, Kouiik P, Krapivinina S. Norman G. Petrov E. Ricard A, Samsonov M. HF atmospheric plasma sterilization of dielectric containers inside surfaces. Proc. 13th Int. Coll. Plasma Processes 28-32 (2001)
/14/ Subramanyam TK. Schwefel R, Awakovitz P PLasma sterilization and corellation to plasma diagnostics. Proc 13th Int. Coll. Plasma Processes 33-36 (2001)
/15/ Moisan M. Barbeau J, Pelletier J, Philip N. Saoudi B, Plasma sterilization: mechanisms, potentials and shortcomings, Proc. 13th Int. Coll. Plasma Processes 12-18 (2001)
/16/ Vesel A, Mozetič M, Behaviour of catalytic probe during surface activation of polyether sulphone VACUUM 61 (2-4) 373-377 (2001)
/17/ Babič D. Poberaj I. Mozetič M. Fiber optic catalytic probe for weakly ionized oxygen plasma characterization REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS. 72: (11)4110-4114 (2001)
/18/ Mozetič M. Zalar A. Panjan P. Bele M. Pejovnik S. Grmek R. A method of studying carbon particle distribution in paint films. THIN SOLID FILMS 376: (1-2) 5-8 (2000)
ZGODOVINA RAZISKOVANJA TEKOČIH KRISTALOV
1. DEL: ZAČETKI KRISTALOGRAFIJE IN ODKRITJE TEKOČIH KRISTALOV
Stanislav Južnič*
The History of Liquid Crystals Research Part I: The Beginning of Crystallography and the Discovery of Liquid Crystals
ABSTRACT
We researched the discovery, later development, and the contemporary use of the liquid crystals in technology. We are publishing the very first among the researches of the topics that finds the genesis of the modern ideas in the past centuries.
To find the origins of the liquid crystal concept we studied the Jesuit prints and manuscripts in Collegio Romano and in the college of Ljubljana, especially in their relation to the interpretation of the Anstotelian and other concepts of matter and its species up to the later Boscovich's physics A time development of the theories of matter m the Jesuit manuscripts and prints were used to illustrate the development of concepts of matter in Jesuit schools of Italy and Ljubljana We described how they evolved from the peripatetic concepts of earth, water, air (and fire), through the Cartesian snow-flake crystals. Boyle's chemical concepts of matter, and Gassendi's atomic theory in the mid 17th century, to the Boscovich's views in the in the sccond part of the 18th century. We tried to 3how how Jesuit and other concepts of the 18;h century influenced the changing of the concept of matter in the next century, especially in connections with the intermediate states of matter expressed in the discovery of the liquid crystals. We described the idea of the intermediate states between liquid and solid as an extension of the former Boscovich's idea of the general continuity in nature. In that as in other cases Boscovich's general theory was extended to the areas he didn't think about, sometimes in Great Britain also contrary to Boscovich's original worldview. The Boscovich influence was traced at the development of the early crystallography to the separate branch of science m the first half of the 19lh century. The Boscovich continuity ideas finally became very influential in the biological and physiological research of the group around the Berlin physical society which published the first descriptions of the (lyotropic) liquid crystals in the mid 19th century
POVZETEK
Opisujemo odkritje in razvoj raziskovanja tekočih kristalov ter njihovo sodobno uporabo v tehnologiji Objavljamo prvo raziskavo tega področja, ki išče vire sodobnih pojmovanj v preteklih stoletjih. V jezuitskih rokopisih in tiskih iz Collegio Romano in ljubljanskega kolegija smo našli nekaj virov za poznejšo idejo o tekočih kristalih kot posebnem vmesnem stanju snovi. Sledi poznejših idej o kristalni mreži in tekočih kristalih smo poiskali v Aristotelovem in kasnejših opisih snovi vse do Boškoviceve fizike. Zanimalo nas je, kako se je opis vrst oziroma agregatnih stanj snovi v jezuitskih rokopisih in tiskih razvijal od peripatetičnih konceptov zemlje, vode. zraka (in ognja), preko kartezianskega opisa kristalov snežink, Boylove kemije in Gassendijevega opisa Demokritovih atomov sredi 17 stoletja, do sodobnejših Boškovičevih pogledov v drugi polovici 18 stoletja Poiskali smo podobnosti med jezuitskimi opisi iz 18. stoletja, poznejšimi kristalnimi mrežami in vmesnimi stanji med starogrškimi vrstami snovi. Idejo o vmesnih stanjih med tekočim in trdnim smo opisali kot razširitev starejše Boškoviceve ideje o splošni zveznosti v naravi. Zasledovali smo Boškovičev vpliv na razvoj zgodnje kristalografije kot samostojne panoge znanosti v prvi polovici 19. stoletja in na raziskovanje biologov in fiziologov, povezanih z Berlinskim fizikalnim
društvom, ki so objavili prve opise (hotropskih) tekočih kristalov sredi 19 stoletja. Pokazali smo, da so bile pri opisu kristalov Boškovičeve ideje razširjene na področja, o katerih sam ni razmišljal, ponekod v Veliki Britaniji tudi v nasprotju z Boškovičevim svetovnim nazorom.
1 Uvod
Tekoči kristali so večinoma organske snovi, ki vplivajo na polarizacijo prepuščene svetlobe. Sestavljajo jih molekule podolgovatih oblik, ki so orientacijsko in v mnogih primerih tudi delno pozicijsko urejene. Orientacijska urejenost dolgih osi molekul je popolnoma drugačna od navadne translacijske urejenosti kristalov oziroma trdne snovi1.
Zaradi zgodovinskih okoliščin delimo tekoče kristale na dva različna načina. Po vzrokih za fazni prehod jih delimo med liotropne in termotropne, po vrsti simetrije pa med nematske, holesterične in smektične.
Tekočo kristale so odkrili biologi pred več kot sto leti. Zaradi občutljivosti za majhne zunanje električne napetosti so že več desetletij v središču pozornosti zaradi svojega pomena v industriji prikazovalnikov in v biofi-ziki membran 2. Po stoletnem raziskovanju v fiziki se sodobno raziskovanje tekočih kristalov znova seli v biokemijo, kjer je danes tudi lažje dobiti denar za temeljne raziskave 3.
Minilo je že skoraj stoletje od prve Lehmannove monografije in od prvih doktorskih disertacij o tekočih kristalih, branjenih predvsem na univerzi v Halleju. V kristalografskih revijah so že od začetka tridesetih let izdajali posebne številke, posvečene tekočim kristalom. Med različnimi poskusi razvrščanja vedno številnejših tekočih kristalov v osnovne skupine so v tridesetih letih uzakonili najuporabnejšega. Pri Bunse-novem in pri Faradayevem društvu so začeli prirejati konference o tekočih kristalih že v zgodnjem 20. stoletju, številne mednarodne znanstvene konference pa se vrstijo od šestdesetih let dalje. Kmalu so se od splošnih, kristalom posvečenih revij osamosvojile periodične publikacije, posvečene izključno tekočim kristalom, na anglosaškem jezikovnem območju predvsem londonska Molecular Crystals, ki je začela izhajati leta 1966. Tri leta pozneje se je zaradi velikih gospodarskih pričakovanj pri uporabi tekočih kristalov preimenovala v Molecular Crystals and Liquid Crystals. Leta 1975 je začela izhajati tudi serijska publikacija Advances in Liquid Crystals v New Yorku. Pred desetletjem je bila podeljena prva Nobelova nagrada za raziskovanje tekočih kristalov. Zato je danes raziskovanje tekočih kristalov že samostojna znanost. Njen razvoj je mogoče opisati s potrebne zgodovinske razdalje, čeprav se aktivnim raziskovalcem pogosto
* Dr. Stanislav Južnič je profesor fizike in računalništva na srednji šoli v Kočevju. Leta 1980 je diplomiral iz tehniške fizike na Fakulteti za naravoslovje in tehnologijo, magistriral leta 1984 iz zgodovine fizike na Filozofski fakulteti v Ljubljani, kjer je leta 1999 tudi doktoriral.
1	Slavinec. 1999, 3; Muševič, 1993, 9
2	Litster, Birgenau, 1982, 26; O Mara. 1991.65; Ambrožič, 1994,11
3	Opomba prof. dr Rudija Podgormka
zdi, da je glavna odkritja lažje razumeti iz poznejših povzetkov kot z branjem originalnih del4.
2 Začetki znanstvenega raziskovanja kristalov
2.2 Prve geometrične ponazoritve oblik kristalov
Ko so biologi odkrili snovi, pozneje imenovane tekoči kristali, so imeli fiziki in kemiki za seboj že skoraj stoletje načrtnega preučevanja kristalov trdnih snovi. Da bi razumeli spore ob odkritju tekočih kristalov, si moramo najprej ogledati zgodnje znanstveno raziskovanje kristalov trdnih snovi in faznih prehodov.
Snovi so že v antiki delili na zemljo, vodo, zrak in še posebej ogenjS. Pravilne kristalne oblike so od vekomaj privlačile pozornost raziskovalcev, ki so v njih pogosto videli prevladujočo obliko trdne snovi. Simetrija se je v antičnih kulturah in v renesansi uveljavila predvsem v umetnosti in matematiki in je niso povezovali z geometrijsko urejenostjo kristalov6. Posebno lepe kristale so uporabljali v zdravilne namene.
Največje odkritje grške matematike je bilo petero pravilnih konveksnih teles, ki зо jih imeli za poseben razred. Odkritje je prvi uporabil Platon, ki je povezal agregatna stanja z geometrijskimi oblikami njihovih gradnikov: kocka-zemlja, tetraeder-ogenj, oktaeder-zrak, ikoza-eder-voda in dodekaeder-vesolje v celoti. Geometrijska telesa je pripisoval posameznim agregatnim stanjem glede na povezave pri faznih prehodih. Za delce vode je izbral ikozaedre, ki so najbolj podobni kroglam in zato najlaže ponazorijo fluidnost vode. Izparevanje je pomenilo prehod od ikozaedrov vode v oktaedre pare, katerih oblike so si bile dovolj podobne7. Oblika delcev je tako opredeljevala makroskopske lastnosti teles. Velikost delcev v eni izmed štirih geometrijskih oblik je določala razlike med snovmi v enakem agregatnem stanju. Za poznejše ideje o tekočih kristalih je bil zanimiv Platonov opis mešanja med agregatnimi stanji, predvsem med trdnim in tekočim, s tedanjimi besedami med zemljo in vodo. Razlikoval je dva tipa vode, tekočo brez oblike in »taljivo«, ki je obsegala predvsem snovi, ki jih danes imenujemo kovine8.
Aristotel je pozneje kritiziral Platonovo uporabo konveksnih teles, saj prostor lahko popolnoma zapolnimo le s kockami; sam je sicer pomotoma mislil, da tudi s
tetraedri. Zato Platonovi elementi ne bi mogli zapolniti prostora, v katerem Aristotel ni priznaval vakuuma9.
Clavius (1537-1612), profesor matematike na jezuitskem kolegiju v Rimu, je v pouk geometrije ponovno vključil Platonova pravilna konveksna telesa v povezavi z agregatnimi stanji snovi. Kepler je v svojih delih skoraj stokrat citiral Calviusa in po njem povzel svoj model poliedrov v zgradbi vesolja10. V »novoletnem darilu prijatelju« je opisal šestkotno obliko snežink. Raziskal je podobnost s satjem čebel, vsebnost soli v snežinkah in druge domneve, dokončen odgovor pa je prepustil kemikom. Snežinke si je zamislil sestavljene iz majhnih krogel, ki jih ni povezoval z atomi. Keplerjevi rombični dodekaedri so zapolnjevali prostor. Ideja je bila nenavadna za Keplerjev čas, v katerem so grško besedo krystallos (led) uporabljali predvsem za kremen, ki so ga imeli za stalno zmrznjen led. Kristalov še niso popolnoma razlikovali od fosilov in tudi ne od žive snovi11. V Keplerjevem delu je simetrija prvič postala fizikalna lastnost, čeprav jo je sistematično vpeljal šele Haüy skoraj dve stoletji pozneje12.
Leta 1619 je Kepler opisal tesno zlaganje pravilnih likov na ploskvi: enakostraničnih trikotnikov, kvadratov in pravilnih šestkotnikov. Umetniki njegovega časa so problem že dolgo poznali, vendar ga je Kepler prvi načrtno raziskal13.
Celo Dekart, ki je močno nerad vstajal iz postelje pred poldnevom, se je 4. 2. 1635 že ob osmih zjutraj spravil k opazovanju snežink. S skicami snežink je podprl svojo teorijo, ki jo je pozneje zavrnil de Mairan14. V Dekartovi dobi so filozofi »zadnjič« razpravljali o realnih trdnih snoveh15.
Gassendi je 6.7.1635 v pismu Galilejevemu prijatelju in Kircherjevemu zaščitniku Nicolasu Claudu Fabriju de Peirescu (1580-1637) opisal vedno enake oblike kristalov soli. Domneval je, da oblike kristalov določajo pravilne oblike atomov v njih16. Naslednje leto so posmrtno natisnili Cesijevo knjigo o mineralogiji. V porazdelitvi naravoslovnih panog, povzeti po Aristotelu, je novo področje mineralogije uvrstil kot del meteorologije17.
Hooke je raziskoval diamante iz Cornisha in kvadre kristalov kamene soli ter ugotovil, da jih je mogoče sestaviti iz majhnih krogel. Leta 1665 je skiciral kroge, zložene v različne oblike poligonov. Pokazal je, da so številne različice kristalnih ploskev v izbrani snovi vedno postavljene pod enakimi koti.
4	De Gennes. 1974, VI
5	Aristotel. 1987. 11
6	Smith. 1992. 19: Senechal. 1995. 8
7	Plato. 1977. 75-84
8	Plato, 1977. 83-84
9	Senechal, 1995,7,10
10	Zadnjo. 16 knjigo Evklidovih elementov o pravilnih likih je Clavius povzel po dopolnitvi Frangoisa de Foixa, grofa de Candale (1504-1594). prvič objavljeni leta 1566 (Clavius. 1589,545, 761, 873.917; Schneer. 1981, 290)
11	Obdobje, ki ga je med letoma 1600 m 1612 Kepler s presledki preživel v Pragi, je bilo najbolj plodno obdobje njegovega življenja, v katerem je postavil temelje raziskovanja optičnih naprav in teorijske astronomije (Kepler. 1966, 41,49: Beli. 1971. 80; Senechal. 1995, 11)
12	Eckert. Schubert. Torkar. 1992, 19
13	Senechal, 1995,13
14	Smith, Burke. 1966, 43. 51. Jean Jacques Dorotheusde Mairan (Dortoux, 1678-1771) je pozneje postal tajnik Pariške akademije
15	Smith. 1992. 4
16	Halleux. 1982. 139
17	Baldini, 1992. 12. Jezuit Bernard Cesi (1581-1630) je bil rojen v Modem
Danec Steno je prvi raziskal rast kristalov in jo strogo ločil od rasti rastlin, ki uporabljajo hrano. Opisal je tudi poskuse, čeprav jih sam verjetno ni opravljal. Poznal je Hookovo delo, ko je leta 1669 v uvodu k nikoli dokončani knjigi o »trdninah, vsebovanih v trdninah« zapisal »prvi zakon kristalografije«: kristali vsake snovi imajo stalne značilne kote, pod katerimi se stikajo njihove ploskve18. Po Platonu je pet pravilnih likov povezal s snovjo v naravi. Povzel je postopek Albrechta Dürerja (1471-1528) iz leta 1525 za konstrukcijo modelov matematičnih poliedrov in z njim ponazoril model kristala hematita z otoka Elbe. Steno je zavrgel Platonove idealne trdne snovi, povzete v delih Keplerja, Dekarta in Hooka. Zavzel se je za raziskovanje mineralov, kot jih najdemo v naravi. Vendar je Steno prehitel razvoj kristalografije, saj je poldrugo stoletje pred Haüyjem in Georgesom Cuvierom (1769-1832) zapisal idejo o »morfološki bazi hipoteze mreže«, kot jo je pozneje imenoval Georges Friedel19.
E. Bartholin je pol stoletja po Keplerju raziskal snežinke in nato sočasno s Stenovim raziskovanjem kristalov objavil odkritje dvojnega loma20. Četrt stoletja pozneje je Huygens ugotovil, da dvojni lom povzročajo eliptično oblikovani delci kalcita. Tako je postal predhodnik raz-iokovanj Borgmanna in Romć de l'lsla21. Huygensove in poznejše Haüyjeve skice so bile popolnoma enakovredne strukturam, ki jih je poltretje stoletje pozneje razkrilo sipanje rentgenskih žarkov na kristalih v Münchnu22.
2.3 Haüy, začetnik znanstvenega raziskovanja kristalov v Parizu
Zgodnja raziskovanja kristalov so bila tesno povezana s Parizom.23. Pariški akademik Rene Antoine Ferchault
de Reamur (1683-1757) je bil nezadovoljen s tedanjim poznavanjem jeklarstva in steklarstva. Zato je leta 1722 objavil svoje lastne raziskave kristalizacije. Svojo kor-puskularno filozofijo je povzel po Jacquesu Rohaultu (1620-1675), zetu Dekartovega prijatelja Clauda Clerseliera (1614-1684), ki ga je tudi večkrat citiral.24.
Leta 1783 so v Parizu ustanovili Ecole des Mines, kjer so poučevali praktično kristalografijo. Naslednje leto je Haüy25 začel znanstveno raziskovanje v kristalografiji v dobi, ko sta se petrografija in kristalografija razvili kot novi veji raziskovanja v geologiji oziroma mineralogiji26. Haüy je primitivne celice kristala imenoval »lames de superposition«27. Odkril jih je po nesreči, ko sta s prijateljem razbila kristal islandskega dvolomca. Haüy je ugotovil, da imajo razbiti koščki še vedno obliko romboedra. Domnevo je dokazal z razbijanjem drugih kristalov v svoji zbirki28. Zdelo se mu je. da bi razbijanje lahko nadaljeval do »atomov« in bi pri tem dobival vedno manjše delce enake oblike. Ideja o vedno manjših sestavinah podobnih oblik ni bila tuja niti starejšemu akademiku Boškoviču, ki je leto pred tem izidom Haüyjevega dela zapustil Pariz. Seveda pa je imel Boškovič atome za točkasta središča sil.
Leta 1787 je Haüy napisal še knjigo o elektriki in magnetizmu. Tik pred septembrskimi pokoli so ga 13. 8. 1792 zaprli skupaj z drugimi duhovniki iz College du Cardinal-Lemoine in s slovničarjem Lhomondom. Iz zapora jih je rešil Haüyjev nekdanji študent, naravoslovec Etienne Geoffroy Saint-Hilaire (1772-1844). Baje je Haüy z obžalovanjem zapustil zaporniško celico, kjer je dotlej navdušeno razporejal svoje kamnine29.
Haüyjeva opazovanja so dobila oporo v simetričnih oblikah, ki jih je prvi uporabil njegov sodelavec Legen-dre v geometrijskem učbeniku, napisanem za Ecole Normale, ustanovljene tistega leta v Parizu. S tem je
18	Senechal. 1995. 12. Luteran Steno (Nils Stensen, Stenon, 1638-1686) je končal študij medicine v Leydnu leta 1664. Prestopil je v katoliško vero in postal dvorni zdravnik toskanskega velikega vojvode Ferdinanda II (1610-1670). ki je podpiral tudi Galiläa in delovanje Accademie cel Cimento. V knjigi iz leta 1669 je Steno raziskoval geološke razmere v Toskani Leta 1677 je postal škof Titopolisa (Schneer, 1981.291).
19	Schneer. 1981.291-292
20	Erazem Bartholin (1625-1698) je bil šesti sin Casparja Bartholmusa (Berthelius, 1585-1629), doktorja medicine in zdravnika v Wittenberge pozneje profesorja elokvence in nato medicine na univerzi v Kopehagnu med letoma 1619 in 1624 in končno kanonika v mestu Koesher. Drugi sin Casparja je bil doktor medicine Thomas (1616-1680), leta 1647 profesor matematike in nato do leta 1661 profesor anatomije na univerzi v Kopenhagnu Erazem je leta 1646 začel desetletno popotovanje po Angliji. Nizozemski Franciji in Italiji. Na Nizozemskem je spoznal tudi Huygensa (1629-1695). Po vrnitvi je leta 1657 postal profesor matematike in nato medicine na univerzi v Kopenhagnu (Bartholin. 1991,14).
21	Senechal, 1995,14; Schneer,1981, 291 Šved Tobern Olof Bergmann (Bergman, 1735-1784) je bil rojen v Katnnebergu Študiral je v Uppsali pri Linneju in doktoriral leta 1758 ter se navdušil za razvrščanje kristalov. Ni jih razporejal le glede na videz, temveč, po vzoru na rojaka Cronstedta, predvsem glede na kemijske lastnosti, ugotovljene s kvantitativno analizo in s tehtanjem. Bergmannova razprava o kristalizaciji kalcita, objavljena leta 1779 pri Uppsalski akademiji, je usmerila zgodnja Haüyjeva raziskovanja (Haüy, 1784 39-41) Francoz Jean Baptiste Rome de Nsle je bil rojen leta 1736 v kraju Gral. Leta 1757 je postal tajnik topniških sil v Pondicherryju v Indiji, kje* se je med sedemletno vojno udeležil boja proti Angležem. Leta 1764 se je vrnil v Pariz in objavilo številne knjige. Leta 1778 je objavil tudi kritiko teorij grofa Buffona. Umrl je v Parizu leta 1790
22	Poskus so opravili privatni docent Max von Laue (1879-1960). asistent Walter Frederich (1883-1968) in doktorand Paul Kmpping (1883-1935). Po kratkem poročilu v aprilu je predstojnik Arnold Sommerfeld (1868-1951) njihove dosežke predstavil Münchenski akademiji 8.6.1912.
23	Eckert. Schubert. Torkar, 1992, 72
24	Smith. Burke. 1966, 18, 21. 24
25	Abbee Rene Just Haüy (izgovori aui) (1743-1822) je bil sin siromašnega tkalca, zato je študiral za duhovnika in se je za mineralogijo začel zanimati šele pri tridesetih letih. Leta 1783 je bil sprejet v razred za mineralogijo in naravoslovje Akademije v Parizu (Burckhardt. 1988.16) Pred revolucijo je predaval v Parizu in sodeloval z Antoinom Laurentom Lavoisierom (1743-1794) pri meritvah gostote vode in določitvi standardne enote mase. Bil je eden redkih, ki je pozneje skušal rešiti Lavoisiera pred giljotino. Na 30.10.1794 ustanovljeni Ecole Normale v Parizu je poučeval fiziko. Pod Napoleonovo vlado je postal profesor mineralogije v Naravoslovnem muzeju v Parizu. V naslovnici svoje knjige je bil naveden kot častni član »metropolitanske* cerkve v Parizu in profesor mineralogije (Haüy. 1806). Po Napoleonovem padcu se je upokojil.
26	Rezanov. 1988, 29
27	Haüy. 1784.20. Haüy, 1806,1: 62
28	Haüy. 1784.10-11; Rousseau. 1955. 535
29	Rouseau, 1955. 529, 535. Poldrugo stoletje po Haüyju so zaprli tudi drugega pomembnega kristalografa Frederiksa.
odprl novo vejo matematike, katere uporabnost so kmalu ugotovili kristalografi naslednje generacije.30.
Leta 1801 je Haüy objavil učbenik mineralogije s kor-puskularno teorijo, tolerantno tudi do nasprotnikov.31. Njegov atomizem nikakor ni bil sprejemljiv za tedanjo nemško filozofijo narave. Kritizirali so ga tudi nekateri študentje32, ki jim je bila bližje Boškovičeva dinamika točkastih središč sil. Haüy je sprejel Laplaceovo domnevo o razdalji med molekulami, mnogo večji od njihovih premerov. Zato je gostota molekul veliko večja od gostot teles, ki so zato lahko prozorna33. Danes vemo, da so medsebojni razmiki molekul v kristalih približno enaki njihovi velikosti.
Haüy je imel kristalne oblike za bistveno razliko med minerali in organsko snovjo 34 Osem desetletij pozneje se je ob odkritju tekočih kristalov predvsem organskih spojin pokazalo, da ni imel prav.
Legendrovo prostorsko geometrijo je Haüy sistematično uporabljal pri razvrščanju oblik kristalov. Sistematizacija te vrste je bila v duhu dobe, ki je segala od razvrščanja zdravil in mineralov Agricole, preko Raya35, Boerhaavejega učenca Šveda Carla Linneja (1707-1778) leta 1735 do Rusa Mendelejeva ter celo v sodobni čas delcev, manjših od atoma. Razporejanje kristalov je po Uekartovi dobi znova postalo akademsko, če že ne filozofsko področje.
Poleg Haüyjeve so se pojavile tudi druge možnosti za sistematizacijo kristalnih oblik. Wallerius je objavil svoj sistem v Berlinu leta 1750. Zanj so se zanimali tudi jezuiti, ki so del rokopisa Walleriusove mineralogije z razporeditvijo kamnin hranili v Collegio Romano. Francoski prevod dela je izšel leta 1753, nemški pa 10 let pozneje. Francoski prevod so kmalu nabavili tudi v Ljubljani in je pozneje postal del licejske knjižnice. Vseboval je tudi številne skice simetričnih vzorcev snežink in drugih mineralov36.
Avtor najpomembnejše razvrstitve mineralov je bil Šle-zijec Abraham Gottlieb Werner (Gottlob, 1750-1817).
Leta 1774 je predložil, da bi za rudnine uporabili naravno razporeditev po Linnejevem modelu. Lin-nčjeve predloge iz leta 1735 so upoštevali tudi pri Erbergovih predavanjih na ljubljanskih višjih študijah37. Linne se je zavzemal za razvrščanje po številu ploskev kristalov, medtem ko so Werner in njegovi učenci za identifikacijo raje uporabljali kemijske lastnosti. Kot profesor na Višji rudarski akademiji v Freiburgu je Werner ločil mineralogijo od drugih rudarskih ved in leta 1774 zasnoval kristalografsko metodo, ki pa ni prekašala Haüyjeve. Zagovarjal je namreč v Nemčiji zelo razširjen neptunizem, po katerem naj bi vse kamnine izvirale iz usedlin, nastalih z delovanjem vode38.
Haüyjev učbenik je bil kmalu po natisu leta 1801 preveden tudi v nemščino, saj se je njegov vpliv širil z uspehi Napoleonovih čet. Pri prevodu je sodeloval tudi Wernerjev študent C. S. Weiss39. Weiss je prevodu dodal kritičen komentar Haüyjevega statičnega opisa z Boškovič-Kantovim dinamičnim načinom, kjer so privlačne in odbojne sile povzročale oblike kristalov. Weiss je kristale razvrstil glede na njihove kristalograf-ske osi, Haüyjeve zakone simetrije pa je razvil v upo-rabnejši »zakon vlomljenih indeksov«. Pravilnost kristalnih oblik pri Weissu ni več izražala Haüyjevih osnovnih celic ali celo atomov, temveč notranjo strukturo sil, opisanih s tremi prostorskimi osmi40. Med najbolj znamenitimi Weissovimi učenci je bil F. E. Neumann41.
Haüyjeve ideje je razvijal tudi Andre-Maria Ampere (1775-1836) v pismu Claudu Louisu Bertholletu (1748-1822) leta 1814. Narisal je petero pravilnih konveksnih likov, ki naj bi jih sestavljalo od 4 do 14 molekul oziroma atomov. Te like je pripisal najbolj navadnim plinom in kapljevinam. Združevali so se v druge pravilne oblike, ki jih je ponazoril s skicami triindvajsetih pravilnih polie-drov, enakovrednih kristalom v Haüyjevi teoriji^.
V začetku 19. stoletja so opazili dvojni lom že pri več kot 150 vrstah kristalov. Tako so lahko vzporedno z Haüyjevim kristalografskim delom v Parizu pojasnili
30	Burckhardt. 1988.14; Legendre, 1794, VI. knjiga, XVI. definicija. Adrien Marie Legendre (1752-1833) je bil rojen v Toulousu Leta 1774 je končal kolegij kardinala Mazarma v Parizu. Med letoma 1775-1780 je bil profesor v vojaški šoli, med letoma 1788-1815 izpraševalec na Politehniški šoli in po letu 1813 član Urada za določitev zemljepisnih dolžin ter obenem predavatelj na Ecole Normale. Leta 1783 je postal član Akademije v Parizu, sočasno z Haüyjem. Leta 1793 je postal član njenega naslednika. Narodnega instituta. Raziskoval je tudi teorijo geodetskih meritev, podobno kot nekdanji profesor matematike na Collegio Romano Rudjer Josip Boškovič (1711-1787), ki je dokončno zapustil Pariz v letu Legendrovega sprejema v Akademijo.
31	Haüy. 1806 1: 57-77
32	Senechal, 1995,15
33	Hauy. 1806,1: 50
34	Haüy. 1806. 1:50
35	Anglež John Ray (1628-1705), FRS, je svoj sistem objavil leta 1693
36	Johann Gottschalk Wallerius (1709-1785) je pred tem napisal tudi knjigo o vodah, ki ga je isti francoski prevajalec prevedel kot L Hydrologie (Wallerius, 1753. Uvod).
37	Grmek. 1963. 298
38	Rousseau. 1955, 536-537; Sonin, 1986, 59; Palter, 1989, 367; Rezanov, 1988, 29. Wernerjev neptunizem je med drugim podpiral tudi Johann Wolfgang von Goethe (1749-1832).
39	Christian Samuel Weiss (1780-1856) je začel študirati medicino v Leipzigu, leta 1800 pa je končal študij kemije in fizike. Naslednje leto je obranil disertacijo o agregatnih stanjih. Leta 1801/1802 je študiral kemijo pri Kiaprothu v Berlinu in mineralogijo pri kraljevski zbirki mineralov D. L. G. Karstena. Študij je nadaljeval v Jem in je nato študiral mineralogijo pri Wernerju v Freiburgu. Leta 1807 in 1808 je Weiss sodeloval z Haüyjem v Parizu, vendar sta se razšla zaradi Weissovega zavračanja atomizma Med letoma 1808-1810 je bil Weiss profesor na univerzi v Leipzigu, nato pa profesor mineralogije na novo ustanovljeni univerzi v Berlinu, kamor je bil poklican tudi Fichte. Weiss je postal član Berlinske akademije leta 1815, tri leta pred svojim prijateljem Thomasom Johannom Seebeckom (1770-1831). Weiss je razvrščal kristale na osnovi polarnega načela, povzetega po filozofiji narave Schellinga in Fichteja, s katero pa ni bil povsem zadovoljen. Friderich Wilhelm Schelling (1775-1854) je bil profesor na univerzi v Jeni med letoma 1798-1802, Johann Gottlieb Fichte (1762-1814) pa med letoma 1794-1801. kjer sta oba spadala v Goethejev krog (Nielsen, 1989,119; Scholz, 1989.112-113).
40	Напу, 1804b. 32. Smith, 1992, 19-20; Scholz. 1989,114
41	Burckhardt. 1988. 27
42	Sadoun-Goupil, 1977. 135-138
tudi Bartholinovo poldrugo stoletje staro odkritje dvojnega loma predvsem z uporabo polarizacije svetlobe. Leta 1808 je Malus odkril polarizacijo z odbojem, tri leta pozneje pa je Arago odkril kromatično polarizacijo, obarvanje bele svetlobe po prehodu skozi plasti kristala. Boit je leta 1815 opisal optično aktivnost in krožno polarizacijo43, odkril pa je tudi kristale s po dvema optičnima osema44.
Haüyjevo kristalografsko delo je nadaljeval Bravais,45, ki je dokazal matematično natančno urejenost molekul kristalov. Ugotovitev so s pridom uporabili pri preučevanju sipanja rentgenskih žarkov na kristalih v 20. stoletju.
Po Huygensu je bila pravilna zunanja oblika povezana s fiziko kristala. Idejo je v naslednjem stoletju prevzel tudi Haüy, ki se je ukvarjal predvsem z Buffonovim problemom določitve oblike molekule v kristalu. Ta naj bi določala odvisnost sil med molekulami od razdalj med njimi. Haüy je imel nevidne pravilne oblike molekul za vzroke vidnih pravilnih oblik kristala.46. Idejo je podprl nemški kemik Eilhardt Mitscherlich (1794-1863) z odkritjem izomorfizma leta 1819. Poznejši bolj pozi-tivistično in eksperimentalno usmerjeni kristalografi so opustili prizadevanja v tej smeri, tako da so atomi kristalografov postajali vedno holj podobni nkrnglim atomom kemikov. Vendar so tudi Vorländer (1907), Lehmann47 in drugi pozneje zagovarjali Haüyjevim podobne povezave med obliko molekul in obliko kristalov.
Haüy je zagovarjal Laplaceov opis prehodov med agregatnimi stanji, še posebno kondenzacije. Menil je. da je specifično toploto prehoda mogoče opazovati na dva različna načina48:
1)	Toplota se veže v telesu, ki spreminja svoje stanje ali se krči. Pojav je podoben kot pri kristalizaciji soli, le da tu nimamo opraviti z nasičenostjo raztopine, temveč s previsoko temperaturo. Haüy se je zavedal, da ima sprememba koncentracije raztopine podoben učinek kot sprememba temperature. Povezava je postala znova pomembna leta 1888 ob analogiji med liotrop-nimi in termotropnimi tekočimi kristali.
2)	Kapaciteta za kalorik je odvisna od sile, s katero ga telo vleče nase. Ta sila se spreminja s temperaturo. Trdne snovi potrebujejo večjo silo za vezavo enake količine kalorika od tekočin.
Haüy je sprejel drugi način. Podobno je storil tudi Avogadro leta 1816/1817, ko je veličino »affinitä per calorico« izračunal kot razmerje med kvadratom specifične toplote in relativno gostoto snovi glede na zrak49.
Po Lavoisierovi reformi kemije je Stahlovo teorijo flogi-stona50 nadomestil kalorik. Za Haüyja to ni bil pravi fluid, temveč nekakšen agent, podoben etru v New-tonovi optikisi. v poznejših desetletjih so objavili razlage, po katerih naj bi bila ideja flogistona podobna sodobni potencialni energiji. Obstoj etra za Haüyja ni bil dovolj podprt z dokazi. Zato ga je imel le za delovno hipotezo, postavljeno v teorijo in ne v naravi.
Po vzoru Nevvtonovih Principov je tudi Haüy zavračal uporabo hipotez v fiziki. Haüyjev dvom v eter in v fluide (brez teže) se je sto let pozneje pokazal kot upravičen.
Haüy je za opis prevajanja toplote uporabil matematično fiziko profesorja pariške univerze Jeana Baptista Biota (1774-1862), ne pa Fourierove, ki je bila napisana šele za natečaj Akademije med letoma 1807 in 1811 in objavljena v knjigi leta 1822. Haüy je bil zagovornik Laplaceove fizikalne šole, ki je naravne pojave razlagala predvsem z mehanskimi modeli. Zato gotovo tudi pozneje ni sprejel Fourierove teorije toplote, ki je nasprotovala kaloriku. Fourierova teorija ni bila utemeljena v »calcul propre« in je bila zato deležna kritik Laplaceove šole.
Haüy je razpravljal tudi o permanentnih plinih.52. ideja o takšnih snoveh se je ohranila do prve kondenzacije kisika in dušika leta 1877. Pozneje se je namesto naziva »permanentni« uveljavil naziv »idealni« plin. Haüy je zagovarjal tudi nove tedaj ideje Angleža Johna Dal-tona, po katerih se pri mešanju plinov ne spreminja nasičeni parni tlak53.
Haüyjev učbenik iz leta 1806 je bil napisan po Napoleonovem naročilu za potrebe prenovljenega pouka. Zelo hitro so ga nabavili tudi na Ljubljanskih centralnih šolah, ki so bile osrednja izobraževalna ustanova v Ilirskih provincah med letoma 1809 in 1813. Kot del Francoskega cesarstva so Ljubljančani v tem času zelo hitro prihajali do informacij preko knjig, tiskanih v samem središču tedanje znanosti, v Parizu. Tako hitra nabava pariških knjig v Ljubljani seveda ni bila v navadi ne prej, ne pozneje. Ljubljanski profesor fizike Kersnik je Haüyjevo knjigo gotovo uporabljal pri svojih predavanjih v francoskem jeziku.54. Kvaliteta učbenika kaže. da so morala biti predavanja na Ljubljanski univerzi v času Ilirskih provinc na visoki ravni.
Nobeno izmed Haüyjevih del ni bilo opisano v knjižnici najpomembnejšega kranjskega mineraloga Žige Zoisa (1747-1819), ki ni bil preveč naklonjen niti Haüyjevemu zaščitniku Napoleonu. Zois pa je imel 16 knjig in 6 dodatkov Haüyjevega predhodnika na položaju uprav-
43	Chapert, 1977, 42
44	Eckerl, Schubert, Torkar, 1992, 20
45	Francoz Auguste Bravais (1811 -1863) je bil mornariški oficir, botanik, mmeralog, raziskovalec in še kaj Njegove razprave je pariški akademiji predstavljal Cauchy Oficir je bil tudi eden najpomembnejših kristalografov naslednje generacije Rus Evgraf Stepanovič von Fedorov (Senechal. 1995.17.19).
46	Sonin. 1986.62
47	Lehmann, 1910a, 47; Eckert. Schuberl, Torkar, 1992, 20-21
48	Haüy. 1806. 1: 123, 126, 127
49	Avogadro. 1911.111-118
50	Haüy. 1806. 1: 195
51	Haüy, 1806.1:80
52	Haüy. 1806.1" 128
53	Haüy. 1806. 1: 190
54	Janez Krstnik Kersnik (1783-1850), ded pisatelja Janka (1852-1897)
nika Kraljevega vrta v Parizu, grofa Georgesa Louisa Leclerca de Buffona (1707-1788) in tudi 4 knjige utemeljitelja znanstvene geologije in mineralogije Deo-data de Grateta de Dolomieuja (1750-1801), ene od približno petdesetih oseb. s katerimi si je Zois dopisoval o mineralogiji 55.
3 Začetki kristalografije v Ljubljani in v habsburški monarhiji
3.1 Pouk o sestavi snovi na višjih študijih v Ljubljani
Po slovesnem odprtju 4. 11. 1704 so na jezuitskem kolegiju v Ljubljani začeli predavati fiziko na višjih filozofskih študijih, ki so jih dijaki obiskovali po končanih nižjih študijih na »gimnaziji««. Po ukazu Marije Terezije, podpisanem 25. 6. 1752, in splošnih predpisih iz leta 1753 so v dveletnem študijskem programu v Ljubljani predavali trije profesorji na katedrah za matematiko, splošno in posebno (eksperimentalno) fiziko ter filozofijo. V prvem letniku so poučevali logiko, metafiziko in matematiko, v drugem pa etiko, splošno in posebno (eksperimentalno) fiziko, mineralogijo, botaniko in zoologijo. S tem je cesarica nekoliko omilila odlok ustanovitelja Družbe sv. Ignacija Loyole o prepovedi pouka medicine v jezuitskih kolegijih,56 ki je oviral tudi pouk naravoslovja in z njim mineralogije. Minerale in tekočine so zato v jezuitskih šolah pred terezijanskimi reformami omenjali predvsem v uvodnih poglavjih fizike o agregatnih stanjih. Optične lastnosti snovi so obravnavali ob koncu pouka fizike v komentarjih k Aristotelovim knjigam De generatione et corruptione in De mundo et caelo. Posebna vrsta jezuitskih zapisov o kristalih pa so bili teksti s kuharskimi in kemijskimi navodili, ki so pogosto vsebovali tudi opazovanja mineralov.
Leta 1754 je profesor fizike na višjih študijih v Ljubljani Bernard Ferdinand Erberg (1718-1773) dal v Ljubljani natisniti latinski prevod četrt stoletja stare knjige o magnetizmu Nizozemca Musschenbroeka (1692-1761). V knjigo je dal vezati teze za izpit, kjer je trdne snovi razdelil v štiri razrede: kristalne snovi (kot kalcit), mavci, stekla in gline. Razlikoval je tudi med polkovinami in kovinami 57.
Istega leta je Erberg za knjižnico ljubljanskega kolegija nabavil tudi številna druga Musschenbroekova dela. Po Musschenbroekovem mnenju se kristal ne stali zaradi dovedene toplote. Taljenje povzročajo delci atmosfere, ki se zmešajo s kristali in povzročijo neko vrsto fermentacije, s katero odvlečejo ogenj (toploto) v pore56. Večina raziskovalcev Musschenbroekove dobe je študirala medicino. Zato so radi poudarjali analogijo med fermentacijo in življenjskimi procesi, ki jo najdemo tudi v Boškovičevem delu.
Naslednje leto je Erberg poleg naprav za demonstracijo zakonov geometrijske optike za nabavo predložil še 4 mikroskope ter prizme in stožce. Številni mikroskopi kažejo Erbergovo zanimanje za Leeuwen-hoekovo delo.
Franc Tricarico (1719-1788) je leta 1757 poučeval fiziko na višjih študijih v Ljubljani. Leta 1756 so v Ljubljani nabavili Regnaultovo fiziko, ki jo je Tricarico leto poprej dal natisniti v nemškem jeziku ob svojih izpitnih tezah v Gradcu. Regnault je svoje delo razdelil v 17 dialogov, med katerimi je drugi imel naslov »Zemlja in minerali««, štirinajsti pa »Svetila in fosforji«.
Ljubljanski profesor fizike na višjih študijih Inocenc Taufferer (1722-1794) je dal leta 1760 ob svojih izpitnih tezah natisniti tudi prevod 35 let stare knjige p meteorologiji Boškovičevega prijatelja de Mairana. Že leta 1758 so v Ljubljani nabavili šest let starejši nemški prevod de Mairanove knjige o ledu. Med svojimi predhodniki pri raziskovanju snežink je de Mairan omenil E. Bartholina59. V drugem delu knjige je opisal glavne pojavne oblike ledu60. Za tiskanim delom knjige je dal vpeti še pet slik:
1)	Oblike ivja in ledu
2)	Različne kristalne oblike: krogle, kvadrati, snežinke
3)	Oblike snežink
4)	Geometrijska ponazoritev tvorbe ledenih oblik
5)	Model vrtinca
De Mairan je bil prvi znanstveni opazovalec tvorbe ledu, ki ga je povezoval tudi s severnim sijem. Raziskoval je meteorologijo in kristalografijo, ki sta se razvili šele v 19. stoletju. De Mairanove ideje je Taufferer uporabil v svojih izpitnih tezah, ki jih je dal vezati ob prevod de Mairanove knjige. Po Tauffererjevem mnenju vse gore niso nastale z vesoljnim potopom, ampak so večinoma enako stare kot Zemlja. Izviri dobijo vodo od dežja, staljenega snega in tudi od podzemnih hlapov. Podzemni minerali naj bi nastali iz toka raznih kovin, polkovin in tekočin, katerih molekule naj bi se izločale in mešale zaradi toplote podzemnih ognjev ob izbruhih lave. Kovin ni imel za kemijske elemente, temveč za zmesi, nastale pod vplivom podzemnega ognja, večinoma že ob nastanku sveta. Alkimijo je odklanjal kot nenaravno, nemogočo in moralno nedopustno. Tedanji »kemijski element«« in »molekula«« nista bila enaka poznejšim idejam Francoza Antoina Laurenta Lavoisiera (1743-1794), ki je prvi objavil tabelo »33 enostavnih tvarin««, med njimi tudi sedemnajstih kovin. Spojine v kamninah si je Taufferer predstavljal kot zmesi molekul zemlje in sokov, ki jih odnaša voda in se strdijo zaradi odvedene toplote. Zapisal je, da kamnine nastajajo s pomočjo toplote iz molekul Zemlje in iz sokov, ki jih spira voda. Slanost in grenkost morja je pripisal spiranju soli v nižjih delih obal, podmorskim izvirom bitumna, delcem žvepla itd. Vzrok plime in oseke naj bi bilo bruhanje in ponovno vračanje vode v
55	Zoisove knjige so skupaj s 76 drugimi znanstvenimi deli pozneje prišle v licejsko knjižnico v Ljubljani, katere naslednica je današnji NUK. Drugače od drugih zbiralcev mineralov v Evropi je podjetnik Zois svoje minerale zaračunaval naročnikom (Šumrada. 2001. 66. 71). Zoisova zbirko mineralov, popisano leta 1804. je od njegovih potomcev odkupil Rudolfinum, današnji Narodni muzej v Ljubljani.
56	Gorman. 1994, 30
57	Erberg. 1754. teze 46-48
58	Meyer. 1913.97
59	Mairan 1752. 130. 243
60	Mairan 1752, 83
podmorske ponore61 in ne gravitacija Lune in Sonca po Newtonovi teoriji.
V šestdesetih letih osemnajstega stoletja je pri pouku v Ljubljani prevladala Boškovičeva fizika. Boškovič je opisal trdne snovi, sestavljene iz piramid in prizem s trikotno ali kvadratno osnovo. Posebej je opisal delce soli. ledu in »zvezde snega«. Razlikoval je tri vrste fluidov: prašne delce, kapljevine in pline. Snovi so tem bolj fluidne, čim bolj okrogli so njihovi sestavni deli. Osnovni delci v obliki paralelepipedov in drugih površin neenakomernih oblik povzročajo čvrstost, značilno za trdne snovi62. Boškovič ni šel tako daleč kot Platon, pol stoletja po Boškoviču pa Haüy, saj geometrijskih likov ni neposredno povezal s posameznimi vrstami kristalov.
Ljubljanski profesor matematike Janez Krstnik Schčttl (1724-1777) je v svojih poznejših predavanjih na dunajskem Terezijanišču leta 1763 kamne delil med: kamnine, minerale in fosile. Kamnine je delil naprej v kemijske elemente raznih vrst. Nasprotno od Lavoi-siera imponderablov (svetloba, toplota, elektrika) ni štel med kemijske elemente63.
Učenci ljubljanskega profesorja splošne in posebne fizike Gregorja Schöttla (1732-1777) so morali na izpitu povedati tudi: »Katere vrste teles topi voda? Ali je vodo mogoče pretvoriti v zemljo? Katere so lastnosti zemlje64?« Ker so z nazivi zemlja in voda označevali sodobno trdo in kapljevinsko agregatno stanje, so študentje ob teh vprašanjih morali razmišljati tudi o faznih prehodih in o raztopinah, pozneje imenovanih (liotropni) tekoči kristali.
Naslednje leto so študentje opisali homogeno kristalno strukturo65 in z razlikami v strukturi pojasnjevali optične lastnosti snovi: »Presojna telesa nimajo v vseh delih pravilno postavljenih por; vendar se tkivo teles ponavlja, zato se sile, ko vplivajo na svetlobo, kažejo kot homogene.« V zapisu o ponavljajočem se tkivu teles najdemo zametke tri desetletja poznejše ideje kristalne mreže.
Avgusta leta 1775 je študij pri Schöttlu končal Jurij Vega (1754-1802). Skupaj s sošolci je dal natisniti izpitne teze po Boškovičevi teoriji б6:
»Zakon na videz skoraj sovpada s slovito Boškovičevo krivuljo. Resnična nepredirnost se kaže v tem zelo znanem tolmačenju kot odboj pri majhnih razdaljah; kohezija se na omejenem območju izmenjuje z odbojem v številnih neenakih ponovitvah, med katerimi se sili privlačnosti in odboja uravnovesita; elastičnost deluje do meje kohezije; pri fluidih je enaka v točkah znotraj navideznih koncentrično porazdeljenih sfer; v trdnih snoveh je drugače; kemijske raztopine večine
teles so deloma tekoče s stalnimi notranjimi silami; delovanje sil v raztopini se z oddaljenostjo zmanjšuje; fermentacijo povzroča sila spremenljive smeri; fluid-nost je odvisna od hitrosti molekul pri gibanju okoli lastne rotacijske osi; podobno pride tudi do zgoščevanja, kristalizacije in sublimacije pri različnih silah in pri različnem medsebojnem delovanju molekul. Odboj med molekulami ob spremembi agregatnega stanja telesa je posledica zakona sil in je, po domače rečeno, le vprašanje vztrajnosti molekul.«
Poleg Baltazarja Hacqueta de La Motta (1739-1815) je največ kristalografskih del med ljubljanskimi profesorji objavil jezuit Gotlib Leopold Biwald (1731-1805). Vendar sta oba objavljala o kristalih predvsem po odhodu iz Ljubljane, Hacquet v Galiciji, Biwald pa v Gradcu. V Gradcu se je Biwald zanimal tudi za botaniko, zato je prijateljeval in si dopisoval z Linnšjem in z jezuitom Francem Ksavrom Wulfnom (1728-1805) iz Celovca, prvim predavateljem Nevvtonove fizike v Ljubljani. Leta 1764 je Biwald v Gradcu ob svojih izpitnih tezah ponatisnil izbor iz Linnšjevih del o sistematizaciji vrst. Leta 1771 je Biwald prevedel iz francoščine v nemščino poročilo profesorja fizike Aepinusa pri Peterburški akademiji o podobnosti med električno in magnetno silo. Poročilo ie bilo del razprave o novih poskusih z električnostjo turmalina iz leta 1756. v kateri je poročal o odkritju piroelektričnosti, ki so jo sicer poznali že v antiki. Pojav je Haüy pozneje pojasnil s sestavo določenih vrst kristalov, kjer segrevanje povzroči neenakomerno porazdelitev elektrike. Piroelektričnost sta leta 1888 ponovno raziskala brata Jacques (1855-1941) in Pierre Curie (1859-1906)67. Napetost, s katero deformiramo kristal turmalina, povzroči polarizacijo in z njo električno napetost. Pojav opazimo tudi pri drugih kristalih, ki nimajo središča simetrije. To lastnost turmalina še danes uporabljamo v radiotehniki.
Leta 1771 je Biwald svoje teze ponatisnil tudi ob prevod razprave Williama Lewisa, FRS, avtorja pomembnih knjig o kemiji66. Biwald je teorijo leda in zmrzovanja povzel po de Mairanu69. Dve leti pozneje je iz francoščine v nemščino prevedel trinajsti zvezek glasila berlinske akademije7*). Vseboval je poskuse s platino, ki so jo v Evropi spoznali po odkritju Amerike, vendar je sprva niso imeli za posebno kovino. Prvi je njene kovinske lastnosti opisal J. Scaliger leta 1557. za njim pa še Anton de Ulloa leta 1748, Anglež William Watson leta 1750 in švedski kemik Heinrich Teophile Scheffer leta 1752. Leta 1777 je razpravo o platini objavil tudi tedanji ljubljanski profesor Hacquet.
Leta 1777 je Biwald svoje izpitne teze vezal v Cron-stedtovo novo razvrstitev mineralov z upoštevanjem kemijske sestave71. Pozneje je Biwald ponatisnil še
61	Taufferer, 1760, tezi 34. 35
62	Boškovič, 1974, XXXIV, 166, 191.192. 195. 198-200; Paušek-Baždar. 1983.49-50
63	Raigersfeld, 1763
64	Schönt. 1771. teza 3
65	Schöttl. 1772. teza 35
66	Schöttl. 1775. teza 16, stran 40
67	Eckert. Schubert, Torkar. 1992, 21; Cladis. 1988. 108
68	Priestley. 1966.10.45
69	Biwald. 1771, tezi 32. 33
70	Sitzungsberichte der wissenschaftlische Akademie
71	Šved Axel Frederik Cronstedt (1722-1765) je bil sin visokega častnika, podobno kot šest let mlajši Wulfen. Cronstedt je s pihalnikom dvigoval temperaturo ognja in iz barve in izparin kristala ugotavljal njegove lastnosti Njegova klasifikacija mineralov glede na kemijsko strukturo je prvič izšla leta 1758, skoraj dve desetletji pred Biwaldovim ponatisom.
popis strupenih rastlin na Švabskem, ki ga je objavil Nemec Johann Friedrich Gmelin. Gmelin je bil začetnik dinastije kemikov, ki sta jo nadaljevala sinova in nato vnuka, Leopold Gmelin (1788-1853) in Christian Gottlieb Gmelin (1792-1860).
3.2 Preučevanje mineralov na rudarskih šolah
Ob Idriji je bilo mesto Schemnitz72 med najpomembnejšimi rudarskimi središči v habsburški monarhiji. Agricola73 je bil po letu 1531 mestni zdravnik v Schem-nitzu, podobno kot Scopoli in Hacquet dve stoletji pozneje v Idriji. Agricola je razvrščal zdravila in minerale v skupine v času, ko še ni bilo posebne razlike med farmacevti in kemiki.
Že od leta 1735 je v Schemnitzah delovala rudarska šola. Leta 1764, dve stoletji po Agricolovi smrti, je Marija Terezija dala v Schemnitzu ustanoviti prvo rudarsko visoko šolo v Evropi. Leta 1770 je bila povišana v akademijo in je bila preko jezuitskih profesorjev povezana z univerzama v Trnavi74 in na Dunaju75. Pri svojem razvoju se je zgledovala po nemških zgledih, tudi po višji rudarski akademiji v Freiburgu.
Med letoma 1734 in 1737 je bil predstojnik manjše jezuitske skupnosti v Schemnitzu Sebastjan Stainer (1679-1748), nekdanji ljubljanski profesor matematike in fizike. V Schemnitzu je bil rojen slovaški jezuit Maximilian Hell (1720-1792) in je sprva tam tudi poučeval. Nato je postal profesor na univerzi v Trnavi in upravitelj cesarske zvezdarne na Dunajski univerzi od leta 1755. Leta 1758 je na Dunaju zbral in natisnil astronomska opazovanja, ki jih je s Kitajske pošiljal Auguštin Hallerstein (1703-1774) iz Mengša, član Peterburške akademije. Leta 1769 je Hell sodeloval pri odpravi za opazovanje prehoda Venere čez Sonce. V svojih efe-meridah je zbral vsa jezuitska opazovanja prehoda, tudi tista iz Ljubljane. Po Hellu so poimenovali tudi krater na Luni. Dva izvoda njegove knjige o izdelovanju magnetov so pred letom 1803 nabavili tudi v knjižnice liceja v Ljubljani.
Tudi botanik in zdravnik Nikolaus Joseph baron Jac-quin (1727-1817) iz Leydna je nekaj časa poučeval na rudarski akademiji v Schemnitzu. Po odhodu na Dunaj ga je tam nadomestil Janez Anton Scopoli (1723-1788) iz Južne Tirolske, zdravnik v Idriji med letoma 1754 in 1769. Od 23.9.1763 do Scopolijevega odhoda je v Idriji delovala metalurška in kemična šola. Scopoli je bil njen
direktor in prvi predavatelj kemije v deželah, poseljenih s Slovenci. Jožef Mrak je prevzel praktični in teoretični pouk. Med letoma 1769 in 1776 je bil Scopoli profesor mineralogije in metalurgije na rudarski akademiji v Schemnitzu. Med letoma 1783 in 1784 je prevedel P. G. Macuerjev slovar kemije iz francoskega v italijanski jezik. Prevod je objavil v Paviji, kjer je bil od leta 1777 profesor kemije in botanike in pozneje tudi rektor. Na isti univerzi je od leta 1778 poučeval tudi Volta76.
Po Scopoliju je na rudarski akademiji v Schemnitzu poučeval nekdanji jezuit Ignac baron Bom (1742-1791 )77. Mineralog Born je pozneje postal dvorni svetnik, kustos dvornega naravoslovnega kabineta na Dunaju in veliki mojster najpomembnejše dunajske prostozidarske lože »Pri pravi slogi«. Dopisoval se je s Z. Zoisom in Hacquetom in njuna pisma tudi objavljal. Po letu 1788 je bil profesor matematike in mehanike na akademiji v Schemnitzah Dunajčan Karl Maria Haidinger (1756-1797).
3.3 Zbirke in naprave za preučevanje kristalov v Ljubljani
V	popisu nabav Erberg leta 1755 ni naštel mineralov. Po letu 1773 so pri pouku gotovo uporabljali Hacque-tovc mineraloško, geološke in druge zbirke, ki 6i jih je uredil na liceju. Hacquetove zbirke so si ogledovali tudi mnogi pomembni sodobniki: poznejši ruski car Pavel I. (1754-1801) leta 1782, nadvojvodinja Marijana, papež Pij VI. in cesar Jožef II. leta 1784. Zbirke je Hacquet pozneje odnesel s seboj v Galicijo in končno prodal univerzi v Krakovu78. Hacquet je bil Scopolijev sodelavec kot rudniški kirurg v Idriji med letoma 1766 in 1773 in nato do leta 1787 profesor anatomije, fiziologije. kirurgije in porodništva na ljubljanskem liceju. Objavil je številna mineraloška dela, tudi o Idriji.
V	začetku 19. stoletja so imeli v kemijskem in fizikalnem kabinetu v Ljubljani med »kemijskimi objekti« že skoraj sto mineralov. Popisali so tudi dva mikroskopa med napravami za »optiko in astronomijo«, vendar med njimi seveda še ni bilo naprav za raziskovanje polarizacije79, ki so jih sestavili šele pozneje. Naprave, ki so jih uporabili pri odkrivanju tekočih kristalov, so bile razvite v desetletjih po Haüyjevem odkritju kristalne mreže. William Hyde Wollaston (1766-1828) je konec 18. stoletja izumil kontaktni optični goniometer za natančno ugotavljanje kotov v kristalu80. Leta 1828 je
72	Nemško Schemnitz, latinsko Schemnitzium. slovaško Banskä štiavnica v habsburški severni Orgrski. 100 km severno od Budimpešte v današnji Slovaški Kraja ne gre zamenjevati z ukrajinskimi ćernovci (nemško Czernowitz) v nekdanji Bukovini zunaj avstrijske jezuitske province, kjer so v 19. stoletju ustanovili univerzo. Leta 1758 je rudnik v Schemnitzu zaslovel po posebnem nabiranju snega na ventilu, skozi katerega je stisnjen zrak zapuščal rudarsko črpalko. Pojav je opisal Gabriel Jars iz Lyona leta 1768, pozneje pa sta ga pojasnila Darwin leta 1784 m 1788 ter Tobija Gruber leta 1791 (Fox. 1971, 59. 337). Erasmus Darwin (1731-1802) je bil ded Charlesa Darwina (1809-1882) T. Gruber (1744-1806). brat ljubljanskih profesorjev Gabrijela (1740-1805) in Antona Gruberja, je objavljal tudi kristalografska raziskovanja
73	Sas Agricola (Georg Bauer. 1494-1555) je študiral v Leipzigu in Ferrari Med letoma 1527-1531 je bil zdravnik v rudarskem središču Joachimsthal. V svoji knjigi je zbral vse praktično znanje tedanjih saških rudarjev. V Ljubljani so nabavili natis knjige iz leta 1546, ki je postal pozneje del licejske knjižnice. Knjiga žepnega formata je imela 86 strani in na koncu še 7 strani kazala Prvi izmed dveh nagovorov pred začetkom knjige je bil posvečen deset let poprej umrlemu Erazmu Roterdamskemu Desideriusu (1469-1536). Večina zgodovinarjev citira deset let poznejšo posmrtno izdajo iz leta 1556. Že leta 1563 je bila Agricolova knjiga prevedena tudi v italjanski (»toskanski«) jezik.
74	Nemško Tyrnau, 100 km zahodno od mesta B. Štiavnice v habsburški Ogrski na današnjem Slovaškem
75	Eckert, Schubert. Torkar. 1992. 72
76	SBL. 1967,10 256; Polvani. 1942,152; Jozelj, 1992. 40-41
77	Winter. 1971.233
78	Voroncov-Beljaminov. 1985. 23; SBL, 1927-1932, 1: 268
79	Kersnik. 1811
80	Eckert. Schubert, Torkar. 1992. 21; Senechal. 1995.13. Po drugih virih je goniometer izumil Rome de l'lsle (Rezanov. 1988. 30). izboljšal pa Britanec H. Miller (1801-1880) leta 1874
Tabela 1: Naprave za kristalografijo, ki so jih nabavili v gimnazijah v Kopru in Ljubljani
Nabava	Kraj	Naprava	Cena (Fl:kr)	Izdelovalec	Inventarna številka
1845	Ljubljana	Baumgartnerjev polarizacijski aparat	54:60	Hanaczik	1847/169. 1866/12
1858 1868	Ljubljana	Nörrenbergerjev polarizacijski aparat	77:79		1866/35
	Koper		55:0		1868/261
1857	Ljubljana	Turmalinske klešče	8:40		1857/168. 1866/11
1866	Ljubljana		8:40		1866/36
1864	Koper				1864/160-b6
1858	Koper	Romboeder iz islandskega dvolomca			1858/85-33
1869	Koper	Dva islandska dvolomca			1869/266
1845	Ljubljana	Ročni goniometer (na odboj, Baumgartnerjev)	33:60	Hanaczik	1847/163, 1866/6
1847					1847/171
Škot William Nicol (1768-1851) izumil po njem imenovano polarizacijsko prizmo. Z njo so kmalu opremili tudi polarizacijske mikroskope Tehniko njihove uporabe je konec 19. stoletja dopolnil še so-iznajditelj (termotrop-nih) tekočih kristalov Lehmann81.
V	času prvih opazovanj (liotropnih) tekočih kristalov so na gimnazijah v Ljubljani in Kopru že nabavljali naprave za kristalografijo, predvsem goniometre, polarizatorje inturmaline (tabela 1)82.
Uporabljali so številne mikroskope, tudi takšne s projekcijskimi aparati in »mikrofotografskimi objekti«. Najdražji je bil Nörrenbergerjev polarizacijski aparat z Nicolovo prizmo kot analizatorjem. Primerek, nabavljen leta 1858 v Ljubljani, je imel tudi dodatno opremo: pet steklenih podstavkov, ki jih je bilo mogoče ohla-jevati, sedem kristalov, stekleno kocko in stiskalnico iz stekla. Z Nörrenbergerjevo ali Baumgartnerjevo napravo je bilo mogoče ponoviti večino polarizacijskih poskusov88, tudi tiste s tekočimi kristali.
3.4 Kristalografija na Dunajski univerzi do srede 19. stoletja
Anton Ambschell (1751-1821) je bil profesor fizike in rektor na liceju v Ljubljani do njegove začasne ukinitve leta 1785, nato pa je bil do leta 1804 profesor fizike in mehanike na Dunajski univerzi. Tekočine je delil na kapljevine in pline, trdno snov pa na elastično in plastično. Kristalizacijo je obravnaval v dveh podpoglavjih84. Opisal je tudi amalgame kot snovi na »sredi med trdnimi in tekočimi oblikami85.«
V	prvem poglavju optike je Ambschell obravnaval dvojni lom88, ne da bi omenil Bartholina in islandski dvolomec. Ambschell je sledil Newtonovi optiki, bilo pa
je še prezgodaj za opis Malusovega raziskovanja polarizacije.
Ambschell je telesa delil na presojna (diaphana) oziroma prozorna (pellucida) in na senčnata87. Homogeni deli teles so presojni, heterogeni pa ne. Če steklo vsebuje zrak ali terpentinsko olje, postane neprozorno. prav tako pa je neprozorna pena sicer prozornih kapljevin. Presojne mešanice postanejo senčne med razkrojem in ponovno presojne, ko so znova popolnoma čiste. Dodajanje dušika ali soli vodi do nasičenja naredi vodo temno, po izločitvi pa postane znova presojna. Najtemnejša telesa, kot je raztopina srebra v dušikovi kislini, postanejo po razkroju presojna. Tudi z mešanjem dveh prozornih kapljevin, npr. vode in ter-pentinskega olja, dobimo temno snov. Presojne kapljevine, ki se kemično spojijo, ostanejo prozorne v območjih popolne raztopine, tako na primer voda in vinski špirit (alkohol). Suha ploščica je manj prozorna od namočene v vodi in manj prozorna od ploščice, namočene v olju. Podobne pojave kaže neravna steklena plošča. Steklen kozarec, poln vode. je bolj prozoren kot na zraku in bolj prozoren od kozarca, polnega terpentinskega olja. Tanki lističi temnih teles, kot so zlato, srebro in les, kažejo določeno stopnjo prozornosti. Od tod sledi, da so homogena telesa (lahko) presojna88.
S kemijskim sestavljanjem in razstavljanjem delov teles se spreminja gostota plasti, tako da se spremeni tudi barva teles. Tako vijolični sirup pordeči pod delovanjem kisline, barva soli ali oblek se spreminja glede na njihovo vlažnost. Rastlina na prostem bolj pozeleni kot v zaprtem prostoru ali v senci. Toplota in mraz se izmenjujeta in vplivata na globino in gostoto plasti,
81	Kelker, 1988, 7
82	Text of Footnote
83	Ganot, 1886, 603; Kunzek. 1852, 370, D53; Baumgartner, 1826. 355
84	145, Quid sit crystallisatio; 146. Crystallisatio salium (Ambschell. 1807.1: 72-73.169-171).
85	142. Quid sit Amalgamate (Ambschell. 1807. 1: 165)
86	Ambschell. 1807. 2. 64
87	Temna, mračna (opaca) (Ambschell. 1807, 2: 73)
88	Ambschell. 1807. 2 76-77
vsebovanih v telesu. Tako kobaltu podobna barva črk postane zelena po segrevanju89.
Ambschell je bil najplodovitejši avtor med ljubljanskimi profesorji fizike pred 20. stoletjem. Bil je tudi vesten opazovalec optičnih pojavov, tudi v snoveh, ki so jih pozneje imenovali organske. Pri svojih opazovanjih je uporabljal tudi mikroskop:
»V nekaterih fluidih, med njimi v spojinah krvi, lahko z mikroskopom opazimo okrogle molekule v sluzi. Tudi snovi, katerih molekul ne moremo razločiti z mikroskopom, so iz najmanjših krogel, ki tvorijo kapljice in povzročajo značilno fluidnost90.«
Plastičnim trdnim snovem je Ambschell pripisal oglate molekule. Elastične trdnine je ločil na živalske, rastlinske in mineralne, pri zadnjih pa je opisal tudi različne kristalne oblike. Kohezijo v elastičnih telesih je pojasnil z Boškovičevo krivuljo sil91. Ni še obravnaval Haüyjeve teorije kristalov, saj si lahko mislimo, daje zaradi vojnih razmer imel nekaj težav pri nabavljanju francoske literature na Dunajski univerzi.
Graški profesor Mohs92 je utemeljil znanstveno mineralogijo v habsburški monarhiji. Vzporedno in neodvisno od Weissa je razvil simetrične koncepte dinamične geometrijske kristalografije v dvajsetih letih devetnajstega stoletja. V njuni kristalografiji se je Boško-vičeva dinamika izkazala za uporabnejšo od Haüyje-vega atomizma.
Kmalu po Ambschllovi smrti je Baumgartner sprejel Haüyjevo in Mitscherlichovo teorijo kristalov. Opazoval je tudi dvojni lom in barvne pojave v snoveh brez kristalov, tudi v tekočem terpentinskem in limoninem olju 93. V Baumgartnerjevem času je na Dunajski univerzi že prevladoval atomizem in se raziskovalci niso več sklicevali na Boškovičevo dinamično teorijo sil.
F. E. Neumannov vpliv na kristalografska raziskovanja v habsburški monarhiji se je začel že julija 1834, ko je F.E. Neumann obiskal najznamenitejšo zbirko mineralov v Pragi, last grofa Stattenberga. Nato je obiskal še dunajske raziskovalce, med njimi Baumgartnerja, An-dreasa von Ettingshausna (1796-1878) in tudi Johanna Philipa Neumanna (1774-1849), ki je bil do jeseni 1806 profesor fizike na liceju v Ljubljani. Leta 1860 je F. E. Neumann postal častni član Dunajske akademije.
Leta 1848 je organsko kemijo na Dunajski univerzi predaval kristalograf Schrötter von Kristelli, kristalo-
grafijo pa docent Botzenhart. Kristalografija je v habsburški monarhiji dosegla vrh v naslednji generaciji, še posebno v Grailichovem času94. Dne 30. 5. 1855 je Dunajska akademija obljubila nagrado za kristalograf-ske in optične raziskave, ki jo je dve leti pozneje podelila Grailichu. Ta je trdil, da lahko le točna teorija kristalov postane temelj teorije molekul, kar kaže, da se je bolj nagibal k Haüyjevemu kot k Boškovičevemu opisu molekul. Grailich in za njim Lang9^ in F. S. Exner sta program raziskovanja vodje Dunajskega fizikalnega instituta Ettingshausna opravila na trdnih snoveh, medtem ko so Stefan in njegovi sodelavci raziskovali pline in kapljevine. Grailich je uporabljal naprave iz muzeja profesorja kemije na Dunajski politehniki in glavnega tajnika Dunajske akademije Schrötterja von Kristellija. Sodeloval je tudi s kemikom Josephom Redtenbacherjem, ki mu je posodil nekaj zanimivih organskih spojin96. Kristalografska raziskovanja na dunajski in na drugih habsburških univerzah sredi 19. stoletja so bila temelj za Reinitzerjevo odkritje (termo-tropnih) tekočih kristalov leta 1888.
4 Začetki raziskovanja faznih prehodov
Tekoče kristale so odkrili pri raziskovanju posebne vrste fa7nih prehndnv i7 trdne snovi v kapljevino, ki se ne zgodijo v eni sami temperaturni točki, temveč na širšem temperaturnem intervalu. Vmesne snovi kažejo značilnosti posebnega agregatnega stanja, ki so ga imenovali tekoči kristal. Sele poznanje fizike faznih prehodov je omogočilo prehod raziskovanja tekočih kristalov iz biologije v fiziko po letu 1888, ki ga navadno povezujemo kar z odkritjem (termotropnih) tekočih kristalov. Šele odkritje temotropnih faz je omogočilo razvoj fizikalnega raziskovanja tekočih kristalov, saj je bil fazni prehod s spremembo temperature fizikom in kemikom dobro znan pojav. Prej odkriti liotropni fazni prehod ob spremembi koncentracije raztopine do leta 1888 niso povezovali s fizikalnim in kemijskim raziskovanjem faznih prehodov.
4.1 Andrewsovo raziskovanje faznih prehodov v Belfastu
Sistematično raziskovanje faznih prehodov se je začelo v 19. stoletju s poskusi kondenzacije plinov, ki so dotlej veljali za permanentne. Andrews97 je med letoma 1861 in 1869 dokazal, da je fazni prehod kapljevine v plin bolj zvezen od ostrega prehoda med trdno snovjo
89	Ambschell. 1807. 2: 97
90	Ambschell. 1807. 1: 77
91	Ambschell. 1807,1: 78-79. 84
92	Frederich Mohs (1773-1839) je bil rojen v Genrodeju v Anhaltu Poućeval je tudi na univerzah v Nemčiji. Danes po njem imenujemo skalo za določanje trdnosti materialov, ki jo je objavil leta 1822 Umrl je v mestu Agardo v Italiji.
93	Baumgartner. 1826. 81 -85.375 Andreas baron Baumgartner (1793-1865) je bil rojen v Friedbergu na Češkem v družini gostilničarja in peka. Leta 1814 je doktoriral na Dunajski univerzi, v času ko je bil Ambschell že v Bratislavi. Leta 1823 je Baumgartner postal redni profesor fizike in uporabne matematike na Dunajski univerzi, po letu 1861 pa predsednik Dunajske akademije
94	Joseph Wilhelm Grailich (1829-1859) iz Bratislave je habilitiral iz kristalografije leta 1855 na Dunajski univerzi in postal asistent varuha Dvorne zbirke mineralov na Dunaju. Kot profesor na Dunajski univerzi je bil predhodnik Jožefa Štefana. Leta 1856 je objavil prevod de Millerjeve (1801-1880) kristalografije. ki je že upoštevala prednosti F.E. Neumannovega kristalografskega sistema z uporabo sfeme geometrije (Geschichte der Wiener Universität, 1898. 265. 291: Burckhardt. 1988. 61)
95	Victor von Lang (1838-1921) študiral pri Ettingshausnu na Dunajski univerzi. Leta 1863 je habilitiral iz fizike kristalov v Britanskem muzeju v Londonu. 2 3 1864 je postal izredni profesor matematične fizike na univerzi v Gradcu, od leta 1865 pa je bil redni profesor na Dunajski univerzi. Raziskoval je prevajanje toplote v kristalih (Geschichte der Wiener Universität. 1898, 288, 291)
96	Grailich. 1858. V. VIII
97	rec Thomas Andrews (1813-1885) je bil rojen v Belfastu. Kemijo je študiral v Glasgowu in Parizu, medicino pa v Dublinu in Belfastu Leta 1835 je doktoriral iz medicine v Edinburghu. Nato je bil do leta 1879 profesor v Belfastu, od leta 1849 na Kraljevem kolegiju. Svojo znanstveno pot je pričel z medicino, ki jo je postopoma nadomeščal s kemijo in končno s fiziko, kjer je najprej raziskoval nizke tlake.
in kapljevino. Svoja raziskovanja je imel za nadaljevanje poskusov s Papinovo posodo Toura (1822) in Thilorierja98. Faraday je leta 1823 z visokim tlakom utekočinil klor in nekatere druge pline, ki so jih dotlej imeli za permanentne". 1850
Meritve Angleža Johna Cantona (1718-1772) in jezuita Josepha barona pl. Herberta (1725-1794) iz Celovca, Ambschllovega profesorja eksperimentalne fizike na Dunaju, so dokazale, da je tudi voda stisljiva. Prva raziskovanja vpliva tlaka na fazni prehod med kapljevino in trdno snovjo sta objavila škotska raziskovalca brata Thomson na začetku svoje znanstvene poti. Zaradi anomalije vode se je sprva zdelo, da vode ni mogoče zmrzniti le s povečevanjem tlaka. Vendar je leta 1849 James Thomson (1822-1892) dokazal vpliv tlaka na temperaturo tališča, ki ga je njegov mlajši brat William (1824-1907), poznejši lord Kelvin, pojasnil s Carnotovo teorijo gibalne sile toplote100
Andrews je leta 1871 imel kapljevine za podaljšani fazni prehod med plini in trdno snovjo. Idejo je podprl z opisi sublimacije. Prehod med plinom in kapljevino je opisal kot neskončno mnogo vmesnih stanj, ki ga naredijo zveznega. Fazni prehod med kapljevino in trdno snovjo se mu je na Bakerovem predavanju leta 1869 sicer zdel trši oreh, vendar je menil, da je tudi tu možen zvezni prehod101.
Andrews ni eksperimentalno raziskoval prehoda med kapljevino in trdno snovjo, saj bi zanj potreboval veliko višje tlake od 400 barov, ki jih je dosegal v svojih steklenih posodah. Leta 1871 je napovedal rezultate domnevnih poskusov, ki pa jih v opisani obliki nikoli niso uporabili za pridobivanje tekočih kristalov:
»Kapljevine so zveza med trdnim in plinastim stanjem snovi... Če hočemo dokazati zveznost med trdnim in tekočim stanjem, moramo s prepletajočim se delovanjem toplote in tlaka pridobiti trdno snov in kapljevino enakih gostot ter podobnih fizikalnih lastnosti. Za doseganje takšnih rezultatov bi verjetno potrebovali veliko večje tlake, kot jih lahko dobimo v prozornih ceveh; toda morda je mogoče s poskusi dokazati, da se trdna snov in kapljevina lahko približata zahtevanim
pogojem102.«
Robida je rezultate Toura in Andrewsa pojasnil z domnevo, da zaradi dodatnega tlaka snov med faznim
prehodom dobi dodatno prosto toploto103. Dodatna toplota naj bi se pojavila zato, ker je temperatura faznega prehoda pri višjih tlakih nižja. Po Robidi je za vsako izmed treh agregatnih stanj značilno neko ravnovesno razmerje med »polmerom molekule« in temperaturo, ki se ob faznem prehodu poruši in po njem zavzame neko drugačno vrednost104. To razmerje naj bi določalo tudi razteznostni koeficient snovi, ki je največji pri plinih in najmanjši pri trdnih snoveh. Pri faznem prehodu naj bi se zunanji impulz sproti uporabljal za delo pri spreminjanju polmera molekul. Zato se temperatura ne spreminja, dokler se ne vzpostavi novo ravnovesno razmerje med polmerom molekule in temperaturo snovi.
Leta 1872 je Nizozemec Johannes Diderik van der Waals (1837-1923) pojasnil Andrewsove rezultate s kinetično teorijo molekul. Njegova naslednje leto objavljena disertacija je vsebovala tudi prvo teorijo raziskovanja nizkih temperatur10^ Fazni prehodi so se v naslednjih desetletjih razvili v ključ za razumevanje sestave snovi. Poseben pomen je dobilo stanje snovi med samim prehodom, ki ga ni bilo mogoče zaznati kot posebno enoto na prehodu iz kapljevine v plin, temveč le pri nekaterih prehodih iz trdnine v kapljevino. Teh vmesnih stanj se je poldrugo desetletje po van der Waalsovi disertaciji prijelo ime tekoči kristali.
5 Prvo obdobje raziskovanja tekočih kristalov (do leta 1908)
5.1 Raziskovanje anizotropnih kapljevin
Zgodovino raziskovanja tekočih kristalov bomo razdelili na šest obdobij, ki se končujejo s pomembnimi objavami povzetkov dotedanjih dosežkov106. prvo obdobje je prineslo predvsem opise tekočih kristalov. Njihovo odkritje, ki je stoletje pozneje omogočilo sodobno industrijo prikazovalnikov, se je posrečilo biologom. Prva generacija raziskovalcev tekočih kristalov je uporabljala predvsem mikroskope, pozneje pa so prešli k bolj fizikalnim metodam raziskovanja, čeprav je področje ostalo interdisciplinarno.
Spreminjanje barv v organskih raztopinah ni bilo posebno presenetljiv pojav za biologe, potem ko je Nizozemec Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) popu-
Leta 1852 je kot profesor kemije na Queen's College v Belfastu izboljšal vakuumske črpalke s kemijsko metodo. Dve leti pred tem je na Dunaju obiskal profesorja kemije na Politehniki in glavnega tajnika Akademije kristalografa Antona Schröterja von Kristellija (1802-1875), pa tudi Postojnsko jamo in idrijski rudnik. V Idriji so tiste čase nakopali večino živega srebra, ki so ga po svetu uporabljali predvsem v barometrih Tako se je verjetno prav v Idriji Andrews odločil za raziskovanje nizkih tlakov (Andrews. 1889, XXIV. 223-224). Po letu 1861 Andrews ni več raziskoval nizkih temveč visoke tlake, kjer je pionirsko eksperimentalno delo opravil dunajski zdravnik Johann August Natterer (1821-1901) od leta 1844 dalje. Andrews je poskušal utekočiniti pline, ki so dotlej veljali za »permanentne«. S tem je začel dolgoletno tekmo za doseganje absolutne temperaturne ničle. Prvi je spoznal pomen kritične točke ob kritični temperaturi ki je bila znana že v 18. stoletju S svojo razlago je vplival na več generacij raziskovalcev Med Andrewsovimi sodelavci v Belfastu sta bila tudi raziskovalca kvaternionov W. R. Hamilton (1895-1865) in P.G. Tait (1831-1901). vendar je sam Andrews le redko uporabljal infmitezimalni račun. npr. v kemijski razpravi iz leta 1859 (Andrews. 1889, 280)
98	Charles Cagniard de la Tour (1777-1859) je bil uslužbenec notranjega ministrstva v Parizu. Francoz Thilorier je leta 1935 prvi pridobil večje količine tekočega ogljikovega dioksida, ki ga je tudi strdil (Rosenberger. 1890, 460)
99	Andrews, 1889, 296
100	Andrews, 1889, 340; Truesdell, 1980, 349; Rosenberger 1890. 425
101	Andrews, 1889,314,316,333,342-343
102	Andrews, 1889. 333. 342-343
103	Robida, 1860. 24 Karel Lucas Robida (1804-1877), je bil rojen v Mali vasi pri Ježici, ki je danes del Ljubljane. Med letoma 1830 in 1874 je poučeval fiziko in matematiko na liceju in na gimnaziji v Celovcu, kjer je bil med njegovimi dijaki tudi Jožef Stefan
104	Šubic. 1862. 21; Pfaundler, 1876.249; Rosenberger. 1890.659; Robida. 1860. 24
105	Mendelssohn, 1977.43
106	Kelker, 1973.1
lariziral opazovanja z mikroskopi, ki ga je začel Italijan Marcello Malpingi (1628-1694) v petdesetih letih sedemnajstega stoletja. Strukturo krvi in rdeče krvničke je opisal že leta 1658 mladi Nizozemec Jan Swammerdam (1637-1680). Vendar je njegove risbe komaj pol stoletja pozneje objavil rojak Herman Boer-haave (1668-1738), profesor medicine, botanike in kemije v Leydenu leta 1708. Biologi so barvne posebnosti pripisovali življenjskim procesom. Ko pa so pod mikroskopi opazovane nenavadnosti organskih spojin konec 19. stoletja lahko povezali z novo fiziko faznih prehodov, so se za fizika nenavadne izkušnje biologov razvile v teorijo snovi, ki so jih imenovali tekoče kristale.
5.2 Frankenheim v Wroctawu (Breslau) o koheziji v kapljevinah in o molekulski teoriji kristalne simetrije
V 18. stoletju je posebno med Nemci prevladoval opis kristalov kot samosvojih organizmov, podobnih živalim ali rastlinam. Veljala je tudi nasprotna zveza v opisu organizmov kot kristalizacijskega procesa. Tako je med letoma 1825 in 1831 tudi Goethe opisal kristali-zacijo »Homunkulusa«107.
Pri Frankenheimu so Haüyjeve ideje padle na posebno plodna tla, saj je nemško sistematičnost združeval s filozofijo narave, utemeljeno na simetriji in harmoniji. Vendar pa so Frankenheim in številni drugi kristalografi ugotavljali, da se večina kristalov v naravi odmika od Haüyjevih temeljnih oblik, ki zato niso uporabne. Nepravilnosti je seveda opazil tudi Haüy, vendar jih je opisal kot zanemarljivo posledico izjemne majhnosti molekul108.
Frankenheim je leta 1826 razvil Weissov koncept simetrije v teorijo o 32 kristalnih razredih, vendar njegovega dela kristalografi niso uporabili109 pred Lehmannom. Frankenheim je pisal tudi o koheziji v kapljevinah in o legah molekul v kristalih. Frankenhei-move molekule so bile »središča sil, ki se spreminjajo po intenziteti in smeri«. Zato je v kristalografiji vseeno, ali imamo molekule za telesa, saj pri računih tako upoštevamo le njihova težišča110. Takšno stališče je bilo zelo podobno Boškovičevemu.
Med letoma 1836 in 1839 je Frankenheim odkril številne nove modifikacije trdnin in preučeval temperaturno odvisne okoliščine pri njihovih transformacijah. Kohezijo kapljevin je opisal s posebno količino »Sy-naphie«, obratno sorazmerno atomski masi in lom-
nemu indeksu. V trdnih snoveh je opisal kristalizacijsko silo, odvisno od smeri, v tekočinah pa ne111, kar je bilo v nasprotju s poznejšim Lehmannovim opisom tekočih kristalov.
Frankenheim je temperaturo faznih prehodov imenoval »mejno temperaturo« in ugotavljal, da so nekateri prehodi obrnljivi, npr. pri solitru. Raziskoval je usmerjanje kristalnih ploskev sljude, ki vplivajo tudi na lego sosednjih kristalov drugih vrst112. V letu svoje smrti je dal objaviti raziskave o nastajanju klic kot začetnem stanju rasti kristalov. Svoj sistem kristalov je razvijal med letoma 1842-1868. Leta 1851 je zapisal »da razlika med trdnimi in tekočimi telesi ni odvisna od oddaljevanja, približevanja ali od molekulske sile na zveznici med delcema, temveč le od upora proti gibanju ali nihanju, pravokotno na to zveznico113. Kristal je definiral kot »telo, omejeno z ravninami, ki jih molekulske sile tvorijo na postavljenih ploskvah. Nagib teh ploskev ene proti drugim in njihova relativna velikost je odvisna predvsem od kemijske sestave teles, vendar tudi od okoliščin njihove postavitve in rasti.« Tudi v tekočinah je predpostavil molekulske sile, ki določajo obliko. Vendar te sile nimajo značaja zapolnjevanja prostora kot pri kristalih, temveč tekočine silijo v obliko krogle, ki jo lahko zunanja sila spremeni114.
Frankenheim je že leta 1860 povezoval kristale z živo snovjo, podobno kot pozneje Lehmann, čeprav je bil takšen vitalistični koncept v kemiji že zavržen. V rasti kristalov je videl procese, analogne zacelitvam ran pri živalskih in rastlinskih organizmih. Podobno stališče o kristalih s samodejnim in samostojnim življenjem je objavil tudi Franz Scharf leta 1876. Dunajski akademik von Ebner leta 1887 in drugi so zanje uporabljali naziv biokristali115.
Lehmannove raziskave reverzibilnih in ireverzibilnih faznih prehodov so bile neposredno nadaljevanje Frankenheimovih objav, ki jih je pogosto tudi citiral, kar 84-krat v svoji molekulski fiziki iz let 1888-1889116. Seveda je nekatere Frankenheimove ideje tudi kritiziral117. Lehmann je teorijo prostorske mreže v povezavi z molekulsko sestavo kristalov imenoval Bravais-Frankenheimovo, vendar se naziv ni prijel118.
Med Frankenheimovimi sodelavci v Breslauu je bil tudi kristalograf Ferdinand F. Runge, ki je objavljal dela o »gonilni sili« papirnate podlage pri tvorbi kristalov iz usedlin na papirju. Domneval je, da enaka življenjska sila tvori tudi rastline in živali. Runge je izhajal iz nemške idealistične filozofije in »znanstvenega optimizma« in je
107	Lehmann. 1889b. 528: Lehmann. 1900. 652; Lehmann. 1904a, 7; Goethe, 1996. 83-85
108	Frankenheim, 1856; Lehmann. 1889b. 378; Haüy, 1784.16
109	Scholz. 1989,116-118
110	Frankenheim, 1835,1; Lehmann, 1889b, 378-379
111	Frankenheim, 1835,62; Lehmann, 1889b, 447
112	Quincke. 1894.615
113	Lehmann, 1888, 245
114	Frankenheim, 1869, IV, 1-2
115	Lehmann. 1888,308-309, Lehmann, 1889b, 487; Lehmann. 1904a, 7
116	Moritz Ludwig Frankenheim je bil rojen leta 1801 v Braunschweigu Leta 1826 je postal privatni docent na univerzi v Berlinu, leta 1832 pa neplačani izredni profesor na univerzi v Breslauu (Wroclaw). Po smrti Hegelianca Georga Fnedricha Pohla je dobil mesto rednega profesorja fizike v Breslauu. kjer je 4 leta sodeloval tudi z mladim Kirchhoffom. Frankenheim je poučeval v Breslauu do upokojitve leta 1866. ko ga je zamenjal Oscar Emil Meyer. Umrl je leta 1869 v Dresdnu (Kelker, 1988,11-12; Lehmann, 1902a. 920; Lehmann, 1904a, 188: Jungnickel, McCormmach, 1986, 1: 18, 229, 233; Burckhardt, 1988, 34; Rosenberger. 1890. 251, 663).
117	Lehmann. 1888.412
118	Lehmann, 1888. 302
bil skupaj s sodelavcem Frankenheimom zelo blizu vitalistični teoriji, ki je bila sicer že močno odpravljena pri Nemškem fizikalnem društvu. Pol stoletja po Rungeju sta njegovo idejo o »sili oblikovanja« (tekočih) kristalov prevzela Lehmann in Haeckel119, kritiziral pa jo je G. Friede!. Tako je bil Lehmannov opis tekočih kristalov v organskih snoveh deloma ponovni vzpon v prejšnji generaciji ovržene vitalistične teorije, ki se je deloma še ohranjala v manj razvitih znanstvenih okoljih na Slovenskem in Hrvaškem120. Lehmann je pozneje združevanje dveh kapelj tekočega kristala opisal podobno kot osemenitev žive snovi. Zamislil si je tudi parnemu stroju podobno napravo, ki bi z uporabo tekočih kristalov namesto premoga omogočila razvoj tedanje tehnike letenja121.
5.3 Virchow v Berlinu in Brücke na Dunaju: odkritje (liotropnih) tekočih kristalov
Odkritje (liotropnih) tekočih kristalov je bilo tesno povezano z delovanjem Berlinskega fizikalnega društva, ki je bilo že ob ustanovitvi usmerjeno v področje, pozneje imenovano biofizika. Leta 1845 so kemik Heintz, fiziologa Brücke in du Bois-Reymond122 ter fiziki Wilhelm Beetz. Gustav Karsten in Karl Hermann Knoblauch po dveh letih sestankov v privatnem laboratoriju Heinricha Gustava Magnusa (1802-1870) ustanovili Berlinsko fizikalno društvo. Jeseni ali pozimi 1845 se jim je pridružil Helmholtz123, leta 1848/49 tudi Virchow, pozneje pa Quincke in tudi Lehmann. Društvo je od vsega začetka izdajalo zelo pomembno revijo Fortschritte der Physik. Leta 1899 se je preimenovalo v Nemško fizikalno društvo in je podpiralo tudi zgodnje ideje o tekočih kristalih, o katerih je leta 1900 objavilo Lehmannovo knjigo.
Poznejše odkritje (termotropnih) tekočih kristalov botanika Reinitzerja je razvil mlajši rod utemeljiteljev fizikalne kemije, naslednikov Helmholtzove in Brückove generacije. Reinitzerjevo odkritje (1888) je sledilo le eno leto za Van't Hoffovo teorijo razredčenih raztopin in Arrheniusovo teorijo elektrolitične disociacije, ob katerih so se združila prizadevanja nove generacije fizikalnih kemikov. Fizikalna kemija »ionistov« je bila sprva v senci prevladujoče organske kemije. Skokovito je napredovala leta 1887, ko so za Ostwalda ustanovili prvo katedro fizikalne kemije. Ostwald in Van't Hoff pa sta ustanovila Zeitschrift für Physikalische Chemie, Stöichiometrie und Verwandtschaftslehre, včasih citirano tudi kot Ostwald Zeitschrift. Dve leti pozneje so v
Slika 1: Rudolf Ludwig Karl Virchow (1021-1902)
tej reviji ponatisnili tudi prvo razpravo, v kateri je Lehmann uporabil naziv »tekoči kristal««124.
Riecke je leta 1899 ustanovil •»Physikalische Zeitschrift«, aprila 1904 pa je sprejel Boseja za pomočnika urednika. V tej reviji so bile objavljene nekatere najbolj pomembne razprave o tekočih kristalih Boseja, Voigta, Lehmanna in drugih. Bose je postal glavni urednik revije leta 1906, ko se je med temami v kazalu prvič pojavilo tudi področje »fiessende Kristalle«, ki so ga že naslednje leto nadomestili z »flussige Kristalle«<. Leta 1894 so pod predsedstvom Van't Hoffa ustanovili Nemško Bunsnovo družbo za uporabno fizikalno kemijo125. Tako je k uveljavitvi Reinitzerjevega (1888) odkritja prispeval tudi splošen napredek fizikalne kemije, ki ga še ni bilo ob odkritju (liotropnih) tekočih kristalov v prejšnji generaciji.
Že ob sami zasnovi pojma kristalov z urejeno mrežo so se raziskovalci zavedali izjem, kot so stekla in podobne snovi. Tako je Fuchs že leta 1833 zanje predložil naziv »amorfne««126.
119	Kelker. 1986.240. 242; Jungnickel. McCormmach, 1986,1: 230; Lehmann. 1906, 724
120	Senćar Ćupović. 1981. 69
121	Lehmann. 1906c. 33. 54
122	Emil Heinrich Du Bois-Reymond (1818-1896) je bil rojen v Berlinu v družini potomcev hugenotov. Oče se je priselil iz tedaj pruskega kantona Neuchätel v današnji švici. Emilov mlajši brat Paul David Gustav (1831-1889) je bil znan matematik Emil je študiral v Berlinu pri najpomembnejšem nemškem fiziologu Johannesu Petru Müllerju (1801-1858), sinu čevljarja iz Koblenza, ki je poučeval tudi Helmholtza, Brucka in Virchowa 10.2.1843 je Emil Du Bo<s-Reymond v duhu Boškovičeve in Kantove fizike zagovarjal tezo za promocijo, ki jo je spodbijal Brucke. Po Müllerjevi smrti ga je Du Bois-Reymond nasledil kot profesor fiziologije Raziskoval je predvsem električne pojave v živalih, od leta 1851 tudi v tesnem sodelovanju s Faradayjem (Jost, 1995.137.142; Jungnickel. McCormmach. 1986,1: 110.157; Schreier, Franke, Fiedler, 1995, F-26. F-57.
123	Jost. 1995. 137.
124	Quincke. 1894.613; Servos. 1996. 23. Francosko inačico Ostwaldove revije je začel izdajati šele leta 1903 Philippe-Auguste Guye (1862-1922), redni profesor teoretične in tehniške kemije na univerzi v Geoevi. Revijo so tiskali v Genevi in šele po letu 1922 v Panzu (Günthard, Heilbroner. 1994, 671)
125	Z.Phys. 1906 7: VIII; Kelker. 1988. 29. 31. 35
126	Lehmann. 1904a. 9; Rinne, 1933.1030. Bavarec Johann Nepomuk Fuchs (1774-1856) je bil rojen v Matternzellu. študiral pa je v Heidelbergu. Berlinu, pri Wernerju v Freiburgu in v Parizu. Postal je konzervator bavarske zbirke in član akademije znanosti v Münchnu. kjer je tudi umrl.
Prvi opis anizotropne kapljevine je objavil ameriški pisatelj Poe (1809-1849), ki je bil ob pisanju grozljivk navdušen tudi nad naravoslovjem in tehniškimi znanostmi. O barvitosti in strukturi tekoče vode beremo v njegovem najdaljšem delu, ki ga je začel pisati leta 1836, objavil pa ga je v New Yorku dve leti pozneje. Zapis je poldrugo desetletje starejši od prvih znanstvenih opisov anizotropnih tekočin v organskih snoveh. Verjetno je pisatelj opisal kri, ki se je v velikih količinah zlivala iz tedanjih londonskih klavnic. Vsekakor pa je z opisom raztopine arabskega gumi-jevca v vodi prvi opisal (liotropni) tekoči kristal127:
»...Zaradi izjemnega okusa vode smo odklonili, da bi jo poskusili, saj smo mislili, da je umazana. Minilo je nekaj časa, preden smo doumeli, da so bili takšni prav vsi potoki. Ne vem, kako naj točno opišem to tekočino. Tega pravzaprav ne morem, ne da bi uporabil veliko besed. Čeprav je hitro tekla po vseh pobočjih, prav tako kot vsaka običajna sladka voda, ni imela nikdar običajnega bistrega videza. Vseeno pa je bila dejansko tako popolnoma bistra kot vsaka apnenčasta voda, ki obstaja, saj se je razločevala le po videzu. Na prvi pogled, in še zlasti tam, kjer je bilo malo pobočij, je bila po gostoti podobna mešanici, ki jo dobimo, če vlijemo izcedek arabskega gumijevca v navadno vodo. To pa je bila samo najmanjša posebnost med njenimi običajnimi lastnostmi. Ni bila brezbarvna in tudi nikakršne običajne barve ni imela. Koje tekla, so se pojavili pred očmi vsi mogoči odtenki škrlatne barve, kot ban/ni odtenki na spreminjajoči se svili. Način spreminjanja odtenkov je zbudil v nas prav tako globoko začudenje, kot ga je ogledalo v Towitovem primeru. Zajeli smo polno posodo, in ko se je popolnoma umirila, smo opazili, da je vsa tekočina iz številnih različnih žilic in da ima vsaka poseben odtenek; da se med seboj ne mešajo; in da vlada med posameznimi členi žilic popolna kohezija, medtem ko je med sosednjimi žilicami ni. Z rezilom noža smo potegnili preko njih in voda ga je takoj zalila, tako kot bi ga vsaka druga. Ko smo ga umaknili, so se vsi sledovi, ki jih je naredil nož, takoj zabrisali. Vseeno pa se je takrat, ko smo konico noža porinili točno med dve žilici, pojavila jasna razpoka, ki je sila kohezije ni takoj zapolnila. Fenomen vode je bil prvi jasen člen v nepregledni verigi čudežev. Usojeno mi je bilo, da se bom končno znašel sredi njih.«
Kmalu po Poeju je Škot Forbes opisal »viskoznost kristalov« v podobnem pomenu, kot se je pol stoletja pozneje uveljavil po odkritju tekočih kristalov. V dolgoletni burni polemiki o naravi ledenikov, ki se je nadaljevala celo po njegovi smrti, je opisal »tok« ledenika pod vplivom lastne teže, črtasto strukturo ledenika in »dvojno tališče«, zaradi katerega naj bi kristali ledu postali »mehki« pri -2 °C. Ledenik, sestavljen iz ledenega zrnja in vode, tem bolj teče, čim bolj v njem prevladuje voda. Zrnja ni imel za kristale, temveč za amorfno maso, nastalo zaradi zgoščevanja snega128.
Sredi 19. stoletja so številni raziskovalci pisali o »vmesnih« agregatnih stanjih. Zanimive posebnosti so opazili pri stiku med kapljevinami in razžarjenimi kovinami. P. H. Leidenfrost je pokazal, da se hitrost izparevanja manjša s segrevanjem kovine. Nepričakovani rezultat povzroči tanka plast plina z majhno prevodnostjo, ki obkroži kapljico. P. H. Boutigny (1798-1884) je leta 1840 vmesno agregatno stanje imenoval »sphäroidale Zustand«. Leta 1849 je trdil, da molekulo v takšnem stanju omejuje trdna prozorna ovojnica neskončno majhne debeline in velike elastičnosti. Vmesno agregatno stanje so raziskovali tudi Faraday, Poggendorff, Tyndall, F. Redtenbacher, Come in Ligal129.
Številna raziskovanja vmesnega agregatnega stanja so objavljali v habsburški monarhiji, kjer so pozneje tudi odkrili tekoče kristale. Šubic je vmesno stanje med tekočimi in trdnimi snovmi imenoval »razširjeno tekoče«130. Leta 1876 je Pfaulandler131 raziskoval fosfor, natrij in svinec v »amorfnih« stanjih na meji med kapljevino in trdno snovjo, kjer se smer hitrosti in razdalja med molekulami spreminjata od molekule do molekule. Med segrevanjem povprečna hitrost molekul narašča in končno doseže temperaturo tališča 132 Graetz je opisal »fluidne« molekule, ki lahko sestavljajo tudi trdne kristale. Ni verjel, da struktura molekul vedno vpliva na makroskopsko obliko teles133.
Prve (liotropne) tekoče kristale je konec štiridesetih let devetnajstega stoletja opazil Virchow pri faznih prehodih zaradi sprememb koncentracije vodne raztopine v obolelih delih pljuč, ki so bili morfološko zelo podobni notranjosti živcev. Domneval je, da snov proizvajajo živci v pljučih. Vendar vira ni mogel najti, saj je snov našel tudi v delih organizma, kjer živcev ni bilo.
127	Poe. 1975. 179-180 (18 poglavje); Kelker. 1973. 2-3
128	Forbes. 1851. 172: Forbes. 1859. 145: Quincke. 1908, 615; Lehmann. 1908c, 1099: Sonin, 1988,111. James David Forbes je bil rojen leta 1809 v Bolingtonu pri Edinburghu. Med popotovanjem po Evropi je od leta 1842 dalje raziskoval ledenike v Alpah po vzgledu sira Humphryja Davyja (1778-1829). Po vrnitvi je postal profesor botanike na kraljevem kolidžu v Londonu in kustos muzeja geološke družbe, katere predsednik je postal leta 1852. Med letoma 1833-1859 je bil profesor fizike na univerzi v Edinburghu. od leta 1854 tudi profesor naravoslovja. Bil je FRS v Edinburghu in Londonu, prejel pa je tudi Rumfordovo medaljo. Umrl je leta 1868 v Cliftonu Ne gre ga zamenjati z drugim raziskovalcem ledenikov enakega priimka. Edwardom Forbesom (1815-1854) z otoka Man. ki je študiral medrcino v Edinburghu. vendar študija ni končal z diplomo. Potoval je po Norveškem in ob Mediteranu, zbiral podatke o rastlinah m živalih ter opazoval ledenike v Alpah.
129	Rosenberger. 1890,399-402; Tyndall. 1867. 205-215; Šubic. 1874.578-579: Andrews. 1889.333. Ferdinand Redtenbacher (1809-1863) je bil rojen v mestu Steyr v Zgornji Avstriji. Med letoma 1830-1834 je bil asistent na Politehniški šoli na Dunaju. Pozneje |e poučeval v Zürichu in v Karlsruheju, vendar je ostal zelo vpliven v habsburški monarhiji, kjer je bil njegov bratranec Joseph Redtenbacher (1810-1870), sprva Uebigov učenec in sodelavec v Giessenu (Senčar Cupovič, 1981, 74), nato pa univerzitetni profesor in član Dunajske akademije že ob njeni ustanovitvi 14.5.1847
130	Šubic. 1862. 21 Simon Šubic (1830-1903) je bil izredni profesor na univerzi v Gradcu med letoma 1869-1902
131	Leopold von Pfaundler (1839-1920) je bil profesor fizike na univerzi v Innsbrucku, od 2.4.1891 na univerzi v Gradcu (Lehmann. 1889b. 439-440)
132	Rosenberger. 1890, 659
133	Jungnickel. McCormmach. 1986, 2: 101. Leo Graetz (1856-1941) je bil rojen v židovski skupnosti v Breslauu. študiral je teorijsko fiziko v Berlinu pri Helmholtzu in Kirchhoffu in eksperimentalno fiziko pri Kundtu v Strasbourgu Študij je končal v Breslauu. Do Planckovega odhoda leta 1886 sta bila Graetz in Planck privatna docenta za teorijsko fiziko v Münchnu. Graetz je predaval v Münchnu vse do Hitlerjevega prihoda na oblast in je tako sodeloval tudi z WilheJmom Konradom Rentgenom (1845-1923). Boltzmannom in Sommerfeldom.
Slika 2: Otto Lehmann (1855-1922)
»To snov v glavnem določa šibak lesk, ki tvori posebne oblike. Včasih sem dolgo opazoval nekatere niti. po debelini in obliki podobne živčnim vlaknom, ki se razprostirajo še daleč za vidnim poljem. Navadno vsebujejo fino svetlo os, podobno pravilnemu valju. Poleg tega imajo široke dvojne ostre obrise, ki so na robovih temnejši kot v notranjosti. Na koncih se širijo v okroglo zaprto mejo ali pa v gosto kroglo, neenakomerno ovito z debelimi črtami. Iz črt tu in tam padajo velike kaplje, ki imajo prav tako dvojne obrise. Na drugih mestih so bila velika okrogla telesa s koncentričnimi črtami, ki so niti na opisan način ovijala okoli sebe134.««
Biolog Virchow je pisal o »dvojnih obrisih«« in zanje ni uporabil fizikalnega izraza »dvojni lom««. Opisal je tudi značilne niti različnih debelin, po katerih so pozneje poimenovali nematike. Tudi z njimi ovit papir ali plošča je kazala dvojni lom. V snovi je opazil tudi majhne
mehurčke, ki niso kazali dvojnega loma, večinoma pa so jih sestavljali delci krvi. Dvojni lom je opazil tudi v večjih kapljah in v krajših nitih. V vseh snoveh so bile tekoče žile. v katerih so se kopičile niti, podobne živcem. Pol stoletja pozneje je Lehmann videl celo podobnost niti z gibanjem črvov136
V naslednjih letih je Virchow pozabil na ta opazovanja, dokler ga ni nanje v začetku leta 1851 spomnil G. Siegmund s poročilom o opazovanju jajčec telic, ki jih je kuhal v alkoholu in nato pod mikroskopom opazoval v vodni raztopini. Podobne pojave je Virchow opazil kot črnikasta barvna jedra holesterola136, ki so jih desetletja pozneje prepoznali kot (termotropne) tekoče kristale. K nadaljevanju raziskovanj je Virchowa spodbudilo H. Mecklovo raziskovanje slanine, ki gaje objavil v svojih arhivih. Henle137 je med ostro polemiko proti Virchowu leta 1853 za Mecklovo modifikacijo holesterola predložil naziv »vijolična slanina«, ki se je Virchowu zdel posebno smešen138.
Tudi Meckel je poročal o »dvojnih obrisih« valjev, podobnih cevem živcev, kapljicam vode ali kristalom. Zato se je Virchow odločil, da bo morfološko raziskal sestavo teh barvnih jeder. Ugotovil je. da je enaka pri vseh naštetih materialih, barvna jedra pa se v velikih količinah nahajajo tudi v vsaki vranici V alkoholnem izvlečku iz vranice je nepričakovano našel veliko holesterola. Snov barvnih jeder je izločil iz vranice in ščitnice, jo raztopil v alkoholu in opazoval pod mikroskopom.1^ Enako snov so ugotovili tudi v krvi in v kristalih živcev, ki jih je pozneje pod mikroskopom opazoval tudi Lehmann140.
Slika 3: Lehmannova skica mielina
134	Virchow, 1854. 562-563: Petrov. 1999. 2. Rudolf Ludwig Karl Virchow je bil rojen leta 1821 v tedaj nemškem Schivelbeinu na Pomorjanskem. ki je danes poljski Swidwin. Tako kot njegov vrstnik Hermann Helmholtz (1821-1894) je študiral pri fiziologu Müllerju na univerzi v Berlinu, kjer je diplomiral leta 1843. Kot mlad kirurg je leta 1845 prvi opisal levkemijo. Bil je profesor na univerzi v Würzburgu. Podal je končni dokaz za obstoj celice, kot najmanjše enote normalnega življenjskega toka. Müller je bil povsem apolitičen tudi kot rektor Berlinske univerze v revolucionarnem letu 1848, Virchow pa je bil dejaven tudi v politiki. Zaradi kritik pruske vlade je po letu 1848 izgubil službo, pozneje pa je postal profesor patološke anatomije v Berlinu. Leta 1862 je bil izvoljen v pruski parlament, leta 1880 pa v Reichstag združene Nemčije kot nasprotnik kneza Otta Bismarcka von Schönhausna (1815-1898), državnega kanclerja med letoma 1771-1790. Virchow je umrl leta 1902 v Berlinu.
135	Lehmann. 1906. 792; Lehmann. 1907b, 48
136	Virchow je uporabljal naziv »Cholesterin« (Virchow. 1854, 564,570). kjer se je končnica »in« nanašala na domnevno vsebnost dušika. Belo snov. pozneje imenovano holesterol, je odkril francoski kemik Poulöteit de la Salle leta 1769 pri raziskovanju žolčnih kamnov. Naziv holesterin je skoval francoski kemik Michel Eugene Chevreul (1786-1889) v Parizu leta 1815 iz grških choie (žolč) in stereos (trdo). Berthelot je leta 1859 dokazal, da v spojim ni dušika, temveč gre za alkohol z OH-skupino. Zato so spojino leta 1900 preimenovali v holesterol, vendar se je v ruščini še danes ohranil starejši naziv Kljub temu je Remitzer še 8 let pozneje uporabljal zastareli naziv »Cholestennbenzoat«. vendar skupaj z Lehmannom obenem tudi pravilno ime »Cholesterylbenzoat« (Reinitzer. 1908. 213, 221; Lehmann. 1908c. 1101; Vili. 7)
137	Patolog in anatom Friderich Gustav Jacob Henle (1809-1885) je podobno kot pozneje 12 let mlajši Virchow zašel v težave zaradi liberalnih nazorov in je moral iz Berlina oditi na univerzo v Zürichu. Pozneje je poučeval v Heidelbergu in Göttingenu.
138	Virchow, 1854. 572
139	Virchow. 1854. 564-565
140	Karl Gottheef Lehmann je leta 1853 «opozoril na možnost, da raztopine nastajajo ob koagulaciji z ogljikom v nevtralni alkalijski soli .« (Virchow. 1854. 568). Kristale so raziskovali tudi Franc Xaver, oče Otta Lehmanna, in mineralog Johann Gottlib Lehmann, ki je leta 1750 opisal Aepinusu privlačno in odbojno silo segretega turmalina (Heilbron. 1979. 387; Virchow. 1854. 569; Brucke. 1853.1070)
Ob koncu razprave je Virchow poskrbel še za imenovanje novo odkrite snovi: »Kot smo omenili na samem začetku, se te snovi kažejo tudi v prosti obliki in je nujno, da jih poimenujemo z eno samo besedo. Zato predlagam, da to snov imenujemo substanco mozga, m/e//n141, da bi se izognili zamenjavi z drugimi že opisanimi, toda še vedno problematičnimi snovmi.« Drugi raziskovalci so predložili naziv »Lecithin«, ki se ni prijel142.
V naslednji razpravi je Virchow opisal tudi strukturo krvi, podobno kot pisatelj Poe skoraj dve desetletji pred njim: »Koncentrirana raztopina krvi v destilirani vodi je kapljevina, po kateri plavajo lepo vidni oblaki ogljikove soli143.«
Virchow leta 1854 ni zapisal vrste mikroskopa, ki ga je uporabljal. Pozneje je objavil skice mielina v tristokratni povečavi. Verjetno je opazoval skozi navaden mikroskop z nepolarizirano svetlobo. Mettenheimer je leta 1857 prvi opazoval dvojni lom v mielinu s polarizacij-skim mikroskopom144.
Leta 1861 je Valentin objavil prvo knjigo o polarizacijski mikroskopiji dvolomnih snovi rastlinskega in živalskega izvora, ki so jih tedaj imenovali »živi kristali«. Med značilnostmi živalskih in rastlinskih teles je naštel tudi anizotropijo'45. V istem času je Quincke v Berlinu
preučeval presojnost tankih plasti na zraku in v vakuumu ter melinske oblike146.
Pomembne raziskave liotropnih tekočih kristalov s po-larizacijskim mikroskopom je prispeval Brücke na Dunaju147:
»Vmesno snov med tvorbo določenih mielinskih oblik in prosto emulzijo vidimo v stanju, kjer povprečne kapljice v obliki tankih padajočih valjev potujejo kot izstrelki. Končno se ustavijo, ne da bi se oddaljile od osrednjih kapelj ali se razbile na manjše kaplje ... Pri strjenih mielinskih oblikah opazimo ... koncentrično gibanje podolgovatih kristalov proti osi valjev, ki narašča proti središču, tako da je razlika med mejno snovjo in vodo dobro ločljiva na začetku podolgovatega kristala ... Skozi polarizacijski mikroskop razpoznamo krasne slike nastalih pojavov.«
Brücke je citiral opazovanja mielinskih oblik Gada (1878)148, Quinckeja, Virchowa, Benekeja149 in S. Exnerja. Gad je leta 1878 nadaljeval Virchowe in Beneckove raziskave in opazil, da maščobe v razredčenih kislinah tvorijo emulzije s posebnimi mehanskimi lastnostmi. Quincke je potrdil Gadova opazovanja. S. Exner je raziskoval gibanje nematskih črt v emulzijah v olivnem olju. Ugotovil jc, da go številne
141	Virchow. 1854. 571; Petrov. 1999. 2. Starogrški izraz myelos pomeni mozeg
142	Virchow. 1862.220
143	Virchow. 1854,339
144	Virchow. 1854, 568; Virchow. 1862, 220, 222. Nemški biolog C. Christian Franz Mettenheimer je bil rojen leta 1824 v Frankfurtu na Maini. Študiral je v Göttingenu in Berlinu in se je zaposlil kot očesni zdravnik v Frankfurtu leta 1857. Med drugim je bil tudi osebni zdravnik filozofa Arthurja Schopenhauerja (1788-1860). Velikokrat je predaval pred Društvom za mikroskopi ran je in pred Naravoslovnim društvom Senckenberg v Frankfurtu. Leta 1861 je bil imenovan za izrednega zdravnika velikega vojvode v Mecklenburg-Schwerinu. Za svoje javno delovanje, številne objave in za raziskovanje v anatomiji, fiziologiji, patologiji in klinični medicini je bil povišan v plemiški stan. Umrl je leta 1898 v Schwennu (Kelker, 1986. 244, Kelker. 1988,4; Brown, Shaw 1957,1143, 1153)
145	Kelker, 1986, 244; VIII. 5. Sin židovskega zlatarja Gabriel Gustav Valentin (1810-1883) se je rodil leta 1810 v Breslauu, kjer je leta 1832 tudi doktoriral pri Čehu Johannu Evangelistu Purkyniju (1787-1869). Najprej je delal kot praktični zdravnik, od leta 1846 do upokojitve leta 1881 pa je bil profesor fiziologije na univerzi v Bernu, kjer je tudi umrl
146	Quincke, 1863. 384 Georg Hermann Quincke (1834-1924) je bil rojen v Frankfurtu na Odri. Leta 1843 se je družina preselila v Berlin, kjer je maturiral leta 1852. Med študijem v Berlinu je leta 1853/54 in 1855 študiral tudi pri Neumannu na univerzi v Kaliningradu (Königsbergu). Leta 1858 je končal študij na univerzi v Berlinu in tam naslednje leto tudi habilitiral. Postal je profesor na Obrtni akademiji, poznejši Tehniški visoki šoli v Charlottenburgu. Leta 1865 je postal izredni profesor na univerzi v Berlinu, kjer je poučeval predvsem teorijsko fiziko Med letoma 1872-1874 je zamenjal Kundta na univerzi v Würzburgu, kjer je njegov asistent postal Braun. Quincke je bil profesor fizike v Heidelbergu med letoma 1875-1907, potem ko je drugi Neumannov učenec Kirchhoff odšel v Berlin Izredni profesor v Heidelbergu je bil najprej Lenard, nato pa od leta 1900 Voigtov študent Friedrich Pockels, raziskovalec tekočih kristalov, ki je umrl v Heidelbergu leta 1913. Med Quinckejevimi učenci v Heidelbergu so bili tudi Lenard ter Američana J W Gibbs in Michelson Quincke je raziskoval sile med molekulami v kapljevinah, optične lastnosti kovin in akustiko. Dvanajst let je bil urednik Fortschritte der Physik, leta 1904 pa so ga izbrali za častnega člana Nemškega fizikalnega društva (Braun, 1904, l-lll, Vil; Jungnickel, McCormmach, 1986, 2: 291-293; Schreier. Franke. Fiedler.1995, F-31). Podobno kot Quincke je milne mehurčke in tanke plasti po 1. svetovni vojni raziskoval tudi James Dewar (1842-1923). potem ko je opustil raziskovanje nizkih temperatur. Zadnjo razpravo o uporab: tankih plasti mila za zaznavanje zvoka je objavil tik pred smrtjo, star nad 80 let (Soulen, 1996.37)
147	Brucke. 1879,274. Ernst Wilhelm von Brücke (1819-1892) je bil rojen v Berlinu, kjer je leta 1843 postal privatni docent, od leta 1846 pa je poučeval tudi anatomijo na Akademiji za umetnost. Leta 1848 je postal profesor fiziologije v Königsbergu. kjer je sodeloval s kristalografom F E. Neumannom in raziskoval predvsem fiziologijo čutil. Od leta 1849 je bil profesor fiziologije in višje anatomije na Dunajski univerzi in član Dunajske akademije, kjer je raziskoval fiziologijo prebave in vztrajno zavračal vitalistične nazore (Borisov.
1980. 553). Leta 1879 je postal član Avstrijske plemiške zbornice ter dvorni m državni svetnik. Brucke je bil poleg Carla Friedricha Wilhelma Ludwiga (1816-1896) dopisnega člana dunajske akademije od leta 1856 in rednega člana od leta 1857, glavni podpornik Jožefa Štefana pri njegovih prvih korakih v znanstveno raziskovanje, izvolitvi za dopisnega člana Dunajske akademije leta 1860. izvolitev za rednega profesorja leta 1863 in za rednega člana Dunajske akademije dve leti pozneje (Šubic, 1902, 65). Brückovo preučevanje mielina je vplivalo tudi na Štefanovo raziskovanje barvnih kolobarjev, dvojnega loma in polarizacije po sipanju na kristalih in sladkornih raztopinah, ki jih je objavil v desetih razpravah med letoma 1864-1866. Brücke je objavil razpravi o Newtonovih barvnih kolobarjih in o sipanju svetlobe na motnih raztopinah v letih 1848 in 1852, ko je bil Stefan še študent. O teoriji mešanja barv je pisal tudi Grailich. Leta 1855 je Stefan v slovenskem jeziku povzel Newtonovo in Brückovo teorijo modrine neba (Brücke. 1852, 533; Lehmann, 1889b, 163), podobne meritve pa je objavil več kot desetletje pozneje leta 1864 in 1865 pod podobnim naslovom kot Brücke leta 1848. Stefan je opazoval barvne Newtonove kolobarje na tankih plasteh sljude in kremena v sončni in natrijevi svetlobi. Plasti je postavil pod polarizacijski mikroskop ter med prekrižani Nicolovi prizmi (Stefan. 1865, 394, 396; Mach, 1913,173, 246-247). Tako kot desetletje pred njim Helmholtz (1847) in Baumgartner (1856). se je tudi Brücke leta 1857 ukvarjal z zakonom o ohranitvi energije m pri tem poudarjal, da razmišlja kot fiziolog (Brucke, 1857, 21).
148	Johannes Gad je bil član Berlinskega fizikalnega društva, kjer je leta 1888 objavil raziskovanje svetlikanja maha (Schreier, Fanke, Fiedler. 1995, F-57; Lehmann, 1888, 521-522)
149	Klinični patolog Friderich W. Beneke (1824-1882) je med prvimi ugotovil široko razprostranjenost holesterola v živalih m rastlinah
kapljice premajhne in je zato gibanje dolgih črt v njih videti kot paralizirano150.
Brücke je raziskoval tudi holesterol v trdni in kapljevin-ski obliki. Pod polarizacijskim mikroskopom je opazil majhne defekte kristalov z razmeroma gladkimi površinami. Holesterol, pomešan z vodo, je prav tako kazal mielinske oblike, posebno če je raztopino pustil stati 24 ur. Brücke je še posebej opozoril na neponovljivost procesa. Po njegovem mnenju je bila ureditev mielin-skih oblik odvisna od notranje zgradbe kristala151. S temi raziskavami je Brucke neposredno utemeljil desetletje kasnejše Reinitzerjevo odkritje v sosednji Pragi, ki je bilo objavljeno v istem glasilu Dunajske univerze.
Pozneje so ugotovili, da mielin ni posebna snov, temveč zapletena kombinacija organskih spojin, katerih strukture še danes imenujemo »mielinske oblike«. Lehmann je poznal Gadovo, Quinckejevo in Brückejevo raziskovanje mielina, čeprav Virchowa pri tem ni posebej omenjal152. Po Reinitzerjevem odkritju termotropnih tekočih kristalov je Lehmannov prijatelj Ambronn153 ugotovil njihovo podobnost z liotropnimi mielini.
5.4 Sklep
Z Reinitzerjevimi pismi Lehmannu je leta 1888 raziskovanje tekočih kristalov prešlo od fiziologov iz kroga Berlinskega fizikalnega društva k fizikalnim kemikom, zbranim okoli leto poprej ustanovljene revije Zeitschrift für physikalische Chemie. S tekočimi kristali se je fizikalnim kemikom odprlo še eno med novimi področji raziskovanja, ki so ob uporabah v tehnologiji zgradile sodobno fiziko trdne snovi.
ZAHVALA
Zahvaljujem se Univerzi Saint Louis in Oddelku za zgodovino znanosti Univerze Oklahoma v Nortonu za raziskovalni podpori Andrewa W. Melona, ki sta omogočili to raziskavo. Zahvaljujem se tudi dr. Milanu Ambrožiču, dr. Rudiju Podgorniku in akad. dr. Robertu Blincu za pomoč pri delu.
Slika 4: Georg Hermann Quincke (1834-1924)
150	Brucke. 1879, 267, 271 Dunajski fiziolog Sigmund Exner je bil brat dunajskega profesorja fizike Franza Serafma Exnera (1849-1926), ki je študiral skupaj z Rontgenom pri Kundtu v Zurichu. Njun oče je bil dunajski filozof in reformator šolstva Franz Exner (1802-1853)
151	Brucke. 1879. 274-276
152	Lehmann. 1888.521-522
153	Hermann Ambronn je bil rojen leta 1856 v Memmgenu Med letoma 1877-1880 je študiral v Heidelbergu, na Dunaju in v Berlinu, kjer je doktoriral leta 1880. Med letoma 1882-1889 je poučeval v Berlinu, od leta 1882 kot privatni docent Med letoma 1889-1899 je bil izredni profesor na univerzi v Leipzigu, nato pa izredni profesor na univerzi v Jem in znanstveni sodelavec optične tovarne Carla Fredericha Zeissa (1816-1888) (Kelker, 1988,37), podobno kot Lehmann in Emst Abbe (1840-1905). Ambronnov starejši sodelavec na univerzi v Jeni, ki je leta 1873 objavil teorijo mikroskopa
NASVETI
VAKUUMSKO PRIJEMANJE IN TRANSPORT PREDMETOV (2. del) Osnove za projektiranje vakuumskega prijemalnega sistema
Glavni podatki, ki jih potrebujemo za projektiranje oz. dimenzioniranje vakuumskega sistema prijemalne naprave in prijemalk, so:
-	masa oz. teža, oblika in površina bremena
-	zahtevani čas prijema in sprostitve bremena
-	dolžina vakuumskega voda od predvidene postavitve črpalnega sistema do prijemalk
-	način izvedbe upravljanja naprave (ročno, električno).
Maso bremena navadno poznamo ali pa nam jo sporoči naročnik naprave. Pri izračunu je treba upoštevati varnostni faktor, ki je od 1,6 do 2. Neobremenjena prijemalka mora torej ustvariti silo, ki je 1,5 do 2 Fg (Fg je teža bremena, ki je enaka njegovi masi, pomnoženi z zemeljskim pospeškom 9,81 m s*2, oz. zaokroženo 10 ms*2; teža bremena z maso 1 kg je 10 N).
Površina bremena je lahko gladka, srednje groba ali groba, kar je vzrok za puščanje med tesnilom prije-malke in površino predmeta. To moramo upoštevati in ovrednotiti oz. eksperimentalno ugotoviti, pri poroznih bremenih pa še dodatno puščanje skozi njihovo strukturo. Ker tesnitev ni nikoli idealna, je treba vedno in za vsak primer posebej eksperimentalno ugotoviti lastnost stične površine, izbrati ustrezno obliko in trdoto tesnila ter ugotoviti specifično puščanje (mbar ls1nr1) na tesnilni površini ter skozi (porozno) breme. Poleg teže bremena je puščanje glavni parameter pri dimenzioniranju črpalnega sistema.
Če smo eksperimentalno ugotovili, da zaradi puščanja lahko dosežemo pod prijemalko v nekem času notranji tlak pn samo 300 mbar, to pomeni, da ne bomo mogli izkoristiti celotne prijemalne moči, kot bi jo lahko, če bi bil notranji tlak okoli 1 mbar ali nižji. Razlika med zunanjim tlakom p2 (1000 mbar) in notranjim pn (300 mbar) je torej pd = 700 mbar. Ker moramo pri izračunu tlak izraziti z N/cm2 (1 mbar je 10*2 N/cm2), je to 7 N/cm2. (Opomba. Pri notranjem tlaku 1 mbar ali nižjem bi bila sila prijemanja 10 N/cm2).
Vzemimo za zgled kovinsko ploščo, ki ima maso 1000 kg (Fg = 10 000 N). Izberemo varnostni faktor 2. To pomeni, da mora obstajati efektivna sila Fef, ki je enaka Fg oz. da mora biti sila na neobremenjeno prijemalko F enaka 2 Fg (Fef = F - Fg = 2Fg - Fg = Fg).
Iz enačbe:
Fef = pd ■ S - Fg lahko izračunamo površino prijemalke S (cm2), ki je:
S = (Fef + Fg)/ pd = (Fg + Fg) / pd =
= 2 X 10000 N/7 Nem'2 = 2857 cm2
Če bi to prijemalno površino razdelili na dve prijemalki, bi imela vsaka po 1428,5 cm2, in če bi bili okrogli, bi imeli obseg po 134 cm oz. 1,34 m, skupaj 2,68 m. Ta podatek bomo potrebovali pri naslednjem izračunu kapacitete (črpalne zmogljivosti) črpalke.
Pri izbiri kapacitete vakuumske črpalke je treba poznati celotni volumen med prijemalko in bremenom, volumen vakuumskega voda in ev. komore, ki je vključena iz varnostnih razlogov ali pa kot »amortizer« tlačnih sunkov. Glede na celotni volumen V določimo torej kapaciteto črpalke. Čas prijema izberemo za manjša bremena nekaj sekund, pri večjih pa sorazmerno več. Čas sprostitve naj bo prav tolikšen.
Na zelo poenostavljen način lahko izračunamo kapaciteto vakuumske črpalke po enačbi:
K = 2,33 V/t log (pm/p2n)
pri čemer je K (l/s) črpalna hitrost črpalke pri atmosferskem tlaku, V je celotni volumen v litrih, tlak pm (mbar) je začetni notranji tlak (navadno 1000 mbar), p2n pa tlak, pri katerem želimo dvigati breme (v našem primeru je 300 mbar), t (s) pa je zahtevani »čakalni« čas do zanesljivega prijema bremena (npr. 5 s).
Pri pogledu na zgornjo enačbo opazimo velik vpliv volumna V, ki je pri vakuumskem prijemanju (teoretično gledano) balast, torej odveč, vendar ga v celoti ne moremo nikoli izločiti, navadno pa ga celo želimo ohraniti iz varnostnih razlogov.
Če navežemo številčni izračun na naš zgled s tem, da vzamemo celotni volumen V = 5 I in zahtevani čas prijema 5 s, pi n = 1000 mbar, p2n = 300 mbar, dobimo:
K = 2,33 X 5 I/5 s X log (1000/300) =
2,33 X 0,52274 = 1,218 l/s oz. 4,38 m3/h
Za črpanje tega volumna bi potrebovali rotacijsko črpalko z nominalno kapaciteto 4 m3/h, vendar ne smemo pozabiti na puščanje, ki lahko »požre« precej črpalkine kapacitete.
Eksperimentalno smo ugotovili, da je specifično puščanje na obeh prijemalkah pri рП2 = 300 mbar enako Ц =1 mbarl s-1crrr1. Izračunali smo že skupni obseg tesnilk na obeh prijemalkah 1=2x134 cm= 268 cm. Celotno puščanje L = Ls (mbar I s1cm"1) х I (cm) = 268 mbar I s*1. Pri tlaku рП2 bo treba upoštevati še dodatno kapaciteto črpalke Kd = L/ pn2 = 268 mbar I S'1/300 mbar = 0,8933 l/s oz. 3,22 m3/h, kar je skupaj K + Kd = 4,38 m3/h + 3,22 m3/h = 7,6 m3/h. Izbrali bomo standardno črpalko z nominalno črpalno hitrostjo pri atmosferskem tlaku (in tudi pri 300 mbar)
8 m3/h. Če ne bi bilo puščanja na tesnilnih površinah med tesnilko prijemalke in površino bremena, bi zadostovala črpalka s polovično zmogljivostjo, ki je tudi cenejša.
Pri dimenzioniranju vakuumskega sistema moramo upoštevati, da imajo vakuumski vodi za pretok plinov neko upornost, ki je odvisna od tretje oz. četrte potence notranjega premera cevi d, tj. od d3 oz. d4, česar se priučeni »vakuumisti« ne zavedajo in delajo kardinalne napake pri gradnji črpalnih sistemov.
Upravljanje prijemalne naprave je lahko ročno ali daljinsko električno. Ročno upravljanje uporabljamo za prijemanje in prenašanje majhnih in lahkih bremen, kot npr. prenašanje pločevinskih kosov iz kupa do stroja, ki jih preoblikuje, in nazaj. Za večja bremena pa se uporablja daljinsko električno krmiljenje, ki je navadno združeno s transportno napravo (dvigalom, žerjavom ipd.) Principialna shema vakuumske prijemalne naprave z električnim krmiljenjem je prikazana na si. 1, nekaj aplikacij pa na naslednjih slikah.
Dr. Jože Gasperič
Vpusi zraka
Slika 1: Principialna shema vakuumske prijemalne naprave z električnim krmiljenjem
Slika 2: Vakuumsko prijemanje okroglih cevi
Slika 3: Vakuumsko prijemanje zvitkov pločevine
Slika 4: Vakuumsko prijemanje zabojnika
Slika 5: Vakuumsko prijemanje plastičnih vreč s sipkim materialom
Slika 6: Vakuumsko prijemanje kartonskih škatel
Slika 7: Vakuumske prijemalke, pritrjene na posebno ogrodje za dviganje težkih kovinskih plošč
DRUŠTVENA NOVICA
20-letnica Vakuumista
Kako je bilo ob rojstvu Vakuumista, ne vem, ker me ni bilo zraven. Nekaj spominov na ta dogodek je zapisal dr. Gasperič v slavnostni številki, ki smo jo pred dvema letoma izdali ob 40-letnici Društva za vakuumsko tehniko Slovenije. Verjetno so bili prav on in sodelavci tisti, ki so dali pobudo in druge navdušili za ta korak. V njih je bil tisti kanček idealizma, ki je potreben, da se ljudje lotimo »odvečnih« nalog.
Vakuumist je otrok peščice navdušencev, ki so želeli, da se strokovnjaki s tega področja na tak način medsebojno povežejo in da po časopisu posredujejo nova znanja s področja vakuumske tehnike in tehnologij uporabnikom v industriji. To strokovno področje je bilo v tistem času v velikem vzponu. Na zdaj že bivšem Inštitutu za elektroniko in vakuumsko tehniko je bila cela vrsta uveljavljenih raziskovalcev s področja vakuumskih znanosti in tehnike (prof. dr. Kansky, dr. Lah. dr. Gasperič, mag. Povh, ing. Jerič), ki so za sabo potegnili tudi vrsto mlajših. Med njimi je bil tudi prvi urednik Vakuumista mag. Andrej Pregelj. Vakuumist je bil v tistih časih bolj društveno glasilo kot strokovni časopis. Tudi izhajal je bolj občasno. Šele proti koncu osemdesetih let je prišlo do njegovih prvih vsebinskih sprememb. V začetku leta 1991 je mag. Andrej Pregelj postal predsednik DVTS, zato je urednikovanje Vakuumista prepustil meni. Priznam, da sem se tega dela razveselil. Lotil sem se ga z veliko zavzetostjo. Ker pa sem bil še relativno mlad, bi zagotovo naredil veliko napak, če mi v vseh pogledih ne bi nesebično pomagal dr. Gasperič. Tudi kasneje, ko mi je občasno zmanjkovalo energije, me je spodbujal in mi vsestransko pomagal.
Ker je slovenski prostor majhen in je število ljudi, ki se ukvarjajo z vakuumsko tehniko in tehnologijami v Sloveniji majhno, je zelo pomembno, da tisti, ki smo, delamo enotno. Mislim, da smo vsi ponosni, da tudi v majhni Sloveniji obstaja strokovni časopis z vakuumskega področja. Nekaj podobnega premorejo samo še Američani, Nemci, Angleži, Francozi in do pred kratkim Italijani (letos je njihov časopis II Vouto zaradi finančnih težav prenehal izhajati).
Z razpadom Inštituta za elektroniko in vakuumsko tehniko, ki je bil matična ustanova DVTS, smo imeli tudi pri Vakuumistu kar nekaj težav. Veliko sodelavcev tega instituta se je razkropilo po drugih službah, ki nimajo nič opraviti z vakuumsko tehniko in tehnologijami, zato se je krog sodelavcev Vakuumista precej zožil.
Do leta 1991 smo izdajali Vakuumista izključno z lastnimi sredstvi, tj. z denarjem DVTS, ki si ga je prislužil v glavnem z izobraževalnimi tečaji. Leta 1991, ko sem prevzel urednikovanje, pa smo prvič pridobili subvencijo Ministrstva za znanost in tehnologijo, nekaj let
kasneje pa tudi Ministrstva za šolstvo in šport. Dodaten vir prihodkov so od takrat še oglasi. Tega denarja pa je komaj dovolj za kritje tiskarskih in materialnih stroškov. Avtorji člankov zato ne dobivajo nobenega honorarja, urednik, lektor in korektor pa zgolj simbolične plačilo. Torej vsi opravljamo to delo praktično zastonj in zunaj rednega delovnega časa. Zato bi se rad na tem mestu toplo zahvalil vsem, ki ste pri izhajanju Vakuumista doslej kakorkoli pomagali.
Vakuumist je v Sloveniji edina strokovna revija s področja vakuumskih znanosti, tehnike in tehnologij, fizike plazme, tankih plasti in površin ter vakuumske metalurgije. Institucionalnega izobraževanja na tem področju pri nas ni, ne na dodiplomskem, ne na podiplomskem študiju. Zato sem prepričan, da ima naš časopis predvsem velik pomen na izobraževalnem področju. Kot urednik zato vztrajam, da objavljamo splošne članke, ki so zanimivi za širši krog ljudi. Prav tako vztrajam, da prispevke pišemo v slovenskem jeziku, saj ga tako bogatimo z novimi strokovnimi izrazi.
Od leta 1991 imamo tudi stalno rubriko »Nasveti«, ki jo v glavnem piše dr. Gasperič. Doslej je napisal že 41 nasvetov, ki so nedvoumno v veliko pomoč vsem, ki se praktično ukvarjajo z vakuumsko tehniko in tehnologijami.
Od leta 1993 pa so nepogrešljivi prispevki s področja zgodovine vakuumskih znanosti in tehnologij, ki jih piše dr. Stanislav Južnič. Njegovih prispevkov se je nabralo že za celo knjigo. Dr. Južnič je eden tistih sodelavcev Vakuumista, ki jih ni treba dvakrat prositi, da kaj napišejo. In takih je malo.
»Vloga Vakuumista je,« kot je že v prej omenjeni slavnostni številki ob 40-letnici DVTS zapisal dr. Gasperič, »vsestranska, ne samo znanstvena in strokovna, ampak tudi družbena in družabna. Z neko nevidno silo nas druži, spodbuja in povezuje. Moje mneje je, da bi se društvo razvodenelo in razšlo, če bi Vakuumist prenehal izhajati«. Na samem začetku smo se člani uredniškega odbora odločili, da se po vsaki številki sestanemo in dogovorimo o nadaljnjem delu. Ta srečanja so lepi družabni dogodki, ki so nas zelo zbližali, zato si upam trditi, da smo postali kot ena družina.
Tisti, ki so »rodili« Vakuumista, najverjetneje niso slutili, kako zdravega otroka so spravili na svet. Po dvajsetih letih je postal prepoznaven in nepogrešljiv. Naj tak tudi ostane.
Dr. Peter Panjan urednik Vakuumista
VSE ZA VAKUUM
i —
4 - i
www.pfeiffer-vacuum.de
PFEIFFER VACUUM
www.scan.si scan@siol.net
Podtlačni zgoščevalnik
MILESTONE
MICROWAVE LABOR ЛТОK Y S Y STKM S
I Mikrovalovni reaktor serije ETHOS CFR za I uporabo v organski kemiji (The ETHOS CFR I Series of Microwave Reactor)
Podrobnejše informacije dobite v podjetju
DR. NEMO, d.o.o.
proizvodnja, zastopstvo, tehnična podpora in svetovanje
Štrekljeva 3, 1000 Ljubljana
tel.: 01/241 03 00 fax: 01/241 03 10
elektronska pošta: dr-nemo@dr-nemo.si
pR.NKMn
1989
2001