Care este viteza mirosului?

Viteza luminii este de 300000 de km/secundă. Viteza sunetului este de 340 m/secundă. Dar cu celelalte simţuri ale noastre cum rămâne? Nu are şi mirosul o viteză? Într-un fel, există o viteză a mirosului – depinde doar despre ce miros este vorba.

Până la urmă, mirosul nu este precum gustul sau simţul tactil, în cazul cărora trebuie să ai contact fizic pentru a avea o senzaţie. Poţi mirosi o floare frumoasă sau noxele de la distanţă, ceea ce implică faptul că acele mirosuri au traversat o distanţă pentru a ajunge la tine, deci au călătorit cu o anumită viteză. Şi, într-un fel, există o viteză a mirosului – depinde doar despre ce miros este vorba.

Despre viteză

Pentru a înţelege de ce nu există o viteză constantă a mirosului, trebuie întâi să înţelegem de ce există o viteză a luminii şi a sunetului. De fapt, cele două nu prea au nimic în comun în afara faptului că ambele sunt asociate cu simţurile noastre, aşa că ar trebui probabil să vorbim întâi despre ce sunt acestea.

Viteza luminii
Viteza luminii este o constantă fundamentală a Universului, viteza maximă cu care pot călători energia, materia şi informaţia. Motivul pentru care lumina călătoreşte mai rapid decât orice altceva este că aceasta este transportată de particule fără masă numite fotoni şi doar particulele fără masă au capacitatea de a atinge viteza maximă. Orice entitate cu masă va călători la o viteza inferioară celei a luminii. De asemenea, viteza maximă se referă doar la viteza luminii în vid – lumina încetineşte când traversează materiale, deşi de cele mai multe ori este vorba doar de scăderi mici ale vitezei.

Viteza sunetului
Viteza sunetului variază de asemenea în funcţie de locul unde te afli, iar viteza de 340 m/s este calculată în aer, la nivelul mării. Dar acea viteză variază în funcţie de altitudine şi temperatură şi chiar mai mult în funcţie de mediul pe care îl traversează sunetul. Viteza sunetului e de patru ori mai mare în apă şi de 15 ori mai mare prin fier.

În timp ce lumina este alcătuită din fotoni, sunetul este alcătuit din unde. Toate sunetele sunt oscilaţii ale presiunii – vibraţii, cu alte cuvinte – prin ceea ce numim un mediu elastic. Asemenea medii pot include gaze, lichide, solide şi chiar plasmă, dar, cel mai important, nu în vid. Tocmai prezenţa unui mediu de propagare permite undei sonore să călătorească, iar compoziţia mediului respectiv contează foarte mult când vine vorba a determina viteza cu care călătoreşte sunetul.

Simţurile

Aşadar, aşa călătoresc sunetul şi lumina. Dar cum devin ceea ce auzim şi vedem noi? Din acest punct de vedere, lumina şi sunetul se comportă într-un mod relativ similar. Deşi fotonii funcţionează ca şi unităţi individuale de lumină, ca întreg lumina se comportă ca o undă când traversează spaţiul – această natură duală a luminii ne duce către mecanica cuantică, dar o vom lasă deoparte acum.

Aceasta înseamnă că şi lumina şi sunetul sunt în esenţă unde de energie. Dar sunt forme de energie diferite de semnalele electrice întâlnite în creierul şi sistemul nostru nervos şi de aceea corpul nostru trebuie să convertească informaţia transportată de aceste unde în impulsuri nervoase. Pentru aceasta avem ochii şi urechile – funcţionează ca şi traducători ce pot să transforme un tip de energie în celălalt. Lucrurile nu sunt chiar identice în cazul văzului şi al auzului, dar există câteva similitudini cheie, cel puţin în comparaţie cu mirosul.

Simţul mirosului sau olfactiv este o formă de chemorecepţie, ceea ce înseamnă că nasurile noastre convertesc semnalele chimice în impulsuri nervoase. În nasurile noastre se găsesc aproximativ patru sute de receptori olfactivi, fiecare răspunzând la anumiţi stimuli. Moleculele mirositoare au mai multe caracteristici, deci vor activa receptori diferiţi, mai mult sau mai puţin. Aceşti stimuli sunt apoi transformaţi în semnale electrice ce pot fi interpretate de creierele noastre.

Iar aceasta este diferenţa cea mai importantă – în timp ce undele sonore şi lumina călătoresc prin aer pentru ca organele noastre de simţ să le detecteze şi să traducă informaţia, mirosul este dat de compuşi mirositori ce se găsesc în aer. De aceea determinarea vitezei mirosului înseamnă într-un fel determinarea viteze aerului... în aer. Nu este aşa de imposibil cum pare, dar a urmări progresul compuşilor mirositori este în mod clar mai complicat decât a urmări mişcarea fotonilor şi a undelor sonore.

Mirosurile

Să ne gândim puţin cum apar mirosurile. Mirosurile sunt rezultatul volatilizării compuşilor chimici. În chimie, volatilizarea reprezintă tendinţa unei substanţe de a vaporiza sau de a trece într-o stare gazoasă din starea sa originală, lichidă sau gazoasă. Compuşii sunt consideraţi volatili când au un punct de fierbere scăzut, ceea ce înseamnă că un număr mare de molecule se pot evapora din solid (spre exemplu o floare) sau din lichid (precum un pahar cu vin) şi să pătrundă în atmosfera înconjurătoare.

Majoritatea moleculelor mirositoare sunt compuşi organici, ceea ce înseamnă că sunt pe bază de carbon, deşi câteva substanţe simple precum sulful şi amoniacul emană de asemenea mirosuri. Toate acestea se potrivesc cu experienţa noastră de zi cu zi - ştim că plantele şi animalele emană mirosuri, deci şi tot ceea ce este alcătuit din ele, de la mâncăruri şi băuturi la mobila de lemn şi pantofii de pânză. (Şi, în caz că sunteţi curioşi, metalele nu au miros). Dacă întâlneşti un material anorganic ce prezintă miros, este probabil făcut de oameni şi mirosul este cel mai probabil datorat unui compus organic introdus de producător. Abilitatea noastră de a detecta mirosurile depinde de numărul de molecule disponibile receptorilor noştri olfactivi. După cum am menţionat, fiecare receptor răspunde la diferiţii compuşi în diferite moduri, dar sistemul nostru olfactiv nu este alcătuit pentru a detecta compuşi specifici – în schimb, reacţionează la toţi stimulii amestecaţi. De asemenea, deoarece creierele noastre tind a ignora stimulii continui, abilitatea de detecta mirosurile se diminuează dacă stăm lângă ei pentru mai mult timp. Acesta este motivul pentru care uneori trebuie să întrebi pe altcineva dacă vrei să afli cum miroase corpul tău.

Acum că ştim că mirosurile sunt transportate de molecule gazoase mirositoare prin aer, putem într-un final încerca să înţelegem viteza mirosului. În modul cel mai simplificat, particulele tind a se muta din zonele cu concentraţie mare în zonele cu concentraţie mică până la atingerea echilibrului – fenomen cunoscut sub numele de difuzie. Aceasta este forţa de bază din spatele deplasării tuturor compuşilor mirositori, şi, astfel, cea mai importantă determinantă a mirosului.

Din păcate, aceasta nu ne spune foarte multe. Pentru a ajunge la viteza oricărui un miros, chiar şi unul ce descrie un anumit compus, trebuie să cunoşti temperatura, presiunea aerului, dar şi dacă există mişcări externe ale aerului, precum vântul. Precum am discutat mai devreme, factori similari afectează vitezele exacte ale luminii şi sunetului. Dar diferenţele din viteza luminii sunt insignifiante şi în general ne interesează doar viteza sunetului în aer, nu şi în alte medii, aşa că putem să ignorăm acei factori ce complică lucrurile şi să luăm în considerare doar vitezele singulare ale luminii şi sunetului.

Şi prin aceasta se diferenţiază, în aşa de multe moduri, viteza mirosului. Fiecare miros va avea o viteză diferită depinzând de propria-i densitate şi sunt atâţia factori externi de luat în calcul că putem doar spera să ajungem la o valoare. Ştim acestea datorită difuziei; moleculele mirositoare vor continua să se răspândească până se ajunge la echilibru, ceea ce se întâmplă când sunt mai mult sau mai puţin împrăştiate în mod egal în aer. Dar înainte de  a se întâmpla aceasta, concentraţia mirosului va fi sub pragul detecţiei nasurilor noastre. Şi cam asta este cu viteza mirosului...

Legea lui Graham

...sau nu? Nu, deoarece, mai există încă un mod în care am putea să ne gândim la viteza mirosului. Deşi nu are nicio viteză absolută, putem cel puţin aproxima în termeni relativi viteza cu care călătoresc diverşi compuşi mirositori. Pentru aceasta ne vom folosi de Legea lui Graham a efuziunii, formulată de chimistul scoţian Thomas Grahamn la mijlocul anilor 1800. Legea lui Graham ne indică rata de efuziune – sau viteza cu care gazele trec printr-o gaură fără ca moleculele să se ciocnească între ele – este invers proporţională cu inversul rădăcinii pătrate a masei particulelor individuale din care e alcătuită, cunoscută şi sub numele de masă molară. Evident, simplificăm foarte multe lucrurile, deoarece efuziunea nu este chiar acelaşi lucru cu difuziunea, dar sunt destul de apropiate încât să putem estima cât de rapid se vor deplasa mirosurile şi este cam singura cale de a ajunge la o formulă cât de cât uşoară.

Aşadar, să utilizăm Legea lui Grahamn pentru a compara ratele de efuziune a două molecule mirositoare, geraniolul şi 4-metil-2,3-benzopirol. Geraniolul are un miros asemănător trandafirilor, adesea utilizat la parfumuri şi se găseşte în mod natural în garoafe şi lămâi. 4-metil-2,3-benzopirol este un compus ce prezintă un anumit grad de toxicitate şi apare în mod natural în excremente, fiind considerat unul din motivele principale ale mirosului acestora. Da, în unul din cele mai de nivel înalt experimente realizat vreodată, întrebarea este, pe scurt, care miros, în condiţii ideale, l-ai simţi primul: un trandafir sau un vânt?

Geraniolul are în structura sa zece atomi de carbon, optsprezece de hidrogen şi doar unul de oxigen, masa lui molară fiind 154,25 grame/mol. (Un mol este echivalent cu aproximativ 6*10²³ molecule individuale). 4-metil-2,3-benzopirol, pe de altă parte, are nouă atomi de carbon, nouă de hidrogen şi unul de azot, având o masă molară de 131,17 g/mol. Legea lui Graham spune că rata de efuziune a geraniolului împărţită la rata de efuziune a 4-metil-2,3-benzopirolui va fi egală cu rădăcina pătrată a masei molare a 4-metil-2,3-benzopirolui împărţită la masa molară a geraniolului. Cu alte cuvinte...

3,7-dimetilocta-2,6-dien-1-ol/4-metil-2,3-benzopirol=√(131,17/154,24) = √(,85) = ,92.

Aceasta înseamnă că rata efuziunii 3,7-dimetilocta-2,6-dien-1-olului este aproximativ 92% din rata de efuziune a 4-metil-2,3-benzopirolui. Cu alte cuvinte, viteza mirosului unui vânt este mai mare decât cea a mirosului unui trandafir. Adevărat, este o aproximare destul de mare, dar este totuşi o informaţie ce merită a fi ştiută.

 

Sursa:scientia.ro