Chemie_Eduko_Capek_Adamec_M by Flexibooks

Zpracovali: PhDr. Martin Čapek Adamec, Ph.D., Ing. Věra Čapková, doc. RNDr. Svatava Janoušková, Ph.D., PhDr. Václav Pumpr, CSc. Lektorovali: Ing. Mgr. Diana Chrpová, Ph.D., prof. Ing. František Liška, CSc., Mgr. Jaroslav Ryšavý Schválilo MŠMT č. j. MSMT-5624/2019-9 dne 4. dubna 2019 k zařazení do seznamu učebnic pro střední vzdělávání pro předmět chemie s dobou platnosti 6 let.

Vydalo roku 2022 EDUKO nakladatelství, s. r. o., Horkého 2209/4, 143 00 Praha 4 Vyrobil TISK SPRINT, s. r. o., Vestecká 541, 252 42 Jesenice-Vestec Počet stran 184 Druhé vydání Obchodní číslo 42022

Obsah 1 Úvod / 4 2 Látky a soustavy látek / 6 Elektronový obal atomu / 10 Soustavy látek / 12 Disperzní soustavy / 14 Separační metody / 16 Látkové množství / 20 Složení roztoků / 22 3 Chemická vazba / 26 Vztah mezi typem vazby a vlastnostmi látek / 30 4 Názvy a vzorce anorganických látek / 34 Dvouprvkové sloučeniny / 38 Tříprvkové a složitější sloučeniny / 40 5 Přeměny látek / 44 Acidobazické reakce / 46 Oxidačně-redukční reakce / 50 Chemická analýza / 52 Jak probíhají chemické reakce / 54 Stechiometrické výpočty / 56 6 Periodická soustava prvků / 58 Vodík / 60 Kyslík / 62 Voda a peroxid vodíku / 64 Vzácné plyny / 68 Halogeny / 70 Chalkogeny / 72 Prvky 15. skupiny / 74 Prvky 14. skupiny / 76 Prvky 13. skupiny / 78

7 Uhlík v organických sloučeninách / 86 Vlastnosti a klasifikace organických sloučenin / 88 Typy reakcí organických sloučenin / 90 8 Uhlovodíky / 92 Alkany / 94 Alkeny a alkyny / 98 Areny / 102 9 Deriváty uhlovodíků / 104 Halogenderiváty / 106 Dusíkaté deriváty / 110 Alkoholy, fenoly a ethery / 114 Aldehydy a ketony / 118 Karboxylové kyseliny a jejich deriváty / 120 10 Chemické složení organismů / 124 Lipidy / 126 Sacharidy / 130 Proteiny / 134 Nukleové kyseliny / 138 Enzymy, vitamíny a hormony / 140 11 Každodenní chemie / 146 Potraviny a výživa / 148 Léčiva a drogy / 152 Mytí, praní a čištění / 156 Průmyslové polymery / 158 Ochrana prostředí / 162 Bezpečnost práce a ochrana zdraví / 164

Alkalické kovy a kovy alkalických zemin / 80

Náměty na projekty / 166

Prvky bloků d, f / 82

Rejstřík / 180

Výsledky a řešení vybraných úloh / 172

Předmluva Předkládaná učebnice pro žáky středních odborných škol vychází z nejnovějších poznatků chemie a zasazuje je do kontextu běžného života. Snahou učebnice je ukázat žákům význam vědního oboru chemie a jeho poznatků pro současnou společnost, zároveň však také poukazuje na možné důsledky výroby a užívání chemických látek pro lidské zdraví i životní prostředí. Snaží se přitom o vyrovnanost pohledů na pozitivní a negativní stránky aplikace poznatků tohoto vědního oboru pro moderní společnost. Snahou učebnice je tak žáky vést ke kritickému myšlení v rámci přírodovědných oborů. Kniha je strukturovaná do dvou vzájemně provázaných částí. Na levých stranách učebnice jsou zpracovány důležité poznatky, které by si žák měl osvojit. Text je zpracován odborným jazykem, jednotlivé pojmy, principy či zákony jsou však vždy vysvětleny tak, aby byly žákům srozumitelné. Při zpracování textů brali autoři do úvahy možnou různou úroveň znalostí žáků ze základní školy. Text vyhovuje nárokům současné generace žáků, která je zvyklá na čtení krátkých zpráv a je proto psán maximálně stručně a výstižně. To zvýší zájem žáků o využití učebnice pro domácí přípravu na výuku. Pravá strana učebnice obsahuje doplňující informace k poznatkům uváděným na straně levé. Jedná se o historické i aktuální zajímavosti, které se s učivem pojí; o obrázky, vzorce či schémata, které poznatky dobře ilustrují, a úlohy, které žákům napomohou ověřit si získané znalosti. Pro snazší orientaci ve vzájemných vazbách poznatků je pravá a levá strana učebnice propojena tenkými čarami. Text učebnice je uspořádán do 11 kapitol. Ty vycházejí ze vzdělávacího obsahu chemického vzdělávání, jak je zpracován v rámcových vzdělávacích programech pro obory typu M. Učebnice je vhodná pro výuku předmětu chemie v rozsahu 3–4 vyučovací hodin týdně (obvykle v 1. a 2. ročníku). V závěru učebnice jsou uvedeny tři příklady rozpracovaných námětů pro školní projekty, které mohou být v rámci výuky realizovány, řešení některých úloh a rejstřík. Projekty propojují učivo chemie se vzděláváním pro zdraví a průřezovým tématem Člověk a životní prostředí. Věříme, že učebnice napomůže snadněji pochopit některá přírodovědná fakta a usnadní tak čtenářům osobní i profesní život. Autoři

1 ÚVOD Chemie je přírodní věda, která zkoumá strukturu a vlastnosti látek a jejich přeměny. Mezi přírodní vědy patří také například fyzika, biologie a geologie. Všechny tyto vědy zkoumají svět kolem nás, ale každá z jiných hledisek. Předchůdkyní moderní chemie byla alchymie. Alchymisté ve středověku se snažili získat zlato z běžných kovů, vyrobit elixír mládí, pilulku nesmrtelnosti, kámen mudrců. Jejich snažení bylo sice marné, ale při své práci zdokonalili celou řadu postupů a objevili mnoho látek, které jsou cenné i pro dnešní chemii. Veškerá neživá i živá příroda se skládá z atomů, iontů a molekul, tedy základních částic, kterými se chemici zabývají. Chemie přináší důležité poznatky o životním prostředí, o lidském těle a jeho funkcích, složení potravin a jejich úpravě. Díky chemii se umíme bránit původcům nemocí a škůdcům. Produkty chemického průmyslu pronikly do všech odvětví lidské činnosti a obklopují nás v každodenním životě. V automobilovém provozu, při průmyslové a zemědělské výrobě, i v přírodě samotné vzniká řada škodlivých a nebezpečných látek, které chemici identifikují a navrhují postupy jejich odstranění. Veškerá zjištění chemie je však třeba využívat zodpovědně na všech úrovních společnosti, od jednotlivců po nadnárodní uskupení, abychom co nejvíce eliminovali možné negativní dopady našeho působení na sebe i své okolí. Postupem času, jak narůstalo množství chemických poznatků, se jedna věda rozdělila do několika disciplín. Mezi ty základní se řadí: Obecná chemie studuje teoretické základy chemických jevů a stavbu látek. Anorganická chemie popisuje vlastnosti chemických prvků, dále se zabývá studiem sloučenin, které jsou součástí neživé přírody. Organická chemie se soustřeďuje na sloučeniny uhlíku. Biochemie je těsně spjata s biologií, zkoumá látky a chemické děje v živých organismech. Analytická chemie se zabývá rozborem (analýzou) látek. 4

Teorie živlů

Úloha 1.1

Evropští alchymisté vycházeli z antické teorie čtyř živlů, jejímž zastáncem byl filozof Aristoteles. Teorie vychází z předpokladu, že podstatu všech látek tvoří čtyři živly: oheň, země, voda, vzduch. Ke každému živlu byly přiřazeny dvě ze čtveřice vlastností (suchý, horký, mokrý, chladný). Alchymisté věřili, že změnou vlastností látek dojde také ke změně jejich podstaty. Když vyrobili reakcí vodných roztoků jodidu draselného a dusičnanu olovnatého zlatožlutlý, ve vodě nerozpustný jodid olovnatý, měli zato, že přeměnili olovo ve zlato.

Živly však mají stále svůj význam v čínské astrologii. Ta používá na rozdíl od antické filozofie živlů pět. Vyhledejte, které to jsou a jak jsou vzájemně propojeny. K jakým lidským vlastnostem každý z živlů patří?

oheň

ý ch

su země

rý

en ý

vzduch

voda

Alchymistická laboratoř

Úloha 1.2 Čím se zabývají přírodní vědy fyzika, biologie, geologie? Úloha 1.3 Vyhledejte články o původu slov chemie a alchymie. Úloha 1.4 S využitím literatury a internetu zjistěte podrobnosti o zde neuvedených chemických disciplínách (např. o fyzikální chemii, o chemických technologiích, o makromolekulární chemii). 5

2 LÁTKY A SOUSTAVY LÁTEK Všechny objekty, jevy a děje kolem nás vyplývají z hmotné podstaty světa. Rozeznáváme dvě formy hmoty – látky a pole. Látky se skládají z částic a představují materiál, ze kterého jsou tvořeny všechny předměty (tělesa). U polí převažuje vlnový charakter, a přestože pole nevytvářejí tělesa, s jejich projevy se setkáváme neustále. Působí na nás gravitační pole, elektricky nabité částice ovlivňuje elektrické pole, očima vnímáme světlo, což je část elektromagnetického pole. Látky můžeme klasifikovat (třídit) podle různých hledisek. Například podle skupenství rozlišujeme látky pevné (s), kapalné (l) a plynné (g). V následujícím schématu jsou uvedeny ukázky dalších možných způsobů třídění látek. anorganické

organické

přírodní

voda, oxid uhličitý, kyselina sírová atd.

methan, ethanol, benzen, polyethylen atd.

glukosa, alanin, škrob, kolagen atd.

umělé

polyethylen, teflon, DDT, nitroglycerin atd.

hořlavé

benzín, ethanol, dřevo, uhlí atd.

nehořlavé

beton, voda, oxid uhličitý, písek atd.

Velmi často dělíme látky podle složení – na chemicky čisté látky a směsi. Chemicky čistá látka (také jen čistá látka, chemická látka nebo chemické individuum) je tvořena stejnými částicemi (atomy, molekulami, skupinami iontů) a má definované fyzikální a chemické vlastnosti, např. bod tání, bod varu, hustotu. Směs se skládá z několika odlišných chemicky čistých látek. Složky směsi lze oddělit různými separačními metodami, např. usazováním, filtrací nebo destilací. 6

Věděli jste, že… k ohřevu potravin v mikrovlnné troubě se používá elektromagnetické vlnění? Vlnění s obdobnou frekvencí je také nositelem signálu pro mobilní komunikaci nebo bezdrátové datové sítě (wifi).

Úloha 2.1 Odhadněte a vyhledáním na internetu si ověřte, z jakých slov jsou odvozena jednopísmenná označení pro jednotlivá skupenství látek (s, l, g). Úloha 2.2 U následujících látek rozhodněte, zda se jedná o chemicky čisté látky nebo směsi: stříbro, roztok soli ve vodě, mosaz, modrá skalice, vzduch, nerezová ocel, krystalický jod, benzín, toluen, dusík, toaletní mýdlo, ovocný džus.

Jsou čisté látky opravdu čisté? Za chemicky čisté látky považujeme i látky obsahující příměsi, jejichž množství však už žádným postupem nedokážeme snížit. Například v destilované (tj. čisté) vodě je v běžném prostředí rozpuštěn kyslík a oxid uhličitý. Zrovna tak obvykle nepřihlížíme k přítomnosti různých izotopů (viz str. 8) jednotlivých prvků. V čisté vodě je obsaženo přibližně na každých 41 milionů molekul vody (H2O) jedna molekula „těžké vody“ (D2O) a 12 tisíc molekul „polotěžké vody“ (DHO). 7

Stavební částice látek můžeme rozdělit na jednojaderné a vícejaderné. Jedno jaderné částice mají jedno atomové jádro. Jsou to atomy a od nich odvozené ionty. Vícejaderné částice mají dvě nebo více atomových jader, patří k nim molekuly a od nich odvozené ionty. Atom se skládá z elementárních částic: protony p+ a neutrony n0 (společně nazývané nukleony) tvoří atomové jádro, elektrony e− tvoří atomový obal. Počet elektronů v obalu je stejný jako počet protonů v jádře, celkový náboj atomu je tedy nulový. Počet protonů v jádře udává protonové číslo Z. Počet nukleonů v jádře udává nukleonové číslo A. Molekula je také elektroneutrální částice a skládá se z několika stejných nebo různých atomů spojených chemickou vazbou. Odtržením jednoho nebo více elektronů od atomu vzniká kladně nabitý ion – kation (Na+, Ca2+, Mg2+, Fe3+). Anion – záporně nabitý ion vzniká přijetím jednoho nebo více elektronů atomem (F−, Cl−, O2−, S2−, N3−). Také u iontů odvozených od molekul je výsledný náboj důsledkem rozdílného počtu protonů a elektronů v částici (NH4+, H3O+, SO42−, NO3−). kation

izotopy

6 3

nukleonové číslo protonové číslo

7 3

atom

Li+

náboj

(Chemický) prvek je chemicky čistá látka složená z atomů se stejným protonovým číslem. Má svoji značku (symbol), název a místo v periodické tabulce. Atomy téhož prvku, které se liší nukleonovým číslem, se nazývají izotopy. Prvky vyskytující se v přírodě tvoří obvykle několik izotopů. Pokud je potřebujeme rozlišit, uvádíme u značky prvku také nukleonové číslo (1H, 2H, 16O, 18O). Izotopy vodíku označujeme též samostatnými značkami (D pro 2H, T pro 3H). Pokud se látka skládá ze zcela stejných atomů (neliší se tedy ani v počtu neutronů v jádře), nazýváme ji nuklid. Chemická látka, která je tvořena dvěma nebo více prvky, se nazývá sloučenina. Skládá se z molekul nebo skupin iontů a má definované složení, které vyjadřujeme vzorcem (H2O, NaCl, H2SO4, Na2CO3, CuSO4·5H2O). 8

„Nedělitelný“ atom Slovo atom je odvozeno z řeckého „atomos“, což znamená nedělitelný. V 5. století př. n. l. řecký filozof Démokritos z Abdér vyslovil předpoklad, že všechny látky jsou složeny z malých nedělitelných částic – atomů. Tato teorie však brzy upadla do zapomnění a byla oživena až začátkem 19. století anglickým vědcem Johnem Daltonem. Po sto letech byla myšlenka nedělitelnosti atomu vyvrácena díky objevu elektronu anglickým vědcem J. J. Thomsonem.

Radonové lázně

Jaderná elektrárna

Výbuch atomové bomby

Neklidné izotopy U izotopů některých prvků je poměr počtu protonů a neutronů v jádře takový, že je jádro nestabilní a samovolně se rozpadá na menší části. Původní prvek se tak mění na jiný a vyzařuje přitom neviditelné záření typu α, β nebo γ. Tyto prvky se nazývají radioaktivní. Doba, za niž se rozpadne polovina přítomných jader, se nazývá poločas rozpadu. Účinky radioaktivního záření na živé organismy se využívají při léčbě nádorových onemocnění či onemocnění pohybového aparátu. Radioaktivitu lze vyvolat i uměle. Ozařováním neradioaktivního izotopu vznikne radioaktivní izotop a případně se uvolní další typ záření (např. protonové či neutronové). Uměle vyvolaný radioaktivní rozpad uranu nebo plutonia provázený uvolněním značného množství energie se využívá k výrobě elektřiny v jaderných elektrárnách, ale také zneužívá v podobě nukleárních zbraní. Úloha 2.3 Prvky získávají své názvy různým způsobem, např. podle vlastností, místa výskytu, osobností, států, vesmírných těles. Nalezněte v periodické tabulce ke každé uvedené kategorii aspoň tři prvky. Úloha 2.4 Vyhledejte, jaké izotopy vodíku se vyskytují v přírodě. Zapište je jejich názvem a symbolem doplněným o protonové i nukleonové číslo. 9

ELEKTRONOVÝ OBAL ATOMU Pro chemické vlastnosti prvků je důležitá struktura elektronového obalu jejich atomů. Podle současných představ se elektrony nacházejí v definovaném prostoru kolem atomového jádra. Prostor, kde se elektron s největší pravděpodobností vyskytuje, se nazývá orbital. Orbitaly mají různé tvary či prostorovou orientaci a jsou vždy obsazeny nejvýše dvěma elektrony. Podle rostoucí energie elektronů se orbitaly formálně sdružují do tzv. vrstev, přičemž elektrony v nižších vrstvách mají nižší energii a jsou většinou méně vzdáleny od atomového jádra. Elektrony ve vrstvě, která je od jádra nejvzdálenější, se nazývají valenční elektrony a tuto vrstvu označujeme jako valenční vrstvu. Počet valenčních elektronů se dá odvodit z postavení prvku v periodické tabulce. Od objevení elektronu J. J. Thomsonem se představy o povaze elektronů a jejich umístění v atomu překotně vyvíjely. Sám Thomson elektrony pouze umístil do „kladné hmoty“ atomu podobně jako rozinky do anglického pudinku (proto se Thomsonův model atomu nazývá též pudinkový). Zanedlouho poté došel anglický fyzik E. Rutherford na základě pokusů s radioaktivním zářením ke zjištění, že atomy nemohou být tak kompaktní, jak předpokládal Thomson. Podle svých měření určil, že hmota atomu je soustředěna především v jádře s poloměrem asi desettisíckrát až stotisíckrát menším, než je poloměr atomu. Elektrony měly obíhat po blíže nespecifikovaných drahách kolem jádra, podobně jako planety kolem Slunce. Tento model atomu se nazývá planetární. Prakticky ihned bylo dokázáno, že Rutherfordův model nemůže popisovat skutečný pohyb elektronů. Podle klasické mechaniky by totiž byly záporně nabité elektrony okamžitě přitaženy kladně nabitým jádrem. Tento nedostatek odstranil dánský fyzik N. Bohr, který dráhy přesně definoval a vyslovil podmínky, za nichž mohou elektrony mezi dráhami přeskakovat. Bohrův model atomu byl dále upravován, další bádání však ukázalo, že vlastnosti a pohyb elektronů nelze popsat prostředky klasické mechaniky. Ve 20. letech 20. století, tedy necelých 30 let od objevu elektronu, byl týmem vědců vytvořen kvantověmechanický model atomu, který předpokládá, že se elektron chová jako částice a zároveň jako vlnění, a vychází z tzv. Schrödingerovy rovnice. 10

Věděli jste, že… elektrony nám umožňují pozorovat velmi malé objekty, které by již nešly zachytit pomocí světla a běžného mikroskopu? S využitím elektronového mikroskopu (vlevo nahoře) můžeme objevit „vetřelce“ z mikrosvěta roztočů (vpravo nahoře). Tyto obrazy slouží i jako inspirace pro vytváření filmových „příšer“.

Populární atom Rutherfordův model atomu sice neznázorňuje věrně podobu atomu, ale stal se již v době svého vzniku velmi populárním. Jeho stylizovaná podoba se vžila jako obecný symbol pro atomy, je součástí loga řady společností a institucí (na obrázku vlevo: znak americké Komise pro jadernou energii). Vyskytl se i na několika bankovkách (na obrázku vpravo: řecká bankovka, dnes již neplatná). Úloha 2.5 Vyhledejte ve svém okolí nebo na internetu objekty, na kterých se vyskytuje symbol atomu. Diskutujte, jaký má v konkrétních případech význam. 11

SOUSTAVY LÁTEK V praxi často zkoumáme látky pouze v určitém omezeném prostoru, např. roztok v kádince, vzduch v místnosti, přeměny látek v organismu. Tento prostor oddělený od okolí stěnami (skutečnými nebo myšlenými) označujeme jako soustavu. V soustavě může být obsažena jedna nebo více chemických látek, které představují její složky. Hovoříme pak o jedno- nebo vícesložkové soustavě. Nejběžnější klasifikace soustav vychází ze stálosti či proměnlivosti vlastností uvnitř soustavy. Pokud se v ní vlastnosti (např. barva, hustota, chemické složení) nemění nebo se mění plynule, jedná se o soustavu homogenní (stejnorodou). V homogenní soustavě se vyskytují pouze velmi malé částečky s rozměry v řádu nanometrů (10−9 m), které nejsou rozeznatelné pouhým okem ani běžným mikroskopem. Příkladem homogenní soustavy je pitná voda v lahvi, mosazná klika či plyn v zapalovači. V případě, že se vlastnosti uvnitř soustavy mění skokově, hovoříme o heterogenní (různorodé) soustavě. Plochu, která odděluje jednotlivé části (fáze) soustavy, nazýváme fázové rozhraní. Části heterogenní soustavy jsou obvykle viditelné pouhým okem a mají rozměry větší než 10 −6 m. Mezi heterogenní soustavy řadíme například vodu s ledem ve sklenici, prsten s kamenem, žulovou kostku, houbičku na mytí nádobí.

myšlená stěna (rovina okraje) plynná fáze (vzduch) fázové rozhraní (hladina vody) kapalná fáze (voda) skutečná stěna (sklenice)

Přechod mezi soustavou homogenní a heterogenní představuje koloidní soustava obsahující shluky částic neviditelné pouhým okem, které se neusazují na dně (nesedimentují) a způsobují rozptyl světla, jako kapky v mlze. Příkladem koloidů je mýdlová voda či mléko, jež obsahují speciální shluky, tzv. micely. Soustavy látek

homogenní

koloidní

micela

Úloha 2.6 1. broušený diamant

2. žulová kostka

3. čistá voda s ledem v kádince

4. mléko ve sklenici

Výše uvedené soustavy klasifikujte podle počtu složek (jednosložkové – obsahují jednu čistou látku, vícesložkové – obsahují směs látek) a podle vlastností (homogenní, koloidní, heterogenní).

Micelární voda V reklamách na kosmetické přípravky se často setkáváme s označením „micelární voda“. Jedná se o přípravek, který umožňuje čištění pleti a odlíčení bez použití většího množství vody. Obsahuje látky vytvářející micely, které uvolní nečistotu z pleti a uzavřou ji do sebe. Mastný povlak se tak rozdělí na menší částečky, jež se snáze setřou vatovým tamponem. Úloha 2.7 Do sklenice s vodou přilijte jedlý olej. Zvolte si myšlenou stěnu soustavy (hladinu oleje nebo rovinu okraje sklenice) a popište, jak se uvnitř soustavy mění její vlastnosti (např. hustota, barva, skupenství). Určete počet fází a odhadněte počet složek ve vámi zvolené soustavě. 13

DISPERZNÍ SOUSTAVY V přírodě i v praxi se vyskytují směsi tvořené drobnými částečkami rozptýlenými v plynu, kapalině nebo pevné látce. Soustavy obsahující takové směsi se označují jako disperzní. Všechny rozptýlené částečky tvoří dohromady disperzní podíl. Souvislá fáze, v níž jsou rozptýleny, se nazývá disperzní prostředí. Disperze se dělí podle velikosti rozptýlených částeček na roztoky pravé a nepravé a hrubé disperze. homogenní

(pravý) roztok

10−9 m

koloidní

nepravý roztok

10−6 m

heterogenní

hrubá disperze

Suspenze patří mezi hrubě disperzní soustavy, jedná se o pevnou látku rozptýlenou v kapalině. Částečky pevné látky se rychle usazují (sedimentují). Příkladem suspenze je zvířený písek u dna rybníka. Ve formě suspenzí se prodávají některé léčivé přípravky, nátěrové hmoty či lepidla – před použitím se musí důkladně promíchat, aby se případná usazenina rozptýlila. Emulze může vzniknout ze dvou vzájemně nemísitelných kapalin, např. oleje a vody, a to důkladným protřepáním. Delším stáním dojde opět k oddělení fází. Ve formě emulzí se vyrábějí pleťová mléka, pleťové krémy, dresinky, u nichž rozdělení směsi není žádoucí. Aby k oddělení fází nedošlo, přidávají se do nich emulgátory. Příkladem přírodní emulze je mléko, v němž je mléčný tuk rozptýlený ve vodném prostředí, mléčná bílkovina zde slouží jako emulgátor. Podle velikosti částeček může být emulze zařazena mezi hrubé disperze nebo koloidy. Aerosol tvoří jemně rozptýlená pevná látka nebo kapalina v plynu. Zpravidla jde o koloidní soustavy a patří sem mlhy či dýmy. Vzhledem k malé velikosti částeček a jejich značné pohyblivosti v plynném prostředí mají chemické látky ve formě aerosolu vysokou reaktivitu a snadněji pronikají do tkání. Využívají se v lékařství (nosní spreje), v zemědělství (hnojiva, herbicidy) i průmyslu (ochranné nástřiky, barvy). Při práci se škodlivými aerosoly je třeba chránit dýchací cesty i pokožku. Smog obsahující páru a pevné nečistoty má také formu aerosolu a představuje velký problém pro zdraví obyvatel v městských a průmyslových aglomeracích. Pěna vzniká rozptýlením plynu v kapalině, snadno ulpívá na různých površích. S pěnami se setkáme v potravinářství (šlehačka, sníh), mohou tvořit náplně hasicích přístrojů, používají se v kosmetice. Kapalina obsažená v pěně se může v některých případech vytvrdit, čímž vznikne tuhá pěna (montážní pěna, molitan v matracích, pemza, polystyren, pórobeton). Plyn uzavřený v pevné látce odlehčuje materiál při zachování jeho pevnosti. Pěny mohou být hrubě disperzní nebo koloidní. 14

Věděli jste, že… ohňostroj je obrovský stroj na výrobu mlhy? Sloučeniny vznikající při výbuchu petard vstřebávají vodu a vytvářejí tak ve vzduchu kapičky mlhy.

Úloha 2.8 V některých případech je tvorba pěny nežádoucí (například při praní v pračce či při kvasných procesech). Uveďte další příklady situací, ve kterých je tvorba pěny nežádoucí a svůj výběr zdůvodněte.

Šlehačkové trampoty Smetana ke šlehání je podobně jako mléko emulze mléčného tuku ve vodném prostředí. Bílkoviny uzavírají kapky tuku do micel, takže se smetana nerozdělí. Při šlehání se micely rozbijí a emulze se obrátí – vodný roztok sacharidů a bílkovin se rozptýlí v tuku. Do smetany se při tom dostává vzduch, který vytvoří pěnu známou jako šlehačka. Pokud šlehačku necháme v klidu, bublinky vzduchu vyprchají a původní micely se opět obnoví, což se projeví tak, že šlehačka „spadne“. Proto obvykle přidáváme ztužovač, tedy látku, která tukovou fázi zpevní, až se vytvoří stabilnější, polotuhá pěna. 15

SEPARAČNÍ METODY Většina látek, které nás obklopují, jsou směsi. Jejich složky nebo fáze můžeme oddělit (separovat) různými metodami. Nejběžnější separační metody využívají několik základních principů: rozdílný bod varu, rozdílnou velikost částeček, rozdílnou hustotu, rozdílnou rozpustnost. Mezi nejstarší separační metoteploměr dy patří destilace. Při zahřívání odvod chladicí vody směsi se nejprve oddělují páry složky s nejnižší teplotou varu. přívod chladicí vody Tyto páry se vedou do chladiče, chla kde opět zkapalní (zkondendič zují). Kapalný destilát je poté zachycen ve zvláštní nádobě. destilační baňka Po oddělení jedné složky se se směsí jímací baňka dalším zahříváním směsi teps destilátem lota opět zvýší a poté začne destilovat další složka s vyšší teplotou varu. Tímto způsobem je možné rozdělit vícesložkovou směs na jednotlivé frakce podle teploty, při níž destilují. Praktický význam má frakční destilace ropy, při níž se získává benzín, petrolej, motorová nafta a další frakce, či destilace zkapalněného vzduchu (k výrobě kyslíku, dusíku a vzácných plynů). V potravinářském průmyslu se destilace používá k výrobě alkoholických nápojů s vyšším obsahem ethanolu, než je možné dosáhnout přírodním kvašením. Na stejném principu je založeno odpařování, při kterém ve směsi zůstává složka s vyšší teplotou varu. Získává se tak například sůl z mořské vody. suspenze

zachycená pevná látka

filtrát

Další v praxi hojně používanou separační metodou je filtrace. Slouží k oddělování pevné látky od kapaliny nebo plynu pomocí filtru, který může být zhotoven z různých materiálů (např. papír, plátno, keramika, písek, štěrk, kovové síto). Filtry se liší velikostí otvorů (pórů). Druh filtru volíme zejména podle velikostí částeček, které mají být zachyceny. Filtrace se používá při úpravě pitné, užitkové i odpadní vody, při čištění vzduchu, v potravinářském průmyslu (výroba tvarohu, sýrů, piva, cukru), v laboratořích k oddělení sraženiny a v mnoha dalších odvětvích. V domácnosti se filtrace používá při přípravě kávy a čaje.

Neoddělitelná voda Některé směsi, např. alkohol (ethanol) s vodou, nelze destilací zcela rozdělit. Při výrobě ethanolu z vykvašených cukerných roztoků se používá opakovaná destilace, jejímž výsledkem může být až 96% ethanol. K oddělení zbylé vody je nutno použít jinou metodu než destilaci, např. chemické vysoušení. Tímto způsobem se získá tzv. absolutní (bezvodý) líh, který se využívá jako rozpouštědlo. Pro lékařské a potravinářské použití postačuje „čistý“ líh (96% ethanol). Úloha 2.9 Filtraci znečištěné vody (např. z kaluže) si můžete vyzkoušet sami. Použijte bezbarvou PET lahev s odříznutým dnem a podle schématu ji naplňte vrstvami materiálu se snižující se zrnitostí. Nádobou nechte protékat znečištěnou vodu a pozorujte změnu. Odstraní se tímto způsobem z vody i bakterie?

znečištěná voda

písek keramzit nebo drobné kamínky větší kamínky, oblázky přečištěná voda

Úloha 2.10 Najděte ve svém okolí příklady filtrů, které slouží k oddělování pevných látek od plynů (domácnost, automobily, obchodní centra, nemocnice apod.).

Úloha 2.11 Slova filtr a filtrování se používají i v přeneseném smyslu, např. filtrování informací. Uveďte další příklady takových filtrů, které zachycují něco jiného než částice. 17