KOMIKSOVÁ
L A R RY GONICK a CRAIG CRIDDLE
OBSAH 1. kapitola ����������������������������������������������������������������������������������������������������� 7 Skryté ingredience 2. kapitola ��������������������������������������������������������������������������������������������������23 Hmota získává elektřinu 3. kapitola ���������������������������������������������������������������������������������������������������51 Soudržnost 4. kapitola ��������������������������������������������������������������������������������������������������73 Chemické reakce 5. kapitola ���������������������������������������������������������������������������������������������������91 Reakční teplo 6. kapitola ��������������������������������������������������������������������������������������������������111 Skupenství hmoty 7. kapitola �������������������������������������������������������������������������������������������������135 Roztoky 8. kapitola ������������������������������������������������������������������������������������������������ 147 Reakční rychlost a rovnováha 9. kapitol ��������������������������������������������������������������������������������������������������� 171 Kyseliny a zásady 10. kapitola ���������������������������������������������������������������������������������������������� 197 Chemická termodynamika 11. kapitola ����������������������������������������������������������������������������������������������� 215 Elektrochemie 12. kapitola ��������������������������������������������������������������������������������������������� 233 Organická chemie Příloha ������������������������������������������������������������������������������������������������������249 Využití logaritmů Rejstřík ���������������������������������������������������������������������������������������������������� 251
Věnováno Deonu Criddleovi, který svému synovi vždy pomáhal se školními vědeckými projekty,
a památce Emanuela Gonicka a Otto Goldschmida, dvou chemiků
Ilustrátor by rád poděkoval svému asistentovi Hemengu „Momo“ Zhouovi, bez jehož počítačových dovedností, uměleckých schopností a smyslu pro humor by tahle knížka trvala celou věčnost…
1. kapitola
Skryté ingredience První chemická reakce, která ohromila naše předky, byl oheň. Mně tedy nejdřív vyrazilo dech hnijící maso!
No dobrá, možná byl tedy oheň druhou reakcí… A co fosforescence? Fotosyntéza?
Flatulence?
Fúúú
Každopádně byl oheň fakt hodně důležitý. 7
Oheň – a ostatní zmíněné procesy – odhalily
Jak se fazole mění na páchnoucí plyn ve střevech?
skrytou povahu hmoty. Když zahřejete kus dřeva, nejdřív získáte jen horký kus dřeva… ale pak v jednu chvíli náhle vzplane. Jak je tohle možné?
Právě chemie je věda, která na tuhle otázku odpovídá, a chemické reakce jsou zvláštní proměny, jež odhalují skryté vlastnosti hmoty.
Chemie se zabývá tím, co je tajemné, skryté, neviditelné. Není divu, že trvalo tak dlouho chemická tajemství odhalit… a všechno začalo ohněm.
8
Nejlepší bylo na ohni asi to, že ho šlo využít k řízení dalších chemických reakcí: třeba k vaření!
Oproti shnilému masu docela pokrok…
To jsou celí vědci: když zvládnou uvařit jednu věc, začnou vařit další. Netrvalo dlouho a vařili kameny. Snažíte se dokázat, že chlapi neumí vařit, žejo?
Zní to šíleně, ale jeden z těch zelených drolivých kamenů se roztavil a změnil v oranžovou tekutinu, z níž se po vychladnutí stal lesklý kov – měď.
To vědce povzbudilo, aby roztavili červené kameny na železo… z bláta upekli cihly… z tuku a popela uvařili mýdlo… a (bez ohně) vysráželi mléko na jogurt… zkvasili obilí na pivo… a zelí na kimči. Z toho plyne, že chemie stojí za vznikem civilizace!
Ale chce to nějakou omáčku!
9
V čem spočívá tajemství hmoty? Staří Řekové přišli s nejméně třemi různými teoriemi.
Atomisté s Démokritem v čele si mysleli, že je hmota tvořena drobnými, nedělitelnými částicemi neboli atomy (átomos = „nedělitelný“). Říkali si, že kdybyste ji krájeli a krájeli, někde se to musí zastavit.
Kdyby předměty měly nekonečně mnoho částí, pak by všechno trvalo věčnost.
Přitom to tak jen vypadá…
Další filozof, Hérakleitos, přišel s myšlenkou, že je všechno stvo řeno z ohně. Ano… teď se trochu zahřejeme…
Ale atomy nebyly vidět a… oheň? Ne, vážně! Velký Aristotelés prohlásil, že ve skutečnosti existují čtyři prvky (elementy) neboli základní látky, ze kterých se skládá všechno ostatní. Je to vzduch, země, oheň a voda. Všechno ostatní je podle něj jejich směs.
To dává smysl!
10
Jako třeba olovo ve zlato…
Z těchto tří myšlenek z nějakého důvodu nejvíce ovlivnila středověkou vědu ta Aristotelova. Byla tak optimistická! Pokud je všechno směsí čtyř prvků, pak by mělo jít přeměnit cokoliv v cokoliv jiného jen úpravou těchto ingrediencí!
Beznadějného úkolu se v Persii chopili Džábir (v 8. století) a ar‑Rází (v 10. století), kteří u toho vynalezli celou řadu užitečného laboratorní ho vybavení a metod. To dokládá, že i s hloupými nápady můžete dosáhnout obrovského praktického pokroku. Zlato pořád nikde?
Pojďme předefi novat cíle…
Středověká Evropa si vypůjčila islámskou vědu – včetně jejího názvu, alchymie (= arabsky „chemie“) – a její touhu po transmutovaném zlatu. Třeba německý alchymista Hennig Brand zkoušel vyrobit zlato destilací 60 věder moči. Kde se dá vlastně sehnat 60 věder moči?
Nakonec Brandovo vybavení ve tmě svítilo. Objevil fosfor – ale zlato nikde… 11
Navzdory divokým teoriím toho alchymisté v laboratoři dokázali hodně: zdokonalili destilaci, filtraci, titraci atd. Rozvíjeli sklářství, metalurgii, výbušniny, žíraviny… a vynalezli „pálené víno“ čili tvrdý alkohol…
Ách! Vnitřní alchymie!
Ale jejich laboratorní technika měla velký nedostatek: nedokázala zachycovat plyny. Když reakce pohlcovala plyn, neměli to jak zjistit. A když uvolňovala plyn, nechali ho unikat. Čím rychleji, tím lépe, pro jistotu!
To znamená, že nemohli plně popsat ingredience a produkty chemických reakcí. 12
Moderní studium plynů neboli „vzduchu“ začalo v 17. století, kdy se zkoumaly účinky tlaku vzduchu. Připomeňme si tento pokus Otto von Guericka (1602–1686). Von Guericke si vyrobil dvě kovové polokoule a mezi ně dal kvalitní těsnění. Ventil mu umožňoval vyčerpat z vnitřku vzduch.
Pak dovnitř na pustil vzduch…
Když bylo uvnitř téměř vakuum, nedokázali od sebe polokoule odtrhnout ani dva koně!
A polokoule se snadno oddělily.
Vysvětlení: vzduch tlačí na vnější stranu polokoulí, a tím je tiskne k sobě. Jen když je uvnitř vzduch, který tlak vyrovnává, lze od sebe polokoule snadno oddělit.
Těžko se oddělují
Stejný princip ukazuje jednoduchý domácí pokus: naplňte lahev vodou a pevně ji zašroubujte. Otočte ji dnem vzhůru a zavřené hrdlo ponořte do vody (stačí kuchyňský dřez). Pod vodou sundejte víčko. Lahev zůstane plná.
Tlak vzduchu působící na vodní hladinu drží vodu v lahvi.
13
Snadno se oddělují
Z této obrácené lahve se v rukou Josepha
Priestleyho (1733–1804), kazatele, který si v kuchyni zřídil laboratoř, stala jímka na plyn.
Tlak hromadícího se plynu stlačuje sloupec kapaliny dolů.
Priestleyho reakce se odehrávaly v uzavřené baňce připojené hadičkou k obrácené lahvi s kapalinou. (Lahev byla ponořena do téže kapaliny.*) Při reakci vznikal plyn, který pro bublal kapalinou a shromažďoval se v lahvi. Priestley uchovával plyny ve velkých prasečích močových měchýřích, které se mu náhodou povalovaly po domě. Vymyslel jsem prdící polštá řek!
* Do vody, pokud nešlo o plyn rozpustný ve vodě. Když ano, používal Priestley rtuť.
14