Kolik molekul vody potřebujeme k vytvoření ledu?

files/Clanky/Images/led.jpgUž na první pohled je jasné, že led a kapalná voda mají odlišnou strukturu. Jak možná víš z hodin chemie a geologie, led krystaluje v šesterečné soustavě, kdežto v kapalné vodě se molekuly nahlučí náhodně. Krystaly ledu tedy zaberou více prostoru než kapalná voda. V praxi se to projeví například tím, že láhev s limonádou, kterou dáš zmrazit, ti popraská. V případě částic s malým počtem molekul, neboli nanočástic, se molekuly do krystalu nikdy neuspořádají. Vytvoří amorfní kouli. Teprve od určité velikosti se uvnitř této koule začne vytvářet zárodek krystalové struktury. Právě hranice, z kolika molekul už může vzniknout led, zajímala vědce z Göttingenu a z Prahy. Jaký je tvůj tip? Dříve se vědci domnívali, že k vytvoření krystalu ledu bude potřeba více než tisíce molekul vody, ale tým odborníků je vyvedl z omylu. Podle nich se první projevy krystalizace objevují už u shluku 275 molekul vody a u 475 molekul je už krystal prakticky hotový.

Vědci se touto otázkou nezabývali náhodou. Na krystalcích a kapičkách vody se totiž odehrávají důležité chemické reakce. Například ozónová díra nad Antarktidou vzniká díky tzv. polárním stratosférickým oblakům tvořeným krystalky vody spolu s kyselinami dusičnou a sírovou. Na těchto krystalcích vznikají z neškodného chlorovodíku atomy chloru, které rozkládají ozón. Odhalení tohoto mechanismu vedlo k udělení Nobelovy ceny za chemii již v roce 1995.  Podobné experimenty s vodními nanočásticemi tak podle všeho jen tak neustanou.

Literatura:

  1. Kolik molekul vody má nejmenší krystal ledu?. In: Sciene World [online]. 2012 [cit. 2012-11-03]. Dostupné z: http://scienceworld.cz/neziva-priroda/kolik-molekul-vody-ma-nejmensi-krystal-ledu-7041
  2. obrázek: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:SnowflakesWilsonBentley.jpg

Přežijí i Maryšinu kávu

files/Clanky/Images/Arsen.jpgAbychom byli zcela přesní, samotný arsen našemu tělu neškodí, vadit začne až v momentě, kdy se začne přeměňovat, neboli metabolizovat, na oxid arsenitý. Ten vyvolá v jedinci, který jej pozřel, zvracení, průjmy, svalové křeče, ochrnutí, a nakonec může způsobit zástavu srdce. Přesto existují lidé, u kterých by traviči nepochodili. Žijí v Andách, kde denně pijí vodu bohatou na arsen, a přesto dosud nevymřeli. Nechápeš, jak je to možné?

Arsen ve vodě není u těchto vesničanů žádnou novinkou. Může za to přirozený výskyt tohoto prvku ve skalním podloží a také důlní činnost, která v těchto místech začala už v předkoloniálním období. Vysokou hladinu arsenu vědci naměřili i ve vlasech a vnitřních orgánech 7000 let starých mumií ze severní Chile. Za tuto dobu si stihli lidé v Andách na tento jedovatý prvek zvyknout a přizpůsobit mu svůj metabolizmus. To znamená, že arsen rychleji opouští tělo, je pro něj méně jedovatý a nehromadí se v tkáních. 

V nejnovější studii vědci porovnávali geny vesničanů z argentinských And, kteří po generace pijí vodu s vysokým obsahem arsenu, s geny peruánských mesticů a domorodců z Kolumbie a Mexika. U více než dvou třetin (68.7%) argentinských vesničanů objevili variantu genu AS3MT, která urychluje metabolismus arsenu. U lidí z ostatních oblastí se její výskyt pohyboval mezi 50,5 a 14,3 %. Jak vidíš, příroda a genetika si poradí i s arsenem.

  1. Lidé odolní vůči arsenu. In: Český rozhlas Leonardo [online]. 2012 [cit. 2012-11-03]. Dostupné z: http://www.rozhlas.cz/leonardo/zpravy/_zprava/lide-odolni-vuci-arsenu--1124506
  2. obrázek: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Arsen_1.jpg

Chemie s čajovými lístky

files/Clanky/Images/extrakce.jpgPokud si zrovna připravuješ čaj, provádíš extrakci, což je jedna z dělících metod používaných v chemii. Jedná se o postup, kdy složky z kapalné nebo pevné směsi přecházejí do jiné kapaliny, extrahovadla. Když připravuješ čaj, louhuješ látky z čajových lístků nebo prášku do extrahovala, kterým je v tomto případě voda. Některé látky obsažené v čaji se ve vodě rozpouští snadno, jiné obtížně. Kvalita připraveného nápoje proto záleží na tom, jak čaj připravuješ neboli jak zdatný jsi chemik. Mezi podmínky, které kvalitu připraveného nápoje ovlivní, patří teplota, složení vody a množství čajových listů, případně použitého prášku. Když prodloužíš dobu extrakce, zvýší se množství vylouhovaných látek a ve svém hrníčku najdeš i látky, které se ve vodě rozpouští hůř.

Asi nepatříš mezi ty, kteří zalévají čaj studenou vodou. Správnému chemikovi je totiž jasné, že účinnost extrakce se zvyšuje s rostoucí teplotou. Chuť tvého čaje ovlivní i to, jakou vodu použiješ. Nejlépe uděláš, když použiješ středně tvrdou vodu. Voda s vysokým obsahem solí ti na nápoji vytvoří neestetické povlaky. Existují látky, které jsou sice ve vodě nerozpustné, ale tvůj nápoj by bez nich nebyl tím pravým nápojem. Jde o těkavé složky, které dodávají tvému čaji charakteristickou příjemnou vůni. Takže pozvedni šálek čaje, který jsi správně vyextrahoval…

  1. MIKEŠ, Vladimír. Proč se klepou řízky: chemie v kuchyni. Praha: Dokořán, 2008. ISBN 978-80-7363-143-7.
  2. obrázek: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Teeblaetter.jpg

Zavaleni lahvemi

files/Clanky/Images/PET.png Tisíc litrů vody z kohoutku má stejnou cenu jako osm litrů balené vody. Pokud si myslíš, že u balené vody platíš za kvalitu, vyvedeme tě z omylu. Kohoutková voda může být stará maximálně dva dny a prochází mnoha kontrolami, takže je její nezávadnost garantována. Balená voda může procestovat stovky kilometrů horkem i mrazem a kvalitu po její dlouhé pouti už nikdo nekontroluje.

Každého, kdo má v sobě trochu ekologického ducha, nepříjemně překvapí fakt, že se na světě ročně nepodaří zrecyklovat asi 340 000 000 000 lahví. Zatímco v Evropě se podaří znovu využít zhruba polovina použitých lahví, v USA pouhá čtvrtina. Dopady na životní prostředí tím ale nekončí, někteří lidé PET láhve s oblibou spalují a uvolňují tak do ovzduší nebezpečné a rakovinotvorné látky. Dalším ekologickým problémem spojeným s PET lahvemi je samotný fakt, že se vyrábějí z ropy.

Toho, kdo má v sobě ducha ekonomického, zase nepotěší to, že za sběr a likvidaci PET lahví v okolí řek, silnic a dálnic, v obcích, CHKO a národních parcích, zaplatíme jen v České republice 132 milionů korun.

Pokud se přesto rozhodneš pro balenou vodu, měl bys vědět, že existují i bioláhve, které se snáze rozkládají a jsou tím k životnímu prostředí mnohem citlivější.

Kysele jen kysele život musíš brát

files/Clanky/Images/kyseliny.jpg Co je vlastně kyselina? Podle jedné z nejpoužívanějších teorií látka, která dokáže odštěpit proton. Čím snadněji se kyselina dokáže protonu zbavit, tím je silnější. V žádném případě se ale nedoporučuje sílu kyselin zkoušet vlastní chutí, následky by mohly být nedozírné.

Pravda, známá egyptská královna Kleopatra údajně kyselinu vypila kvůli sázce. Tvrdila totiž, že vypije k obědu nápoj, který bude mít cenu milionu sestercií. Sázku nakonec vyhrála, když v octě rozpustila drahé perly, které nakonec vypila. Stejného efektu by dosáhla, kdyby v octu rozpustila ulity nebo lastury, jen cena výsledného nápoje by byla podstatně nižší.

Ačkoliv jsme tě před konzumací kyselin varovali, je možné, že některé piješ. Například kyselina trihydrogenfosforečná je složkou Coca-Coly, vitamin C je kyselina askorbová. V potravinách najdeš i kyselinu citrónovou a kyselinu chlorovodíkovou máme dokonce v žaludku.

S kyselinami se seznámil už pravěký člověk, když zjistil, že některé potraviny, například mléko, po čase zkysnou. Ovocné šťávy fermentují například na víno, i to ale časem zkysne. Pravěký člověk se nepřímo seznámil s kyselinami i po náročném honu za potravou, svalová únava je totiž způsobena kyselinou mléčnou.

Některé kyseliny se však uplatnily v rukou zločinu. Známý je případ bestiálního vraha z 30. let 20. století, který tělo své oběti rozpustil v kádi s kyselinou sírovou. V jednom se však přepočítal, kyselina nerozpustila umělé zuby oběti, podle kterých nakonec vraha usvědčili.

  1. Asimov, Isaac: Slova vědy: Co se za nimi skrývá. 1. vyd. Praha: Panorama, 1978. 
  2. obrázek: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Cucumbers_-_Vladimir_Morozov.jpg

Léky nejsou pro každého

files/Clanky/Images/katalyzatory.jpgKaždou minutu, při každém pohybu, když spíš, myslíš nebo jíš, probíhá v tvých buňkách mnoho milionů chemických reakcí. V každé buňce vznikají nové chemické látky, zatímco jiné zanikají. Všechny tyto proměny řídí enzymy. Podle odhadů některých vědců může každá buňka obsahovat až 100 000 molekul enzymů.

Bez enzymů by většina reakcí v živých organizmech nemohla probíhat. Některé bílkovinné molekuly musíme například vařit 24 hodin v 20 % roztoku HCl, aby se rozložily. V našich tělech tytéž reakce proběhnou díky enzymům za 4 hodiny bez drastických podmínek.

Každý člověk má odlišnou výbavu biokatalyzátorů, které ovlivňují metabolické dráhy. Významné jsou zejména rozdíly u různých ras, což musí zohlednit výrobci léčiv – příkladem je lék na srdce BiDil, který působí jen na negroidní rasu. Dalším příkladem je Isoniazid, lék proti tuberkulóze, který způsobuje u určité podskupiny pacientů periferní neuropatii. Vědecky bylo dokázáno, že Isoniazid je metabolizován acetylací a že lidská populace se v podstatě dělí na tzv. „rychlé” a “pomalé” acetylátory, tedy podle rychlosti přenosu acetylového zbytku. Zatímco Eskymáci a Asiaté jsou z 90 % rychlými acetylátory, obyvatelé Středomoří, obzvláště Egypťané a někteří Židé, patří k acetylátorům pomalým. Podle toho, ke které skupině acetylátorů patříš, se lékaři rozhodnou, jaký lék ti předepíší.

Literatura:

  1. Asimov, Isaac: Slova vědy: Co se za nimi skrývá. 1. vyd. Praha: Panorama, 1978
  2. http://www.nytimes.com/2006/03/22/business/22heart.html?_r=3, cit. 2012-04-30
  3. http://is.muni.cz/th/24063/lf_d/PhD_RD_final.txt, cit. 2012-06-02
  4. obrázek: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:GLO1_Homo_sapiens.gif

Další zajímavosti na Věděli jste, že...

Talíř plný smrti

files/Clanky/Images/favizmus.jpg

Příčinou netolerance luštěnin je genetická choroba popsaná už ve středověku, která se nazývá favizmus. Tuto nemoc, která v nejzávažnějších případech končí smrtí, způsobuje druh bobu Vicia Faba. V české kuchyni se tento druh bobu používá zřídka.

Boby Vicia faba obsahují látku zvanou vicin, kterou nelze odstranit ani varem. Tato látka blokuje enzym, který zpracovává glukózu, hlavně v červených krvinkách. Pro jedince, kteří mají v důsledku favizmu tohoto enzymu málo, může mít jeho zablokování vicinem smrtelné následky. Červené krviny přestanou plnit svou funkci, začnou praskat a nemocný utrpí těžký šok.

Jak jistě víš, funkcí červených krvinek je přenášet kyslík. Krevní barvivo hemoglobin, které se tohoto procesu účastní, obsahuje atom železa. Pokud chceme, aby byly krvinky funkční, je nutné, aby bylo železo v oxidačním čísle dvě.

Lidem trpícím favizmem ale nestačí obezřetnost jen u talíře. Podobnou látku, která
by jim mohla zablokovat enzym, obsahují i některé léky.

Literatura:

  1. Mikeš, Vladimír: Proč se klepou řízky: Chemie v kuchyni. 1. vyd. Praha: Dokořán, 2008. ISBN 978-80-7363-143-7.
  2. obrázek: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Illustration_Vicia_faba1.jpg

Energie z vodíku

files/Clanky/Images/Hydrogen.pngAsi jsi zaznamenal, že naši západní sousedé se chystají do roku 2022 zrušit všechny jaderné elektrárny. Musí tak najít nové zdroje energie, které nahradí ty stávající. Ačkoliv jim zbývá ještě téměř deset let, zabývají se problémem už v současnosti, o čemž svědčí fakt, že se jim podařilo postavit vůbec první vodíkovo-větrnou elektrárnu na světě.

Základní součástí je větrná turbína, která vyrábí energii ve chvíli, kdy fouká vítr. Tato turbína je spojena se systémem, který elektrolýzou vyrábí z vody vodík. Tento prvek znáš z hodin chemie jako vůbec nejlehčí plyn. Když se vodík smíchá s bioplynem, je spálen  v kogeneračních jednotkách, které domácnostem dodávají teplo a elektřinu. Díky tomu mají elektrárny ošetřený i stav, kdy vítr nefouká, ale doma bys přesto rád svítil žárovkou. Energie je tedy pomocí vodíku nastřádána na horší časy z dob, kdy venku řádila fujavice.

Tato elektrárna je vůbec první svého typu na světě. Její stavba stála 21 miliónů eur a odborníci ji považují za nesmírně perspektivní. V budoucnu vyroste podobná elektrárna ve městě Herten.

Německo však zdaleka není jedinou zemí, která dokáže efektivně využívat obnovitelné zdroje energie. Státy Severního moře plánují své energetické sítě propojit společně s Norskem, které má velké množství přečerpávacích elektráren. V Turecku byla nedávno zprovozněna vodíkovo-solární elektrárna, která místo energie větru využívá solární panely. Energie, kterou vyrobí, stačí jen pro dvacet domácností, ale přesto jde o další krok vpřed.

Literatura:

  1. Horčík, Jan: Náš soused věří vodíku. Respekt. 2011, roč. 22, č. 47, s. 1.
  2. obrázek: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Hydrogen.svg

Umělá fotosyntéza

files/Clanky/Images/umela_fotosynteza.pngVědci přišli na to, že by napodobením  přirozeného procesu fotosyntézy mohli získat cenné palivo - vodík. Díky slunečnímu záření a speciálnímu katalyzátoru, fosfátu kobaltu, by se mohl vodík stát ideálním levným zdrojem energie do palivových článků.

Firmě Sun Catalytix a odborníkům z Massachusetts Institute of Technology se údajně podařilo díky speciálním podmínkám navodit reakci podobnou fotosyntéze. Díky tomuto procesu bychom mohli získávat palivo za nízkou cenu. V první fázi dojde k rozštěpení vody na kyslík a vodík, který by byl převáděn do palivových článků v domech, kde by se vyprodukovala elektrická energie.

Několik litrů vody a 4 hodiny činnosti slunečních panelů o ploše 30 metrů čtverečních údajně poskytnou díky tomuto systému 30 kilowatthodin elektrické energie, což odpovídá denní spotřebě domácnosti v rozvojových zemích. 12 litrů běžné říční vody analogicky vystačí na celodenní spotřebu většího amerického domu.

Pokud by se podařilo tento výzkum dovést do úspěšného konce, mohly by se domácnosti stát energeticky soběstačné, což je snem snad každého z nás. Energie, kterou by bylo možné získat ze Slunce je přitom ohromná. Každý den dopadne na Zemi takové množství sluneční energie, které odpovídá miliónu „hirošimských“ atomových bomb. Přitom pouhé 1 % této energie je využito v rámci fotosyntézy.

Literatura:

  1. http://www.rozhlas.cz/leonardo/technologie/_zprava/708300 [cit. 2012-02-04]
  2. obrázek: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Simple_photosynthesis_overview_cs.png

Zavařujeme s pektinem

files/Clanky/Images/pektin.pngZákladem úspěchu zavařování je polysacharid pektin, který se nachází v buněčných stěnách rostlin, hlavně ve slupkách. Strukturou je podobný jinému polysacharidu, celulóze, od které se liší tím, že je rozvětvenější a obsahuje záporně nabité skupiny.

Při vaření džemů a marmelád se pektin uvolňuje a vytváří velké částice, tyčinky obalené zápornými náboji obklopenými vodou, čímž vzniká tekutý roztok. Aby se z něho vytvořil roztok pevný, je nutné, aby se jednotlivé molekuly pospojovaly a vytvořily síť, do které se molekuly vody uzavřou. Abychom zabránili odpuzování záporně nabitých skupin, přidává se k málo kyselému ovoci kyselina citrónová. Cukr, který do hrnce sypeme, pomáhá udržet gelovitý stav hmoty a zároveň slouží jako konzervant. Ne každé ovoce však obsahuje dostatek pektinu. Do některých marmelád a džemů se proto musí dodávat takzvaný želírovací cukr, který znáte pod komerčními názvy Pektogel nebo Gelfix.

Pektin má ještě jednu zajímavou vlastnost, která jistě zaujme ty, kteří si doma z ovoce připravují nejen marmelády, ale i slivovici. Pektin na sebe váže methanol, prudce jedovatou látku, která se vyskytuje ve špatně vypáleném alkoholu. Pomocí trávících enzymů se tato nebezpečná látka působící oslepnutí mění na formaldehyd. Methanol je součástí všech druhů ovoce, při zavařování se ale od pektinu oddělí a odpaří se, takže otrava džemem ti naštěstí nehrozí.

Literatura:

  1. Mikeš, Vladimír: Proč se klepou řízky. Praha, 2008: Dokořán. ISBN 978-80-7363-143-7.
  2. obrázek: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pectineketen.png