Tadle písmena mají na výšku 30 a na šířku 20 µm (lidský vlas má průměr něco přes 100 µm) a jsou podobně jako pozlacenej řetízek, jehož každej článek je 20 µm dlouhej selektivně potažený vrstvou mědi, prostřednictvím paprsku laseru, kterej způsobí vyredukování kovu z roztoku podobně, jako dochází na světle k vyloučení stříbra z fotografickýho papíru nebo roztoku stříbrnejch solí.
Zajímavou ukázkou materiálových vlastností skla můžou bejt tzv. slzy prince Ruperta, což jsou jednoduše skleněný kapky s dlouhým ocáskem, odtavený ze skleněný tyčinky do nádoby s vodou. Většina slziček přitom popraská, ale některý ochlazení vydržej a přitom v nich dojde k silnýmu pnutí v materiálu, který je viditelný pod polarizačním filtrem, ale někdy i pouhým okem jako barevná hra světla na povrchu.
Pokud takový kapce zlomíme ocásek v dostatečný vzdálenosti od hlavičky v místě, kde je jeho průměr menší než střední délka, na kterou se ve skle propagujou mikrotrhlinky, nic zvlátního se nestane. Pokud je ale odlomíme blíž, dojde k prudkýmu třesku a kapička se rozpadne na drobnou skleněnou tříšť (pozor na oči, lítaj z toho drobný skleněný jehličky). Pokud se vám podaří takovou kapku zlomit pod vodou ve sklenici, může její exploze rozbít i celou sklenici.
Připravit amorfní sklo neni těžký, protože hlinitokřemičitany tvoří vícemocný ionty hliníku a křemíku (čili atomy s více "pacičkama"), který se snadno spojujou navzájem za vzniku viskózního polymeru. Takový materiál při ochlazování krystalizuje stejně špatně, jako rozehřátý med. S kovy je to trochu problém, protože ty v čistém stavu krystalizujou velmi snadno. Připravit amorfní kov (tzv. kovový sklo) vyžaduje velmi prudký ochlazení nalitím taveniny do rtuti nebo rozstřikováním a válcováním mezi chlazenejma válcema. Výsledkem jsou jen malý kapičky nebo tenká fólie, čili takový postup není obecně vhodnej pro přípravu skelných slitin ve větším měřítku.
Krystalizaci lze kovovým slitinám znesnadnit tím, že se A) vytvořej z mnoha složek, B) s atomy s malými vzájemnými rozdíly ve velikosti C) v neceločíselným atomárním poměru (tzv. nestechiometrickým). Taková směs obtížně vytvoří strukturu pravidelně uspořádanejch koulí.a bude tudíž obtížně krystalizovat.Např. kovový sklo společnosti LiquidMetal má přibližný složení Zr41.2Be22.5Ti13.8Cu12.5Ni10.0 a na rozdíl od dosavadních slitin se obejde bez přísad drahejch platinovejch kovů a pod. fajnovostí. Jedním z důsledků amorfní struktury týhle slitiny je např. dokonalá pružnost, podobně, jako má normální sklo, takže po ní kulička hopsá mnohem dýl, než po obyčejný oceli . Je to způsobený tím, že se na slitině nedělaj důlky, protože ji netvoří krystaly, který se můžou navzájem pěchovat. Jednou z oblastí použití jsou hlavice golfovejch holí, kde je požadovaná maximální pružnost a pevnost současně (viz též video 1, 2).
Jelikož sulfidy většiny těžkejch kovů jsou málo rozpustný a tmavě zbarvený, jejich srážecí reakce můžou sloužit k jejich analytickýmu důkazu. Problém je, že se některý sulfidy rozpouštějí v přebytku sulfidových iontů na komplexní soli. Přebytku sulfidu se lze vyvarovat např. tím, že je budeme generovat v roztoku hydrolýzou nějaké sulfidické sloučeniny, obvykle se používá thioacetamid, který se v alkalickým i kyselým roztoku hydrolyzuje za vzniku sulfidovejch iontů podle rovnic.
CH3CSNH2 + 2H2O + H+ --> CH3COOH + NH4+ + H2S CH3CSNH2 + 2H2O + 2NH3 --> CH3COO- + 3NH4+ + S2- CH3CSNH2 + 2OH- --> CH3COO- + NH3 + S2- + H2O
Čísla pod zkumavkama ve videu označujou tzv. produkt rozpustnosti (zápornej logaritmus rozpustnosti). Čim je číslo vyšším tím je vznikající sulfid míň rozpustnej, zkumavky sou seřazený podle rostoucí rozpustnosti odleva. Vyšší rozpustnost znamená, že sraženinku sulfidu jde rozpustit v přebytku kyseliny - tím jde rozeznat řadu žlutejch sulfidů cínu, antimonu a arsenu od sulfidů kadmia.Trojmocné soli arsenu a antimonu srážejí v silně kyselým roztoku žlutý sulfidy arsenu a antimonu. Cíničitý sloučeniny srážej podobnou, ale o něco světlejší (je tvořená směsi sulfidu cíničitýho a síry). Obě sraženiny se rozpouštěj v zásaditým roztoku. Kadmium sráží krásně kanárkově žlutou sraženinu, v zásaditým je stálá, jen o něco tmavší
Sloučeniny rtuti tvoří černý sulfid ruťnatý. Ten patří k nejmíň rozpustnejm sloučeninám vůbec - vydrží i silnou kyselinu chlorovodíkovou, čímž se liší od ostatních sulfidů. Kyselina dusičná ho ale zvolna oxiduje a nakonec rozpustí.Tím ji lze rozeznat od podobně tmavejch sraženin jinejch sulfidů (např. železa a mědi)
JAT: Původní napalm je v podstatě směs benzínu a nafty zahuštěná hlinitejma solema palmitový kyseliny (na+palm) do podoby rosolu, kterej dobře drží na svislejch plochách. Dnes se používají o něco bezpečnější směsi nafty, benzenu a polystyrénu jako ztužovadla. Za II. světový války byla skoro polovina plochy Japonska vypálená napalmem.
Na obrázku níže je replika fosforovýho granátu M34, používanýho za II. světový války. Fosforová munice se označuje žlutým proužkem. Dole je snímek z bombardování Iráku zápalnou municí v okolí severoiráckýho města Falluja. Amíci používaj fosforový pumy s oblibou, protože nejsou klasifikovaný jako chemický zbraně a maj silnej demoralizující účinek.
Tzv. bílej fosfor je nejznámější forma fosforu a je to docela zajímavej matroš - tvoří žlutou křehkou voskovitou hmotu trochu podobnou síře, která už při nízký teplotě (kolem 45 °C) taje na průhlednou smradlavou olejovitou kapalinu a dobře se rozpouští v olejích a organickejch rozpouštědlech, např. sirouhlíku nebo toluenu. Následující čtyři animace ilustrujou chemický chování fosforu, konkrétně jeho neobyčejnou schopnost reagovat s kyslíkem. Většina látek se na vllhkým vzduchu zvolna oxiduje, ale protože reakce s molekulárním kyslíkem probíhá zvolna, oxidace je většinou velmi pomalá (rezavění, tlení dřeva). Fosfor ale umí štěpit molekuly kyslíku na atomy s volným elektronem, tzv. radikály. Tzv. atomární kyslík je velice reaktivní, podobně jako ozón a slučuje se s většinou prvků. Reakce katalyzovaný oxidací fosforu proto probíhají mnohem rychleji. Proto se musí kyslík uchovávat pod vodou nebo v intertní atomosféře, protože na vzduchu se rychle oxiduje, čoudí a atomární kyslík přitom světélkuje.
Světélkování fosforu si můžete snadno vyzkoušet sami, když na velkou minci (destikoruna nebo dvacetikoruna) položíte škrtátko z krabičky od sirektou drsnou hnědou stranou dolu (opravdu jen tu tmavohnědou vrstvičku strhnutou z krabičky čili bez podkladovýho papíru) a škrtátko opatrně zapálíte. Když potom ve tmě promnete ten smrdící dehet co se usadil na destikoruně mezi prsty, uvidíte, jak vám přitom světélkujou. Na škrtátku je tzv. červená forma fosforu, která je na vzduchu stálá, ale zahřátím přechází v reaktivní bílou modifikaci. Pozor, fosfor opravdu hrozně smrdí a ten smrad nejde umejt, takže bych to nepředváděl holce, kterou ještě ten den hodláte zválcovat, i když je to jinak docela efektní pokus. Páry fosforu jsou silně jedovatý a fosfor se kdysi používal i jako součást jedu na krysy. Ze slitiny mědi legovaný fosforem (tzv. fosforovýho bronzu) se dělaj třecí ložiska a jemný kovový síťky s průměrem oka pod jednu tisícinu milimetru.
Protože se fosfor na vduchu zvolna oxiduje, ve vlhku se úplně rozteče na směs fosfonových kyselin. Při vaření s louhem probíhá rychle hydrolýza a redukce vody z vývoje smrdícího a samovzněcujícího se fosforovodíku, tzv. fosfanu. Na první ukázce je demonstrace toho, že se fosfor v čistým kyslíku rychle vzněcuje a shoří oslnivě bílým plamenem na bílej dým oxidu fosforečnýho. Fosfor přitom z baňky úplně vychytá kyslík. Toho se využívá při výrobě žárovek v tzv. fosforovým getru - wolframový flákno se namočí do roztoku fosforu a po prvním rozsvícení vychytá z baňky zbytky kyslíku. Jemnej dým oxidu fosforečnýho se přitom usadí na skle baňky, takže neni vidět. Pro svý vlastnosti má bílej fosfor pestrý využití ve vojenství, protože jakmile jednou chytne, už ho neuhasíte. Na obrázku vpravo je umělecká představa o objevu fosforu, první zmínku o něm totiž pochází ze spisků alchymisty H. Brandta z roku 1699, kterej ho připravil pražením odpařený moči s uhlím a pojmenoval ho právě kvůli jeho světélkování (phospohorus znamená v latině "světlonoš")
Na druhým videu je vidět, jak se fosfor na porézním podkladu (azbestovej nebo filtrační papír) rychle oxidací zahřeje tak, že se samovolně roztaví a nacucá do papíru. Přitom se jeho povrch (styčná ploch se vzduchem) zvětší natolik, že reakce přejde do hoření a fosfor se vznítí. Tahle vlastnost se dá regulovat přídavkem síry a byla využívaná v zápalnejch bombách a zápalnejch destičkách, shazovanejch z letadel. Ty se v terénu po zahřátí slunečním světlem po čase vzněcujou a způsobujou požáry. V přítomnosti čistýho kyslíku fosfor hoří i pod vodou, jak je vidět na třetím videu. Na posledním je znázorněný samovznícení papíru, kterej byl smočenej roztokem fosforu v sirouhlíku. Jakmile se rozpouštědlo odpaří, reakce na velkým povrchu nastaruje tak rychle, že fosfor zase chytne a shoří.
PLACHOW: Jojo, běžný Amíci z toho byli dost vyplašený když jim něco prostřelilo jejich supertank krznaskrz...;-) Ve skutečnosti se střela trefila zrovna do slabýho místa mezi věží a pancířem. Průměr díry z vnější stranu byl cca 8 mm a prolítla střelci sedačkou těsně kolem ledviny. Na fotkách z vnitřní strany tanku je dobře vidět, jak kapičky mědi ze superkumulativní nálože prostříkly ocelovej plech, jako kdyby byl z plastu.
Superkumulativní nálož pracuje na principu šplouchnutí šutru padajícího do vody. V okamžiku, kdy se kužel vody po kameni uzavírá dojde k vymrštění vodního sloupce vysoko nad hladinu. Aby to tak fungovalo, musí být výbušnina odpálená zapředu v nepříliš velký vzdálenosti od cíle, než se paprsek rozpráší. K tomu se používá piezoelektrickej zapalovač v hlavici střely, protože jedině elektřina dokáže dostatečně rychle reagovat na náraz. Kinetickej účinek se zvyšuje kuželovitou vložkou z měděnýho plechu - tloušťka vložky se stanovuje experimentálně a přibližně pro průměr nálože 65-80 mm je 2mm, pro menší kalibry kolem 1,0-1,5mm.
Na obrázku vpravo jsou kumulační náložky odlévané z taveniny roztavené výbušniny, které se zkouší v Pardubicích.Výbušnina musí mít především velkou rychlost detonace a dále vysoký detonační tlak a hustotu. Protože součinem těchto parametrů je udávána brizance, závisí účinnost v podstatě na brizanci výbušniny. Pro kumulační nálože lze použít jen výbušnin s detonační rychlostí nad 6000m/s. V tomto ohledu má dobrou probíjecí schopnost má nálož z HNIW (hexanitrohexaazoisowurtzanit), což je moderní polynitraminová výbušnina, pro obtížnost výroby zatím příliš drahá pro větší rozšíření. Na spodním obrázku je výsledek proražení 17,8 cm tlusté ocele 30g náložkou z HNIW a klasické výbušniny.
Z principu kumulace plyne, že rychlost paprsku je tím větší, čím je úhel vložky menší. Tím dojdeme až k uspořádání nálože, kdy je úhel nulový (vložka je válcová) nebo dokonce má vložka úhel záporný. Zatímco u obvyklé kumulace dosahuje paprsek rychlosti řádově 10 000 m/s a teplota řádu desetitisíce °C, má kumulovaný proud v superkumulativní náloži rychlost řádu 100 000 m/s a lokální teplota hodnoty 300 000°C. Za těchto fyzikálních podmínek má paprsek mimořádně vysokou průbojnost a účinek se bude dále mnohonásobně zvyšovat odpařováním cíle, protože se plyny nacházeji v plazmatickém stavu, doprovází takový výbuch i slabá radiace.
Davidovits: Jsem vědec z 19. století
pyramidy z geopolymeru
Docela rozsáhlá sbírka zajímavejch a legračních chemickejch struktur. I docela běžnej butanal totiž anglánům zní ordinérně jako mastná řiť. Na obrázcích je třeba vzoreček porkanu (pork znamená vepřové maso). Bycikloxan nezapře svou podobu z jízdním kolem. Kutnahorite je minerál směsnej uhličitan vápenatomanganatej CaMn(CO3)2 pojmenovanej podle Kutný hory. Z jeho názvu sou yenkies zvlášť odvázaný, protože "cuttin' a whore right" jim zní jako "omezování práv prostitutek" podobně jako poťouchle znějící název hlinitokřemičitanu Sillimanit. Nanoputan je menši obdoba liliputána, čili molekul ve tvaru mužíčka. Dole je struktura doggycenu, kermitionolu a aromatického uhlovodíku ovalenu a molekula připomínající rozložený ruční kolečko, několik reakcí vedoucí k nanoputanovým derivátům a obscénní reakce rutheniového komplexu Ru(Tris)BiPy publikovaná v jinak docela seriózním časopise Chemistry Journal. [Ref: S.H. Toma, et al, Inorg. Chem. 43 (2004) 3521.]
Několik ukázek chromatografickýho dělení směsi potravinářskejch a rostlinnejch barviv na tenký vrstvě a sloupci (koloně). Směs se rozděluje vzlínajícím rozpouštědlem, který unáší nejrychleji ty barviva, který jsou nejslabeji vázaný na sorbent v tenký vrstvě (obvykle škrob, celulóza nebo silikagel). V prvních dvou ukázkách jsou po pravý a levý straně vyvíjený čistý srovnávací barvičky, podle kterých se identifikujou fleky ve směsi. Dělení na sloupci se používá k izolaci a čistení čistejch sloučenin z přírodních materiálů. Animace jsou zkrácený, původní videa v RM formátu zobrazíte opět po klepnutí myší na animace.
U jodu jsme narazili na efekt, že jeho roztoky sou ve vodě a v polárních rozpouštědlech žlutohnědý, zatímco v nepolárních (vzduch, terachlor, toluen nebo benzín) fialový. Tomuhle jevu se říká solvatochromie a může být buďto pozitivní (s klesající polaritou rozpouštědla se absorbce posouvá směrem k větším vlnovejm délkám, barvivo modrá) nebo o něco časteji negativní (barvivo zčervená). Jód je příkladem negativní solvatochromie. Na animacích je zkrácená verze obou typů solvatochromie, plnou verzi v RM formátu přehrajete klepnutím na video.
Uvedený efekty samozřejmě souvisej s chemickejma rovnováhama v případě, že daná barvička může existovat v několika různě disociovanejch formách, který se lišej barvou. V nepolárních rozpuštědlech je preferovaná nepolární forma barviva, v polárních samozřejmě ta disociovaná. Stejně tak můžou existovat barvy citlivý na hodnotu pH (kyselost roztoku, jako je lakmus), nebo redoxní potenciál (přitomnost oxidovadel, např. ferroin), popř. i několik současně.
Např. methylénová modř, což je barvička z obyčejnýho modrýho inkoustu, reguje jak na redoxní potenciál (redukujícím odbarvovačem se odbarvuje, na vzduchu zpátky zmodrá), tak na hodnotu pH (v silný kyselině zezelená až zežloutne, v neutrálním roztoku získá svoji normální barvu). V případě, že metylénová modř je redukovaná pomaleji, než ji stačí kyslík zoxidovat je barevná změna vratná a můžete si ji vyzkoušet i sami doma s modrým inkoustem, kterej rozpustíte v troše sody na praní na bledě modrej roztok, do kterýho přidáte lžičku glukopuru (potravinářská glukóza). Roztok se odbarví, ale při promíchání nebo protřepávání se mu modrá barva zase na chvíli vrátí a tak to jde opakovat, dokud se veškerá glukóza vzduchem nezoxiduje. Podobnou reakcí se např. vybarvujou džíny indigem, protože bezbarvá forma indiga je rozpustná ve vodě, zatímco obvyklá oxidovaná forma je na vzduchu stálá a ve vodě nerozpustná. Odbarvovač na prádlo obsahuje dithioničnan sodný se silně redukčníma vlastnostma a funguje tak právě proto, že většina barviček je v redukovaný formě bezbarva a rozpustná ve vodě, takže je jde z prádla vyprat.
PIK: Bělousov-Žabotinského reakce byla objevená v roce 1957 Borisem Bělousovem a publikovaná A.M.Žabotinským v roce 1968 na konferenci v Praze. Je to podobná oscilační reakce, jako Briggs-Rauscherova reakce: pomalá reakce vytváří meziprodukt, o kterej se perou další dvě různě rychlý reakce. Protože samotná reakce probíhá bez výraznejch barevnejch změn, průběh reakce je sledovanej redoxním indikátorem ferroin, kterej je v redukovaným stavu modrej, v oxidovaným stavu oranžovej (viz též RM video zde).
V plochý misce bez míchání reakce vytváří vrstevnicovitý proužky, který se pomalu rozlejzaj po misce a maj chaotický chování, který lze modelovat na počítači. Když se opatrně rostoucí vlna rozbije fouknutím do misky trubičkou, vytvořej se dvě spirálovitý vlny rostoucí proti sobě (tzv. bifurkace), protože reakce je urychlovaná koncentračníma změnama (tj. "schůdkama" v koncentraci). Podobně vyhořívaj hvězdy ve spirálních ramenech galaxií (v místech, kde je větší hustota hvězd je přitahovanýho víc mezihvězdnýho plynu a tvorba i zánik těžších hvězd probíhá rychlejc) a propagujou se evoluční změny v přírodě, protože v důsledku různech mechanismů probíhaj mutace tím rychleji, čím rychleji probíhaj změny (systém je podmíněně nestabilní).
Na podobným principu např. rostou krystaly ze spirálovitejch dislokací - krystaly totiž nejrychlejc totiž přibejvaj na koutech a schodcích, protože tam jsou atomy zapasovaný a držený v mřížce hned z několika stran. Proto pokud se na krystalu vytvoří schůdek, začnou ho přirůstající atomy rychle obestavovat do spirálovitý struktury. Když se krystal uprostřed promáčkne tak, že se protisobě posunou krystalový roviny o jednu atomovou vrstvu (jako když proříznete papír žiletkou a řez na jedný straně promáčknete směrem nahoru a na druhý směrem dolu), vzniknou dva schodky, ze kterejch rostou proti sobě dvě spirály podobně jako se vytvoří proti sobě dva víry v kapalinách nebo dvojice částice a antičástice ve vakuu při dopadu záblesku gamma záření. Jak vidíte, fázový přechody a bifurkace vedoucí k vírovejm spirálovitejm strukturám sou v přírodě docela obecná věc a lze je nalézt na mnoha nečekanejch místech..
Na videu pod obrázkem (800 kB AVI) jakýsi borec předvádí střelnou bavlnu na dlani. Většinou shoří tak rychle, že člověka nestačí popáli, což ale asi úplně nebyl jeho případ. Video s odpálením děla ze střelný bavlny
K efektivním a úspornejm zkouškám v terénu patří tzv. mikroanalytický reakce, který se prováděj na sklíčku pod mikroskopem. K důkazu tu neslouží jenom barva sraženiny, ale i vzhled jejích krystalků. Např. často používanou reakcí k důkazu fosporečnanu je vznik krystalický málorozpustný podvojný soli fosforečnanu hořečnato-amonnýho:
Pro důkaz kobaltu může zase sloužit vznik jehlicovitých modrých krystalků komplexní soli tetrarhodanortuťnatanu kobalnatého (merkurothiokyanátu) Co[Hg(SCN)4]
Boritanový perličky patřeji ke klasickým analytickým metodám k rychlýmu důkazu stop těžkejch kovů. Využívá se toho, že těžký kovy už v nepatrným množství silně barvěj sklo (čehož se využívá při výrobě glazur) a boritan sodný podobně jako fosforečnan a křemičitan tvoří snadno tavitelný sklo. Organický látky se v žáru rozložeji, takže stanovení neruší.
CoO + Al2O3 → CoAl2O4
Na podobným principu funguje rychlá zkouška na hliník za vzniku Thenardovy modři, kterou se dokazuje hliník na základě modrý barvy, který tvoří jeho kysličník se stopama kobaltu díky tvorbě podvojnýho oxidu se strukturou spinelu. Bílej hlen na videu je gel hydroxidu hlinitýho, který po pokapání růžovým roztokem chloridu kobaltnatýho a vyžíhání tvoří modrou barvu.
Europium je jeden z nejvzácnějších prvků, protože netvoří samostatný minerály a je v zemský kůře hodně rozptýlený (kilogram europia stojí přes $7500/kg a světovejch trzích). V současný době jsou jeho hlavním zdrojem apatitový fosfáty, těžený a zpracovávaný jako hnojivo, odkud se poměrně náročným způsobem izoluje a chromatograficky separuje od směsi ostatních prvků vzácnejch zemin. Je to poměrně trapný, protože Česko patřilo v rámci RVHP mezi nejvýznamnější zpracovatele fosfátovejch hnojiv dováženejch z poloostrova Kolav Rusku a dnes, kdy spotřeba europa prochází boomem ho musíme za těžký peníze dovážet.
A k čemu že je europium dobrý? Je to jedna z hlavních součástí luminoforů, používanejch v barevnejch CRT obrazovkách, úspornejch zářivkách a laserovejch diodách, kde je zdrojem červený složky. Luminiscenční vlastnosti europia jsou zřetelný na první pohled v jevu tzv. triboluminiscence (z řeckýho slova tribein, čili tření, drbání), kdy stačí krystaly komplexu europia(III) s diketonem podrápat, aby se obejvilo červený světlo 620 nm s poločasem 0.5ms. Triboluminiscenci vykazuje spousta látek, mj. i obyčejnej cukr (při mletí cukru nebo tření kostek ve tmě je vidět modrý světélkování), ale jen málo látek ji vykazuje tak výrazně, jako europium.
Polyurethan je nažloutlej polymer objevenej v roce 1937 Otto Bayerem a vzniká polykondenzací diisokyanátu a oligomerního polyhydroxoesteru kyseliny ftalový. Polymeraci iniciuje katalyzátor (např. diazobicyclo[2.2.2]oktan, tzv. DABCO) a za přítomnosti malýho množství vody probíhá za vývoje oxidu uhličitýho, který se při kondenzaci z reakční směsi uvolňuje a způsobuje vytvoření pěny (nadouvadlo). Bez přítomnosti vody se získá kompaktní polymer, jehož vlastnosti jde dále v širokých mezích ovlivňovat přísadou změkčovadel (netěkavejch rozpouštědel).
Podle způsobu, jakým jsou spojený fenylový skupiny v diisokyanátu se získá buďto tvrdá a křehká nebo plastická a pružná pěna (tzv. molitan). V poslední době se od širokýho používání molitanových výplní v automobilech ustupuje, protože při požáru vozidla uvolňujou jedovatý plynný zplodiny, např. methylisokyanát, kterej se používá pro výrobu pesticidů a byl příčinou hromadný otravy v indický Bhopálu.
Sklon síry k polymeracím a tvorbě sulfidovejch můstků se využívá při vulkanizaci kaučuku a v roztoku sulfidů nebo siřičitanů se projevuje tak, že roztoky sou schopný rozpouštět další síru za vzniku polysulfidovejch nebo polythionovejch iontů. Ty sou stabilizovaný tvorbou aniontů, čili v zásaditým prostředí mužou mít řetězce poměrně dlouhou délku, protože jsou na koncích opatřený skupinama, který bráněj jejich vzájemnýmu spojování.
Při okyselení roztoku thiosíranu přestávaj bejt ionty stabilní, řetězce se spojujou a z roztoku vypadává zpátky síra v koloidní podobě. Reakce probíhá poměrně zvolna a koloidní částice jsou při nízký koncentraci docela stabilní - tvořej je průsvitný nanočástice síry shodný velikosti, obalený sulfátovejma skupinama, který zabraňujou tomu, aby se částice slepily a vytvořily sraženinu (princip latexový disperze). Všimněte si optickejch jevů, který vykazuje soustava takovejch částic, když jejich velikost naroste do rozměrů odpovídající vlnový délce viditelnýho světla. Projevuje se tu anomální disperze, koloid prosvítá zeleně a modře, podobně jako částice opálu. Teprve když částice dostatečně narostou, uplatní se obvyklý nažloutlý zbarvení síry.
Na příkladu plutonia už tu bylo ukázaný, že řada prvků může vystupovat ve více oxidačních stavech současně, např. i obyčejný železo může nabývat oxidační stupeň od -2 (v karbonylovejch komplexech) do +8 (nestálej oxid železičelý). V roztoku maj jednotlivý oxidační stavu často různý pestrý barvičky. Např. mangan je prvek příbuznej železu a manganistan draselný (hypermangan) je známá desinfekční látka purpurový barvy se silnýma oxidačníma vlastnostma (mangan v něm má oxidační stupeň +7).
V alkalickým roztoku je možný manganistan (+7) snadno zredukovat kyselinou šťavelovou na tmavě zelenej manganan (+6). V kyselým roztoku může redukce proběhnout ještě dále za vzniku síranu manganičitýho (+4), kterej je hnědočervenej až na síran manganatej (+2), kterej je slabounce růžovej. Mangan při redukci postupně přechází z aniontu do kationtu, takže může existovat třeba aji síran manganitej (+3), kterej jde popsat jako manganičitan manganatej. Tyhle přechodný oxidační stavy bývaj často výrazně zbarvený a málo rozpustný a mívaj významný chemický i fyzikální vlastnosti (např. schopnost katalyzovat chemický reakce).
Ještě pestřejší sou pastelkově zbarvený sloučeniny kobaltu nebo vanadu, který je možný postupně zredukovat zinkovým plíškem v kyselým roztoku a měněj přitom barvu ze žlutý (5+) přes modrou (+4) do zelený (+3) až modrofialový (+2). Smíchaním žlutýho síranu vanadylu s fialovým siranem vanadnatým teda vznikne zelená nebo modrá barvička podle poměru reagujících látek
Sama měď se ale chová vůči ušlechtilejším kovům podobně a vytěsňuje např. stříbro a zlato z jejich roztoků (na zrychleným videu vpravo se stříbrná houba vylučuje na kousku měděný síťky). Je vidět, že prvky lze uspořádat do řady podle schopnosti jeden druhýho redukovat z jejich sloučenin (tzv. elektrochemická řada prvků, např. v řadě Hořčík, Hliník, Berylium, Mangan, Chrom, Zinek, Chrom, Železo, Kadmium, Indium, Kobalt, Nikl, Cín, Olovo, Železo, Fosfor, Vodík, Cín, Antimon, Vizmut, Arzen, Měď, Stříbro, Platina, Zlato, Zlato dokáže levej prvek vyloučit prvky na pravý straně z jejich roztoků).
Tzv. Landoltova reakce je zajímavá tím, že naběhne rychle a nečekaně jako smrt. Je to daný tím, že její reakcní mechanismus je výsledkem soupeření dvou různě rychlejch reakcí využívající jodidu, kterej zvolna generuje třetí - první pomalu vyrábí jód a druhá ho mnohem rychleji spotřebovává. Teprve když druhý reakci dojdou výchozí látky, může se uplatnit přebytek jódu, který indikuje barevná reakce se škrobem, jako indikátor. Ta je velice citlivá a barevná změna proto probehne prakticky okamžite. Při pokusu na videu se měněj poměry reagujících látek tak, aby k ní došlo za různě dlouhou dobu.
Protože reakční rychlost je závislá na koncentraci, je možný šikovným poměrem reagujících látek dosáhnout stavu, kdy se směs střídavě odbarvuje a přebarvuje (tzv. chemický hodiny). Pro tento účel se víc hodí modifikovaná reakce, kde je jodid místo jodičnanem oxidovanej peroxidem vodíku a místo siřičitanu je jód redukovanej kyselinou šťavelovou (tzv. Briggs- Rauscherova reakce). U ní se směs přebarvuje pomalejc, ale barevná změna zato může proběhnout 10-15x za sebou v několikavteřinovejch intervalech, dokud se vstupní látky nespotřebujou.
Eště jedna ukázka krystalizace přesycenýho roztoku octanu sodnýho (detaily viz níže). Tentokrát je zárodek krystalu vnesenej do baňky na skleněný tyčince (někdy stačí krystalizaci vyvolat jen ostrá hrana zlomený tyčinky, nebo s ní stěnu baňky zevnitř podrbat). Krystaly úplně vyplněj objem kapaliny, včetně menisku (okraje hladiny, vzlínajícího kolem stěny nádoby). Jak je vidět, při krystalizaci se objem roztoku trochu zmenšuje, takže baňka nepraskne,
Z pokusu je dobře vidět, že krystaly nejpre rostou hranatý, ale jakmile se dostatečně zvětší poměr plochy a objemu, vzniká přibližně kulovitej krystalickej akgregát. Podobným způsobem, ale přesně obrácenym v přírodě vznikaj kulovitý tzv. hydrotermální geody, kderý uvnitř obsahujou krásně vyvinutý krystaly (ametyst), zatímco na povrchu vypadaj jako obyčejný nevzhledný balvany.
Síra je lehká průsvitná žlutá látka s tak křehkýma krystalama, že praskaj teplem ruky. V přírodě se síra vyskytuje občas aji volně v okolí sopek. Na ostrovech Elba a Korsika se nalézala v takovým množství, že stačilo horninu naházet na hromadu a zapálit - roztavená síra, co neshořela se zachytila ve stružce kolem hromady. Tímhle způsobem "těžby" se na ostrovech v 17. století skoro úplně zničila vegetace.
Při 119 °C síra taje na řídkou žlutou kapalinu složenou z osmiatomových molekul uspořádaných do kruhu. S rostoucí teplotou tmavne, houstne a polymeruje do dlouhých řetězců. Tenhle stav může být při prudkým ochlazení (nalitím do vody) zakonzervovanej, čímž vznikne tzv. kaučukovitá síra jako gumový průsvitný vlákna. Stáním při pokojový teplotě se vlákna postupně zakalujou, žloutnou a rozpadaj se zpátky na krystalickou síru. Přídavkem prvků s pěti valenčníma elektronama (arsen, fosfor) je možný vlákna kaučukovitý síry stabilizovat, přídavkem halogenů (sedmimocnej bróm nebo jód) se naopak krystalizace šestimocný síry urychlí.
Když ve zkumavce roztavíme vosk na vysokou teplotu, při ochlazení ve vodě zkumavka praskne a parafin udělá malej atomovej hřib. Podobnej efektní, ale docela šílenej pokus s hašením rozpálenýho hořícího parafinu dokazuje, jak je nebezpečný hasit tekutý hořlaviny vodou.
Dusičnan draselný KNO3 taje při 340 °C a uvolňuje přitom kyslík za vzniku dusitanu. Když na hladinu roztavený soli hodíme kousek dřevnýho uhlí, bude žhnout a tančit na hladině taveniny tak dlouho, dokud úplně neshoří. 2 KNO3 + C = 2 KNO2 + CO2
Mezi zajímavý látky a v poslední době intenzivně studovaný v souvislosti s grafitovýma nanotrubičkama patří tzv. interkaláty grafitu. Nejsou to v pravým slova smyslu sloučeniny, protože grafit tvoří volně usazený vrstvy, mezi který se mužou zapasovat cizí atomy a vytvořit tak sendvičovou strukturu bez pevně danýho poměru atomů (obvykle 1 cizí atom na minimálně 8 atomů uhlíku). Zvlášť snadno tvoří interkaláty alkalický kovy a halogeny, což souvisí s tím, že jde o prvky, který se potřebujou buďto elektronů zbavit, nebo nějaký získat a grafit má ve svý šesterečný struktuře elektrony poměrně volně sdílený, protože je elektricky vodivej a snadno je tedy vyměňuje s cizími atomy. Je zajímavý, že příměsi prvků v interkalátech často fungujou jako dopanty a to buď typu N (alkalický kovy), nebo P (halogenidy) a zvyšujou vodivost grafitu tak, že na váhu předčí i vodivost mědi nebo stříbra. Teoreticky by tedy bylo možný z interkalátů sestavovat i polovodičové struktury, krom toho řada interkalátů vykazuje supravodivý a elektroluminiscenční vlastnosti.
Video znázorňuje připravu draslíkovýho interkalátu KC8. Reakce proběhne jednoduše smícháním roztavenýho draslíku s práškovým grafitem v inertní atmosféře, čímž vznikne bronzově zbarvenej kovově lesklej prášek, kterej lze za nepřístupu vzduchu přechovávat beze změny. Na vzduchu se ale interkalát rychle oxiduje za vznícení, protože draslík je v grafitový struktuře vázanej jen slabě a zahříváním ho jde z grafitu úplně vypudit.
Jod je prvek ze skupiny halogenů, kterej se ve vodě rozpouští špatně na hnědý roztoky obsahující polyjodidový ionty. Pokud do roztoku přidáme organický rozpouštědlo, např. hexan (uhlovodík, který je součástí benzínu) a promícháme, jod přejde do organické fáze, ve který tvoří fialově zbarvený molekuly I2. Reakce je příkladem tzv. mezifázovejch rovnováh, použivanejch k separaci látek z jejich směsí.
Podobně jako jód se chová příbuznej prvek bróm, kterej ale na rozdíl od jódu v hexanu netvoří fialově zbarvený roztoky, ale tmavohnědý. Vytřepáním směsi do hexanu je tudíž možný oba prvky od sebe lehce rozeznat.
Většina sloučenin mědi má modrou nebo zelenou barvu. Přesto je chlorid měďnatej tmavohnědej a v malým množstvám vody se rozpouští na žlutohnědý roztoky. Příčinou je tvorba nestálejch chloridokomplexů, který maj žlutou barvu. Při zřeďování se ale chloridový komplexy rozkládají a vytěsňují je tzv. aquakomplexy měďnatých iontů, protože vody je přebytek. Akvakomplexy mají známou azurovou barvu modrý skalice a roztok proto zesvětlá. .
Ještě silnější jsou ale komplexy mědi s amoniakem, který maj tmavomodrou barvu. Při přidání amoniaku proto směs získá tmavomodrou barvu, která se dalším zřeďováním nemění. Nicméně existujou ještě silnější komplexy, který měď v roztoku úplně zamaskujou a odbarví - např. komplexy s kyanidy. Ty dokonce zabráneji tomu, aby se měď srážela z alkalických roztoků a používají se proto pro pokovovací galvanický lázně. Reakce je příkladem rovnováh komplexů těžkejch kovů, podobný reakce probíhaj v roztocích většiny těžkejch kovů
Efektní reakce hořčíkových hoblin se suchým ledem (MOV video v původním znění a kvalitě je linkovaný pod animací). Za normálních podmínek většina hořlavejch látek v oxidu uhličitým zhasne, proto se taky používá ve sněhovejch hasicích přístrojích. Ale v případě hořčíku je teplo uvolněný reakcí tak vysoký, že stačí k rozštěpení oxidu uhličitýho na uhlík a kyslík a hoření hořčíku se naopak urychlí. Proto nejde oxid uhličitej použít k hašení duralu, elektronu a dalších hořčíkovejch slitin. Po reakci zbývá směs bílýho oxidu hořečnatýho a černýho vyredukovanýho uhlíku, podobným způsobem dokáže hořčík vyvázet kyslík i z dalších oxidů. CO2 + 2 Mg → 2 MgO + C
V žádným auditu o chemii samozřejmě nesmí chybět zmínka o jododusíku. To je nestálá sloučenina jódu, známá svou výbušností, vznikající jako černá páchnoucí sraženina působením roztoku čpavku na jód. Ve vysušeným stavu ji lze přivést k explozi tlesknutím, nebo pošmráním peříčkem, lze tak dosáhnout i řetězovitý exploze. Při rozkladu vzniká dusík a spousta fialovejch par jódu. Video obsahuje link na původní ozvučenou animaci v MOV formátu.
Je pozoruhodný, že i v tak jedovatým kovu, jako je rtuť se může skrejvat "život" a dokonce i "cit". Nevěříte? Video níže (původní anglicky komentovaný video v MOV formátu získáte klepnutím na animaci) zachycuje známej pokus, nazývanej rtuťový srdce, při kterým je kapka rtuti přelitá kyselým roztokem chloridu železitýho nebo chromanu sodnýho v plochý misce. Roztok povrch rtuti oxiduje a ten se přitom potáhne tmavou vrstvou hydratovaných oxidů rtuti. Tím se sníží povrchový napětí rtuti, takže se kapka rozblemstne na dně misky.
Přiložením železnýho hřebíku dojde k tomu, že v systému převládne redukční účinek železa, který oxidaci "vezme na sebe" a oxidy rtuti na povrchu kapky rychle zredukuje. Kapka rtuti se přitom sbalí do svýho normálního baňatýho tvaru. Přitom se ale může odtrhnout od železnýho hřebíku, čímž se oxidace rtuti obnoví. Při šikovný poloze hřebíku se celej proces se rychle za sebou opakuje, takže sebou kapka rtuti legračně cuká a tepe přitom jako skutečný srdce.
Stříbro je ušlechtilej kov a k jeho oxidaci je nutný teplo dodávat, proto se kovový stříbro za normální teploty potahuje vrstvou oxidu jen několik atomů silnou. Při zahřívání nad 200 °C se i tahle tenká vrstva rychle rozloží na kovový stříbro. Proto nejde oxid stříbrnej připravit přímo slučováním prvků, jde ho ale připravit nepřímo, např. srážením vodnýho roztoku dusičnanu střibrnýho roztokem alkalickýho hydroxidu. Roztok hydroxidu se nalejvá po tyčince, aby se sraženina nenalepila na stěnu zkumavky.
Přitom se v roztoku sráží málo rozpustnej šedohnědej zásaditej hydroxid stříbrný AgOOH, kterej po promytí a opatrným vysušení odštěpuje vodu a zbývá čistej oxid stříbrný Ag2O. Zahřívání při sušení se nesmí přehnat, protože už při cca 160 °C začíná probíhat rozklad oxidu na kovový stříbro, podobnej rozklad probíhá i na světle. Ještě citlivější je oxid zlatný Au2O, kterej se dá připravit podobným způsobem jako žlutohnědej prášek.
Pěkná a poučná sada reakcí alkalickýho kovu sodíku s koncentrovanou kyselinou chlorovodíkovou a dusičnou. V případě kyseliny dusičný, která působí silně oxidačně se sodík ve zkumavce dlouho nezdrží a téměř okamžitě exploduje, reakce je skutečně nebezpečná. V případě zředěný kyseliny solný reakce probíhá pomaleji, nicméně nakonec sodík ze zkumavky vyskočí.
Reakce sodíku s koncentrovanou kyselinou chlorovodíkovou naproti tomu probíhá mnohem pomaleji, než by člověk čekal na základě zkušeností s kyselinou dusičnou, dokonce pomaleji, než v čistý vodě. Vznikající chlorid sodnej (kuchyňská sůl) je totiž v koncentrovaný kyselině chlorovodíkový velmi málo rozpustnej, obaluje sodík a chrání ho tak před další reakcí. Je to důsledek známýho rovnovážnýho principu, podle kterýho koncentrovaný ionty snižujou rozpustnost soli stejnýho typu (roztok kyseliny chlorovodíkový obsahuje chloridový ionty stejně, jako chlorid sodný). Je zajímavý, že sodík s takovou žíravinou, jako je koncentrovaná kyselina sírova prakticky nereaguje a dokonce je možný ho s ní opatrně roztavit, protože v bezvodý kyselině je vznikající síran sodný prakticky nerozpustnej. Teprve za vysoký teploty nastartuje prudká reakce, končící explozí.
Průběh a rovnice svítivejch tyčinek SnapLight při různý teplotě. Reakce probíhá v nevodným prostředí dioctylftalátu (DCHP) a za nízký teploty probíhá tak zvolna, že tyčinka v ledničce vydrží světélkovat i několik týdnů. Z reakce rozlomený tyčinky (vpravo) je vidět, že se při ní uvolňuje oxid uhličitej vznikající oxidací fenyloxalátu (tzv. cyalumu) koncentrovaným roztokem peroxidu vodíku. Oxidace oxalesteru ale slouží jen k získání energie, vlastní světlo produkuje chemiluminiscenční barvivo, např. 9,10-bis(phenylethynyl)anthracen dává zelený světlo, 9,10-diphenylanthracen modrý a 5,6,11,12-tetraphenylnaphthacen červený. Na videu níž probíhá zřejmě lumiscence rubrenu (5,6,11,12-tetraphenyl naftacenu), se kterým jsme se už seznámili níž a která produkuje žlutý světlo.
Normálně chemický reakce probíhaj samovolně jen pokud se při nich uvolňuje energie v podobě tepla nebo světla (tzv. exotermní reakce). Pokud se při reakci naopak energie spotřebovává (endotermní reakce), musí se reakční směs zahřívat, aby reakce proběhla do konce. Při reakci hydroxidu barnatýho s amonnou solí (v daným případě thiokyanatanem amonným) vzniká plynnej čpavek, protože hydroxid barnatej jako silnější zásada vytěsňuje amoniak z jeho solí:
Ba(OH)2· 8H2O + 2 NH4SCN Ba(SCN)2 + 2 NH3 + 10 H2O
Na odpařování amoniaku se spotřebovává teplo, takže reakce by normálně neprobíhala. Protože je ale amoniak plyn, z reakční směsi uniká a tak se rovnováha reakce neustále posouvá ve prospěch produktů a potřebný teplo odebírá ze svojeho okolí. Výsledek je, že se směs silně ochladí, takže kádinka rychle přimrzne na mokrý prkýnko.
Jak různý prvky barvěj plynovej plamen. odshora dolu: uhlík, sodík, vápník, stroncium a měď.
Zahříváním práškovýho oxidu železnatýho Fe2O3 v proudu vodíku se vyredukuje černý práškový železo, který je přitahovaný magnetem podle reakceFe2O3(s) + 3 H2(g) 2 Fe(s) + 3 H2O(g). Při rezavění železa probíhá v podstatě tatáž reakce, jenže obráceně.
Čoudivá reakce fluoridu boritýho BF3 a amoniaku NH3 za vzniku nitridu boru BN a fluorovodíku HF je příkladem reakce dvou plynů za vzniku pevný sloučeniny. Fluorid boritej je za normální teploty plyn (s bodem varu -100 °C), prudce reagující se vzdušnou vlhkostí za vývoje dýmů fluorovodíku. Nitrid boru je látka chemicky podobná grafitu, protože má podobnou hexagonální strukturu podobnou včelímu plástu (obr. vpravo) a má vysokej bod tání. Na rozdíl od grafitu je ale bílej a elektricky nevodivej. Podobně jako grafit za vysoký teploty a tlaku přechází v krystalickou formu, příbuznou diamantu (tzv. borazon) a podobně tvrdou a pevnou (po diamanu a karborundu je to třetí nejtvrdší známá látka). Borazon je stálej až do teplot nad 2000 °C, kdy se už diamant rozkládá na grafit a proto se používá tam, kde je současně vyžadovaná tvrdost a odolnost za vysokejch teplot (vysokoteplotní ložiska a brusivo).
Octan sodný je celkem obyčejná sůl, vznikající neutralizací octa jedlou sodou, která se dá sehnat i ve fotogrfickejch potřebách. Po odpaření se získaj krystalky obsahující dvě molekuly vody na jednu molekulu octanu sodnýho Na(CH3COO)2 . 2 H2O. Při zahřátí nad cca 55 °C vzroste rozpustnost octanu sodnýho ve vodě natolik, že se rozpustí ve vlastní krystalový vodě - napohled se to jeví tak, jako kdyby se krystaly roztavily.
Získanej koncentrovanej roztok je zajímavej tím, že z něj při ochlazení nemusí sůl vykrystalizovat zpátky hned, pokud je zcela čistej, ale až po naočkování malým krystalkem octanu sodnýho (tvoří tzv. přesycený roztoky). Krystalizace po naočkování probíhá velice rychle za vývoje tepla. Proto se občas prodávaj příruční "kamínka" na ohřátí prozáblejch rukou - v podstatě pytlík se směsí octanu nebo thisoíranu sodnýho, kterej se doma rozehřeje ve vlažný vodě. Když se z něj pak má krystalizační teplo uvolnit zpátky, roztok se naočkuje promáčknutím zdrsněnýho plíšku. Tenhle slabej popud stačí k tomu, aby se v určitým místě molekuly v roztoku správně zorientovaly a vytvořily tak zárodek pro růst krystalu za vývoje tepla. Na levým videu je roztok octanu sodnýho převrstvenej čistou vodou, aby nezačal krystalizovat předčasně, takže ke krystalizaci dochází až v určitý vzdálenosti od hladiny.
Octan sodnej v laboratoři slouží ještě kjednomu účelu a sice pro přípravu tzv. pufrů, čili směsí, schopnejch udržovat v roztoku konstantní kyselost, čili koncentraci vodíkovejch iontů (tzv. pH). Směs octanu sodnýho a kyseliny octový při přidání zásady (např. sodnýho louhu) reaguje za vzniku dalšího octanu sodnýho. Při okyselení směsi silnou kyselinou, např. kyselinou sírovou se zase octan sodný rozkládá a uvolňuje kyselinu octovou, která je kyselejší mnohem méně. Směs díky tomu udržuje stabilní slabě kyselý prostředí, který se používá např. v biochemii pro udržování konstantního složení bakteriálních kultur. .
Ukázka chemiluminiscence, čili svítivý reakce rubrenu (5,6,11,12-tetraphenylnaphthacenu) a perylenu (dibenz(de,kl)anthracenu) s peroxidem vodíku. V zásadě jde o oxidaci, což jde vidět z toho, že reakce probíhá pod hladinou zvolna aji za přístupu vzdušnýho kyslíku. Obě látky se používaj jako tzv. organický scintilátory při výrobě organických svítících diod (OLED) a taky při chemiluminiscenčních analýzách (stanovení obsahu oxidu dusíku, tzv. NOXů ve vzduchu). Jsou to aromatický látky s rozsáhlým delokalizovaným systémem elektronů, kterej umožňuje tvorbu vysokoenergetickejch excitovanejch stavů molekuly, který po přechodu do normálního stavu svítěj. Chemiluminiscence je jen jedna z ukázek zajímavejch vlastností těchle látek. Deriváty perylenu jsou podezřelý z teratogenity, tj. schopnosti způsobovat malformace lidskýho plodu.
Video na levým obrázku (přehraje se po přejetí myší) demonstruje hořlavost tzv. střelný bavlny. Tu v zásadě tvoří směs dinitrátu a trinitrátu celulózy, bavlněná vata nitrovaná směsí koncentrovaný kyseliny sírový a dusičný v poměru 2:1. Získaná vata se po několika minutách působení opatrně vypere vodou, vyvaří v roztoku sody, aby se zbavila zbytků kyseliny a vysuší. Po zapálení shoří žlutým plamenem beze zbytku často tak rychle, že přitom nestačí ani zapálit střelnej prach nebo další hořlaviny, na kterejch je položená. Hoření v uzavřený nádobě ale rychle přechází v explozi. Nitrovaná celulóza se na rozdíl od obyčejný vaty dobře rozpouští v organickejch rozpouštědlech, např. acetonu na rosolovitý roztoky. Na podobným základě se před časem vyrábělo známý modelářský lepidlo Kanagom. Nitrocelulóza se používala i jako plastická hmota celuloid, hlavně pro výrobu filmů - možná ještě dnes někde narazíte na matně žlutý pravítko nebo křivítko z celuloidu. Kvůli vysoký hořlavosti nitrocelózy (zapálená hoří i pod vodou) se od použití v plastikářským průmyslu postupně upustilo, ale z nitrocelulózy plněný titanovou bělobou se dodnes vyráběj pinpongový míčky a samozřejmě běžnej střelnej prach. Z nitrocelulózy se vyráběji i části dělostřeleckejch nábojnic tzv. podkaliberní munice, která je silně předimenzovaná a při výstřelu v hlavni prakticky celá shoří.
Video vpravo znázorňuje chování alkalickýho kovu sodíku při krájení. alkalický kovy jsou zajímavý materiály, kterej lze popsat spíš jako pasta z elektronů. Jsou měkký až mazlavý, jdou roztírat do tenkejch vrstev a mezi dvěma skly roztavit na folii, ale na vlhkým vzduchu se okamžitě oxidujou, často za vznícení. Je zajímavý, že alkalický kovy jde rozpustit v kapalným amoniaku (b.v. -33 °C), ale i některejch organickejch rozpouštdlech (např. hexemethylentriamidu kyseliny fosforečný, HMTPA) na nestálý inkoustově modrý elektricky vodivý roztoky, obsahující volný elektrony (viz obr. vpravo). Roztok elektronů reagujou s amoniakem podobně jako sodík s vodou za vývoje vodíku a patřej mezi nejsilnější známý redukční činidla. Halogenovaný plasty, jako např. tefllon nebo PVC v nich rychle zuhelnaťujou, protože z nich vytrhávaj fluor nebo chlor a na povrchu přitom často vzniká bronzově lesklá vrstva vysoce vodivýho polyacetylénu. Sodík vytváří tmavě zbarvený donor-akceptorový komplexy i s aromátama (např. naftalenem, anthracenem nebo grafitem či nanotrubkama) a cyklickejma éterama (tetrahydrofuranem THF). I tyhle směsi se v organický chemii často používaj k redukcím.
CEM buňky sou T-lymfoblasty, v podstatě dělící se mláďata jednoho druhu bílejch krvinek, tzv. T-lymfocytů. Sou to útočný žravý měňavky a troufnou si na mnohem větší tvory, než sou samy... Na obrázku níž rozpouštěj larvu hlístice Microfilarium, která způsobuje známý malformace končetin a genitálií (elefantiazu)...
CEM linie jsou zmutovaný klony kultivovaný od konce roku 1964 z T-lymfoblastů 4-letý holčičky ze severního Kavkazu, který onemocnila akutní lymfoblastickou anémií. Oproti normálním krvinkám se rychlejc množej, takže se hoděj pro imunologický pokusy in-vitro. [G.E. Foley, et al., Continuous culture of human lymphoblasts from peripheral blood of a child with acute leukemia, Cancer Res 8 (1965) 522–529.] Jejich označení pochází z katalogu American Type Culture Collection (ATCC) v Rockville, která původní klony udržuje zmražený v dusíku. Tipoval bych, že akronym CEM pochází z leuCEMia, čili kavkazská leukémie.
Rostoucí reaktivita v řadě alkalickejch kovů lithium - sodík - draslík jde dobře porovnat na základě jejich reaxe s vodou za vývoje vodíku a alkalickýho hydroxidu. Lithium s vodou reaguje velmi prudce, ale je lehký, unikající vodík ho nadnáší a protože má poměrně vysokej bod tání (180.5 °C), při reaxi v malým množství se ani neroztaví. Sodík (bod tání 97,7 °C) se rychle roztaví do kuličky, která pokud nepřesáhne velikost 5 mm na vodě rejdí a poměrně v klidu zreaguje. Pokud sodíkovi zabráníte se po hladině pohybovat např. filtračním papírem, nebo tím, že ho spláchnete do výlevky, obvykle se vznítí a zapálí i unikající vodík, často za exploze. Kovovej draslík (bod tání 63,6 °C) s vodou vždycky reaguje za vzniku plamene a posléze exploduje.
Reakce sodíku nebo dokonce draslíku s vodou je vždycky nebezpečná, protože kulička roztavenýho hydroxidu v závěru hoření pravidelně vybuchne, protože jí už vodík nebrání ve styku s vodou a přitom vystřelí náhodným směrem do velký dálky. Nikdy si nemůžete bejt jistý, do kterýho voka se nakonec propálí, pokud všichni lidi v místnosti nemaj ochrannej štít nebo aspoň brejle. Animace kvůli zvukovejm efektům přehrajete po přejetí obrázku myší, pod animacema jsou zase odkazy na MPEG videa v původním rozlišení.
Kdyby nám někdo vyměnil vzduch za čistej kyslík, nemuseli bysme si toho hned všimnout - až do první jiskřičky. Většina hořlavejch látek totiž v čistým kyslíku hoří mnohem rychlejc, než ve vzduchu a většina měst i lesních porostů by rychle lehla popelem. Síra v kyslíku hoří jasně modrobílým plamenem, bohatým na ultrafialový paprsky. Železná vlna shoří za jiskření a rozžhavená tyčinka ze slitiny železa a ceru (dá se sehnat i jako tzv. křesací zapalovač v prodejnách tábornickejch potřeb) dokonce v kyslíku exploduje.
Vodík je nejlehčí známej plyn, je hořlavej a ve směsi se vzduchem, chlorem nebo kyslíkem tvoří třaskavý směsi. Ukázka bouchnutí vodíkovýho balónku. Na dalším videu (přehrávání odstartujete přejetím myší) je ukázka zapálení třaskavý směsi vodíku s chlorem pomocí fotografickýho blesku. Reakce vodíku s chlorem probíhá za nízký teploty pomalu, ale odstratuje ji energetický světelný záření, který vyvolá řetězovitou radikálovou reakci.
Na dalším videu je vidět, jak lechce de krájet alkalickej kov draslík nožem a jak rychle se čersvej řez oxiduje a matní působením vzdušný vlhkostí a kyslíku. Na posledním videu vpravo je vidět, že cesium (alkalickej kov b.t. 28 °C) lze snadno v zatavený ampulce roztavit teplem lidský ruky. Pod animacema jsou linkovaný MPEG videa v původním rozlišení
Ukázka oscilační Belousov-Žabotinského reakce, btw publikovaný na konferenci 1968 v Praze. Jednoduchej simulátor chemickejch reakcí v Pascalu se zdrojákem.
Chlór, bróm a jód sou příbuzný prvky patřící do společný skupiny tzv. halogenů (česky by se řeklo "tvořičů solí", protože tvořej součást mnoha solí, kuchyňský soli v první řadě). Ze solí se při zahřívání s koncentrovanou kyselinou sírovou uvolňujou halogeny v čistým stavu. Chlór jako nažloutlej plyn, bróm jako hnědý těžký páry a jod má vysokej bod varu, takže kondenzuje na stěně skumavky jako černej nálet.
Příbuzný chování halogenů se projevuje i na sraženinách halogenidu stříbra, který tvořej základ světlocitlivejch fotografickejch emulzí. Bílej chlorid stříbrnej se používá na fotografický zvětšovací papíry, bromid stříbrnej je slabě nažloutlej a tvoří světlocitlivej materiál filmů. Jodid stříbrnej kdysi sloužil jako světlocitlivá vrstva v tzv. daguerrotypiích, objevený v roce 1839, což byly stříbrný destičky pokrytý vrstvou jodidu stříbra v parách jodu a vyvolávaný parama rtuti. Při osvětlení se část jodidu světlem zredukovala na kovový stříbro, který se pak rozpustilo ve rtuti a vytvořilo zrcadlově hladkej povrch. Zbytek stříbra zvostal matnej a proto v odraženým světle vypadal tmavší. Dole sou první dochovaný fotky na světě, pořízený dírkovou komorou. První je na papíru pokrytým chloridem stříbrným a jeho expozice trvala asi osum hodin. Pořídil ji v roce 1836 Joseph Niepce jako pohled z okna svý laboratoře. Druhá je na papíru s bromidem stříbra z roku 1829 od Niepceho, třetí zátiší je historicky první daguerrotypie pořízená Louis J. Daguerrem v roce 1837.
Jedno z využití iontovejch kapalin je elektrochemický leštění a odhrotování. To je docela jednoduchej proces - kovovej vzorek se rozpouští jako anoda tak rychle, aby se zaoblily jeho hrany.Elektrickej proud totiž přednostně prochází hrotama a výčnělkama. Ve vodě je ale problém, že použitelný napětí je omezený rozkladem vody - když je větší, na anodě se kromě rozpouštění vylučujou bublinky a ty povrch zase zdeformujou, krom toho zvyšujou spotřebu proudu. Nevodný iontový kapaliny problém s vylučováním kyslíku odstraňujou - žádná voda = žádný bubliny. Východa je, že takhle jde leštit i vysoce členitý povrchy, např. spirály, který maji bejt vyleštěný už proto, aby nepraskaly. Např. většina chirurgickejch přístrojů i plechovýho kuchyňskýho nádobí je dnes leštěná elektrochemicky.
Iontový kapaliny (IK) sou v zásadě soli (látky složený z kationtů a aniontů), kde anion, kation, popř. oboje tvoří nějaká organická látka. Tvořej jakejsi přechod mezi organckou a anorganickou chemii. Iontový vlastnosti jim dávaj elektrickou vodivost, schopnost rozpouštět polární látky (většina organickejch rozpouštědel rozpouští minerální soli špatně) a vyměňovats nima svý ionty, zpravidla vysokou tepelnou stabilitu (stálost nad 200 ºC), nehořlavost a vysokej bod varu (čili neodpařujou se a nesmrděj, což je důležitý pro tzv. zelenou chemii), organická část molekuly jim dává nízkej bot tání (pod 100 ºC) a schopnost sloužit tak jako rozpouštědlo pro organický syntézy nebo elektrolyt při elektrolytickým pokovování nebo v bateriích.
Na prvním vobrázku je typickej vzoreček IK, iontová část je navázaná na dlouhej uhlovodíkovej vocásek, kterej vobaluje polární část molekuly a brání jí, aby zkrystalizovala. Nejjednodušší iontový kapaliny sou tzv. mejdla, pokuď ste na vojně roztírali mazlák na dlaždičky, tak ten hnědej sliz je draselná sůl kyseliny stearový (obr. vpravo dole). Ta má dlouhý molekuly a dává soli olejovitý chování. Sodná sůl je normální mejdlo a je za normální teploty tuhá, ale kdybyste ho roztavili, máte zase iontovou kapalinu. Čili iontový kapaliny nejsou žádný nový ani ultraspeciální látky, nový jsou způsoby, jakýma se začínaj používat.
Jedno z prvních použití IK byly nevodný rozpouštědla pro elektrolýzu. Např. hliník s vodou reaguje, nejde ho tudíž vylučovat z vodnejch roztoků elektrolýzou jako třeba měď, ale de ho vylučovat z roztavenejch organickej solí, čili IK. Na začátku minulýho století se to zkoušelo i průmyslově, ale vzniklej hliník byl příliš špinavej pro další použití, Dnes se IK zkouší znovu pro různý galvanický povrchový úpravy, např. nitridování. Na IK se pak dlouho kašlalo, až po druhý světový válce vzrostl zájem o tzv. kapalný měniče iontů, což jsou látky který dokážou z roztoku vychytávat zředěný ionty a vyměňovat je za ty svoje. Samozřejmě s rozvojem radiační chemie a zpracování radioaktivních prvků, protože pevný měniče iontů založený na organickejch polymerech kvůli záření rychle degradujou, ale kapalným měničům radioaktivita nevadí. V poslední době se iontový kapaliny prožívaj další rozvoj, protože v nich jde provádět organický syntézy, který v nich díky zvláštnímu prostředí probíhaj často líp a s nižší spotřebou katalyzátorů a protože se nepolární organickej produkt s IK často špatně mísí, vyloučuje se jako kapalná vrstva v čistým stavu. Tím se jednak posouvá reakce ve prospěch produktů, druhak není nutný produkt složitě zbavovat rozpouštědla, IK navíc netěkaj, takže nejsou ani ztráty odpařováním. IK tudíž umožňujou čistší a kompaktnější výrobu s mnohem nižším podílem odpadů.
Velmi malý krystalky (obsahující jen několik desítek atomů) polovodičů jako je indium fosfid nebo selenid kadmia vykazujou kvantově mechanický chování, což se projevuje tím, že v suspenzi jasně fluoreskujou při osvětlení krátkovlnným světlem. S rostoucí velikostí částic se mění barva fluorescence směrem k delším vlnovejm délkám, a jde ji tak docela jemně ladit.
Nedávno se podařilo víceméně náhodou s použitím suspenze selenidu kadmia s krystalky přesný velikosti (32 - 33 atomů) dosáhnout čistě bílou luminiscenci, prakticky využitelnou jako zdroj denního světla. Modrá LED dioda pokrytá suspenzí svítí čistě bíle. S rostoucí velikostí částic ale efekt rychle mizí.
Počítačem vygenerovaná kompozitní fotka deseti studentek s nejvyšší a nejnižšim obsahem estrogenu v moči údajně prokazuje souvislost půvabu a hladinou hormonů.
Na podobným principu funguje siloxanová "chytrá plastelína" Thinking putty, o který jsem tu psal nedavno. Hydrofilní aerogel AEROSIL® je rovněž založenej na částicích oxidu křemičitýho, ale ty jsou potažený silikonovou vrstvou která je činí nesmáčivý. Chovaj se právě obráceně v nevodným prostředí - například smícháním s olejem rychle vytvořej gel, kterej při míchání zřídne a jde roztírat štětcem, ale při stání rychle zhoustne, takže ze svislejch povrchů nestejká. Podobný směsi jsou základem tzv. tixotropních nátěrů a laků.
Jak získat DNA z čehokoliv živého?
1. vezměte libovolný biologický materiál (např. zelený hrášek, cibuli, špenát, kuřecí játra, atp.) v množství asi 100 ml, přidejte špetku kuchyňské soli (stačí méně než 1/8 lžičky), asi 200 ml studené vody a dobře rozmixujte. Mixer oddělil jednotlivé buňky biologického materiálu od sebe. 2. Nalijte vzniklou „polévku“ do skleničky a přidejte kapalný detergent v objemu asi 1/6 celkového množství (asi 2 polévkové lžíce). Může to být libovolný prostředek na mytí nádobí, např. Jar, Pur, apod. Dobře rozmíchejte a nechte v klidu asi 5–10 minut. Ze směsi odlijte do zkumavky, do cca 1/3 výšky. Detergent naruší buněčné stěny a stěny buněčných jader. 3. Do zkumavky přidejte pár kapek enzymu. Potřebný enzym obsahuje např. kapalina na čištění kontaktních čoček nebo čistý ananasový džus. Zamíchejte velmi jemně a opatrně – nyní už máte ve zkumavce vlákna DNA a hrubým mícháním by se polámala. Enzym oddělí DNA od ostatního buněčného materiálu. 4. Opatrně po skle přilejte do zkumavky alkohol (stačí denaturovaný líh) tak, aby vytvořil nad směsí vrstvu o přibližně stejné tloušťce. Nemíchejte! Po chvilce se začne do alkoholové vrstvy oddělovat DNA. Opatrně pinzetou nebo háčkem můžete pomoci vytahovat vlákna do horní čiré vrstvy. Ten bělavý chuchvalec nitek – to je DNA organismu, který byl na počátku vašeho pokusu.
Demonstrace principu palivovýho článku s platinovými drátky jako elektrodama při elektrolýze roztoku chloridu sodného (kuchyňský soli). Propojením elektrického okruhu začne ve sklenici probíhat elektrolýza. Na anodě se začne uvolňovat Cl2, na katodě reaguje uvolněný Na s vodou za vzniku NaOH a H2. Na stránce s odkazem najdete i linky na videa komentovaný germánskou angličtinou.
Poté baterii odpojíme a kabely zapojíme do voltmetru. V tuto chvíli začne probíhat reakce palivového článku, proces inverzní k elektrolýze. Při elektrolýze vzniklý Cl2 a H2, jejichž bublinky jsou z části usazené na elektrodách a zčásti jsou rozpuštěné v elektrolytu, reagují za vzniku HCl podle rovnic: Celková reakce: H2 + Cl2 = 2HCl Katodová reakce (redukce): Cl2 + 2e- = 2Cl- Anodová reakce (oxidace): H2 = 2H+ + 2e- Elektrochemická reakce se projeví měřitelným napětím na voltmetru, které dosahuje přibližně 1,3 V a postupně klesá, dokud se plyny zachycený na elektrodách nespotřebujou..
Ebonitová tyč a liščí ohon Pokud si ebonit pletete s ebenem jste vedle, protože eben je druh dřeva, ale ebonit je speciální tvrdá guma. Vloni uplynulo 150 let od jejího vynálezu. Americký chemik a vynálezce Charles Goodyear několik let systematicky pracoval na tom, aby z přírodního lepivého kaučuku udělal pružnou a praktickou surovinu. Pracoval na tom doma, takže chudák manželka, která už nemohla vydržet ten hrozný „gumárenský“ zápach, pohrozila, že se dá rozvést. A tak objev vulkanizace přišel vlastně na svět náhodou, když se Charles v panice před rozzlobenou manželkou snažil zamaskovat své pokusy tím, že své chemikálie hodil do krbu – kaučuk prohnětený se sirným květem a olovnatou bělobou zvulkanizoval! To bylo v roce 1839. Nedal si pokoj a v roce 1852 vynalezl (zase náhodou) ebonit, když do kaučuku přimíchal několikanásobně víc síry, než bylo potřebné. Tvrdá guma se pak barvila načerno přídavkem sazí, vyráběly se z ní izolátory telegrafních vedení, lékařské nástroje, hřebeny a další předměty. Ebonit se dá dobře soustružit, brousit, leštit. A když si ebonitovým hřebenem projedete vlasy, začnou praskat a jiskřit maličké elektrické výboje.
Několik ukázek použití termochromních pigmentů, který teplotu indikujou vratnou změnou barvy.
Plutonium je těžkej transuranovej prvek, kolem jeho atomu lítá spousta elektronů a tak má velice bohatou chemii. Jeho oxidační stavy mužou přecházet od +3 do +7, přičemž oxidační stupeň +4 je nejstálejší. Plutonium je silně radioaktivní alfa zářič a sloučeniny plutonia se hromaděj v tkáních (zejména kostech, kde narušujou krvetvorbu). Ačkoliv se akutní toxicita plutonia v literatuře často přehání, je fakt že už velmi nízký množství (desítky mikrogramů/kg živý váhy) solí plutonia stačí k vyvolání chronický leukémie.
Ukázka tepelnýho rozkladu oxidu rtuťnatýho podle rovnice 2 HgO →2 Hg + O2. Nad 350 °C se oxid rtuťnatej rozkládá na kyslík (kterej lze dokázat doutnající třískou, která se v něm vzněcuje) a na rtuť, která těká a kondenzuje jako kovově lesklý zrcátko v horní části zkumavky. Tenhle pokus byl ve školách často demonstrovanej jako ukázka přípravy kyslíku ale z důvodu vysoký jedovatosti rtuti bylo její používání na školách zakázaný.
Oxid uhličitej CO2 je známej plyn ze sodovky a vzniká ve velkým množství při spalování uhlí a dalších fosilních paliv. Spolu s metanem se hromadí v horních vrstvách atmosféry, kde funguje jako okno skleníku - propouští krátkovlnný záření dovnitř, ale pohlcuje dlouhovlnný vyzařovaný do vesmíru, takže způsobuje ohřívání atmosféry a zrychlený tání pevnínskejch ledovců. V souvislosti s hromaděním skleníkovejch plynů se studuje ukládání kapalnýho oxidu uhličitýho na dně moře, protože oxid uhličitej nad tlakem 30 atmosfér přechází v kapalinu (v hasicím přístroji je kapalnej CO2) a v hloubce pod 350 je takovej tlak, že oxid uhličitej vystupuje v kapalným stavu. Laboratoř v Marylandu pro studium jeho chování vyvinula dálkově řízený pracoviště na dně moře, obsluhovaný roboty.
Ukládání CO2 na dně moře neni žádná levná technologie a navíc má velký rizika pro životní prostředí. Zvýšená koncentrace CO2 narušuje metabolismus vodních živočichů a rozpouští vápenatý skořápky planktonu a korálů. Je docela dobře možný, že ukládání CO2 je jen krok z louže pod okap. Samotný chemický vlastnosti CO2 ukládání moc nepřejou. Kapalnej oxid uhličitej se s vodou nemísí ale až do hloubky asi 3000 metrů ve vodě plave, protože má nižší hustotu než voda a při stoupání k hladině se rychle rozpouští. Teprve ve větších hloubkách klesá ke dnu, ale za nízkejch teplot, který panujou na dně moře (+4 - +8 ºC) oxid uhličítej tvoří s vodou nestálej kašovitej hydrát. Ten má zase nižší hustotu, než kapalnej CO2, jeho kaše zvedá bubliny kapalnýho CO2 do výšky (viz obr. nahoře) a zase zrychluje jejich rozpouštění. Kapalnej CO2 navíc rozpouští podloží a rychle se do něj vsakuje. Ukládání CO2 na dně moře je tudíž z ekologickýho hlediska časovaná bomba, protože volně uložený vrstvy oxidu uhličitýho se pod vodou chovaj nepředvídatelně.
Hliník je už za normální teploty teploty pokrytej vrstvou oxidu, která ho chrání před další oxidací. Přivedením vysokýho kladnýho napětí v neutrálním roztoku je však možné vytvořit ještě tlustší a kompaktnější vrstvu - tenhle proces se nazývá anodizace, čili eloxování. Při pěstování oxidový vrstvy můžete do oxidu hlinitýho zabudovat různý pigmenty - takto byly obarvený např. plechový dlaždice, tvořící obložení trasy A Pražskýho metra.
Aerogel je superlehkej gel tvořenej submikronovejma kuličkama křemene, vznikající vysušením křemičitýho gelu za nadkritickýho tlaku v autoklávu tak, aby nedošlo k zborcení jeho struktury. Obsahuje víc než 99.5% vzduchu a je docela pevnej ale poměrně křehkej a průhlednej jako sklo. Na omak připomíná suchej drsnej polystyrén (jeho póry nejsou na rozdíl od polystyrénu uzavřený), ale má ještě 4x nižší tepelnou vodivost.
Na světle aerogel modře opalizuje, v UV světle jasně zeleně svítí a proti světle prosvítá podobně jak červánky, zbarvení ostatně vzniká na stejným principu - rozptylu světla na částicích o rozměrech nižších, než je vlnová délka viditelnýho světla. Jelikož je aerogel tvořenej křemenným sklem, má poměrně vysokej index lomu a na průchodu laserovýho paprskyu blokem aerogelu je pěkně vidět odraz pod mezním úhlem.
Při hoření hliníku se uvolňuje tolik energie, že hliník dokáže pro svou oxidaci odebrat kyslík i oxidům jinejch kovů, například železa, manganu, křemíku nebo boru, např. Fe2O3 + 2Al Al2O3 + 2Fe. Reakce oxidů s hliníkovým práškem tak může sloužit pro rychlou přípravu těchle prvků ve volným stavu, popř. sloužit ke svařování kolejnic (viz 11 MB QuickTime ukázka) a přípravě odlitků, protože teplota přio reakci přesahuje několik tisíc stupňů, takže se železo roztaví (viz 3 MB WMV videoukázka pokusu o propálení mikrovlnný trouby). Termit je proto taky oblíbená složka zápalnejch pum, protože se dokáže propálit i betonem nebo pancířem.
O deoxyribonukleový kyselině DNA a její dvojitý šroubovici asi každej slyšel, ale jak ta látka vlastně fyzicky vypadá? Tvoří rosolovitou hmotu tvořenou vláknitejma molekulama, kterou lze snadno izolovat z dělících se buněk, například kvasnic nebo bakteriálních kultur a po šetrným vysušení vysublimováním ledu ze zmražený suspenze ve vakuu (tzv. lyofilizace) vypadá jako vata. Bez ochrannejch bílkovin je to choulostivá látka a její molekuly lze potrhat už světlem nebo nešetrným mícháním. Kyselina se jí říká proto, že se rozpouští v hydroxidu, ale to je taky její konec - molekuly vody její hydratovanej řetězec okamžitě rozcupujou na kousky.
V laboratorním zařízení DNA namnožit z nepatrnýho vzorku dodaný DNA, nebo dokonce nechat vyrobit na míru jen na základě odmajlovaný sekvence nukleotidů v počítačem řízený aparatuře. Protože kšeft je kšeft, firmy který se tim zabejvaj tuhle službu prováděj anonymně, takže když si zaplatíte, nasyntetizujou vám DNA libovolný brebery, kterou si nadiktujete, nebo vám namnožej DNA ze vzorku vlasů vaší babičky nebo Elvise Preslyho a pošlou v pytlíčku poštou zpátky. Vpravo je ukázka DNA baktérie anthraxu, způsobující sněť slezinnou.
Moissan izoluje fluor 1886, Faradayova elektrolýza 1833
Historická rytina znázorňuje francouzskýho chemika Henri Moissana (1852-1907), jak poprvé připravuje v laboratoři fluor - to není nijak jednoduchá záležitost ani dnes. Jako jediná cesta v tý době byla známá elektrolýza, protože žádná sloučenina není silnější oxidační činidlo, než fluor. Protože fluor reaguje aji s vodou, musí se elektrolýza provádět v nevodném prostředí zkapalněného fluorovodíku. To je další problém, protože fluorovodík je za pokojové teploty plyn (má bod varu asi 19 ºC), takže se směs musí chladit, Moissan použil směs chloridu vápenatého a ledu, která má teplotu asi -55ºC. Protože jak fluorovodík, tak fluor sklo okamžitě rozleptává, Moissan používal niklovou aparaturu - trubičku z niklu sletovanou do tvaru písmene U, aby nedošlo ke smíchání fluoru na anodě s vodíkem vznikajícím na latodě (tyhle dva plyny spolu okamžitě explodujou). Fluor uniká z elektrolyzéru jako světlounce nazelenalej plyn, okamžitě reagující se vším, s čím se setká, např. písek nebo skleněnej prášek v něm shoříj jako piliny na vzduchu. Práce s fluorem vyžaduje velkou opatrnost, okamžitě rozleptává sliznice a na kůži způsobuje špatně se hojící puchýře. Za svoje fundamentální objevy v oblasti fluorový chemie dostal Jirka Moissan v roce 1906 Nobelovu cenu.
Druhá rytina zachycuje historickej pokus britskýho chemika a fyzika Michaela Faradaye (1791-1867) s přípravou chloru. Faraday používal elektrolýzu chlorodu cínatýho SnCl2, kterej udržoval v roztaveným stavu zahříváním pod lihovým kahanem (chlorid cínatej je bílá krystalická látka podobná máslu, taje při 37 ºC). Faraday měřil množství prošlýho proudu pomocí elektrolýzy vody v elektrolyzéru zapojeným sériově do obvodu a srovnával ho s množstvím vyloučenýho cínu na katodě, čímž dokázal, že množství elektrickýho proudu k vyloučení různých látek nezávisí na složení látky, ale pouze na její molekulové hmotnosti. Obrázky pochází z učebnice Physique Populaire (E. Desbeaux, 1891).
Takhle hoří síra v kyslíku a sodík v chloru. Komu ty barvy něco připomínaj, je na správný adrese. Sírová lampa je relativně novej zdroj světla, využívající páry síry, svítící bílým světlem. Výhodou je vysoká účinnost (skoro 80%), nevýhodou je, že síra jako prvek příbuznej kyslíku při vysokejch teplotách koroduje prakticky všechny materiály, takže se musí používat bezelektrodový uspořádání (vysokofrekvenční výboj v poli mikrovlnn), což pochopitelně účinnost řešení snižuje a prodražuje. Vysokotlaký sodíkový výbojky se díky svý vysoký účinnosti a životnosti běžně používaj v pouličním osvětlení tam, kde není zapotřebí rozlišovat barvy, protože kvůli spektrální čáře sodíku maj čistě žlutý světlo.
Obrázek vpravo ukazuje nebezpečí vzniklejch urychlením tříštivejch úlomků. Obrázek znázorňuje explozi asi jednoho gramu běžný "školácký" třaskaviny triaceton triperoxide (TATP) v lahvičce, odpálený elekrickou jiskrou. Rázový vlny byly zachycený v okamžiku, kdy dosáhly asi jeden metr v průměru. První lavička byla z plastu, zatímco druhá skleněná a protože se roztříštila na menší úlomky, střepiny se šíří nadzvukovou rychlostí, čili srovnatelnou se střelama z palnejch zbraní, jak můžete porovnat v sousedním auditu.
Ne všechny kovy se oxidujou stejně snadno. Tzv. ušlechtilý kovy (zlato, stříbro nebo platina) na vzduchu kyslíku odolávaj a pokud přesto tvoří oxidy, jejich vrstvička je velice tenká a zahříváním se rozkládá. Většinu oxidu jde ale připravit uměle, například srážením z roztoků. Oxidy zlata i platiny jsou přitom tak nestálý, že se rozkládají i v horký vodě. K rozložení oxidů dalších kovů, např. stříbra nebo rtuti stačí slabý zahřívání. Koneckonců, při dostatečně vysoký teplotě jde rozložit libovolný oxidy, potřebná teplota však může přesahovat bod varu oxidu i kovovýho prvku, např. oxid zirkonu nebo tantalu odolává teplotě i přes 4000 ºC. Nad teplotou 7000 ºC už není stabilní žádná chemická sloučenina, je to tedy současně nejvyšší teplota, jakou de získat chemickou reakcí - teplotu v podobným rozsahu má např. plamen při spalování dikyanu (CN)2 v ozonizovaným kyslíku.
Reakci rtuti s kyslíkem alchymisti používali i k získávání kyslíku ze vzduchu. Slabým zahříváním (do 350 ºC) se totiž rtuť oxiduje a při míchání na ní dělá práškovitá vrstva žlutýho oxidu rtuťnatýho. Ten se při prudším zahřátí (nad 400 ºC) zase rozkládá zpátky a uvolňuje tak čistej kyslík (viz fotka vlevo, stěny zkumavky se současně pokrývaj kapkama rtuti). Reaxe je příkladem chemický rovnováhy řízený teplotou. V pravý části je podobnej rozklad oxidu stříbrnýho, kterej je šedivej a jeho zahříváním se obnoví lesklá barva kovovýho stříbra. Oxidy mědi jsou stálejší, rozkládaj se až při teplotách nad 1200 ºC, čili bodem tání kovový mědi (1084.62 °C).
Že se síranu měďnatýmu CuSO4 řiká modrá skalice, protože je modrej, je imo všeobecně známý. Míň známý je, že to vlastně neni barva síranu měďnatýho, ale jeho sloučeniny s vodou, tzv. aquakomplexu. De to snadno dokázat jeho vyžíháním - síran měďnatej krystaluje s pěti molekulama vody na jednu molekulu síranu měďnatýho, ale po dokonalým upražení úplně zbělá. Vysušená sůl dychtivě zpátky pohlcuje stopy vody ze vzduchu i z nevodnejch rozpouštědel, takže ji lze použít k sušení látek, například k odstranění zbytku vody z destilovanýho lihu. Přitom zase zmodrá, jak ukazuje následující sada fotek. Podobně se chová spousta kovovejch solí, který sou v hydratovaným krystalickým stavu barevný, ale po vysušení svoji barvy změní (např. soli kobaltu), nebo úplně ztratí (soli manganu nebo niklu).
Jelikož kovový prvky obsahujou volný elektrony, všechny kovy se na vzduchu oxidujou, i když rovnovážná vrstva oxidu může bejt v případě takovýho zlata nebo platiny tlustá jen několik atomovejch vrstev. Barva oxidu je přitom zpravidla tim tmavší, čím víc kyslíku prvek obsahuje. Oxidy s vysokým obsahem kyslíku ale bejvaj nestálý a zahříváním se rozkládaj na svý složky, takže je nelze připravit oxidací kovů, ale nepřímo, například sráženim z vodnejch roztoků. Oxidy s nízkým obsahem kyslíku mívaj často polokovovej charakter a vlastnosti polovodičů, zatímco výšemocný oxidy maj supravodivý chování.
Na fotce vlevo sou oxidy mědi, hnědočervenej oxid měďný Cu2O vzniká při Fehlingově reakci nebo při žíhání mědi za špatnýho přístupu vzduchu či na vysokou teplotu. Má vlastnosti polovodiče a může usměrňovat střídavej proud (rozhraní Cu-Cu2O funguje jako polovodičovej přechod), tzv. kuproxový články byly první průmyslově vyráběný diody, v Avometu vyráběným v Metra Blansko se používaly ještě v 70. letech. Měděnej zoxidovanej plech dokonce může sloužit i jako fotočlánek, ovšem s nízkou účinností. Oxid měďnatej je černej jako bota a tvoří měďnatý okuje, který opadávaj z měděnýho drátu při žíhání na vzduchu.
Vpravo jsou oxidy olova - oxid olovnatej je těžkej žlutej prášek, oxid olovnato-olovičitý je oranžově červenej a používá se jako podkladová barva (suřík). Protože zahříváním snadno uvolňuje kyslík, používá se i v pyrotechnice, např. bouchací kuličky tvoří kaminky zabalený v alobalu do směsi suříku a práškovitýho hliníku. Oxidi olovičitý vzniká v olověných akumulátorech jako tmavohnědej prášek a je elektircky vodivej - tvoří právě tu zásobárnu oxidační látky, která se při vybíjení baterie redukuje elektrony a umožňuje tak průchod proudu. Při zahřívání snadno odštěpuje kyslík a mění se zpátky na oxid olovnatej.
Organická chemie má vzhledem k variabilitě uhlíkovejch sloučenin poměrně málo obecně analyticky využitelnejch chemickejch reakcí a pokud existujou, nejsou moc zajímavý na pohled. Tzv. Bradysovo činidlo na ketony tvoří roztok 2,4 dinitrofenylhydrazinu (tzv. 2,4-DNP) v kyselině sírový a metanolu. Samotnej 2,4 dinitrofenylhydrazin je poměrně nebezpečná výbušnina (obsahuje v molekule jak redukčně (hydrazin), tak oxidačně (-nitro) působící skupiny ) a musí se proto přechovávat v mokrým stavu.. Jako většina nitrolátek je pěkně žlutě zbarvenej.
Reakce s aldehydama a ketonama je dostatečně specifická a jde ji jednoduše popsat jako kondenzace, při které se odštěpuje molekula vody. Přitom vzniká málorozpustná krystalická sraženina tzv. fenylhydrazonu (osazonu). Přesný mechanismus reaxe by mohl znít jako protonem katalyzovaná nukleofilní adice na karbonylovou skupinu a je specifickej pro kyslíkovou molekulu, vázanou dvojnou vazbou na uhlíkovej řetezec. Alkoholy ani étery jí nepodléhaj a může tedy sloužit k důkazu =C=O skupiny v jednodušších molekulách. Tím, že molekula přijde o polární hydrazoskupinu, stává se nerozpustnou a fenylhydrazonovej zbytek je dostatečně velkej na to, aby určil chování výslednýho produktu.
Sodík a draslík prskající a hořící na vzduchu. Poznáte kerej je kerej?
Sulfid zinečnatej ZnS je bílá látka, vznikající reakcí zinku se sírou, nebo taky jako bílá sraženinka při srážení zinečnetejch solí sulfidy. Ve skutečnosti je to ale polovodič a přírodní sulfid zinečnatej, kterej se nalézá v přírodě jako minerál sfalerit je díky vysokýmu obsahu příměsí (dopantů) kovově lesklej a má vysokou vodivost. Jen vzácně de najít krystalickej sfalerit tak čistej, že na světle prosvítá. Zcela čistej sulfid zinečnatej je ale čirej jako sklíčko a protože výborně propouští infračervený paprsky a má vysokej index lomu, využívá se v širokopásmový optice. Sulfid zinečnatej s příměsemi baria a dalších těžkejch kovů slouží jako klasickej luminfor a scintilátor, známý fosforeskující barvy, který ve tmě žlutozeleně světelkujou sou zpravidla založený na sulfidu zinečnatý. Schopnost ZnS po osvětlení světélkovat byla známá a vysoce ceněná od středověku. Rostoucí využití v nelineární optice maj i nanočástice sulfidu zinečnatýho, který tvořej dokonalý malý kuličky.
Srovnání reaktivity kovů (odleva dolu Ca, Mg, Zn, Fe, Pb a Cu) při rozpouštění v zředěný kyselině chlorovodíkový (HCl) podle jejich snahy k oxidaci.Nejrychlejc se rozpouští alkalický kovy vápník a hočík, dobře se rozpouští i zinek za vývoje bublinek vodíku.Železný piliny reagujou jen zvolna, olovo se pokrejvá bílou vrstvou chloridu, která další reakci zablokuje. Měď se oxiduje jen zvolna a vodík přitom nevzniká.
Vydlabaná brambora po posolení během půl hodiny "pustí vodu" v důsledku jevu zvanýho osmóza, takže se v ní sůl úplně rozpustí.
Nanočástice novýho mazadla na bázi sulfidu wolframu (mastná látka podobná grafitu) vyvinutýho pro izralskou armádu by měl fungovat jako miniaturní kuličkový ložiska, protože obsahujou kulatý molekuly uzavřetý jedna v druhý jako slupky cibule.
Švýcarská firma Vestergaard Frandsen vymyslela trubičku LifeStraw, která může pomoci rozvojovému světu. Je to přenosná čistička pitné vody, která stojí pouhé tři dolary. Nepotřebuje elektřinu, dá se nosit na krku a zvládne přes sedm typů filtrů pročistit až 700 litrů vody. Může zabránit nemocem, jako je tyfus či úplavice, které v rozvojovém světě zabijí ročně dva miliony lidí. Použít se dá i po katastrofách, jako jsou tajfuny či zemětřesení.
Inteligentní plastelína se vyrábí taky ve svítivým a teplocitlivým (termochromním) provedení. Na plátu termochromní plastelíny si třeba můžete změřit vlnovou délku vlnění v mikrovlnný troubě a ověřit si tak rychlost světla.
Inteligentní plastelínu Thinking Putty tvoří polydimethlylsiloxan (PDMS), organický silikonový polymer, známý právě svými viskoelastickými vlastnostmi - při nárazu pruží, při pozvolném tlaku se rozteče
Na počátku vzniku nového materiálu byla náhoda. Chemik James Wright z General Electric hledal materiál, který by nahradil přírodní kaučuk, a smíchal kyselinu boritou se silikonovým olejem. Výsledná látka měla zajímavé vlastnosti, ale General Electric pro ni nenašel žádné využití. V roce 1949 ale Peter Hogson (v té době nezaměstnaný) pochopil, jaké má nový materiál marketingové možnosti. Půjčil si 147 dolarů, koupil od General Electric práva na výrobu a na světě byla hračka Silly Puppy – prababička dnešní Inteligentní plastelíny.
Dvourozměrný krystaly mohou tvořit např. monovrstvy selenidu niobu, NbSe2 (a), graphite (b), supravodiče Bi2Sr2CaCu2Ox (c), nebo sulfidu molybdeničitého MoS2 (d) vizualizovaný pomocí Atomic Force Microscopy AFM (a, b), elektronový (c), a konečně i optický microskopie (d). (měřítka v obrázích odpovídaj délce jedoho mikronu). Proc. Natl. Acad. Sci. 2005 102 10451
Dvourozměrný krystalický monovrstvy lze připravovat různými technikami, např. loupáním velkýho krystalu (slídy, graphen), pěstováním monovrstvev z par a roztoků nebo na depozicí z vodní hladiny (technika Langmuir-Blodgettové). Pro svý zajímavý vlastnosti mohou najít uplatnění v senzorech, ultrarychlejch optickejch jednovidovejch obvodech a jako molekulární paměti. Grafit a sirník molybdeničitej mají použití v průmyslu jako maziva pro exrémní mechanický a tepelný podmínky, protože jejich lupínky po sobě snadno kloužou a vyrovnávaj tak mechanický napětí.
Nevim, kam se me snazis dostat s zelatinou, osobne na ni nic extra zajimavyho neshledavam. Kdyz vyjdu z toho, co se v Cesku povazuje za zelatinu, tak standarne zacnu s kopytama a chrupavkama, ze kterejch dostanu kolagen. Kolagen je jednoducha bilkovina se trema vlaknama smotanejma do triple-helixu. Celou troj-sroubovici dominantne drzi pohromade vodikovy mustky mezi glycinem a hydroxyprolinem, na tom neni nic divnyho. Kdyz se kolagen vari ve vode, tak kolagen denaturuju a trosroubovice se rozmotava. Kdyz se rozmota uplne tak vlakno na sebe vaze pomerne velky mnozstvi vody (proc taky ne?)- kdyz se to s varenim prezene, tak je na konci klih. Pri chladnuti se zhorsuje rozpustnost bilkoviny ve vode a cast molekul se revezibilne zase smota to sroubovice, voda je je castecne solvatovana a castecne "chycena" v "siti".
co to ma spolecnyho s orientaci a krystalizaci pod napetim, tak jak ji mas na obrazku??
H<font style="vertical-align:sub;font-size:x-small">2</font>SO<font style="vertical-align:sub;font-size:x-small">4</font>
Existuje řada pokusů typu "Faraonovi hadi". Patrně nejefektnější je pokus s thiokyanátem rtuťnatým, ten je ale drahej a nebezpečnej s ohledem na uvolňování par rtuti. Bezpečnější a levnější variantu představuje směs práškovýho cukru a jedlý sody (hydrogenkarbonátu sodného), která se zvlhčí alkoholem a zapálí. Při hoření soda uvolňuje oxid uhličitej, kterej nadouvá hořící směs ve formě "hada", kterej se pomalu vysouvá z hořící směsi (viz cca 2 MB MPEG video).
Zinkoxidové nanospirály nanopásy, prstence, oblouky, trubice a další struktury patří do rodiny nanostruktur s polovodivými a piezoelektrickými vlastnostmi, které byly poprvé popsány teprve v roce 2001 a slibují převrat v elektronice, nanotechnice, spintronice a v mnoha dalších odvětvích. Lze z nich například vytvářet miniaturní rezonanční prvky nebo využít jejich piezoeletrických vlastností a používat je jako elektromechanické převodníky.
Krystalka, neboli rádio na sluchátka nepotřebuje žádný zdroj napětí. Hraje pouze na energií z antény. Proto anténa musí být natažena venku v délce cca 20 metrů. Na přijímač musí být připojeno také uzemnění. Taková krystalka zachytí jednu místní silnější stanici. Problém je, že k výrobě krystalky potřebujeme krystal, konkrétně krystal galenitu PbS (tzv. olověný leštěnec), který se nachází v sopečné hornině v surovém stavu, tedy je nutné jej vyhrabat, chceme-li poslouchat takové rádio. Na obrázku vidíme kus přírodního Galenitu, vytěženého v Harachově.
Pro svou krystalku jej můžeme však snadno zhotoviti po domácku. K vlastní výrobě Galenitu do krystalky si připravíme 1 lékárenskou zkumavku, obyčejné nastrouhané piliny olova, trochu Síry (Na požádání zakoupíme v lékárně), lihový kahan (nebo plynový vařič). Do lékárenské zkumavky nasypeme trochu Síry a olověných pilin.
Poměr síry a olověných pilin je v objemovém množství v poměru cca 1:1. Zkumavku prstem ucpeme a poměr Síry a olověných pilin řádně promícháme.
Zkumavku uchopíme do připraveného držáku, abychom se nepopálili. Ohříváme pomalu a stejnoměrně dno zkumavky nad lihovým kahanem, nebo nad plynovým vařičem. V prvním stupni ohřívání se směs Síry a olověných pilin mírně zakalí a mění se v sklovitou hmotu. Ve druhém stupni ohřevu směs žárem zčervená, ze zkumavky vychází páchnoucí dým síry.
V posledním stupni ohřevu síra vzplane a ze zkumavky se vyvalí silný páchnoucí kouř. Tímto je proces zahřívání ukončen. Po ukončení zahřívání odložíme zkumavku na izolační podklad, aby směs mírně a pomalu vychladla.
Po vychladnutí zabalíme zkumavku do hadříku a kleštěmi opatrně rozlomíme. Hadříku použijeme proto, abychom nebyli zasaženi střepinami skla do oka a také proto, abychom zbytečně nepoškodili vlastní krystal vyrobeného Galenitu. Opatrně vytřídíme rozlomené sklo zkumavky od vlastních krystalů Galenitu. Ze směsi krystalů vybereme optimální tvar, který mírně olámeme do tvaru držáku, do kterého krystal zasadíme. Vlastní krystal, takto vyrobený nemá velkou pevnost, je křehký a lehce se láme a štípe. Proto s ním zacházíme opatrně, nenásilně. Zvlášť při nasazení do držáčku vlastního detektoru, kde tento krystal bude použit, postupujeme velmi opatrně a s citem.
Přeji úspěch a mnoho radosti s polovodičem, vyrobeným vlastní rukou, podomácku.
Nanotechnologických postupů využila firma QinetiQ Nanomaterials Limited při přípravěvelmi hořlavé směsi hliník – bor, jejíž zrna mají průměr 80 nm. Je to přibližně o řád méně, než umožňují dosavadní technologie. Nový produkt, zvaný Tesimorph® EAB-80 najde uplatnění zejména při přípravě složí pro odpalování airbagů anebo jako součást pevného paliva pro raketové motory. Nepřekvapí, že rychlost hoření totiž výrazně závisí na velikosti hořících částic. Čím jsou menší, tím rychleji reakce probíhá a tím je případný výbuch silnější. Klasickou metodou pro získávání co nejmenších částic je rozemletí. V mlýnech sebelepší konstrukce však rozhodně nezískáme tak jemný prášek a navíc to může být i nebezpečné. K explozím občas docházelo i v cukrovarech, kdy jemný cukrový prášek, který se při mletí uvolňuje do vzduchu a vytvoří s ním výbušnou směs. Nová technologie tedy nepochybně přispěje i ke zvýšení bezpečnosti pracovníků v chemickém průmyslu.
Fólie z nanotrubek 3.4 cm široká and 1 m dlouhá vznikla ručním protahováním nanotrubek deponovaných na substrátu ve formě aerogelu tloušťky cca 0,2 mm a hustoty asi 0.0015 g/cm3 chemickou reakcí z plynu (CVD technologie) rychlostí asi 1 metr/min (viz video 4.3 MB MOV) a kompaktifikací filmu odpařením alkoholu.. Tloušťka fólie je jen 50 nm (méně než 1/20.000 tloušťky lidskéh vlasu), proto je průhledná, ale stále zůstává elektricky vodivá, jako grafit. Je zajímavá také tím, že na rozdíl od obyčejných plastů za nízkých teplot nekřehne - zůstává ohebná až do teplot blízkých absolutní nule, pevností přitom přesahuje ocel, stále je však (díky krátké délce vláken) o několik řádů za teoretickou pevností (> 100 GPa). Na spodnim obrázku je kapka vody a limonádového džusu na fólii, vážící 50.000x méně, než každá z kapek. Na dalším obrázku je čtvereček fólie 14 x 22 mm, rozžhavenej elektrickým proudem jako vlákno žárovky.
Silny zdroj gama paprsku o vysoke energii? Mozna by se tim dal generovat EMP, coz by melo docela dobre vyuziti. Pouziti jako "ciste zbrane" proti zive sile je IMHO nerealne stejne jako pouziti neutronove bomby pro vylidneni mesta - dejme tomu ze by se podarilo nejak zmirnit fyzicke nasledky exploze (i kdyz i to je nerealne - razova vlna je v atmosfere pohlcovana mnohem pomaleji nez radiace), tak to samozrejme reaguje i s hmotou zdi apod. takze je to stejne hoodne dlouho neobyvatelne.
Opravdu mi zbyva jako jedine mozne pouziti (pokud by se podarilo "nejak" spustit retezovou reakci a uvolnit dostatecnou energii dostatecne rychle) jako primar ke spusteni termonuklearni reakce, coz podle vseho zadnou znamou konvencni vybusninou dosahnout nejde (na to je potreba fuzni palivo prilis moc zmacknout a nasledne zahrat). Na druhou stranu kdyz se to jednou podari, tak uz neni problem pouzit vzniklou energii jako spoustec pro mnohem vetsi (a levnejsi - dal uz to jde bez draheho tritia) tercial.
Ale jak jsem se koukal po netu, udajne se ma uvolneni energie aktivovat rentgenovymi paprsky nekde kolem 10keV, vznika z toho gama kolem 2,5MeV, pritom retezovou reakci se to neprojevuje.
Pocitam ze to bude mit stejny problem jako klasicka stepna bomba, kde je prakticka minimalni hmotnost kolem 15kg (sice muze byt samotneho materialu mene, ale o to tezsi jsou ty legracky kolem aby to vubec bouchlo (beryliove reflektory, spousta vybusniny, nejaky ten tezky kov apod).
Odpalit to rentgenem? Cista uvaha, znamena to ze zbran musi mit nejakou elektroniku (minimalne generator VN, dost silnou baterku to to ukrmi - zatim jsem to nenasel presne, ale mam pocit ze vsechno se pohybuje v oblasti jeden aktivacni foton -> max jeden uvolneny foton (skeptici/propaganda rikaji jeden aktivacni foton -> 0 uvolnenych fotonu, ale pripustme hypotezu, ze je to mateni nepritele a k uvolneni energie opravdu dochazi) takze i ten rentgenovy zdroj by musel byt pomerne silny pokud by uvolneni energie melo mit charakter vybuchu (coz znamena pomerne tezkou aparaturu kolem) - tim je vyrazeno pouziti v rozsahu do 0,1t TNT (proste protoze konvencni trhavina udela to same za zlomek ceny).
Dalsi mozne vyuziti muze byt jako radiologicka zbran, ale i tam bych videl spoustu velkych ale. Ciste teoreticky by to mohli pouzit teroristi jako dlouhodobou zbran proste tak, ze to nekde nechaji zapnute a ono to bude pomalu ozarovat lidi. Ale za tu cenu jsme tam kde jsme byli - smrtelna davka zareni je z toho pohledu pomerne vysoka, takze si terorista pravdepodobne stejne vybere o nekolik radu levnejsi plyn nebo semtex, kdyby mu neslo o skody ale o psychologicky strach z neznama (precejen lidi maji mnohem vetsi strach z cehokoli co se tyce jaderne fyziky nez z "klasickych" prostredku boje), tak zase vyjde teroristu daleko levnejsi nekde nasadit samotnou rentgenku.
ale to pravdepodobne podstatne neni recene - rychlost uvolneni energie. Pokud je dostatecna na pouziti jako primaru ve vodikove bombe, pak vidim dve mnohem zajimavejsi vyuziti: Pro jaderne pokrocile staty na vyrobu neutronovych protitankovych granatu s dosahem ve stovkach metru (cca 0,01 - 0,1kt), a pro jaderne nepokrocile staty jako zpusob, kterak se pomerne rychle a utajene dostat na uroven nekolika kilotun
Bakterie dýchají tellur Tellur je křehkej polokov příbuznej selenu, při zahřívání taje a uvolňuje oranžové páry, které na vzduchu shoří na bílej oxid. Není zas tak vzácnej, protože vzniká v dosti velkém množství jako odpad při výrobě mědi v Austrálii - proto se sloučeniny telluru zkoušely i jako fotočlánky (vrstvy telluridu kadmia lze nanášet levně z vodnejch roztoků elektrolyticky), ale moc se neujaly kvůli nízké účinnosti a jedovatosti telluru i kadmia.
Dosud se soudilo, že tellur, polovodivý prvek, který se používal například jako přísada do slitin, nemá žádnou biologickou funkci. Julian Csotonyi z Manitobské univerzity v kanadském Winnipegu izoloval bakterie, které používají ionty telluru při "dýchaní", kdy hrají roli obvykle zajišťovanou kyslíkem. Bakterie byly nalezeny u živočichů žijících u vývěrů horkých vod na dně severovýchodního Tichého oceánu. Bakterie u vývěrů horké sopečné vody hluboko u dna oceánů mohou žít i proto, že místo kyslíku dýchají tellur - to jim umožňuje prospívat v bezkyslíkatém prostředí.
Směs nanočástic oxidu železa (modře) a selenidu olovnatého (červené) se v suspenzi samovolně shlukujou a tvořej tak první známou samoorganizující se 3D supermřížku s roztečí 11 nanometrů optickými vlastnostmi vlastnostmi kvantových teček a ferro-magnetického materiálu současně využitelná pro magnetooptická digitální média s ultravysokou hustotou záznamu.
Již delší dobu víme, že kvalitu oceli lze zlepšit přimísením částic oxidů kovů. Nicméně teprve Kota Sawada z japonského Národního ústavu materiálových věd připravil za použití nanočástic ocel, která je 100 x odolnější vůči namáhání za zvýšené teploty (tzv.creep) přípravě martinské oceli s 9% chromu, ve které jsou rovnoměrně distribuovány nanočástice karbidu a nitridu železa.Číňan Wei-xian Zhang zase vyvinul technologii přípravy nanočástic železa ve velkém, protože dle jeho předchozích výzkumů jde o velmi slibné činidlo, jež si díky své reaktivitě poradí s řadou různých typů znečištění podzemních vod.
Nanočástice železa díky tomu, že velmi snadno oxidují mohou rozložit jak organické látky (např. zbytky rozpouštědel, hnojiv či pesticidů) tak i redukovat ionty těžkých kovů a zachytit je ve vznikající sraženině hydroxidů železa. Drobounký částice železa vyžadujou práci za nepřístupu kyslíku v deoxidované vodě, protože jde o látku tzv.pyroforickou, to znamená, že na vzduchu samovolně vznítí a za shoří za vzniku jisker.
Aji na klasický žárovce se dá leccos vylepšovat - diamantová vrstva muže chránit wolframovej drát před rozprašováním. V Sandia National Laboratory pracují na zvýšení svítivosti žárovkových vláken, protože většinu energie žárovka vyzáří jako teplo v podobě infračervených vln. Místo obyčejného wolframového drátku zhotovili mikroskopickou mřížku přesné struktury z wolframových trámečků. Taková struktura účinně pohlcuje vznikající infračervené záření, takže se wolfram ještě více ohřívá a vyzařuje více světelných vln. Podle mínění odborníků jde o zajímavou myšlenku, nicméně při teplotách nad 100 stupňů Celsia se celá mřížka zhroutí a efekt vymizí, takže životnost takového vlákna je několik minut, což je přeci jen trochu málo. Současné výzkumy v Sandia National Laboratory navíc připomínají práce Johna Waymouthe ze šedesátých let minulého století, který vytvářel na wolframovém drátu strukturu pomocí vrypů. Do nynějška však životnost wolframových stuktur příliš nevzrostla.
Jinou cestu, jak zvýšit účinnost žárovek, představuje užití keramických vláken. Např. sto let stará Nernstova žárovka pracovala za přístupu vzduchu, protože její vlákno tvořila keramická spirála ze směsi oxidů zirkonia ZrO2, yttria Y2O3 a erbia Er2O3 v poměru 90: 7: 3, která za vysokých teplot (za provozu kolem 2000 ° C) vykazuje smíšenou iontově-elektronovou vodivost a jasně září. To je důvod, proč Nernstova žárovka musela bejt zahřívána střídavým proudem, aby se spirála průchodem proudu nerozkládala. Za studena je keramika nevodivá, proto žárovka obsahovala rozehřívací odpor. Na svou dobu to bylo velmi moderní osvětlení s vysokou svítivostí a používaly se k osvětlení divadel a nádraží - ovšem v průběhu provozu spirála velice zkřehla a lampy se nedaly dělat moc malý - takže nakonec Nernstovy žárovky ustoupily mechanicky odolnějším Edisonovým vakuovým žárovkám, který se daly používat i ve vlaku apod. aplikacích.
Hafnium je kovovej chemickej prvek podobnej zirkonu, ale těžší než olovo - na rozdíl od něj je velmi tvrdý a houževnatý. Často doprovází ve sloučeninách zírkonium a dá se od něj špatně oddělit, je ale mnohem vzácnější. S ohledem na vysokou teplotu tání a nízkou výstupní práci elektronů se oxid hafnia používá jako materiál vakuovejch katod v radarovejch elektronkách, protože dobře vyzařuje elektrony. Hafniová keramika (Hf2O, HfSiO a HfSiON) má 10x vyšší dielektrickou kapacitu než oxid křemíku - a tak jej zřejmě nahradí v nových integrovaných obvodech s ultravysokou hustotou integrace.
Ukázka praktickýho použití hafnia jako elektrody se v plazmové řezací soupravě, která uvolňuje elektrony už při nízké teplotě, takže se neopotřebovává. Vzniklá plasma má 8x vyšší teplotu, než je povrch Slunce, ale energie je koncentrovaná do malého objemu. Vyřezávání spirály se provádí obloukem, vyfukovaným tlakovým vzduchem, který současně roztavenej kov oxiduje a vyfukuje z řezu. Práce s plasmovou řezací soupravou ve skutečnosti není o moc složitější, než práce s obyčejnou svářečkou a nevyžaduje drahé a nebezpečné tlakové lahve. S ohledem na vysokou teplotu oblouku jde plasmou řezat libovolnej materiál.
Nedávné experimentální výsledky jaderné fyziky vedou k výzkumu kvalitativně nového typu jaderné zbraně. Tato zbraň by nebyla založena na štěpení ani slučování atomových jader, jako je tomu u dosavadních jaderných bomb, ale k uvolňování ohromného množství energie z relativně malého množství hmoty by využívala jiného jaderného procesu, konkrétně emise záření gama při rozpadu jaderných izomerních stavů izotopu hafnia 178 (Physical Review Letter 25 Jan, 1999). Izomerní stavy atomových jader jsou obecně vzbuzené (excitované) stavy s velmi dlouhými dobami života, což již v minulosti vedlo ke spekulacím o jejich možném využití k "uskladňování" energie. Např. izomerní stav hafnia 178, s jehož využitím se v novém typu zbraně právě počítá, má za normálních okolností poločas rozpadu 31 let. V roce 2001 však bylo zjištěno, že jeho rozpad se dá vyvolat i uměle, působením měkkého X-záření zubařského rentgenu - to by umožňovalo uskladněnou energii velmi rychle uvolnit. Kromě smrtícího gama záření, emitovaného při tomto rozpadu, by k zhoubným účinkům nové zbraně patřilo také radioaktivní zamoření rozptýlenými částicemi hafnia, které by zůstaly ve vzbuzeném stavu. Z jednoho gramu hafnia 178 by bylo možné získat ekvivalent více než 50 kilogramů TNT. Zatím je produkce zmíněného izomerního stavu velmi drahá (využívá se k ní rychlých protonů), ale v blízké budoucnosti lze očekávat podstatné zlevnění v souvislosti s výzkumem nových způsobů produkce (pomocí vysokoenergetických fotonů). Obavy ze zneužití této technologie souvisejí se skutečností, že v případě nové zbraně - na rozdíl od klasických jaderných bomb - neexistuje minimální množství materiálu, které by bylo třeba vyrobit k dosažení ničivého účinku - tento účinek prostě roste úměrně s množstvím izomerního hafnia, které je k dispozici, takže menší "hafniovou bombu" by si možná mohly dovolit i chudší země, nemluvě o teroristických skupinách.
Nastolení tepelné rovnováhy vede k zaoblení hran Zajímavé studie čerstvých krystalů křemíku provedl profesor fyziky William F. Saam se svým týmem z Ohio State University. Zjistil, že původní ostré hrany krystalu představují nerovnovážný stav. Jde zřejmě o obecný mechanismus platný nejen pro křemík, ale i u ostatních látek. Zkoumání mikrostruktury krystalů má velký význam v době, kdy neustále klesá velikost polovodičových součástek. Na obrázku je elektronová fotka krystalových dvojčat zeolitu.
Oxid uhlový Bombardujeme-li směs oxidu uhličtého a kyslíku elektrony při velmi nízké teplotě 10 K, získáme molekulu ze tří atomů kyslíku a jednoho atomu uhlíku. Podle dostupných informací se strukturně nejedná o oxid uhlový, jde nejspíš o cyklickou strukturu. Taková sloučenina nebylo doposud nalezena, není však vyloučeno, že ji můžeme nalézt v horních vrstvách atmosféry Země či Marsu, možná je součástí marsovských polárních čepiček či ledu v mezihvězdném prostoru či hlavách komet.
Triradikál Chemické sloučeniny s lichým, tedy nespárovaným elektronem, nazýváme radikály; jde o dosti reaktivní látky. Známe i biradikály, tedy sloučeniny s dvěma nespárovanými elektrony. Týmu amerických chemiků se působením fluoru na m-xylen podařilo připravit triradikál - organickou sloučeninu 5-dehydro-m-xylylen. Vzhledem k jejím nepárovým elektronům ji bude zřejmě možné využít při výrobě nekovových magnetů.
Pokud ste někdy mudrovali, k čemu by mohly bejt dobrý mastný voka na polívce, tak vězte, že miniaturní čočky lze vyrábět ve velkém na rozhraní voda – dekan (vysokovroucí uhlovodík, obsažený v petroleji). Průhledný roztok latexové pryskyřice se samovolně uspořádá do kapek mikrometrových rozměrů, zatuhne - a geometricky dokonalý pidičočky jsou na světě. Rozteč čoček na snímku je asi setina milimetru (tlouška lidského vlasu).
Všichni víme, že baterie a akumulátory se pomalu vybíjejí, i když je nepoužíváme. Způsobují to chemické reakce na rozhraní elektrody a elektrolytu, které vedou k samovybíjení, ke korozi elektrod a tím zhoršení kvality elektrického článku. Před sto lety, kdy ještě nebyly elektrické rozvody tak dostupné jako dnes, byly telefonní ústředny často napájeny silnými bateriemi. V období, kdy nebyla třeba zařízení napájet, se elektrody z agresivních elektrolytů vysunovaly ven pomocí pákových zařízení. Později se přešlo na méně agresivní elektrolyty (např. olověný akumulátor) nebo se začalo využívat napájení z běžného elektrické sítě. Pracovníci firmy Lucent Technologies nyní vyvinuli v miniaturním měřítku obdobnou technologii, která zabrání styku elektrody a elektrolytu, pokud neodebíráme proud. Životnost článků tím výrazně vzroste. Pokryjeme-li povrch elektrody hustě křemíkovými vlásky o průměru desetin mikrometru, získáme izolační vrstvu, která za bezproudového stavu vypudí elektrolyt z mezer mezi vlásky a spolehlivě od něj odizoluje elektrodu. Při zapojení do obvodu se změní kapilární síly, vodný elektrolyt vklouzne do mezer a baterie funguje normálně. Na trhu by se tato nová technologie měla uplatnit do tří let.
Firma Toshiba vyvinula nový lithiový článek, který lze opětně nabít během několik minut, z toho prvních 80% kapacity během první minuty - u dosavadních článků to trvá hodiny. Tohoto pronikavého zvýšení proudové hustoty použitelné k nabití nového typu akumulátoru bylo dosaženo využitím nanotechnologií. Uvnitř článku najdeme na elektrodě nanočástice (jejichž složením se Toshiba z pochopitelných důvodů příliš nechlubí), a které rychle váží lithné kationy, takže nedoje k redukci elektrolytu a poškození článku. Snížení času potřebného k nabití nejde na úrok životnosti akumulátoru, který přežije 1000 nabíjecích cyklů.
Anorganickým chemikům se daří vytvářet shluky atomů, které se chovají jako jediný atom odlišného prvku. Tak se ukázalo, že shluk 13 atomů hliníku se chová jako halogen (chlor, brom a podobně), zatímco shluk 14 atomů hliníku se chová jako alkalická zemina (hořčík, vápník atp.), a že se tvoři příslušné soli podobné běžným prvkům. Tato skutečnost vedla některé chemiky (např. Shiv Kanna ve Virginii) k tomu, aby navrhli rozšíření periodické soustavy prvků do třetího rozměru, čili aby shluk 13 Al ležel nad jódem. Dají se vytvořit velmi stálé sloučeniny, například 14Al-3I, což je stabilní jednomocný anion. Ať už se periodická tabulka rozroste do třetího rozměru nebo ne, nové sloučeniny nabízejí řadu možností zejména v nanotechnologiích
Jaký je nejtěžší pojmenovaný prvek? O něco více než rok poté, co periodickou soustavu prvků rozšířilo darmstadtium Ds s atomovým číslem 110, schválila v listopadu 2004 Mezinárodní unie pro čistou a aplikovanou chemii (IUPAC) jméno pro 111. prvek soustavy, totiž roentgenium Rg. Prvek byl vyroben přesně sto let po objevu rentgenových paprsků (proto i ten název) S. Hofmannem a spolupracovníky v Darmstadtu, a to bombardováním atomů 209Bi pomocí paprsku atomů 64Ni a jejich fúzí. Přitom se vytvořil spolu s neutronem nuklid 272Rg, který byl zdrojem alfa-paprsků.
Australská společnost Hydrexia Pty Ltd, kterou založili pracovníci University of Queensland, uvedla na trh novou náplň do nádrží na skladování vodíku. Jde o speciální slitinu hořčíku s velmi přesně nastavenou strukturou. Doposud se za vhodný absorbent tohoto lehkého, třaskavého plynu pokládaly spíše platinové kovy. 100 kg této látky pojme dostatek vodíku, aby s ním běžný osobní automobil ujel 500 km. I při relativně nízké hustotě hořčíku bude objem takového množství nové slitiny přes 50 l, což je dosti slušná analogie benzínové nádrže.
Po odpařování roztoku kuchyňské soli v misce zůstanou krystalky, na kterých jsou dobře vidět vrstevnice ("letokruhy"), podle kterých krystalové vrstvy narůstaj...
Jak je vidět, ačkoliv chlorid sodný krystalizuje v kubické soustavě, většina krystalků netvoří čistý kostičky, ale obsahuje uprostřed záhadnou pyramidovitou prohlubeň.
Její vzník bychom ale pochopili teprve tehdy, kdybysme si její střed milionkrát zvětšili. Teprve tehdy se ukáže, že "letokruhy" ve skutečnosti tvoří závity spirály vycházející ze středu krystalku, kde se nalézá dislokace - první schůdek, ze kterého krystal vyrostl.. Schůdky zvětšujou povrch krystalu, kterej díky tomu může přirůstat stále pomaleji - každej atom si nejdřív musí najít nějaký místo v koutě, než se usadí a stane se součástí krystalu.
Jaká je pevná látka s nejnižší hustotou a nejporéznější materiál ? Fyzikům řecko-rakousko-ruského týmu se podařilo z uhlíku zhotovit auerogel, jehož hustota činí pouhé 2 mg na kubický centimetr. amorfní uhlík ozářili silným laserovým impulsem. Vzniklá pěna vypadá jako jakási pavučina tvořená z uhlíkových klastrů o rozměrech 6 až 9 nm. Kompozitní látka tvořená octanem zinečnatým a organickou látkou BTB, tvořenou čtyřmi benzenovými jádry, vytváří nejporéznější známý materiál, pojmenovaný MOF-177. Jeden jeho gram má povrch 4.500 metrů čtverečních a 80% jeho objemu tvoří póry o průměru 1 nm. Jeden gram zeolitu Y má povrch jen 904 metrů čtverečních. Dosavadní rekord držel profesor Omar Yaghi z University of Michigan (tvůrce i nové látky), jehož dříve připravený, obdobný kompozit vykázal 3000 metrů čtverečních na gram hmotnosti.
Látky s velkým povrchem mají v průmyslu velký význam, ať už při chemické katalýze, analýze, separaci a čištění látek nebo třeba při skladování plynů. Zde si zeolity svoje postavení asi ještě nějakou chvíli udrží, protože to jsou chemicky i fyzikálně odolné materiály - tvoří je hlinitokřemičitany různých prvků a nalézají se i v přírodě (na obrázku je minerál prehneit). Mají kanálkovitou strukturu, nejčastěji odvozenou od dedekahedronu, složenou z tetraedricky uspořádaných vazeb Si-O.
Oxid uhličitý je známej plyn nakyslýho zápachu ze sodovky, kterej vzníká při spalování a mnoha chemickejch výrobách. Tou měrou, jak klimatu hrozí skleníkovej efekt (v dnešním vedru docela sugestivně...) se hledaj cesty, jak tenhle nepříjemnej odpad likvidovat a zpracovávat. Jedna z cest je, využívat kapalnej oxid uhličitej např. jako nejedovatý rozpouštědlo (lze s ním extrahovat např. kofein z kávy, nebo dokonce prát oděvy jako v chemický čistírně) a dokonce ho používat jako mazivo a chladivo místo řezný emulze při vysokorychlostním obrábění.
Jedna z možností likvidace, která se má testovat u pobřeží Norska (který generuje velký objemy CO2 ze zpracování ropy) je napustit plyn ke dnu moře aspoň do hloubky 5 km, kde panuje takovej tlak, že zde oxid uhličitej (kterej je v kapalným stavu těžší než voda a mísí se sní jen omezeně..) udělá na dně jezírko. Otázka je, co to udělá s mořskou havětí, až si lokne CO2... Je to taky potenciální zdroj teroristickýho útoku, protože výbuchem v takovým podmořským jezerem by bylo možný dosáhnout lavinovitýho uvolnění celýho objemu CO2 do objemu. Na obrázku vpravo oceánografové z Monterey Bay Aquarium Research Institute ve spolupráci s geology Washington University v St. Louis testují na mořském dně u kalifornské pobřeží pomocí robotem ovládanýho Ramanova spektrometru umělý jezírko z kapalnýho oxidu uhličitého.
Jiný princip elektronických displejů využívá sbalování a rozptylování kapiček barevné emulze ve střídavém elektrickém poli (tzv. REED - elektroforetické displeje firmy Zikon - viz prototyp displeje).
a. b. c. d. Reverzní emulze v rozlišení 600x400 μm (tisícin milimetru) při frekvencni a) 10 Hz b. 100 Hz c. 1000 Hz d. 10000 Hz.
Mikrokapsule vzniklý zpolymerováním emulzí mají rozsáhlé použití v elektronice. Např. známý termopapír je potažen vrstvou mikrokapsulí tvořených kapkama barviva obalených vrstvou polymeru. Ten se zahřátím roztaví a barvivo vyteče a obarví papír. Mikrokapsule tvořený částicema polymerů orientovaných v elektrickém poli se testujou jako elektronický papír (e-ink) pro použití v tenkovrstvých displejích.
Britský mobilní operátor Vodafone nabízí komunikátor ve formě náramku s ohebným displejem, určeným k zobrazování novin, inzerce nebo sloužící jako videotelefon...
Podobné vrstvy adsorbovaných molekul se tvoří nejen kolem kapiček, ale i kolem tuhých částic, rozptýlených ve zředěném roztoku polymeru, který tím vytvoří ochrannou vrstvu kolem částic Tu lze vytvrdit (nechat zpolymerovat) třeba UV zářením a nanodrát s izolací je na světě (na ukázce je fulerenová nanotrubička obalená molekulami amfifilního polymeru - tj. polymeru s jak hydrofilním tak i hydrofobními skupinami).
L-B filmy: Zajímavá a dnes už klasická technika pro vytváření monomolekulárních vrstev je nazvaná podle švýcarskýho fyzika Langmuira a jeho asistentky Blodgettové, který ji na začátku minulýho století objevili. Je založená na známým pokusu, kterým lze demonstrovat existenci molekul: vodní hladinu v umyvadle poprášíme sfouknutou moukou nebo podobným prachem a povrchu se lehce dotkneme kouskem mýdla. V místě, kde se mýdlo dotkne hladiny se částice prachu rozestoupí, protože jejich místo zaujmou molekuly mýdla. Ty jsou tvořeny dlouhými molekulami, které mají hydrofilní konec, kterým se přichytí molekul vody a vzniklá vrstva molekul mýdla vytvoří na hladině vody kompaktní vrstvu. Když se do vody pomalu ponoří sklíčko apod. destička, molekuly se na něj nalepí a vytvoří monovrstvu na skle - postup lze několikrát opakovat a vytvořit tak na podložce přesně definovanej počet molekulovejch vrstev. Technika se postupně zdokonalovala a dnes existují komerční zařízení pro výrobu monovrstev. Ty dokážou vrstvičku na hladině stlačovat konstantní silou, takže má stále stejnou hustotu a tloušťku. Na hladinu se kápne zředěný roztok látky, která se má nanášet na podložku, po odpaření rozpouštědla se monovrstva na hladině stlačí plovoucí přepážkou a do hladiny se zasouvá a vysouvá podložka tak dlouho, dokud není dosaženo požadovaného počtu monovrstvev. Ty lze všelijak střídat a tak vytvářet umělé vrstevnaté struktury, mající využití v nanotechnologiích, optoelektronice a polovodičové technice.
Brownův pohyb tukových kapiček ve zředěnym mlíce na mikroskopické animaci Dave Walkera (3.1 MB AVI video)
Tukový kapičky mlíka sou stabilizovaný řetězcema molekul mléčných bílkovin (kaseinu), který jsou v nich ponořený svou hydrofobní ("mastnou") stranou a do vody vykukujou jen jejich polární skupiny. Takové uspořádání (tzv. micely) brání tukovým kapičkám, aby se navzájem příliš rychle spojovaly a tuk se vysrážel na povrchu. Micely jsou příklad samouspořádaný molekulární struktury - podobným způsobem jsou stabilizovaný mýdlem kapičky nečistot nebo oleje v řezný emulzi, nebo latexové kapičky ve vodou ředitelných nátěrech. Po odpaření vody z latexu se kapky spojí a vytvoří polymerní film.
Ukázka oscilační reakce fungující na principu katalýzy při spalování lihu na rozžhavené platinové spirálce. Oxidace par lihu kyslíkem probíhá pomalu, ale povrch platiny reakci výrazně urychluje, protože se na jejím povrchu alkohol rychle štěpí na reaktivní zlomky molekul - radikály:
Reakcí probíhající na povrchu platiny se drátek rozžhaví natolik, že páry lihu zapálí. Tím se ale v prostoru baňky rychle vyčerpá kyslík, takže plamen zhasne a spirálka se ochladí. Proto se může celý pochod opakovat znovu, dokud v na dně baňky zbývá nějaký alkohol. Páry lihu hoří zeleným plamenem, protože do lihu bylo přidáno trochu kyseliny borité, aby byl plamen výraznější.
Příkladem kovové eutektické slitiny (eu-tektos = "brzy tající") je tzv. Woodův kov, což je slitinä olova a cínu s vizmutem, kterou jde použít k výrobě tepeolných pojistek, nebo žertovnejch předmětů - např. lžičky, tající v horkém čaji. S ohledem na nízkou teplotu tání (60 °C) de takový lžičky snadno odlévat do formiček z plexiskla.
Teploty hluboko pod bodem mrazu lze v laboratoři dosáhnout i bez speciálních chladniček, nebo termosky s kapalným vzduchem. Teploty až -54 ºC lze dosáhnout smícháním ledu a chloridu vápenatého - takové ochlazení stačí ke zkapalnění řady plynů, např. chlóru nebo čpavku. Pokud potřebujeme s teplotou klesnout ještě níže, můžeme využít směsi běžně dostupného suchého letu (tuhého oxidu uhliřitého) s etanolem, nebo éterem.
Led + chlorid sodný (kychyňská sůl) Led + chlorid vápenatý
Suchý led (CO2) a etanol (líh) Suchý led a éter
K ochlazení dochází na stejném principu, podle kterého se v zimě solí silnice, aby nezamrzaly. Led krystalizuje z koncentrovaných rostoků solí obtížněji, než z čisté vody, protože rozpuštěné látky ztěžují vodě tvorbu krystalů. Pokud tedy s ledem smícháme sůl, je teplota směsi vyšší, než by měla mít tuhá eutektická směs. Proto dojde k rozpuštění části ledu a teplota směsi klesne tak, aby se dosáhlo fyzikální rovnováhy. V praxi to znamená, že při dostatečném posolení silnice může teplota klesnout až pod -21 ºC, než se na vozovce začne tvořit náledí. Koncentrovaný roztok chloridu sodného nebo vápenatého se také používá jako chladicí kapalina předávající teplo např. v zařízeních, udržujících ledovou plochu v hokejových halách. V automobilech se ale jako nemrznoucí kapalina používají dražší eutektické směsi ethylenglykolu (Friexu) s vodou, protože solné roztoky působí snadno korozi.
Princip THEL laseru si můžeme vyzkoušet v laboratoři, pokud zavádíte chlor do ochlazené směsi peroxidu vodíku a hydroxidu sodného. Pokud není po ruce volný chlor, lze místo něj použít roztok chlornanu sodného (sodový výluh z chlorového vápna). Cl2 + 2 NaOH ----> NaOCl + NaCl + H2O Zatímco normální kyslík tvoří molekuly dimeru O2, při reakci se přechodně tvoří kyslík v atomárním stavu. Při spojování atomu kyslíku do molekul vzniká silné záření s vlnovou délkou 633,4 nm, což je právě tak akorát na hraně viditelného spektra, takže ho můžem ve tmě pozorovat i pouhým okem (viz animace z průběhu pokusu)
H2O2 + OCl- -----> ClOO- + H2O ClOO- -----> O2 + Cl-
Videa z projektu laserového děla (Tactical High Energy Laser - THEL)...1, 2, 3, 4
Projekty THEL a Airborne používaj tzv. Chemical Oxygen Iodine Laser (COIL), založenej na reakcích chloru s alkalickým rozokem peroxidu vodíku a následnou dimerizací vzniklého atomárního kyslíku směšovaného s jodovými parami (1 - 2 hmot. %) v nadzvukové trysce (expanze do vakua) za vzniku inračerveného koherentního záření s vlnovou délkou 1315 µm.
Molekuly jodu slouží jako katalyzátor dimerizace, tak i vlastní čerpací prostředí laseru. Expanze do vakua se používá k rychlýmu promíchání a adiabatickýmu ochlazení atomárního kyslíku na teplotu pod -100 ºC, protože laser při vyšší teplotě nemá dostatečnou účinnost. Na obrázcích níže probíhá montáž čerpacího systému chemikálií (kapalnej chlor, peroxid vodíku a KOH) a vlastního laserového systému s pracovním výkonem 5 MW v prostoru Boeing 747. Laser je schopen na vzdálenost 400 km propálit plášť běžný balistický rakety v terči asi 30 - 50 cm v průměru do půl vteřiny.
Chemický reakce můžou mít velmi složitej průběh - zvlášť tehdy, když meziprodukty urychlujou (katalyzujou) nebo brzděj jeden nebo více reakčních kroků:
Pod odkazem je video, zachycující průběh tzv. Belousev-Žabotinského oscilační reakce, která se podle některých modelů skládá až ze 17 po sobě jdoucích reakčnícj kroků. To způsobuje, že se reakční rovnováha neustále posouvá vpřed a vzad, dokud nedojde k úplnému vyčerpání výchozích látek. Podobných reakcí je popsáno několik desítek.
Střelnej prach byla první člověkem průmyslově vyráběná výbušnina, objevená před rokem 1000 n.l. v Číně. Jeho výroba je docela jednoduchá a všechny potřebné složky se nacházejí v přírodě. Klasický střelný prach obsahuje asi 75% dusičnanu draselného (tzv. ledku), 10% práškové síry a 15% práškového uhlí ze dřeva. Neslisovanej černej prach na vzduchu normálně shoří bez výbuchu - teprve uzavřetím do omezeného prostoru dojde k řetězovité výbušné reakci. Dnes se černý prach používá už jen v zábavné pyrotechnice. Klepnutím na obrázek se přehraje video z průběhu hoření malého množství střelného prachu.
Draselný ledek svůj název získal podle chladivý chuti, se kterou se rozpouští na jazyku. Jelikož střelný prach byl strategicky významnej vojenskej materiál, za středověku byla jeho získávání věnovaná samostatná živnost tzv. sanytrníků (sanytr = "sal nitricum", dusičná sůl) - většinou z řad vojenskejch vysloužilců s jednou nohou, apod. Bylo to totiž dost odpudivý zaměstnání a spočívalo ve sbírání a vyluhování vápenných omítek chlévů a chlévské mrvy promísené z vápnem. Oxidací močoviny v zásaditém prostředí vznikají dusičnan vápenatý, ze kterého se pak potaší (výluhem ze dřevného popela) připravil podvojnou reakcí dusičnan draselný (dusičnan vápenatý se pro výrobu střelného prachu nehodí, jelikož na vzduchu vlhne). Dnes se dusičnan draselný a zvlášť vápenatý ve velkých objemech vyrábí a používá jako dusíkaté hnojivo.
Ne všechny chemické reakce probíhají za vývoje tepla. Pokud se při reakcích uvolňuje plyn, může se i při exotermí reakci na jeho odpařování spotřebovat tolik tepla, že se reakční směs nakonec ochladí. To je příkladem i odvodňování hydrátu chloridu kobaltu thionylchloridem. Hydrát chloridu kobaltu má růžovou barvu, bezvodý chlorid kobaltnatý je modrý, proto se reakce projeví změnou barvy. Reakce probíhá bouřlivě - protože však při ní vzniká hodně plynného oxidu siřičitého a chlorovodíku, dojde namísto zahřátí k výraznému ochlazení, což je vidět na údaji teploměru.
Za normálních podmínek by reakce, která spotřebovává teplo samovolně neprobíhala, zde je však chemická rovnováha neustále posouvána na stranu produktů tím, že oba plyny z reakční směsi unikají. Proto reakce proběhne téměř až do konce, ale potřebné teplo odebere svému okolí.Přebarvení chloridu kobaltnatého při změně obsahu vody se využívá v silikagelových sáčcích - což jsou ty celofánové pytliky naplněný průhlednýma barevnýma zrnkama silikagelu, napuštěnýho trochou chloridu kobaltu jako součást balení citlivých elektronických komponent (např. harddisku). Silikagel odebírá z obalu vodu a jeho vyčerpání se projeví právě změnou barvu z modré do růžové. Růžový silikagel může být potom důvodem k reklamaci zboží v důsledku porušení obalu.
Většina organických látek obsahuje vodík a kyslík v podobném poměru jako ve vodě. Takové látky kyselina sírová rychle zuhelnaťuje.Hozením kostky cukru do kyseliny sírové vznikne velmi čistý uhlík, protože cukr (sacharosa) má chemické složení C6H1206, tedy právě odpovídající vzorci CxH2yOy: (H2SO4) CxH2yOy --------> x C + y H2O
Spalování oxid uhelnatého tvoří ty modré plaménky, které můžeme pozorovat na roštu při spalování uhlí za nedostatku kyslíku. Vniknutí tohoto plynu z dohořívajících kamen do místnosti bylo přičínou již mnoha smrtelných otrav.. Spalování oxidu uhelnatého je zajímavé tím, že je katalyzovaný stopama vody. Pokud se plamínek umístí do válce s dokonale vysušeným vzduchem (např. kyselinou sírovou nebo oxidem fosforečným - viz níže), rychle uhasne.
Oxidem s nejsilnější afinitou k vodě je oxid fosforečný P2O5, kterej s vodou prudce reaguje a proto se používá jako sušící látka pro zbavování chemikálí posledních stop vody. Oxid fosforečný odkáže odštěpit vodu i z kyseliny sírové, která jinak sama většinu látek zuhelnaťuje tím, že jim odnímá vodík a kyslík v tomtéž poměru, jako je vodě.
Kapalný vzduch se po nalití do výlevky rychle odpařuje. Chladný plyn je mnohem těžší, než vzduch při normální teplotě a proto odtéká povrchem jako kapalina.
Kapalný kyslík po samovolném odpaření kapalného vzduchu zbývá jako namodralá magnetická kapalina, protože má o několik desítek vyšší bod varu, než dusík. V směsi s organickými látkami, např. prachem exploduje, na což doplatila už řada neopatrných laborantů, který nechali kapalný vzduch v zasviněnejch termoskách. Práškové nálože napuštěné těsně před odpálením jsou základem levných a bezpečných průmyslových dvousložkových trhavin (oxyliquit). Na videu je zachycen konec cigarety, která po napuštění kapalným kyslíkem během tří vteřín shoří a filtr nakonec exploduje.
Každý organismus musí při získávání energie chemickou cestou vyřešit problém, co se zbývající elektrony. Naprosto nejrozšířenějším mechanismem je redukce kyslíku – dýchání. Nicméně známe i jiné způsoby, např. redukci síry u sirných bakterií, třeba i selenu (viz aktualita Akademonu 11.2.2004) anebo oxidů železa. Naprosto ojedinělý mechanismus používá Geobacter, jedna z bakterií, které žijí v anaerobním prostředí ve spodních vrstvách půdy. Vytváří totiž jemné předivo vodičů 3 – 5 nm silných, kterými se napojuje na povrch minerálů železa. Tímto způsobem se buňka Geobacteru fakticky uzemní a vyřeší tak problém přebývajících elektronů....
Skupina Wei Hua Wanga z Fyzikálního ústavu v Beijingu vyrobila slitinu ceru, hliníku a mědi s trochou niobu, která je zcela amorfní a při pokojové teplotě je tuhá, pevná a elektricky vodivá jako běžný kov. Avšak už při zahřátí na 68 °C změkne a dá se zpracovávat jako plastická surovina sklovitého charakteru. Na ukázce je britská pětipence otištěná do materiálu při 100 °C. Zastudena je materiál tvrdší než ocel a kováním se ještě vytvrzuje. (Phys. Rev. Lett. 94, 205502 (2005))
.
Na rozdíl od křemičitého aerogelu je uhlíkový aerogel zcela neprůhlednej, černej a velmi měkkej, takže se dá vyválcovat na papír jako plsť. Vzniká pyrolýzou porézních organických polymerů. Nejzajímavější použití uhlíkového aerogelu je pro výrobu vysokokapacitních elektrolytických kondenzátorů a odsolování možské vody. Na spodních obrázcích je struktura uhlíkového a křemičitého aerogelu, zobrazená pomocí TEM. Z STM snímku je vidět, že tajemství nízký hustoty křemičitýho aerogelu (méně než 2 g/litr) spočívá v tom, že jeho částice sou dutý.
Dvě promile skla a zbytek vzduch - to je křemičitý aerogel. Aerogel vzniká šetrnou náhradou vody v křemičitém gelu kapalným kysličníkem uhličitým při nadkritickém tlaku a opatrným odpařením CO2. Je to nejlehčí člověkem připravený materiál - při své nízké hustotě je pevnější než pěnový polystyrén, protože jej tvoří tuhá křemičitá síť..
Aerogel má významné uplatnění v kosmonautice - z aerogelového kompozitu jsou teplotně odolné dlaždice, pokrývající povrch amerických raketoplánů, i lapače mikroskopických částic kosmického prachu (aerogel se zasekanými částicemi mikrometeoritů je na obrázku vpravo nahoře). Porézní struktura aerogelu dokáže bez poškození zachytit částice, které se pohybují rychlostí několik desítek km/sec (křemičité aerogely, NASA aerogel, Hubert van Hecke's Web Page, aerogelové detektory mikročástic ve vesmíru)
Aerogel má významné uplatnění i ve vojenství, protože ve formě tepelné výrazně ztěžuje činnost infračerveným naváděcím systémům protiletadlových řízených střel, při výrobě porézních palivových článků, sorbentů a desítkách dalších aplikací.
Animace změn tvaru molekulových orbitalů v průběhu Diels-Alderovy reakce - cykloadice etylénu na 1,3-butadien za vzniku cykloxexenu (1 MB GIF). Chování elektronů v orbitalech při chemickejch reaxích připomínaj rtuťový kapky, který složitě obtékaj atomový jádra.
Reakce organickejch molekul často připomínaj projevy jakéhosi složitýho stroje sloužícího k neznámýmu účelu. Todle je např. animace počítačového modelu CNS neuropeptidu (jednoduchý bílkoviny) MET-encephalinu v pikosekundové časové škále.
Fullerit je černý, elektricky vodivý monokrystal fullerenu, rozpustný v toluenu tvořenej uhlíkovýma molekulama s 60 - 82 atomy uhlíku uspořádanýma ve tvaru fotbalového míče. Krystaluje v plošne centrované kubické soustavě a vysokým tlakem jej lze i za laboratorní teploty přeměnit na diamant. Absorbuje alkalické kovy aj. atomy za vzniku aniontových komplexů, často supravodivých za teplot do 30 K.
a) C60 monokrystal b) C70 monokrystal , c) teoretická struktura fcc krystalu.
Uhlíkový trubičky pěstovaný na žhavým povrchu křemíku z ostrůvku obsahujícího ferrocenovej katalyzátor jako tráva..
Diky nepravidelnostem mřížky jsou uhlíkový nanotrubky málokdy zcela rovný, ale tvoří spirálovitý závity jako šňura od telefonu, což má spoustu aplikací.Např. průchodem proudu se taková cívka smršťuje jako sval s pevností 100 vyšší, než nejlepší ocel...
Surový diamant a jednoduchý 5-ti karátový výbrus zatím největšího 10-ti karátového diamantu (cca 2 gramy) Carnegie Institution. Největší diamant vznikal rychlostí jedné desetiny milimetru za hodinu. Je možné jít až na 0,3 mm/hod a teoreticky až na 1 mm/hod. Jak vypadaj umělý diamanty pěstovaný chemickou epitaxi z krystalovýho zárodku ? Natolik dobře, že nesmí na volný trh...
Umělé diamanty se vyrábí dvěmi metodami. Při HPHT se diamanty tvoří za vysokých teplot a tlaků, kdežto při CVD je směs vodíku s metanem bombardována nabitými částicemi nebo přímo plazmou. To vyvolá chemickou reakci a následně déšť uhlíkových atomů dopadající na podklad, kde zkrystalizují ve formě diamantu. Dosud největší syntetický diamant byl vyroben právě metodou CVD. Od umělých diamantů se např. čeká, že jednou nahradí křemík v 80 GHz procesorech.
Grafit je příklad materiálu, který drží pohromadě napříč vrstvama jen Casimirův jev a elektrostatický rezonanční síly. Jeho vrstvičky se snadnou rozpadají a loupou - proto se tuha maže a špiní ruce. Ale v rovině uhlíkovejch atomů je grafit pevnější, než diamant, je to ale současně velmi křehkej a lámavej materiál, protože atomy uhlíku na rozdíl od zlata nemaj elektronovýho pojiva nazbyt. Proto se uhlíkový kompozity zpevňujou zalitím vláken do organickýho nebo keramickýho pojiva, která je chrání před zlomením.Elektrická vodivost grafitu není moc velká, ale pokud se mezi grafitový vrstvy zapasujou atomy sodíku nebo draslíku, vznikne materiál bronzovýho vzhledu s nejvyšší známou elektrickou a tepelnou vodivostí vůbec - ještě lepší, než stříbro. Alkalický kovy zkrátka fungujou pro grafit podobně jako dopant pro polovodiče. Je zajímavý, že podobně - jen trochu slaběji - na grafit fungujou páry brómu nebo jódu, který z vrstev grafitu naopak elektrony odebíraj. Grafit tudíž může získat N i P vodivost.
Tyhle placičky a kužele jsou tlustý 30nm a jsou tvořený asi 80 atomových vrstvama grafitu. Vrstvy grafitu jsou normálně placatý, ale přidáním přímesí lze uhlík donutit, aby se vrstva šestiúhelníkovejch atomů promíchala s pětiúhelníky, čímž se svine a roste do kužele jako papír svinutej do kornoutu.
Chemici z Kalifornské univerzity s pomocí rotaxanové molekuly vytvořili první nanoventil, kterým lze dávkovat jednotlivé molekuly.
Fluorovaný uhlovodíky - freony dobře rozpouštěj kyslík, proto mohou sloužit jako prostředí pro dýchání. Američan Clark je v šedesátých letech testoval na myších, který navíc podchlazoval, aby jim omezil spotřebu kyslíku. Jedný myši se tak podařilo ve freonu přežít 20 hodin při teplotě 18 ºC - otázka je, zda to ona sama považovala za úspěch. Všechny pokusný zvířata utrpěly šok a po čase definitivně zdechly na chronický poškození plic a jater.
Freony jsou těkavý látky vesměs těžší než voda - proto je pro větší efekt konzerva s myší převrstvená vodou s akvarijníma rybičkama.... V šedesátejch letech měli ochránci zvířat asi jiný starosti..
Proč pudínk po vychladnutí zrosolovatí? A proč se zase po čase rozteče? Tajemství vzniku pudinku je velmi prostý - kostra jeho molekul je tvořena řetězcema polysacharidů, který ve styku s vodou tvoří rosolovitej hydrogel - molekuly vody (který samy za nižších teplot tvoří slabej polymer) se na ně nachytá, vzájemně je slepí a vytvoří řídkou trojrozměrnou síť jako drátěnka v matraci. Ta je příčinou toho, že hydrogel pruží. Při zahřátí se molekuly vody od řetězců celulózy odpoutají, ty se rozlepí a pudink přejde zpátky do výchozího tekutýho stavu.Dlouho stojící pudink samovolně řídne - voda postupně dlouhé řetězce štěpí na kratší a mění je na rozpustné cukry. Když žvejkáte v puse kousek rohlíku, postupně sládne - katalyticky působící enzymy ve slinách (ptyalin) štěpení celulózy na cukry velmi urychlujou - k tomu stačí stopy enzymu. Nedojedenej pudink většinou zřídne mnohem rychlej, než ten kterýho se netknete, protože jeho hydrolýzu urychlujou i zbytky slin ze lžíce, který do něj při jídle naslintáte.
Jak složitě fungujou některý organický molekuly si lze přiblížit na příkladu syntézy bílkovin v buněčnejch částicích zvanejch ribozómy. Sou docela prťavý, asi 200 nm velký a složený ze dvou částí, v buňce volně neplavou ale sou jsou přilepený na vnitřní trámčitý kostře buňky. Samotnej ribosom je z větší části tvořenej ribonuklovou kyselinou (znázorněný jako to žlutý střívko na dolejším obrázku)Obě části do sebe zapadaj a můžou se proti sobě otáčet na principu dvojitý rohatky (podobnej princip se mimochodem používá v propiskách) a jejich funkce je předvedená v animaci níže (původní, asi 50 MB QT video je zde).
Bílkoviny se v ribozomu skládaj ze svejch částí - aminokyselin, kterých je asi dvacet druhů - většina bílkovin se liší jen pořadím, ve kterým sou poskládaný. Tvoří jakoby klíčový slova programovacího jazyka, který jsou definovaný sekvencemi bází na nukleový kyselině. Aby se neušoupala hlavní matrice, buňka si pro každej ribosom vytvoří její zrcadlovou kopii, tzv. m-RNA, která se přichytí na ribosom, na který se podle aktuálního pořadí bází přichytí dvojice aminokyselin, opatřených jakýmsi držátkem kterým se přechodně navážou na ribosom. Ten funguje trochu jako zip a stlačuje obě aminokyseliny k sobě, čímž vznikne peptidická vazba, která řetězec bílkoviny drží pohromadě. Vzniklá bílkovina se rychle krabatí a smotává a sama se vytahuje z ribozomu. Celej cyklus se opakuje rychle, v optimálním případě až dvacetticíckrát za vteřinu tak dlouho, dokud ribosom nenarazí na triplet bází, který nekódujou žádnou aminkyselinu, čímž se program ukončí, řetězec bílkoviny se přeruší - takže čerstvě vyrobená molekula bílkoviny odplave a na ribosomu se zahájí syntéza dalšího řetězce.
Zvlášť vychytanou má příroda nanotechnologii, který říkáme svaly. Když rozkrojíte plátek čerstvý šunky, objeví se duhový barvičky, protože svalový vlákýnka nejsou jednoduchý nitě, ale sou tvořený střídajícíma se vrstvama dvou odlišnejch vláknitejch bílkovin - actinu a myozinu. Ty se navzájem překrývaj takže se vlákna do sebe navzájem částečně zasunujou. Zkracování svalu probíhá díky tomu, že vlákna myozinu jsou v pravidelnejch rozestupech vybavený výběžkama s dvojicí molekul který se dokážou díky enzymatickejm reakcím připojovat a odpojovat od aktinových vláken a doslova po nich "ručkovat" jako po žebříku.
Celej proces samozřejmě vyžaduje spoustu energie a tu dodává molekula komplexu ATP (adenosin trifosfát), která se přitom mění na ADP (adenosin difosfát). Její výhoda je, že dokáže energii předávat snadno, zatímco chemický reakce v organismu, jako třeba spalování cukru sice dodávaj energie víc, ale mnohem pomaleji. Jakmile se tedy pohotovostní zásoby ATP ve svalu vyčerpaj, sval se "unaví" a je schopen odvádět práci tou rychlostí, jakou se nový molekuly ATP do svalu doplňujou. Proto první dvě patra do schodů vyběhneme rychle, dál už je to holt pomalejší....
Schema létacích svalů a jejich pohybů u mouchy apod. blanokřídlýho hmyzu. Pohyby svalů jsou nepatrný, ale zesilujou se pákovým mechanismem, který tvořej úpony křídel na hlavohrudi. Díky tomu můžou konce křídel opisovat dráhu tvaru ležatý osmičky rychlostí až několik metrů za sekundu.V reálu může hmyz lítat vzduchem ještě desetkrát rychleji, než je rychlost pohybu křídel, jelikož ty svíraj se směrem pohybu ostrej úhel. Rychlost pohybu svalů se tak násobí skoro tisícinásobně.
Ručkování molekulárních chňapek na konci myosinu po aktinovým vlákně se nedávno (rok 2000) podařilo stroboskopicky zaznamenat in-vitro elektronovým mikroskopem, takže dnes máme přesnou představu o tom, jak ten pohyb vypadá... Omluvte sníženou kvalitu filmovýho materálu..
Na příčným řezu jednoho svalovýho vlákýnka vidíme, že molekuly aktinu a myosinu tvoří pravidelnou strukturu, dokonale optimalizovanou na výkon v jednotce prostoru (jak už bylo řečeno, vlákna myosinu sou ty tlustší tečky). Člověku skoro přijde líto takovou technologii sežrat k obědu.Pevnost vlákýnek v tahu není nutný podceňovat - svalu sice obsahujou skoro tři čtvrtiny vody, ale vlastní materiál má pevnost najlonu - a najlon, jak známo má v přepočtu na hmotu pevnost oceli. Ve skutečnosti by sval byl dokonalej kompozitní materiál, i kdyby se vůbec hejbat neuměl.
Alkalický kovy lithium, sodik a draslík sou voskovitě měkký látky, který se daj krájet nožem, na vzduchu se ale rychle oxidujou a matní, s vodou prudce reagujou za výbuchu a v kapalném amoniaku se rozpouštějí na tmavě modré vodivé roztoky s kovovým leskem, obsahující volně rozpuštěné elektrony.
Zajímavý chemický reaxe 1.: Roztavenej sodík v atmosféře chloru vzněcuje a shoří za vzniku kychyňský soli. Podobně prudce reagujou hliníkový hoblinky s kapalným brómem: K přehrátí animací pomocí WMP můžete použít Quicktime kodek
Zajímavý chemický reaxe 2.: Jododusík je známá třaskavina, která vzniká smíšením jódu a čpavku a v suchém stavu vybuchuje křivým pohledem... Z podobné kategorie je reakce oxidu dusíku a sirouhlíku a rozklad kyseliny pikrový (kdysi průmyslově používaná trhavina ekrazit)...
Zajímavý chemický reaxe 3.: Mezi efektní a divácky vděčný patří chemiluminiscenční reakce při směšování roztoků peroxidu a luminolu v průtočným uspořádání níže. Oxidace luminolu je katalyzovaná roztokem modrý skalice a doprovázená modrým světlem s vlnovou délkou 424 nm.
Zajímavý chemický reaxe 4.:Vhodnou koncentrací roztoku jde průběh luminiscence "načasovat", protože reakce probíhá autokatalyticky (produkty reakce samy reakci urychlujou). Autokatalýza v některých případech může vést ke složitým oscilujícím reakcím, kdy se koncentrace meziproduktů periodicky mění - jak jde demonstrovat na reakci kyseliny malonový peroxidem vodíku (vpravo)..
Oxidace peroxyoxalátovejch esterů probíhá za vzniku chemiluminiscence, která postupně mění barvu.. Demonstrace kuliček z polymeru, který rychle mění svou barvu na světle. K čemu by se to ale mohlo hodit vážně netuším...
Deuteridu kyslíku se říká těžká voda proto, že má skutečně asi o 10% procent vyšší hustotu, než obyčejná voda. V jednom litru obyčejný vody je obsaženo asi 1/3 ml těžký vody. Těžká voda se vyráběla opakovanou frakční elektrolýzou obyčejný vody, protože těžká voda se koncentruje při elektrolýze vody v posledních podílech. Dnes se používá k výrobě těžký vody hlavně kombinace frakční destilace a iontový výměny mezi sirovodíkem a deuterovodíkem (Girdlerův proces). Cena těžký vody je asi 60.000 Kč/litr.Těžká voda je jedovatá, protože v ní biochemický reakce probíhají pomaleji, než v obyčejný vodě - degenerativní změny se začnout projevovat v případě, že je polovina vody v organismu nahražená těžkou vodou. Dlouhotrvající podávání težký vody má za následek smrt.
V jedné kádince mrzne obyčejná a ve druhý těžká voda. Která je která?
Jednou z nejdůležitějších reakcí pro život na Zemi je fotosyntéza. Dopadem světla na barvivo chlorofyl v malých organelách uvnitř buněk zelených listů se zachycuje energie fotonu a přes řadu reakcí předává proteinům, syntetizujícím v buňce glukózu z oxidu uhličitého a vody. Z glukózy pak rosliny vytvářejí stavební látky (škrob a dřevo) a energii v noci, kdy světlo nesvítí (v tom případě pak probíhá reakce zpátky). Když trávíme cukr nebo kaši, spalujeme vlastně energii slunečního záření, kterou rostliny chlorofylem zachytily a uložily do molekul polysacharidů. Molekula chlorofylu je chemicky podobná ftalocyaninu, což je známá modrá barvička z CDR médií a propisek, a hemoglobinu (červenýmu krevnímu barvivu) - akorád místo železa je v ní hořčík (na obrázku zeleně). Je velmi stabilní, proto z vyrudlýho plakátu zbejvá nakonec právě ta modrá barva. V chloroplastech je chlorofyl navázanej na bílkovinu cytochrom a ta pak vypadá jako spousta malejch antének, zachycujících vlny světla, naladěnejch na zelenou barvu.Protože rostlina potřebuje ze světla využít co nejvíc energie, využívá trik nazývanej dvoufotonová absorbce - když molekula chlorofylu zachytí foton, elektron se hned nepoužíje k redukci CO2, ale počká se ještě na jeden foton, který barvivo ještě víc napumpuje. Kromě toho, že se tak získá ještě větší redukční potenciál se lépe využije vlnová délka světla, protože napumpované barvivo absorbuje při trochu jiné vlnové délce, než normální chlorofyl.
Chloroplasty ze všeho nejvíc připomínaj malej, naruby fungující palivovej článek, velkej asi setinu milimetru. Protože produkty redukce se musí hned odvádět z reakčního prostoru, aby je světlo zase nerozložilo zpátky, tvoří ho složitej průtočnej membránovej systém s kanálkama a placatejma výměníkama z cytochromu - tzv. thylakoidama. Molekuly chlorofyly sou zapíchaný do membrány thylakoidů jako slunečnice - proto má molekula chlorofylu to držátko. Navzájem se dotýkaj, takže celej povrch thylakoidu svádí uvolněný elektrony do reakčních center, kde probíhá tzv. fotofosforylace ADP.
Jak barví plamen soli různejch prvků (odleva sodík, draslík a lithium) - pozorováním plamene přes skleněnej hranol zjistíme, že světlo lithia je ve skutečnosti složený z několika spektrálních čar {obsahuje příměs sodíku, kterej je velmi běžnej, takže se jeho čára objevuje téměř ve všech chemikáliích)...
AFE (Air Fuel Explosion) puma vytváří při dopadu aerosolový oblak napalmu, který zesiluje zápalné účinky pumy...
"Superbowl" molekuly - podobné furulenům obecného vzorce C268H320O52 jsou složený z makrocyklických etherů jako fotbalový míč a mohou jednou sloužit jako univerzální pilulky pro dopravu biologicky aktivních látek do organismu
K separaci kyslíku ze vzduchu bylo navrženo hodně metod - tahleta využívá toho, že kyslík je jako jedinej z plynů ve vzduchu magnetickým polem přitahovanej (je tzv. paramagentickej) - zatímco ostatní plyny sou z magnetickýho pole spíš odpuzovaný (sou diamagnetický). K zachytávání kyslíku by mohl sloužit polymer s navázanými atomy kobaltu, které jsou taky magnetické a orientují se v polymeru jedním směrem. Tím na sebe vážou kyslík a zpomalují jeho průchod kolonou, vyplněnou polymerem. Existují i jiný možný způsoby, např. využívající větší rozpustnosti kyslíku ve vodě, apod.
Prvky skupiny hliníku zahrnujou několik kovových prvků, které jsou ve sloučeninách zpravidla trojmocné, protože mají v orbitalech tři volné elektrony
Bor je lehký polokov (polovodič), podobný křemíku. Je podobně jako křemík velmi tvrdý a dá se rozemlít na hnědý prášek. Podobně jako křemík vytváří těkavé, hořlavé a jedovaté sloučeniny s vodíkem (borany). Bor je na vzduchu stálý, ale prášek shoří na vzduchu se zeleným zábleskem na oxid boritý, kterej je zajímavej tím, že tvoří sklo a ve vodě se rozpouští na roztok (borová voda), která má současně vlastnosti zásadité i kyselé.Tyče z boru se používají v jaderných reaktorem k řízení jaderné reakce, protože silně pohlcují neutrony.Bor byl také navržen jako palivo místo vodíku.
Hliník je známej lehkej kov - je dokonale tažnej, ale na vzduchu se rychle pokrývá vrstvičkou oxidu, takže když hliníkovej drát několikrát ohnete, zpravidla se praskliny rozšíří tak, že ho zlomíte - proto se čistej hliník nehodí na mechanicky namáhané díly.Když se povrch hliníku zamalgamuje rtutí, povrch hliníku se nemůže zacelovat a oxid hlinitej pak roste z povrchu hliníku jako bílá travička. Jemnej hliníkovej prášek je na vzduchu stálej, ale po zapálení shoří oslnivým doutnáním bez plamene, protože oxid hlinitej netěká a protože se teplo nedovádí, může přitom teplota vystoupit tak vysoko, že se oxid hlinitej roztaví. Práškovej hliník je součástí paliva raketoplánů i bezpečnejch průmyslovejch výbušnín (tzv. amonalů). V přírodě se oxid hlinitej nachází jako korund, rubín nebo safír - druhá nejtvrdší látka na planetě. Umělej korund se používá mj. pro výrobu laserů a samozřejmě jako v mechanice jako brusivo, materiál pro hodinový ložiska apod.
Gallium je na rozdíl od hliníku daleko vzácnejší (dostupný pouze jako příměs v hliníkovejch rudách) a liší se od něj tím, že má po rtuti nejnižší bot tání ze všech kovů (sotva 30 ºC), takže ho lehce roztavíte v dlani. V teploměrech z křemene s ním jde měřit teploty přes 1000 ºC (rtuť vře už při 360 ºC). Nejdůležitější použití má gallium v mikroelektronice, arsenid gallia GaAs slouží jako materiál pro výrobu svítivejch diod LED, fotočlánků a vysokofrekvenčních tranzistorů.
Indium je hodně podobný galliu, ale je ještě těžší, měkčí (jde do něj otisknout palec) a vzácnější a taje při vyšší teplotě (160 ºC). Slitina india, cínu a gallia (tzv. gallistan) ale taje už při -20 ºC. V elektronice se používá fosfid india k podobnejm účelům, jako GaAs, např. pro výrobu laserovejch diod. Astronomický dalekohledy se napařujou indiem, protože je na vzduchu stálejší, než stříbro (odrazivej povrch je v těchle dalekohledech vystavenej atomosféře).
Thallium připomíná vzhledem olovo a má jméno po barvě svýho spektra - je totiž krásně zelený ("thalos" znamená řecky "ratolest"). Proto bylo objevený docela brzo, i když je to vzácnej prvek. Na rozdíl od předchozích jsou jeho sloučeniny prudce jedovatý - zastavuje množení buněk a lehká otrava se projeví tím, že vám slezou vlasy - proto se používaly při chemoterapii rakoviny. Thallium se používá i v elektronice pro výrobu infračervenejch detektorů.
Reakce sodíku s vodou - výsledek házení sodíku z okna za deštivého počasí a v noci (video).
Názornej pokus demonstrující, jak se voda se průchodem elektrického proudu na uhlíkových elektrodách rozkládá za vývoje vodíku a kyslíku. Vodíku by měl vznikat na záporné elektrodě 2x větší objem, než kyslíku, protože voda obsahuje na každý atom kyslíku dva atomy vodíku
Woodovu slitinu s vizmutem (viz níž) jde použít k výrobě žertovnejch předmětů - např. lžičky, tající v horkém čaji. S ohledem na nízkou teplotu tání (60 °C) de takový lžičky snadno odlévat do formiček z plexiskla.
Tetraneutronium je hypotetickej, experimentálně dosud nepotvrzenej nestálej cluster čtyř neutronů bez náboje, drženej pohromadě pouze jadernými slilami ("nultej prvek").Předpokládá se, že neutronové hvězdy jsou podobnými clustery tvořený, jsou složený jenom z neutronů a udržovaný pohromadě gravitačními silami.
Vzácný kovy tvoří skupinu prvků uprostřed periodický tabulky. Jsou chemicky inertní, proto se v přírodě vyskytujou hlavně v elementárním stavu, což brání tomu, aby se v ní nakoncentrovaly ve větším množství (většina minerálů se v zemské kůře nakoncentruje krystalizací).
Měď je krásně růžovej kov, kterej na vzduchu tmavne a ve vlhku se potahuje modrozelenou vrsvou zásaditýho uhličitanu (patina, měďěnka). Vodí teplo a elektřinu téměř stejně dobře, jako zlato a stříbro, ale je mnohem levnější, proto se používá v elektronice mnohem víc. Tenká měděná fólie prosvítá zeleně, podobnou barvu má koloidní měď. Tmavnutí vrstvy způsobuje oxid mědi, což je fotovodivej polovodič a vyžíhanej měděnej plech tak může sloužit i jako fotočlánek nebo usměrňovač.
Stříbro jde pěstovat ve velkých krystalech z vodných roztoků. Je to kov s nejlepší tepelnou a alektrickou vodivostí vůbec, tenké fólie prosvítají modře a podobnou barvu má i koloidní suspenze částic stříbra, která se používá k šetrný desinfekci vody, protože.zabíjí baktérie Stříbrem se pokovujou vysokofrekvenční obvody, kde je většina náboje vedená v důsledku skinnefektu po povrchu. Na vzduchu stříbro postupně tmavne, protože vychytává z ovzduší síru, která na jeho povrchu tvoří povlak sulfidu. Elektrický proud vedou dobře i některé sloučeniny stříbra, např. chlorid stříbrný, což je bílá rohovitá látka, vyznačující se iontovou vodivostí v tuhé fázi. Na světle sloučeniny stříbra tmavnou, protože elektrony uvolněné světlem z jejich atomů redukujou stříbro na kov - na tomhle principu je založená klasická fotografie.
Zlato se v přírodě nachází pouze v elementárním stavu. Na fotce je přírodní zlatej nugget, obsahující 89% zlata a 10,6% stříbra. Zlato má po stříbru nejlepší tepelnou a elektrickou vodivost, jde vyválcovat na fólie jen několik desítek atomů tlustý, ve kterejch prosvítá zeleně. Oxidy zlata jdou připravit jen chemickou cestou, jsou nestálý a už zahřátím pod 100 ºC se rozkládají na hnědý práškovitý zlato. Proto se zlato používá na kontakty, který mají mít nepatrnej elektrickej odpor a jsou odolný proti korozi. Je zajímavý, že zlato má na tři desetinný místa přesně stejnou hustotu, jako wolfram (19,3 g/cm3). Současná roční produkce zlata je něco přes 2500 tun, od počátku civilizace bylo vytěženo asi 140 000 tun, z toho 30.000 tun je uloženo v bankách jako zlatý rezervy a cca 90.000 tun je v soukromým vlastnictví jednotlivců.
Další skupinu vzácnejch kovů tvoří prvky skupiny platiny. Ty se dělí na lehké platinové kovy (palladium, ruthenium a rhodium) a těžké platinové kovy (platina, iridium a osmium).
Palladium je zajímavý tím, že snadno absorbuje vodík - přitom se pozorovatelně rozpíná. Zahřátím na 1000 º se z mřížky vodík zase kompletně uvolní. Tenká palladiová fólie po mírném zahřátí snadno propouští vodík a lze jí využít k jeho oddělování od ostatních plynů. Rozpuštěnej vodík je v palladiu částečně disociovanej na protony a elektrony, který při průchodu proudu palladiovým drátem cestujou na různý strany a můžou se hromadit. Na izotopu vodíku (deuteriu), který bylo vylučovaný z těžký vody na paladiový elektrodě byla před deseti lety poprvé pozorovaná studená jaderná fůze, pozorování ale nebyly dodnes potvrzený. Hodně palladia se dnes spotřebuje v automobilovejch katalyzátorech, kde rozkládají nespálený uhlovodíkový zbytky.
Ruthenium je tvrdší a křehčí,než palladium, s mnohem vyšším bodem tání.Na rozdíl od palladia má tmavší, ocelový lesk. Jméno má podle latinského označení Ruska, hlavní naleziště jsou na Uralu. Hlavní využití ruthenia je ve slitinách - přísada několika procent ruthenia vyšuje tvrdost platiny, chemickou odolnost titanu a slitina s molybdenem je supravodivá nad 10,6 K Chemické chování ruthenia trochu připomíná kadmium, s tím rozdílem, že ruthenium tvoří oxid v oxidačním stupněm 8 (oxid rutheničelý), což má společné s osmiem. Jako katalyzátor je oproti platině ruthenium výhodné tím, že se neotravuje sloučeninami síry.
Rhodium je relativně vzácnej kov (cca 2x dražší, než platina), kterým se občas vylepšuje platina při výrobě platinového nádobí (rhodium je chemicky odolnější) a pokovujou stříbrný šperky pro zlepšení stálosti na vzduchu. Rhodium-platinový termočlánky sloužej pro přesný měření vysokých teplot.
Platina je nejznámější platinovej kov, kterej vyniká katalytickými vlastnostmi. Na platině probíhá snadno řada reakcí, které by vyžadovaly vysoké teploty nebo tlaky. Proto je platina hlavní součástí automobilovejch katalyzátorů, používá se taky v lékařství pro dentální slitiny, výrobu cytostik a samozřejmě chemickýho náčiní (platinový kelímky pro analýzy) Platinová ruda obsahuje obvykle 5 – 20 g platiny/tunu. Celosvětová produkce platiny nepřesahuje 150 tun/rok a pochází v podstatě ze čtyř dolů, jednoho na Sibiři a zbývajících tří v Jihoafrický republice.
Iridium je spolu s osmiem jedním z nejtěžších prvků (hustota 22,6 g/cm3), Je to taky jeden z nejtvrdších a nejkřehčích platinových kovů a na rozdíl od osmia se neoxiduje vzduchem, je ještě chemicky odolnější než platina - proto se používalo na nejkvalitnější zapalovací svíčky, špičky plnicích per a gramofonové jehly nebo nejodolnější chemické nádobí. Je to materiál špičkový kvality, kterýho se na světě ročně zpracuje jen několik tun. Pro fyziku byl tenhle kov ve svý době významnej tím, že ze slitiny platiny a iridia byly vytvořený mezinárodní etalony kilogramu a metru.
Osmium je asi nejzajímavější platinovej kov - má nejvyšší hustotu ze všech prvků a nejvyšší bod tání z platinových kovů. V práškovém stavu se zvolna oxiduje na páchnoucí jedovatej oxid osmičelý, který se na světle a v přítomnosti organických látek rozkládá - po tomto zápachu také osmium dostalo své jméno (osmé = zápach). Osmium je podobně jako iridium tvrdý a křehký proto se nepoužívá samotný, ale ve slitinách tam, kde je vyžadovaná tvrdost. Z osmia se kdysi dělaly gramofonový jehly a vlákna žárovek (Osram).
Rhenium je platinový kov, přibuzný molybdenu. S molybdenem má společnou vysokou teplotu tání (přes 3000 ºC), s platinovými kovy stálost na vzduchu a snadné mechanické zpracování. Byl by to ideální kov na vyskoteplotní odporové dráty, kdyby nebyl tak příšerně drahej a vzácnej - průměrnej obsah rhenia v zemský kůře je jen 1 – 5 ng (nanogramů)/kg. Získává se hlavně z příměsí po zpracování molybdenu. Na fotce je práškovaný lisovaný rhenium a výsledek roztavení prášku v elektrickým oblouku.
Technecium je kandidát na absolutně nejvzácnější prvek vyskytující se v přírodě vůbec. Je to daný tím, že -přestože technecium je poměrně lehkej prvek - všechny izotopy technecia jsou radioaktivní a rozpadají. Menší množství technecia lze získat uměle z odpadu štěpení uranu (z 1 g uranu vznikne maximálně asi 27 mg Tc) nebo ostřelováním molybdenového terčíku neutronama.
Kyslík je samozřejmě za běžnejch podmínek plyn, ale na obrázku je kapalnej kyslík ve skleněný termosce, aby bylo vidět jeho namodralý zbarvení. Kyslík reaguje s většinou prvků, ale obvykle až při vysokých teplotách, protože za normálních podmínek se vyskytuje jako dvouatomovej plyn, jehož molekuly je nutný nejprve rozštěpit. To neplatí o trojatomovým kyslíku - ozónu, což je velmi reaktivní a jedovatej světle modrej plyn, kterej lze zkondenzovat na inkoustově modrou kapalinu, která na světle vybuchuje a rozkládá se zpátky na dvouatomovej kyslík. Čistej ozon rozkládá a zapaluje většinu orgranickejch látek podobně jako fluor a leptá plíce.
Síra je kanárkově žlutá lehká drolivá hmota, kterou lze snadno roztavit i vypařit. Krystalická síra je tak křehká a špatně tepelně vodivá, že už přiložením ruky v ní vzniká slyšitelné praskání v důsledku tepelné roztažnosti. Roztavená síra tvoří oranžovou olejovitou kapalinu, která při zahřívání postupně tmavne a houstne (polymeruje) a při nalití do studené vody z ní vznikne hnědá gumovitá hmota, která jen zvolna tuhne do původní podoby. Předestilovaná síra kondenzuje jako světle žlutej prášek (tzv. sirný květ). Síra se slučuje s většinou kovových prvků a tvoří krystalické sulfidy, často s výrazným polovodičovým chováním. Na vzduchu se síra snadno vzněcuje a hoří průhledným namodralým plamenem, bohatým na ultrafialové paprsky. Oxidací síry vzduchem v přítomnosti katalyzátorů vzniká oxid sírový, olejovitá látka, která s vodou exploduje a zuhelnaťuje většinu organických látek tím, že jim odnímá vodu. Reakcí s vodou vzniká známá kyselina sírová - olejovitá žíravina, stálá do vysokých teplot a široce používaná v chemii.
Selen je polokovovej šedivej prvek příbuznej síře - je taky křehkej a snadno tavitelnej na asfaltovou hmotu, která po rozetření na skle prosvítá krásně rubínově a propouští infračervené paprsky. Jemně rozetřený selen tvoří čevený prášek. Je to typickej polovodič a na selenovejch vrstvách byl poprvé zjištěná a průmyslově využívaná fotovodivost - závislost elektrickýho odporu na osvětlení. Po zapálení selen hoří na vzduchu za vývoje jedovatého česnekově páchnoucího dýmu oxidu seleničitého. Oxid selenový lze připravit další oxidací a reakcí s vodou z něj vzniká kyselina selenová, hodně podobná kyselině sírové. Sloučeniny selenu s kovy (selenidy) maj význam v infračervený optice jako detektory.
Tellur je křehkej polokov příbuznej selenu, při zahřívání taje a uvolňuje oranžové páry, které na vzduchu shoří na bílej oxid. Není zas tak vzácnej, protože vzniká v dosti velkém množství jako odpad při výrobě mědi v Austrálii - proto se sloučeniny telluru zkoušely i jako fotočlánky (vrstvy telluridu kadmia lze nanášet levně z vodnejch roztoků elektrolyticky), ale moc se neujaly kvůli nízké účinnosti a jedovatosti telluru i kadmia.
Fosfor je zajímavá látka, kterej existuje v několika formách (modifikacích). Po předestilování fosforu pára zkondezuje na žlutohnědou voskovitou hmotu, která na světle tmavne, protože se mění na červenohnědou modifikaci fosforu. Žlutej fosfor je velice reaktivní látka a na vzduchu se samovolně zapaluje a shoří bílým dýmem na kyselinu fosforečnou, proto se přechovává pod vodou. Oxidace fosforu ve vlhku je doprovázená zeleným světélkováním - od toho dostal od alchymistů svoje jméno (phospohorus = světlonoš). Směs fosforu a síry je na vzduchu stálejší a používala se jako materiál k výrobě škrtacích sirek. Páry fosforu odporně smrdí po zatuchlině a sou silně jedovatý - způsobujou nekrózu a odumírání kostí. Sloučeniny fosforu - fosforečnany jsou ale v organismech přítomný zcela běžně a používaj se jako hnojiva.
Arsen je polokovovej prvek podobnej fosforu - taky existuje jeho modifikace (žlutej arsen) a ta je jestě nestálejší a jedovatější, než žlutej fosfor. Stálá forma arsenu tvoří kovově lesklé jehličkovité krystalky, které na vzduchu shoří na česnekově smrdící jedovatej dým oxidu arseničného. Oxidy arsenu se používaly k hubení krys a myší a protože byly dostupný, patřily do arsenálu lidskejch travičů. Používali je taky koňský handlíři, protože arsen v malejch dávkách dával koňský srsti lesk. Arsenid gallia je průhledná látka, který se používá jako polovodič pro výrobu světelnejch a laserovejch diod (LED).
Antimon je šedej křehkej kov, trochu připomínající litinu. Je ale snadno tavitelnej a rozžhavený kapky antimonu z plamene odkapávaj jako hořící déšť. Ve slitinách s olovem se kdysi antimon používal i pro odlévání pohárů a příborů, protože se věřilo, že dokáže neutralizovat jedy - ve skutečnosti je antimon sám o sobě dost jedovatej, ale iatrochemik Paracelsus si hodně cenil i jako léčivo. Protože anitimon zvyšuje tvrdost olova, používá se při odlévání broků (roztavený olovo s cca 2% antimonu se nechá kapat z výšky do vody). Antimon má také použití v Peltierových chladičích, protože vykazuje silnej termoelektrickej jev.
Vizmut je těžkej růžovej kov trochu podobný olovu, ale na rozdíl od něj vykazuje řadu zajímavejch fyzikálních vlastností - např. silně odpuzuje magnetické pole a je tedy diamagnetický. Bismutová tyčinku de pomalým tlakem libovolně deformovat, ale prudkým pohybem nebo nárazem se roztříští a zlomí. Bismut má také podobně jako led anomální tepelnou roztažnost a silnou termoelektrickou konstantu, proto se používá se v termočláncích. Kromě rtuti má vizmut ze všech kovů nejnižší tepelnou vodivost a jeho elektrická vodivost silně závisí na magnetickém poli (Hallův jev). Slitina vismutu olova a cínu má nízkou teplotu tání (Wooduv kov - 60 ºC) a používá se ve speciálních pájkách a tepelnejch pojistkách. Amalgám vizmutu se rtutí možná znáte z příběhů Karla Maye - úderem se roztříští na prach a proto na kulkách z něj odlitých Kara ben Nemsí mohl demonstrovat svou nezastřelitelnost. Na vzduchu vismutovej prášek shoří modrým plamenem na kysličník, kterej je v žáru žlutej, po vychladnutí bílej a používá se jako výborná krycí barva - malířská běloba.
Skupina přechodnejch kovů v periodický tabulce zahrnuje rozsáhlou skupinu chemickejch prvků, jejichž atomy mají členitej tvar v důsledku přítomnosti tzv. f-orbitalů. Vzájemná provázanost těchle orbitalů dává přechodnejm kovům často vysokou tvrdost, houževnatost a schopnost tvořit složitý chemický sloučeniny - komplexy, často barevný, se složitou strukturou a zajímavejma fyzikálníma vlastnostma.
Skandium je nejlehčí přechodnej kov a podobá se spíš kovům alkalickejch zemin - vápníku a horčíku - je tvrdý a lehký. Jako konstrukční materiál ale nepřichází v úvahu, protože je velmi vzácný, je to jeden z nejvzácnějších prvků vůbec - ne proto, že by ho bylo na Zemi málo, ale proto že netvoří samostatný minerály a je tudíž v zemský kůře velmi rozptýlený. Na vzduchu se dá skandium zapálit podobně jako hořčík a pomalu taky reaguje s vroucí vodou. Jméno má podle Skandinávie, kde bylo objevený.
Yttrium je trochu míň vzácný a spolu s prvky ytterbium, terbium, yttrium, and erbium dostalo jméno po malý vesničce ve Švédsku, kde byly jeho minerály poprvý objevený. Samo o sobě yttrium není ničím zvláštní, ale jeho sloučeniny se používaj jako luminofory, součást vysokoteplotních polovodičů (slídovitý oxidy YBaCuO) a smíšenej kysličník yttria a s hliníkem a chromem (YAG granát) je důležitej materiál pro výsobu laserů.
Niob - ačkoliv by se mohlo zdát, že niob je obskurní a vzácnej kov, je to vedlejší produkt při zpracování tantalu a protože je biologicky inertní, dobře se mechanicky zpracovává a jeho oxidový vrstvy dělaj krásný duhový bravy, používá se jako materiál ozdob pro piercing - je tedy možný, že někdo z vás niobovou sponu nosí v nose. Niob dostal jméno podle postavy z řecký mytologie - Niobé byla družka krále Tantala.
Tantal je modrošedej kov, kterej se používá k výrobě kondenzátorů s vysokou kapacitou - vrstvička jeho oxidu je velice kompaktní a má vysokou elektrickou pevnost a tak slouží jako dilelektrikum. Jméno má po mytologický postavě Tantala z řeckejch bájí, který byl za trest bohy odsouzen k věčný žízni - naráži se tím na to, že oxid tantalu sveřepě odolává hydrataci i rozpouštění v kyselinách, Z toho vyplývá, že tantal je chemicky velmi intertní kov - taxe z něj dělaj žíhací kelímky, protože je mnohem levnější, než platina.
Titan je chemicky velmi stálej, tvrdej a houževnatej materiál s šedivým leskem. Je velmi lehkej, skoro jako hliník ale mnohem pevnější a taje až nad 1000 ºC. V přírodě je dost rozšířenej, ale výroba vyžaduje koncentrovanou rudu, ze který se titan redukuje sodíkem a pak se přetavuje v obloukový nebo elektrony vyhřívaný peci. Je to výchozí konstrukční materiál raketoplánů a raket. Oxid titanu se používá jako světlostálá titanová běloba - má vysokej index lomu a proto výborně kryje podklad. Karbid titanu je velmi tvrdej a tvoří tu žlutou ochrannou vrstvu na vrtácích, kartáčích a řeznejch kotoučích.
Zirkonium je podobný titanu, ale mnohem vzácnější. Práškový zirkonium v kyslíku shoří s oslnivym zábleskem a proto se používalo ve fotografických světlech. Oxidy zirkonia jsou vysoce chemicky odolný a žáryvzdorný - používají se jako materiály pro vyzdívku odporovejch pecí. V přírodě se zirkonium nachází hlavně jako křemičitan - minerál zirkon.
Hafnium je materiál podobnej zirkonu, ale těžší než olovo - na rozdíl od něj je velmi tvrdý a houževnatý. Často doprovází ve sloučeninách zírkonium a dá se od něj špatně oddělit, je ale mnohem vzácnější. S ohledem na vysokou teplotu tání a nízkou výstupní práci elektronů se oxid hafnia používá jako materiál vakuovejch katod v radarovejch elektronkách, protože dobře vyzařuje elektrony.
Molybden je šedej těžkej kov - tvrdej a houževnatej. Má podobnou tepelnou roztažnost, jako křemík, proto se používá jako podložka pro výkonový tyristory a diody. Molybdenový dráty maj podobnou roztažnost jako sklo a s ohledem na vyskou teplotu tání (přes 2700 ºC) jsou z něj dělaný průchodky elektronek a ty podpůrný drátky, co nesou wolframový vlákno v žárovce. Na vzduchu rožhavenej molybden rychle shoří na žlutobílej těkavej oxid. Sirník molybdenu má vlastnosti grafitu a je to takovej ten na omak mastnej šedej materiál používanej v těsněních automobilovejch motorů.
Wolfram je tvrdej kov, kterej taje při nejvyšší známý teplotě (přes 3300 ºC) a zůstal by kapalnej i na povrchu Slunce (5400 ºC). Na vzduchu ale wolframovej drát rychle shoří, protože oxid wolframu jsou mnohem těkavější a nechrání povrch před další oxidací. Wolfram má taky vysokou hustotu (skoro 20 g/cm3) a proto se používá jako materiál šípovejch podkaliberních střel ve vojenství. Jelikož je netavitelnej, dá se jen obtížně zpracovávat.lisováním prášku za vysoký teploty. Podobným způsobem se zpracovávaj karbidy wolframu, který dosahujou tvrdosti diamantu (widium = wie diamand) a proto se používaj jako materiá břitů při obrábění ve strojírenství.
Vanad je kov příbuznej chromu i wolframu současně - je měkčí než chrom, ale je velice houževnatej a proto se jím vylepšují vlastnosti ocelí, určených pro mechanický namáhání (známá vanadová nástrojová ocel pro pancíře a nářadí). Sloučeniny vanadu snadno přecházej v řadu oxidačních stavů a proto se využívaj jako katalyzátory, např. při výrobě kyseliny sírový.
Chrom je nejtvrdší kovovej prvek vůbec, krystalickej chrom je tvrdej skoro jako karbid křemíku (karborundum) a dá se perfektně leštit do zrcadlovýho lesku jako keramika. Je taky podobně jako keramika křehkej a proto se používá hlavně na povrchový galvanicky nanášený vrstvy. Ve slitinách zvyšuje tvrdost a chemickou odolnost ale i křehkost, proto se leguje s niklem, vanadem nebo molybdenem, aby slitina získala houževnatost. Chrom tvoří sloučeniny ve velkém počtu oxidačních stupňů, proto se používají jako katalyzítory. Oxid chromitý se používal jako zelená barva stokorunovejch bankovek, je taky tvrdej a používá se k leštění a jako podkladová vrstva pro nanášení teflonu v teflonovejch pánvích.
Mangan je kov s hnědým leskem, což způsobuje vrstva oxidů. Mezi přechodnými kovy je to taková popelka, ale je velice užitečnej jako přísada do oceli, kde váže síru, která způsobuje její křehkost. Téměř každá ocel proto obsahuje příměs manganu. Sloučeniny manganu se hodně používaj v chemii (známej fialovej manganistan), jako katalyzátory a taky pro výrobu baterií (oxid manganičitý, tzv. burel).
Železo neni asi nutný zvlášť představovat, je to ve vesmíru univerzálně rozšířený kov, protože jeho atomový jádro je nejstabilnější ze všech prvků a jelikož se dá redukovat uhlím, tvoří nejrozšířenější konstrukční materiál. Na suchým vzduchu je železo stálý ale v kyslíku shoří za jiskření a pokud neni superčistý, ve vlhku se rychle oxiduje - rezne. Ačkoliv sloučeniny železa sou notoricky známý, řada z nich nebyla dosud dobře prostudovaná, např. výšemocný oxidy železa by měly tvořit nestálý těkavý látky rozpustný v organických rozpouštědlech. Oxidy železa se pužívaj jako barva a taky jako leštící materiál a součást feritů - keramickejch materiálů s magnetickými vlastnostmi.
Kobalt je příbuznej železu, je taky magnetickej (víc než nikl, ale míň než železo). Je to tvrdej a houževnatej kov s nažloutlým leskem. Oxidy kobaltu sou velmi pestrý - růžový nebo modrozelený a barví silně modře taveninu skla (tmavomodrý kobaltový sklo). Kobaltový ferity představujou v současný době nejsilnější známý magnety.
Nikl je takovej levnější průvodce kobaltu - je to houževnatej, slabě magnetickej kov se žlutým leskem, kterej se na vlhkým vzduchu zvolna potahuje zelenou vrstvou solí (sloučeniny niklu jsou většinou trávově zelený). Od používání čistýho niklu k pokovování se ustupuje, protože se ukázalo že nikl způsobuje silné alergie, ale hodně se používá jako součást nerezavějících ocelí v odporovejch slitinách s hliníkem a manganem. Slitina niklu s mědí a zinkem (alpaka, pakfong) vzhledem dobře imituje stříbro, je to vlastně intermetalická sloučenina.
Zinek je bílej kov s namodralým leskem. Vrstvička oxidu je po rožhavení krásně žlutá, ale po vychladnutí vybledne. Rozžhavenej zinek uvolňuje páry, který hořej zeleným plamenem - sou jedovatý a způsobujou tzv. slévačskou horečku. Zinek je na suchým vzduchu celkem stálej, ale rychle se rozpouští v kyselinách za vzniku vodíku - ten se tak kdysi připravoval ze zinku naveliko pro plnění balónů a vzducholodí.
Kadmium má lesk zbarvenej spíš do žluta, protože oxid kademnatej je hnědej. Taje při podobný teplotě co olovo. Kadmiový vrstvy sou kvalitní a stálý a na rozdíl od trochu křehkýho zinku se tak neloupou. Kadmim je ale silně jedovatý a při zahřívání se odpařuje, páry způsobujou dlouholetý rýmy, poškození ledvin a krvácení až odumírání sliznic, proto se od používání kadmia v poslední době dost ustupuje.
Rtuť je notoricky známej kov, taxem dám radši fotku chlapíka, jak plave/sedí na hladině rtuti. Rtuť má skoro čtrnáckrát větší hustotu, než člověk, takže se do ní dá potopit jen čtrnáctinou objemu těla. Při zahřívání k bodu varu (asi 360 ºC) se rtuť pokrejvá žlutým oxidem, kterej se při silnějším zahřátí zase rozkládá na kyslík a rtuť - tímhle způsobem první alchymysté získávali ze vzduchu kyslík. Rtuť je silně jedovatá, protože už při slabým zahřátí uvolňuje páry, který se hromaděj v organismu a mj. nevratně poškozujou nervový buňky.
Olovo je známej těžkej měkej kov, na vzduchu se pokrejvá modrošedou vrstvou oxidu. Při žvejkání chutná nasládle, protože se do slin uvolňujou jedovatý soli olova. Ve směsi s cínem se používá k letování, protože taje při celkem nízký teplotě.
Cín má stříbrobílou barvu, je to měkkej kov, ale tvrdší a křehčí než olovo a při ohýbání vrže, jaxe o sebe třou krystaky cínu. Cínová fólie v plameni taje a odhořívá v jasně svítících poskakujících kuličkách. Protože cín není na rozdíl od ostatních kovů jedovatej, pokrývá se jim potravinářskej plech (konzervy).
Germánium je chemicky podobný cínu, ale jako prvek se od něj docela liší - je to nazlátlej tvrdej a křehkej materiál, kterej se při úderu rozpadne na kostičky, Je to polovodič, což se ale projeví teprve tehdy, když je dokonale vyčištěný a zbavený příměsí. Čistý germanium vede elektřinu teprve při zahřátí. Ačkoliv se to nezdá, germanium propouští infračervený paprsky (za deskou z germania byste cítili žár z kamen, jako by tam nebyla) - proto se z něj taky brousí infračervená optika.
Křemík je podobnej germaniu, ale na rozdíl od něj má ocelově modrošedej lesk, tenký destičky křemiku prosvítaj tmavohnědě, protože propouštěj infračervený paprsky. Křemík je docela tvrdej (rejpe sklo) a křehkej. Křemíkovej prášek na vzduchu žhne a fouknutej do plamene shoří na křemen. Čistej křemík vodí elektřinu až po zahřátí - je to teda polovodič. Chemicky je docela odolnej, naleptává ho jen fluor, ale s řadou kovů tvoří velmi tvrdý sloučeniny - karbidy.
Uhlík je chemicky odolnej, ale v kyslíkový atmosféře žhne a postupně shoří.Krystalickej uhlík tvoří diamant, nejtvrdší ze všech prvků. V plameni netaje, ale v elektrickým oblouku se pomalu vypařuje. Znečistěnej diamant je tmavej, kovově lesklej (carbonado) a taky vodí elektrickej proud - diamand je tedy polovodič stejně jako germanium a křemík.
Halogeny sou zajímavý prvky, který tvořej jakejsi opak alkalickejch kovů - elektrony jejich atomů silně schází a tak si je berou z atomů ostatních látek - proto působěj silně oxidačně. Jsou to všechno nekovový a těkavý látky.
Fluor je světlouce zelenej plyn - v ampuli ho přechovávat nejde, protože by ve skutečnosti sklo okamžitě rozleptal. Fluor je nejreaktivnější prvek vůbec, reaguje skoro se všim kromě platiny, i s kyslíkem a dusíkem ve vzduchu a vodu rozkládá za vzniku fluorovodíku. Proud fluoru na pokožce účinkuje jako plamen - okamžitě způsobuje puchýře a hluboký popáleniny. Většina látek se ve fluoru sama vzněcuje, dokonce i písek nebo práškový sklo. Plamen vodíku a fluoru svítí jako acetylénovej plamen a generuje laserový modrofialový světlo.
Chlor je těžkej žlutej plyn, kterej po ochlazení suchym ledem zkondenzuje na brčálovou kapalinu. Neni tak reaktivní jako fluor, ale už při krátkým vdechnutí způsobuje dusivej kašel a otok plic - následky přetrvávaj řadu měsíců. Ve styku s chlorem se všechno buď rychle odbarví, zrezne nebo rozpadne, ve vodě se rozpouští na žlutej roztok, kterej se na světle pomalu rozkládá. V atmosféře chloru většina kovů hoří a jeho směs s vodíkem na slunečním světle exploduje.
Bróm je tmavohnědá olejovitá kapalina s kovovym leskem, uvolňuje spoustu oranžovejch par protože těká při 60 ºC, barví a rychle leptá do hloubky pokožku. Dejchat se rozhodně nedá, ale podráždění většinou rychle odezní, plyn se drží při podlaze. Není tak reaktivní jako chlor, ale třeba hliníkový hobliny v bromu samy chytnou a hořej na hladině podobně jako třeba draslík ve vodě. Hodně se používá v organický chemii, protože se dá dávkovat jako kapalina a je s ním lehčí práce, než s chlorem.
Jod tvoří kovově lesklý šupinky, ze kterých se uvolňujou při zahřátí fialový páry, který po ochlazení zase vytvořej rovnou krystaly (sublimace). Štiplavě páchnou a způsobujou dlouhotrvající rýmu. Jód není moc reaktivní, ale třeba směs jódu a hliníkovejch pilin se na vzduchu po několika minutách sama zapaluje. Jodový páry pokrejvaj stříbrnou destičku vrstvou jodidu, která se dá po osvětlení vyvolat parama rtuti - na osvětlenejch plochách se nachytá rtuť a udělá zrcátko (tak byla vynalezená fotografie). S čpavkem jod dělá výbušnej jododusík.
Beryllium je nepřijemnej kov díky tomu, že jeho oxid je prudce jedovatej a způsobuje chronický onemocnění plic - tzv. berylliozu. Jinak je to z konstrukčního hlediska ideální jen poněkud drahej materiál, protože je pevnější než hořčík, ale ještě o polovinu lehčí. Dá se dobře leštit a i jinak hodně připomíná hořčík, jen se o trochu snáze oxiduje. Horský kolo z beryllia by vážilo jen pár kilo, ale stálo by několik set tisíc. Protože sou sou jádra beryllia lehký, dobře zachytávaj neutrony a toho se využívá v atomový energetice.
Hořčik je celkem známej kov, ve formě slitiny s hliníkem (dural) se používá jako lehkej konstrukční materiál ve letectví a stavebnictví. Jméno má od hořký chuti síranový soli (hodně jí obsahuje minerální voda šaratice). Jemně nastrouhaný hořčíkový hoblinky nebo fólie jde zapálit a pak hořej krásně bílým svítivým plamenem. Vysoká teplota hoření (přes 3000 ºC) je způsobená tím, že se vzniklej oxid netěká a tak se reakční teplo nemá kam rozvést, horčíkoej prášek se proto taky používá jako přísada do raketovejch paliv a vojenskejch zápalnejch látek. Směsi hořčíku s železnejma okujema po zapálení vyredukujou kapalný železo a používaly se pro svařování kolejí (termit).
Vápník by byl asi jeden z nejlevnějšch konstručních kovů, protože je v přírodě hodně rozšířenej - problém je, že se na vzduchu rychle oxiduje (jeho oxid se rozpouští ve vodě na hašený vápno a tak koroze rychle postupuje dál. Je taky o dost měkčí, než hořčík a tak je tenhle kov v technice k ničemu. Dá se taky zapálit a hoří pěkně oranžovým plamenem. Jeho sloučeniny (vápno, vápenec, sádra) se hodně používaj ve stavebnictví.
Stroncium je narůžovělej kov, ve vodě se rychle rozpouští. Hoří krásnym purpurovým plamenem a jeho soli se přidávaj do ohňostrojů, používa se taky v luminoforech.
Barium je lesklej kov, ale na vzduchu se rychle potahuje šedou vrstvou suboxidu, jako olovo. Ve vodě se rychle rozpouští jako za vývoje vodíku jako šumák. Sloučeniny baria sou jedovatý, ale kaši ze síranu barnatýho vám daj sníst při rentgenování žaludku bez rizika, protože je málo rozpustná ve vodě. Barium absorbuje hodně rentgenový paprsky a tak zviditelní trávicí trakt.
Rádium objevila Marie Curie v uranový rudě z českýho Jáchymova, kde vzniká radioaktivním rozpadem z uranu - je ho tam teda hrozně málo, ale je radioaktivnější než uranová ruda samotná. Koncentrovaný rádium vzhledem připomíná olovo a je radioaktivní tak, že po několika hodinách udělá na kůži puchejře. Kdysi se s ním ozařovaly nádory konečníku - ampule s rádiem se zaváděla denně na několik minut do zadnice, dokud nádor nevodumřel (nádorový buňky se rychle množej a proto sou na radioaktivní záření citlivější, než normální).
Alkalický kovy lithium, sodík, draslík, rubidum a cesium z pečlivě udržovaný sbírky prvků. S trochou cviku je od sebe rozeznáte na první pohled.
Lithium je začernalý, což je způsobený povlakem hnědýho nitridu (na rozdíl od ostatních akalickejch kovů totiž nereaguje jen s vlhkostí a kyslíkem, ale i dusíkem, což je průser, protože jakmile začne žhnout, už ho jen tak neuhasíte. Lithiovej aerosol tudíž reaguje se všema složkama vzduchu a funguje jako tzv. vakuová puma. Na rozdíl od ostatních prvků se s ním tedy musí pracovat pd argonem. Lithium je taky nejlehčí kov a plave i v petroleji, což trochu komplikuje jeo přechovávání za nepřístupu vzduchu. Vysoká afinita lithia ke kyslíku způsobuje, že roztavený lithium je schopné ho odebírat třeba i z takových látek, jako je sklo nebo keramika - roztavené lithium nelze hasit ani pískem, protože s ním vlastně vznikne termit a propaluje se i betonovou podlahou. Pokus o uhašení suchým sněhem končí akorád vznikem uhlíkovejch sazí a ještě prudší reakcí za vývoje oslnivě červenýho plamene. Lithium je o něco měkší než olovo a s vodou reaguje pomaleji, než ostatní alkalické kovy, protože vznikající hydroxid není ve vodě moc rozpustnej.
Sodík má na čerstvým řezu lehce žlutorůžovej lesk, je o hodně měkčí než lithium a na rozdíl od lithia s vodou reaguje bouřlivě - reakce většího množství než fazole s vodou končí pravidelně explozí v okamžiku, kdy se roztavenej kov rozptýlí. Na vzduchu jej lze zapálit a sodíkový páry přitom doutnaj jasně svítivým žlutým plamenem.
Dralík má zřetelně modrofialovej nádech a je to prevít, protože na vlhkým vzduchu se samovolně vzněcuje a hoří vysokým prskajícím fialovým plamenem. Reakce s vodou končí explozí vždycky i v sebemenším množství. Draslík sice nereaguje tak energicky s organickými látkami jako lithium, ale je zase mnohem reaktivnější vůči organickým látkám, které zuhelnaťuje. Plasty s obsahem halogenů (teflon, PVC) s draslíkem reagují explozívně, proto se draslík nesmí přechovávat v teflonu a ze stejného důvodu nejde draslík hasit freony. Jeho slitina se sodíkem je kapalná a používá se jako chladicí médium v rychlejch reaktorech.
Rubidum má nažloutlý nádech a výše uvedené o draslíku o něm platí dvojnásob. Je měkké jako plastelína a na vzduchu se okamžitě vzněcuje, s vodou exploduje. Na parách rubidia ochlazenejch v hlubokým vakuu kombinací laseru a magnetickýho pole byl poprvé připravenej bosonovej kondenzát.
Cesium je zlatožlutý kov konzistence vazelíny a v ampuli ho roztavíte teplem ruky. Protože je ¨současně dost těkavý, de ho ve vyvakuované ampuli přesublimovávat lehkým zahřátím z místa na místo. Pokoušet se o jeho přechovávání na vzduchu nemá smysl, i pod vrstvou petroleje se rychle zoxiduje. Cesium se hodně používalo ve fotočláncích, protože se z něj světlem nejsnáze vyrážejí elektrony. Cesium je vlastně ani neni pořádnej kov - je to spíš taková pasta z elektronů - ty mají snahu se z cesia pod sebemenší záminkou uvolnit.
Všechny alkalické kovy se rozpouštějí v kapalným čpavku i v některých organických rozpouštědlech a solvatované elektrony se přitom uvolňují do kapaliny jako tmavočerný inkoustový roztok. Roztoky nejsou moc stálé, ale pokud se čpavek zase odpaří, získá se pěkně lesklé zrcátko. Roztoky elektronů mají silné redukční účinky a většinu organických látek okamžitě zuhelnaťujou. Roztokama nebo parama sodíku se zkoušely redukovat organický odpady s obsahem polychlorovanejch bifenylů, který odolávaj vysokým teplotám ve spalovnách.
SRNKA [26.2.06 - 16:43 FTIPY]
