Periodická tabulka prvků je graficky zpracovaný soubor všech prvků uspořádaných důmyslně podle vlastností daných prvků. Největší zásluhu na sestavení její dnešní podoby má ruský chemik Dmitrij Ivanovič Mendělejev. Roku 1869 zjistil, že vlastnosti prvků, uspořádaných podle jejich atomové hmotnosti, se za nějaký čas vždy opakují. V tabulce dokonce vynechal místo pro prvky, které ještě nebyly známy. Až později, když byly objeveny protony, byl formulován periodický zákon, jehož grafickým vyjádřením je periodická tabulka prvků. Prvky tedy nejsou v tabulce uspořádány podle atomové hmotnosti, ale podle rostoucího protonového čísla.

Obr. 1 Periodická tabulka prvků a jejich využití

Periodický zákon: Vlastnosti prvků jsou periodicky závislé na rostoucím protonovém čísle.

Periodická tabulka má:

• 118 prvků
• 7 period
• 18 skupin

Periody:

Pod pojmem perioda chápeme v periodické tabulce vodorovnou řadu. Jednotlivé periody značíme čísly 1-7 nebo písmeny K-Q. Část šesté periody, která je zařazena pod tabulku, nazýváme lanthanoidy, protože jsou to prvky ležící za lanthanem. Část sedmé periody, která je taktéž pod tabulkou, nazýváme aktinoidy, protože jde o prvky ležící za aktiniem. A co nám číslo periody říká o prvku? Dává odpověď na otázku, kolik vrstev má daný atom ve svém obalu.

Skupiny:

Jako skupiny jsou v periodické tabulce označovány svislé sloupce. Prvky v jednotlivých skupinách mají podobné vlastnosti. Každá skupina má své číslo 1-18. Sloupce lanthanoidů a aktinoidů se jako skupiny neoznačují. Dříve byly rozlišovány hlavní a vedlejší skupiny, které se číslovaly římskými čísly. Hlavní skupiny měli označení A, vedlejší B.

Některé skupiny mají také svůj název:

A co nám o prvku říkají římské číslice skupin? Určují nám, kolik má prvek valenčních elektronů. U hlavních skupin označených písmenem A nám také římské číslo skupiny udává maximální možné oxidační číslo prvku.

Pokud se pozorně podíváte na starší označení skupin periodické tabulky, všimnete si, že VIII. B skupina je v tabulce třikrát. Jak je to možné? Je to proto, že všech těchto devět prvků má velice podobné vlastnosti. Nejpodobnější jsou si vždy 3 prvky na jednom řádku, pro které je zavedeno zvláštní označení:

• Fe, Co, Ni – triáda železa,
• Ru, Rh, Pd – triáda lehkých platinových kovů,
• Os, Ir, Pt – triáda těžkých platinových kovů.

Dvě různé tabulky?

Existují dvě formy periodické tabulky – krátká a dlouhá periodická tabulka. Z praktických důvodů se více využívá krátká periodická tabulka, kde jsou lanthanoidy a aktinoidy až pod periodickou tabulkou, čímž se tabulka podstatně zkrátí.

Obr. 2 Dlouhá tabulka prvků

Obr. 3 Krátká tabulka prvků – kovy(zeleně), polokovy(fialově), nekovy(růžově), plyny(žlutě), kapaliny(oranžově)

Trendy v periodické tabulce:

Proč je tedy tabulka pro chemika tak důležitá? Je to proto, že v ní platí mnoho zákonitostí. Některé z nich jsou vidět na obrázku 4. A které zákonitosti to tedy jsou?

• Elektronegativita roste v periodě směrem doprava a ve skupině směrem nahoru. Elektronegativita je schopnost atomu poutat k sobě vazebné elektrony. Největší elektronegativitu má fluor.

• Ionizační energie roste v periodě směrem doprava a ve skupině směrem nahoru. Ionizační energie je energie, kterou je potřeba dodat, aby vznikl kladný ion.

• Poloměr atomu v periodě směrem doprava klesá, protože rostou přitažlivé síly jádra, které pak drží obal atomu více u jádra, a ve skupině roste směrem dolů, protože se zvyšuje počet vrstev v obalu atomu.

• Směrem z levého dolního rohu do pravého horního rohu tabulky roste nekovový charakter, to znamená, že kovy jsou v tabulce vlevo (kromě vodíku), postupně přechází v polokovy, poté nekovy a nakonec plyny. To je barevně vyznačeno v krátké i dlouhé tabulce (obrázek 2 a 3).

• Oxidační čísla rostou v periodě zleva doprava. Prvky více vlevo mají tendenci vyskytovat se spíše v kladných oxidačních číslech, prvky napravo tvoří mnoho sloučenin se zápornými i s kladnými oxidačními čísly. Například sodík má ve sloučenině vždy oxidační číslo +I, síra může mít oxidační čísla v rozmezí –II až +VI.

• Redoxní vlastnosti se také v tabulce mění. Prvky nalevo jsou většinou redukční činidla, prvky napravo jsou spíše oxidační činidla.

Kyselý charakter roste v periodě směrem doprava, ve skupině směrem nahoru. Prvky vlevo v tabulce tvoří zásadité oxidy a hydroxidy, prvky vpravo v tabulce tvoří kyselé oxidy a kyseliny.

 

Obr. 4 Trendy v periodické tabulce prvků

Literatura:

1. https://elements.wlonk.com/Elements_Pics_11x8.5.pdf
   
2. Iazul. Tabla-actual-alargada.png. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tabla-actual-alargada.png. Tento obrázek je publikován pod licencí Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
3. DarkZealot89. Periodic_trends.jpg. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Periodic_trends.jpg. Tento obrázek je publikován pod licencí Public domain.
4. http://www.tabulka.cz/historie_tabulky.asp
5. http://www.ucseonline.cz/chemie/periodicka-soustava-prvku/

Celý svět je opravdu složen z atomů. Atom každého prvku vypadá trochu jinak, proto mají různé prvky různé vlastnosti. Každý atom má dvě části – obal a jádro. Jádro atomu je velice malé, ale díky vysoké hustotě velice těžké. Obal atomu je zase poměrně veliký, velice lehký a skládá se z vrstev (slupek), které mají různou energii. Nejmenší energii má vrstva nejblíže u jádra. Nejvyšší energii má poslední vrstva, tedy vrstva nejdále od jádra, které se říká valenční vrstva. Každý atom je složen ze tří typů ještě menších částic, které nazýváme:

• protony,
• elektrony,
• neutrony.

Protony jsou kladné částice umístěné v jádře. Každý prvek v periodické tabulce prvků má jiný a stále stejný počet protonů. Například atom železa má vždy 26 protonů v jádře. Neutrony jsou částice, které nemají náboj, jsou tedy neutrální. Najdeme je také v jádře atomu. Elektrony jsou částice, které mají záporný náboj a nacházejí se ve slupkách obalu atomu. Jsou mnohem lehčí než protony a neutrony. Pro každý atom platí, že počet protonů v jádře je stejný jako počet elektronů v obalu atomu. V atomu je tedy stejný počet kladných a záporných částic, proto je každý atom bez náboje. Jednotlivé vrstvy elektronového obalu jsou obsazovány elektrony dle určitých pravidel postupně, od vrstvy s nejnižší energií. Elektrony umístěné v energeticky nejvyšší vrstvě se nazývají valenční a určují chemické vlastnosti prvku.

Triacylglyceroly jsou významné sloučeniny. Přijímáme je v potravě a potřebujeme je při přípravě jídla. Setkáváme se s nimi ale také například v přípravcích na ošetření kožených věcí.

Triacylglyceroly vznikají reakcí zvaná esterifikace. Jedná se o chemickou reakci trojsytného alkoholu glycerolu a tří molekul vyšších mastných kyselin. Reakce je zaznamenána na obrázku 2, kde je vidět i obecná struktura vzniklého acylglycerolu.

Obr. 1 Esterifikace – vznik triacylglycerolu

 

V případě, že zrovna sedíš u televize a jíš brambůrky, nemá tělo energii k čemu využít. Energie je proto použita na tvorbu zásob tuků na horší časy. Nejprve se vytvoří glycerol a mastné kyseliny. Enzymy zvané acyltransferazy umožní esterifikaci a triacylglycerol je na světě. Ukládá se v adipozních buňkách a čeká, až bude tělo potřebovat energii a rozštěpí ho.

Obr. 2 Tučná potrava

Pevný tuk nebo olej?

Co rozhoduje o tom, jestli bude triacylglycerol pevný nebo kapalný? Olej dostaneme v případě, že součástí molekuly triacylglycerolu je vyšší mastná kyselina, která obsahuje alespoň jednu dvojnou vazbu. Pokud jsou všechny vazby mezi uhlíky vyšších mastných kyselin jednoduché, říkáme, že vyšší mastné kyseliny jsou nasycené, a vzniklý triacylglycerol bude pevný.

Obr. 3 Molekula pevného triacylglycerolu vytvořeného esterifikací glycerolu, dvou molekul kyseliny stearové a jedné molekuly kyseliny palmitové

Mýdlo:

Na první pohled se zdá, že tuk a mýdlo nemají nic společného. To je ale veliký omyl. Triacylglycerol totiž velice dobře reaguje s hydroxidem. Tuto reakci nazýváme zmýdelnění. Hydroxid rozštěpí triacylglycerol na glycerol a tři molekuly alkalických solí vyšších mastných kyselin. Mýdlo je tedy zesíťovaná alkalická sůl vyšší mastné kyseliny, nejčastěji sodná nebo draselná. Výrobou mýdla z hydroxidu sodného získáme tuhá mýdla, při použití hydroxidu draselného tekutá mýdla. Reakce je znázorněna na obrázku 4. Pozor, zmýdelnění je dobře patrné i na kůži polité hydroxidem! 

Obr. 4 Mýdlo

Literatura:

1. Max Slowik. Crown Burger Plus hamburger and fries.jpg. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Crown_Burger_Plus_hamburger_and_fries.jpg. Tento obrázek je publikován pod licencí Creative Commons.
2. http://chemie3d.wz.cz/models.php?id=62
3. http://cs.wikipedia.org/wiki/Lipidy
4. http://cs.wikipedia.org/wiki/Triacylglycerol
5. www.lf2.cuni.cz/Ustavy/biochemie/vyuka/anabol.ppt
6. www.vscht.cz/anl/oppa-sem-bio/PDFs/II_5_OPPA.pdf

Drahé kovy je skupina kovů, mezi které patří zlato, stříbro, platina, palladium a rhodium. Jsou to kovy, jejichž výskyt je v zemské kůře vzácný, proto jsou také velmi drahé. Mezi další charakteristické vlastnosti těchto kovů patří velmi vysoká hmotnost, mechanická odolnost a elektrická vodivost. Hlavní využití těchto kovů je tedy v elektrotechnice, zdravotnictví, klenotnictví a v obchodu. Dnes se již neobchoduje se zlatými mincemi, ale se zlatými ingoty, které mají přesně stanovenou hmotnost kovu. Také banky a státy mají některé své peníze uloženy v podobě zlatých cihliček.

Směs vzniká smícháním dvou nebo více chemicky čistých látek, kterými je buď chemický prvek, nebo sloučenina. Chemické prvky jsou zapsány v periodické tabulce prvků a každý má svoji značku. Chemická sloučenina se skládá ze známého množství více různých chemických prvků a my ji dokážeme zapsat chemickým vzorcem. Například sloučenina s chemický vzorcem H₂SO₄ se nazývá kyselina sýrová a jedna její molekula se skládá přesně ze dvou atomů vodíku, jednoho atomu síry a čtyř atomů kyslíku. Pokud si vezmeme směs bramborový salát, bude se jednat o bramborový salát, i když do něj přidáme třeba o tři kuličky hrášku víc. Během vzniku směsi nedochází k vytváření nebo zániku chemických vazeb, proto se nejedná o chemický děj.

Obr. 1 Popelka v chemii?

Dělení směsí:

Směsi dělíme na tři velké kategorie, a to podle velikosti částic, ze kterých se skládají. Jsou to heterogenní směsi, koloidní směsi a homogenní směsi.

1. Heterogenní směsi

Jedná se o směs, která se skládá z částic větších než 1·10^-7 m. Jednotlivé složky směsi pozorujeme okem nebo lupou. V různých částech heterogenní směsi je různé složení, které není přesně definováno. Právě proto také nazýváme tyto směsi jako heterogenní, protože hetero- znamená různý. Příklady heterogenních směsí jsou například již zmíněný bramborový salát, směs na přebírání pro Popelku, ale také například horniny, kouř, dým, pěna a další. Tuto velmi širokou skupinu heterogenních směsí dále dělíme na čtyři podskupiny podle skupenství:

• suspenze – pevná látka v kapalině (mouka v mléce, písek ve vodě),
• emulze – směs dvou nemísitelných kapalin (olej ve vodě, krémy),
• pěna – plyn v kapalině nebo pevné látce (pěnový polystyren, vaječný sníh),
• aerosol – dělíme na mlhu (kapalina v plynu) a dým (pevná látka v plynu).

Obr. 2 Pěna na mořském břehu

2. Koloidní směsi

Velikost jednotlivých částic koloidní směsi je 1·10^-7 – 1·10^-9 m. Částice této směsi už lze pozorovat pouze pod dobrým mikroskopem, už nám nepostačí ani lupa. Díky této velikosti částic dochází v koloidních směsích k některým zvláštním efektům, jako například k rozptylu světla. Tento jev se nazývá Tyndallův efekt. Že vůbec nevíš, o čem mluvím? Nesmysl, určitě jsi to už někdy viděl. Představ si, že se už setmělo, mrholí, padá mlha a ty pozoruješ pouliční lampu a vidíš kužel jejího světla. A to je přesně ono. Světlo se odráží od částic koloidní směsi a vytváří viditelný kužel.

Obr. 3 Tyndallův efekt

3. Homogenní směsi

Protože velikosti částic těchto směsí jsou velice malé, označujeme směs jako homogenní, protože předpona homo- znamená podobný. Jedná se tedy o směsi, které se skládají z částic menších než 1·10^-9 m. Tyto směsi mají přesně definované složení. Také tuto skupinu směsí dělíme podle skupenství, a to na:

• pevné – slitiny kovů, ocel, sklo,
• kapalné – nazývané také roztoky – ropa, benzín, minerální vody,
• plynné – vzduch, zemní plyn.

Obr. 4 Slitiny: mosazná kostka

Literatura:

1. NobbiP. DBPB 1965 266 Aschenputtel.jpg. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DBPB_1965_266_Aschenputtel.jpg?uselang=cs. Tento obrázek je publikován pod licencí Creative Commons.
2. Elena Campos Cea. Sea foam on the shore.jpg. https://www.flickr.com/people/photo_sintesis/. Tento obrázek je publikován pod licencí Creative Commons Attribution 2.0 Generic.
3. http://amper.ped.muni.cz/light/texty_html/2lampy/cl6jh.html
4. Splarka. Brass.JPG. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Brass.jpg. Tento obrázek je publikován pod licencí Public domain.
5. http://www.e-chembook.eu/cs/smesi
6. http://cs.wikipedia.org/wiki/Sm%C4%9Bs
7. http://www.zschemie.euweb.cz/smesi/smesi2.html

Kyselina je látka, která se ve vodě rozpadá na vodíkový kationt (proton H⁺) a aniont, který je tvořen zbytkem z kyseliny. Jev, kdy se látka ve vodě rozpadá na ionty, označujeme jako disociace. Čím snadněji se od kyseliny vodíkový kationt odděluje, tím je kyselina silnější. Zásada zase ve vodě přijímá vodíkové kationty. Z molekuly zásady bez náboje se tak stává kationt. Tento jev se nazývá asociace.

Aby se dalo porovnat, která kyselina (zásada) je silnější, byla zavedena veličina K_a (pro zásadu veličina K_b), která se nazývá disociační konstanta kyseliny (zásady). Každá kyselina a zásada má svoji disociační konstantu a najdeš ji v tabulkách. Čím větší disociační konstanta, tím se kyselina nebo zásada lépe rozpadá na ionty a je tedy silnější.

V souvislosti s kyselinami a zásadami se můžeš setkat s dalším důležitým pojmem, a to je pH. Hodnota pH nabývá hodnot 0 až 14 a platí, že čím je hodnota pH nižší, tím je roztok kyselejší. Pokud má vodný roztok pH = 7, není ani kyselý, ani zásaditý a nazýváme ho neutrální. Stupnice pH je velmi používaná.

Obr. 1 Co je kyselé a co zásadité?

Změřit pH roztoku můžeme pomocí pH-metru se skleněnou elektrodou. Tu ponoříme do roztoku a na displeji pH-metru se nám ukáže hodnota pH. Jinou metodou, ovšem spíše orientační, je měření pH pomocí acidobazických indikátorů.

Acidobazický indikátor je látka, která při určité hodnotě pH mění svou barvu. Z jeho názvu můžeme vyčíst, že rozlišuje mezi kyselinou (= acid) a zásadou (= báze). Indikátorů existuje velmi mnoho. Nejvýhodnější je použití směsi indikátorů, protože v každé hodnotě pH mají jinou barvu.

Nejsnáze určíme pH pomocí papírku napuštěného acidobazickým indikátorem. Takový papírek je vyfocený na obrázku 2. Papírek se ponoří do roztoku, vytáhne a zbarvení papírku se porovná s barevnou stupnicí pH na krabičce.

Obr. 2 Papírky pro určování pH

Roztok indikátoru si můžeš vyrobit i doma, a to z červeného zelí. Červené zelí totiž obsahuje látky, jejichž barva je závislá na pH prostředí. Tyto látky se nazývají antokyany. Pokud se šťáva ze zelí dostane do kontaktu se silnou kyselinou, zbarví se do červena. Se silnou zásadou poskytne lahvově zelenou barvu. Na to, jak se barva šťávy z červeného zelí mění po přidání roztoků s různým pH, se můžeš podívat na obrázku 3.

A jak si takový indikátor vyrobit? Povařte asi 10 minut několik listů obraných z hlávky červeného zelí v půl litru vody. Po vychladnutí přelejte trochu roztoku do několika skleniček. Do každé skleničky můžete přidat jiný roztok (tekuté mýdlo, ocet, citrónovou šťávu, jar, jedlá soda…) a pozorovat zbarvení indikátoru ve skleničce. Na základě porovnání vzniklé barvy a barevné řady na obrázku 3 můžete určit, jaké pH asi daný roztok má.

Obr. 3 Indikátor šťáva z červeného zelí – barevná stupnice pH

Literatura:

1. Birgit Lachner. Säuren und Laugen - PH Skala Universalindikator.png. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:S%C3%A4uren_und_Laugen_-_PH_Skala_Universalindikator.png. Tento obrázek je publikován pod licencí Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
2. AbcdKolya. Universal PH indicator.jpg. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Universal_PH_indicator.jpg. Tento obrázek je publikován pod licencí Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
3. V. Belkhir. Indicateur acnantes ind114.jpg. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Indicateur_acnantes_ind114.jpg. Tento obrázek je publikován pod licencí Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
4. http://www.zschemie.euweb.cz/latky/latky20.html
5. http://www.enviroexperiment.cz/chemie-stredni-skola/indikator-ze-zeli
6. http://www.wikiskripta.eu/index.php/PH
7. http://dum.rvp.cz/materialy/kyselost-a-zasaditost-vodnych-roztoku.html

Radioaktivita je přeměna jádra prvku na jádro jiného prvku za současného uvolnění velkého množství energie v podobě neviditelného záření (tzv. radioaktivní záření), které je pro člověka nebezpečné. Rozlišujeme přirozenou a umělou radioaktivitu.

Přirozená radioaktivita je charakteristická vlastnost nestabilních nuklidů prvků, které se samovolně přeměňují na prvky stabilnější s menším počtem kladně nabitých částic v jádře - protonů.

Umělá radioaktivita je vyvolaná vnějším vlivem, například bombardováním daného prvku a-částicemi. Tím dostane prvek energii, která je pro něj moc velká, a proto se rozpadá na jiný prvek a přebytečnou energii vyzáří. A pokud nevíš, co jsou to a-částice, tak si pamatuj, že to jsou heliová jádra (mají 2 kladné protony a 2 nenabité neutrony).

Druhy radioaktivního záření:

• a-záření je záření, které je nejslabší a také nejpomalejší a zastaví ho i list papíru. Toto záření tvoří a-částice, tedy jádra helia (záření má kladný náboj).
• b-záření je už silnější záření, které zastaví například deska hliníku o tloušťce 1 mm. Je asi stokrát intenzivnější než a-záření a je tvořeno proudem elektronů (má záporný náboj).
• γ-záření je nejpronikavějším a pro člověka nejvíce nebezpečným zářením. Toto záření zastaví pouze tlustá vrstva olova nebo jiného kovu s velkou hustotou. Čím tlustší bude vrstva kovu, tím méně záření skrz kov projde. Toto záření nemá žádný náboj. Je to proud fotonů – světelných částic.

Objevením radioaktivity se lidem otevřely dveře do dosud nepoznaných oblastí. Díky tomuto objevu se mohly začít rozvíjet jaderné elektrárny, které využívají tu obrovskou energii uvolněnou po přeměně jádra prvku na jiný prvek k zahřátí vody na páru a poté k výrobě elektřiny. Další oblast, kde se radioaktivita hojně využívá je léčba rakoviny. Ozařováním škodlivých rakovinových buněk dochází k jejich ničení. Bohužel jsou současně ničeny i buňky zdravé. Radioaktivita se také používá při rentgenování. Aby nebylo ozářeno celé naše tělo, nasazují nám lékaři těžkou vestu, ve které je olovo. Olovo záření pohltí a to už nám neublíží.

Obr. 1 Bezpečnostní složky v protiradiačních oblecích

Všechny vynálezy na světě, které jsou pro člověka dobré, mají ale i své temné stránky. Pokud například dojde k narušení jaderné elektrárny, dojde k zamoření veliké oblasti radioaktivním zářením. V této oblasti je nebezpečné zůstávat, protože dochází k vážnému porušení lidského zdraví. Radioaktivita se také může stát a stává velmi mocnou zbraní v rukou různých států - např. atomové bomby, které při druhé světové válce roku 1945 svrhly Spojené státy americké na japonská města Hirošimu a Nagasaki. Následky tak otřásly Japonskem, že ukončilo válku. Zemřelo asi čtvrt milionu lidí a ještě několik desetiletí se jako důsledek ozáření rodily postižené děti.

Výstražné symboly pro radioaktivitu:

Obr. 2 Mezinárodní výstražný symbol označující radioaktivní materiál

Obr. 3 Nový doplňkový výstražný symbol ionizujícího záření (platný od roku 2007)

Proč je radioaktivita pro lidi nebezpečná?

Pokud je člověk vystaven radioaktivnímu záření, dochází k poškození DNA, která určuje dědičný kód. To může být příčinou rakoviny nebo narození postiženého dítěte, protože poškozená DNA určuje vznik špatných buněk.

Literatura:

1. Torsten Henning. D-W005 Warnung vor radioaktiven Stoffen oder ionisierenden Strahlen ty.svg. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:D-W005_Warnung_vor_radioaktiven_Stoffen_oder_ionisierenden_Strahlen_ty.svg. Tento obrázek je publikován jako volné dílo.
2. Yann. Logo iso radiation.svg. http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Logo_iso_radiation.svg. Tento obrázek je publikován jako volné dílo.
3. U.S. Navy. US Navy 040422-N-5821W-001 Italian firefighters dressed in chemical, biological, radiological (CBR) suits set up a perimeter of warning signs.jpg. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:US_Navy_040422-N-5821W-001_Italian_firefighters_dressed_in_chemical,_biological,_radiological_(CBR)_suits_set_up_a_perimeter_of_warning_signs.jpg?uselang=cs. Tento obrázek je publikován jako volné dílo.
4. http://cs.wikipedia.org/wiki/Atomov%C3%A9_bombardov%C3%A1n%C3%AD_Hiro%C5%A1imy_a_Nagasaki‎
5. http://www.e-chembook.eu/cz/obecna-chemie/radioaktivita#Vyuziti_radioaktivity
6. http://cs.wikipedia.org/wiki/Radioaktivita
7. http://www.iradontest.cz/proc-je-radiace-nebezpecna.html

Roztok je směsí rozpouštědla, kterého je v roztoku více, a rozpuštěné látky, které je méně. Tato směs je homogenní, to znamená, že její složení není vidět okem a dokonce ani pod mikroskopem; velikost jednotlivých částic směsi je totiž menší než 1*10^-9 m. Značka pro roztok je kolečko s tečkou uvnitř - ʘ.

Rozpouštědlo:

Rozpouštědla jsou velmi potřebné látky, se kterými se setkáváme i v běžném životě. Nejzákladnějším rozpouštědlem je voda, a pokud je v ní rozpuštěná nějaká látka, mluvíme o vodném roztoku. Mezi další rozpouštědla patří například benzín, ethanol, aceton a další. Každé rozpouštědlo má jiné vlastnosti, díky kterým rozpouští jiné látky. Například kalhoty umazané od asfaltu můžeme zkoušet vyprat ve vodě, jak chceme, a stejně se to nepovede. Pokud je ale zkusíme vyčistit benzínem, půjde to lehce. Stejně tak nehty odlakovat vodou nepůjdou, ale odlakovačem, který obsahuje aceton nebo jiné rozpouštědlo, ano.

Nejdůležitější vlastností, která ovlivňuje rozpustnost, je podobnost polarity rozpouštědla a rozpouštěné látky. Čím je podobnost polarit větší, tím je rozpouštění snadnější. A co je polarita? Je to vlastnost vyvolaná nerovnoměrným rozdělením elektronů tvořících vazbu mezi atomy. Elektrony nejsou stejně vzdáleny od obou atomů, mezi kterými tvoří vazbu. Kvůli odlišné elektronegativitě (=schopnost poutat k sobě elektrony) jsou vazebné elektrony blíž atomu, který má větší hodnotu elektronegativity. Říkáme, že vazba je polární, pokud je rozdíl hodnot elektronegativit atomů větší než 0,4. Jestliže molekula má některou vazbu polární, pak ji také tak označujeme. Polarita molekul určuje do značné míry fyzikální a někdy i chemické vlastnosti látek. Rozpouštědla tedy dělíme na polární (alkoholy, kyseliny, voda,…) a nepolární (uhlovodíky, ethery…).

Obr. 1 Vzorek acetonu

Rozpuštěná látka:

V rozpouštědle může být rozpuštěn plyn, jiná kapalina i pevná látka. Pokud se bude rozpouštět pevná látky, bude rychlost rozpouštění záviset na velikosti krystalů (čím menší, tím lepší), intenzitě míchání (čím větší, tím lepší), na teplotě (u většiny látek s rostoucí teplotou roste jejich rozpustnost), a na zvoleném rozpouštědle. Schválně zkuste ověřit, zda to platí - jestli se bude lépe rozpouštět cukr v horké vodě nebo ve studené, při míchání nebo bez míchání a jestli se dříve rozpustí cukr moučkový nebo krystal. Pokud se ale bude rozpouštět plyn, bude jeho rozpustnost s rostoucí teplotou klesat a rozpustnost bude záviset i na tlaku (čím větší tlak, tím větší rozpustnost)! Pokud rádi pijete vodu se šťávou, pak neděláte nic jiného, než že rozpouštíte kapalinu (sirup) ve vodě. Příkladem pro rozpouštění plynu ve vodě je třeba perlivá minerálka, která obsahuje rozpuštěný oxid uhličitý.

Rozpustnost je hodnota udávající buď jaké nejvyšší množství dané látky lze rozpustit v určitém množství daného rozpouštědla, nebo jaké nejvyšší množství dané látky lze rozpustit za vzniku určitého množství roztoku. Je to tedy koncentrace nasyceného roztoku této látky za daných podmínek. Tyto podmínky je zapotřebí vždy uvádět spolu s údajem o rozpustnosti, jinak je tento údaj bezcenný. Hodnotu rozpustnosti látky v rozpouštědle za daných podmínek najdeme v tabulkách.

Nenasycený roztok je roztok, který obsahuje méně látky než roztok nasycený.

Nasycený roztok je roztok, ve kterém se za daných podmínek již další látka nerozpouští.

Přesycený roztok je roztok, který obsahuje za daných podmínek více látky, než udává rozpustnost. Je nestabilní a rychle se sráží.

Čistá voda a destilovaná voda:

Nakonec si odpovíme na otázku, jak je to vlastně s vodou. Je voda, která nám doma teče z kohoutků, čistá látka nebo je to roztok? Tato voda je zdravotně nezávadná a obsahuje mnoho různých iontů, které našemu tělu nevadí a naopak mu spíše prospívají. Jsou to sodné, vápenaté, hořečnaté, draselné, železnaté, chlorité ionty… Takže pokud jste odpověděli, že voda z vodovodu, stejně jako třeba voda z minerálních pramenů, která je na ionty ještě bohatší, je roztok, měli jste pravdu.

Obr. 2 Minerální pramen v Karlových Varech

Existují však další druhy vody, ze kterých se veškeré ionty schválně odstraňují. Mezi ně patří i destilovaná voda, která byla několikrát destilovaná, aby se zbavila rozpuštěných minerálních látek. Destilovaná voda je stejně jako běžná voda bezbarvá kapalina bez chuti a zápachu. Je ale nevodivá, protože už neobsahuje ionty, které by vedly elektrický proud. Za normálního tlaku 101 kPa má teplotu tání 0 °C a teplotu varu 100 °C.

Mohla by vás napadnout otázka, jestli by tedy nebylo lepší a zdravější pít destilovanou vodu, když je čistší. Opak je pravdou. Pravidelné pití této vody, nebo příjem většího objemu destilované vody je nebezpečný – poškozuje střevní sliznice, díky osmóze vyplavuje z těla minerální ionty, což vede ke snížení hladiny elektrolytů a k následným poruchám důležitých orgánů. Prvními příznaky jsou slabost, únava, bolest hlavy, poruchy srdečního rytmu či svalové křeče.

Literatura:

1. LHcheM. Sample of Acetone.jpg. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sample_of_Acetone.jpg. Tento obrázek je publikován pod licencí Creative Commons Uveďte autora-Zachovejte licenci 3.0 Česko.
2. Hedwig Storch. Karlsbad, Quelle Mlynsky, 56 grd C IMG 6478.JPG. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Karlsbad,_Quelle_Mlynsky,_56_grd_C_IMG_6478.JPG?uselang=cs. Tento obrázek je publikován pod licencí Creative Commons Uveďte autora-Zachovejte licenci 3.0 Česko.
3. http://www.petroleum.cz/vyrobky/rozpoustedla.aspx
4. http://www.ped.muni.cz/WCHEM/sm/hc/Rozpustnost.pdf
5. http://www.zschemie.euweb.cz/
6. http://cs.wikipedia.org/wiki/Destilovan%C3%A1_voda

Ropa je tmavě hnědá až černá olejovitá směs uhlovodíků (= sloučeniny složené pouze z uhlíku a vodíku), která obsahuje plynné, kapalné i rozpuštěné pevné látky. V ropě je často obsaženo i malé množství dalších prvků – síra, dusík nebo fosfor. Ropa vznikla rozkladem prehistorických živočišných i rostlinných zbytků vlivem tepla a tlaku. Ropa se vytváří i v dnešní době, pokud jsou splněny podmínky pro její tvorbu. Nová ropa je však těžší a obsahuje hodně kyslíku, síry a dusíku.

Zpracování ropy:

Umět získat z ropy co nejvíce látek, které je možné dále využít, je velmi důležitý, ale také náročný úkol. Ropa se zpracovává v rafineriích pomocí rektifikace (= frakční destilace), která je umožněna použitím tzv. kolony. Postupným zahříváním se získávají z ropy jednotlivé frakce, kterými jsou jednodušší směsi, které se odebírají a dále zpracovávají. Rektifikace probíhá ve dvou stupních – nejprve v atmosférické koloně, poté ve vakuové koloně.

• Atmosférická kolona je kolona, kde dochází k frakční destilaci díky zvýšené teplotě za atmosférického tlaku, tj. 101,3 kPa. Výsledkem jsou čtyři různé frakce (uhlovodíkové plyny, benzinová frakce, petrolejová frakce, plynový olej) a destilační zbytek, který se nazývá mazut.
• Vakuová kolona slouží pro rektifikaci mazutu. Za sníženého tlaku a zvýšené teploty se oddělují tři frakce (lehký, střední a těžký olej) a destilační zbytek nazývaný asfalt. Snížený tlak umožňuje získat frakce bez použití vysoké teploty, která by způsobila zničení látek.

Získané látky se dále zpracovávají krakováním. Pod tímto názvem se skrývá proces štěpení dlouhých řetězců látek získaných z ropy na řetězce kratší, které jsou více vhodné pro další zpracování.

Obr. 1 Schéma frakční destilace ropy

Ropné frakce:

• Uhlovodíkové plyny se využívají jako topné plyny (propan-butanové vařiče, LPG) nebo jako surovina pro chemický průmysl. Patří sem methan, ethan, propan a butan. Destilují se velmi snadno, a to při teplotě cca 30 °C.

• Benzinová frakce je velmi důležitá, neboť se využívá jako palivo do automobilů. Patří sem kapalné látky s pěti až jedenácti atomy uhlíku a jejich směsi. Tyto látky mají také využití jako ředidla a čistidla.

• Petrolejová frakce je opět směs látek, tentokrát s obsahem desíti až patnácti atomů uhlíku. Využívá se jako palivo pro letecké motory nebo se krakuje pro výrobu motorových benzinů.

• Plynový olej je směs alkanů, cykloalkanů a aromatických uhlovodíků, které mají v řetězci patnáct až dvacet čtyři uhlíků. Používají se na výrobu motorové nafty, nebo se krakují na kratší řetězce.

• Mazut je destilačním zbytkem z atmosférické kolony. Získávají se z něj lehké, střední a těžké oleje, které se využívají na výrobu mazacích olejů, parafinu nebo jako palivo, protože se krakuje na plynový olej.

• Asfalt je konečný zbytek při zpracování ropy frakční destilací. Používá se například na stavbu silnic nebo na výrobu nátěrových a izolačních hmot.

A proč pro ropu používáme název „černé zlato“?

Jistě budete souhlasit s tím, že zlato je velmi vzácné a drahé. Ropa je také velmi drahá a dnes čím dál víc vzácná a ten, kdo má ropu, je také velmi bohatý. Dnešní svět by bez ropy nemohl existovat tak, jak ho známe. Možná se to nezdá, ale ropa je všude, kam se podíváme. Získává se z ní totiž mnoho látek, které se dále používají ve všech oblastech našeho života. Při zpracování ropy vzniká asfalt, ale také například látky potřebné pro výrobu léků nebo konzervaci a dochucení potravin. Zkrátka ropa je opravdu „černým zlatem“. Musíme si jí vážit a šetřit s ní.

Obr. 2 Výrobky z ropy

Literatura:

1. Psarianos. Crude Oil Distillation.png. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Crude_Oil_Distillation.png. Tento obrázek je publikován pod licencí Creative Commons Uveďte autora-Zachovejte licenci 3.0 Česko.
2. http://www.petroleum.cz/ropa/
3. http://www.ropa.cz/
4. http://www.national-geographic.cz/detail/ropa-vladne-svetu-i-nasim-domovum-podivejte-se-co-vsechno-se-z-ni-vyrabi-40168/
5. http://geologie.vsb.cz/loziska/suroviny/vyuziti_ropy.html

Destilace je metoda, která umožňuje dělení kapalných látek s různými body varu – tedy různě těkavé látky. Pokud máme roztok dvou kapalin a každá z nich má výrazně jiný bod varu, bude se při zahřívání roztoku na teplotu mezi hodnotami bodů varu jednotlivých složek roztoku vypařovat mnohem více látky s nižším bodem varu. Vznikající pára odchází do chladiče, kde kondenzuje.

Tato metoda se uplatňuje v průmyslu zejména při zpracování ropy a v potravinářství při výrobě destilátů. Velké uplatnění má také v organické a analytické chemii.

Destilát: kapalina, která vznikne kondenzací vznikajících par

Jak zařízení pro jednoduchou destilaci vypadá?

• Zdroj tepla (kahan, kamna...)
• Uzavíratelná varná nádoba (v chemii destilační baňka s kulatým dnem, v palírně kotel, kam se přelije zkvašené ovoce z kvasné kádě)
• Chladič (trubice ochlazovaná studenou vodou nebo okolním vzduchem)
• Nádoba na destilát

Obr. 1 Destilační aparatura v laboratoři

Obr. 2 Stará destilační aparatura pro pálení alkoholu

Nejznámější druhy destilace:

• Jednoduchá destilace: viz výše.

• Destilace za sníženého tlaku: základem je poznatek, že s klesajícím tlakem klesá bod varu destilované látky. Používá se tedy na destilaci látek, které by se při své teplotě varu za normálních podmínek rozkládaly.

• Destilace s vodní parou: tímto způsobem je možné destilovat málo těkavé látky (s nízkým bodem varu), které se s vodou nemísí, nebo jsou v ní nepatrně rozpustné, aniž by bylo nutné zahřívat je na jejich bod varu. Při destilaci s vodní parou vycházíme z Daltonova zákona, který říká, že soustava dvou vzájemně nemísitelných kapalin destiluje při teplotě nižší, než odpovídá teplotě varu těkavější složky.

• Frakční destilace (rektifikace): se používá v případě, že oddělované látky nemají dostatečně rozdílný bod varu, nebo potřebujeme látky účinněji oddělit. Do aparatury pro destilaci zařazujeme kolonu. Na koloně dochází k opakovanému ustanovení rovnováhy mezi kapalinou a plynem. Dělená kapalná směs se zahřívá a mění se v páru, ve které převládá těkavější složka. Plynná fáze stoupající zespodu vzhůru kondenzuje na koloně a stéká dolů. Stoupající plynná fáze tak přichází opakovaně do styku se stékajícím kondenzátem, který se stoupajícími parami znovu vyhřívá. Tak dochází k dalšímu obohacování plynné fáze o těkavější složku. Celý děj se v koloně mnohonásobně opakuje. Frakční destilace se využívá pro zpracování ropy.

A na závěr jedna otázka. Proč se tedy pálence říká pálenka? V ovoci jsou obsaženy cukry, které jsou enzymy při tzv. alkoholovém kvašení přeměňovány na ethanol. Když je ovoce dost zkvašené, přejde se k samotnému destilování. Zkvašené ovoce se zahřívá na teplotu 100 °C, což je teplota vyšší než je bod varu ethanolu (78,3 °C). Kvůli takto vysoké teplotě se výsledný destilát nazývá pálenka. Ethanol v podobě plynu prochází chladičem, kde se opět mění na kapalinu (kondenzuje) a odkapává do nádoby. Získaný destilát obsahuje velké množství alkoholu, proto je nutné jej ještě naředit pramenitou vodou na požadovanou koncentraci (zpravidla cca 50 %).

Obr. 3 Slivovice – využití destilace pro výrobu ovocných destilátů

Literatura:

1. Ayapici. Distillation setup.jpg. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Distillation_setup.gif. Tento obrázek je publikován pod licencí Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
2. Fa. Ernst F. Ullmann. Alte Destillationsanlage.jpg. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alte_Destillationsanlage.JPG. Tento obrázek je publikován pod licencí Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
3. Jureff. Rudolf Jelinek slivovice bottle.jpg. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rudolf_Jelinek_slivovice_bottle.jpg?uselang=cs. Tento obrázek je publikován jako volné dílo.
4. http://www.vscht.cz/uchi/ped/chi/chi.ii.text.k21.destilace.rektifikace.pdf
5. http://www.ped.muni.cz/wchem/sm/hc/labtech-old/soubory/operace/separacni_metody/destilace.pdf