Nekorektní blog Petra Kubáče na Blog.cz

Z oblasti plastů a anaerobního kvašení s pomalu přesouváme do chemie vodných roztoků a to z několika jednoduchých příčin - jednak vám manželka (maminka) patrně nedovolí experimenty s bezvodou kyselinou sírovou, a reakce v nepolárních rozpouštědlech mohou vzbudit pozornost protidrogových jednotek policice, takže vám nezbude nic než voda a polární rozpouštědla a tam se vám bude nějaká ta teorie hodit.

Takže je to divné, ale všechno je chemická reakce a všechno se řídí Guldberg-Waagovým zákonem - například rozpustíte sůl ve vodě a de facto dojde k reakci

A dokonce se uvolní i potenciální energie ukrytá v krystalové mřížce soli, což se projeví nepatrným vzrůstem teploty roztoku. Nevěříte - proč si myslíte, že platí zlaté chemické pravidlo, které si teď napíšeme jak nejvýraznějí lze a to :

"VŽDY LEJEME KYSELINU DO VODY - NIKDY VODU DO KYSELINY"

Důvod je ten, že v tomto případě je ionizací uvolněná energie tak velká, že pokud kápneme kapku vody do koncentrované kyseliny - teplo způsobí lokální var směsi a prsknutí koncentrované (přesněji kapkou zředěné) kyseliny do vašeho oka, nebo aspoň na kalhoty. Pokud naopak lejeme kyselinu do vody voda neionizuje zdaleka tak ochotně jako kyselina - takže je lokální var málo pravděpodobný a navíc v nejhorším případě hrozí prsknutí vody (lépe řečeno vody obohacené o kapku kyseliny), což zdaleka nemá ty oslepující účinky - jasné !!! ???

Guldberg-Waagův zákon v tom hraje tu roli, že teoreticky pokud bychom do roztoku NaCl začali přidávat Chlor, nebo Sodík - teoreticky by se směr reakce mohl obrátit ve směru od iontů zpátky k soli - což se stává maximálně tak při odpařování vody a krystalizaci soli z roztoku.

Na druhé straně si představte že nalijeme do vody ocet - tedy kyselinu octovou - ta v čisté destilované vodě bude taky ionizovat. Ale pak začneme přidávat opravdu silnou kyselinu - třeba sírovou. Stane se to, že kyselina sírová odštěpuje vodík alias - ionizuje - daleko ochotněji než kyselina octová - takže ve směsi časem bude přebytek vodíkových protonů až začne Guldberg Waagův zákon zase hrát roli - a dojde k tomu, že (obrazně řečeno) vodíky z kyseliny sírové "zatlačí" vodíky z octa zpátky do molekuly octa a nakonec budeme ve směsi mít vodu, zcela ionizovanou kyselinu sírovou a naprosto neionizovanou kyselinu octovou.

Prozatímní poučení - máme silné ionty, které prakticky nelze udržet ionizované a pak slabé ionty, které se ionizují podle podmínek v roztoku. Stejně tak se dá řící že pokud onen iont je kyselina nebo zásada pak silný iont kyseliny = silná kyselina (sírová, dusičná, solná) a slabé ionty tvoří slabé kyseliny (většina organickýc kyselin, třeba ocet). U louhů je to to samé - sodný, draselný vápenatý jsou silné louhy (zásady) ale třeba amonný iont tvoří slabý louh (zásadu).

Pokud to budeme brát úplně vědecky a budeme měřit koncentraci ionizované a neionizované složky - dostaneme křivku jako na obrázku. Matematici tam vidí "inflexní bod". Středoškolská mládež pojem "inflexní bod" nezná tak se učí "bod při kterém je disociována polovina molekul". ten inflexní bod je pro každou slabou kyselinu (zásadu) charakteristický a pH při kterém k 50% diociaci dochází se ve školních učebnicích jmenuje "disociační konstanta".

Vtip je v tom, že v místě inflexního bodu na křivce disociace dochází u organických molekul k nejprudším změnám nejen ionizace, ale i tvaru molekuly, takže při pH své disociační konstanty třeba pH indikátory mění svoji barvu.

Ještě pravidlo, které je třeba jasné, ale možná ne - silná kyselina brání disociaci slabých kyselin a pomáhá disociaci slabých zásad. Naopak silný louh brání disociaci slabých zásad a podporuje disociaci slabých kyselin.

Takže kontrolní otázka zda jste pochopili předchozí odstavec ? Na obrázku je disociační křivka slabé kyseliny nebo slabé zásady ? A druhá otázka pro opravdové chemiky - co mají na obrázku blbě ?

Zbývá už jenom rada robotům, ke zničení lidstva - kyselina octová je sice slabá, ale ve vysoké koncentraci blízké 100% dovede udělat pěknou paseku a navíc je v této koncentraci silně hořlavá.

Maďarští celníci v 19 století se nechtěně zapsali do dějin lékařství, chemie a blbosti. Vše totiž bylo tak - v roce 1867 došlo k Rakousko - Maďarskému vyrovnání - tedy teprve tehdy vzniko Rakousko-Uhersko - a Maďaři měli takovou autonomii, že na svém území - v Zalitavsku - za říčkou Litavou - si dělali prakticky, co chtěli. Však taky slovenské, ukrajinské, rumunské, srbské, bosňácké a chorvatské lidové pohádky a písničky z té doby - mluví jasnou řečí. Maďaři byli velký výrobce a exportér vína a aby zvýšili příjem svého rozpočtu uvalili na víno vývozní clo. A protože si mysleli, že jsou chytří tak vymysleli svéráznou metodu "kolkování" vína a to takovou, že do procleného vína se přidal fenolftalein, který je v kyselém prostředí - vína - bezbarvý a v alkalickém výrazně modrý.

Idea byla taková - celníci otevřou sud - odeberou zkumavku - nalijí do ní louh a budou pozorovat zda víno zmodrá = proclené, nebo nezmodrá = neproclené. Realita však byla poněkud jiná. Kontrola proclení probíhala - jak bylo plánováno, ale nebylo plánováno, že po maďarských vínech se posere celá Evropa. Tím se Maďaři zasloužili o objev projímavých účinků pH indikátoru - fenolftaleinu a taky se nepřimo zasloužili o mnemotechnickou pomůcku pro mediky "ráno hoven plná bedna, po fenoftaleinu nula-jeda". Tedy když dáte pacientovi večer 0,1 gramu fenolftaleinu - ráno následujícího dne se mu mohutně uleví.

Tím se dostáváme k otázce pH indikátorů - látek, které nám změnou své barvy indikují pH roztoku. Průmyslových pH indikátorů je spousta a liší se v zásadě dvěma parametry - typem barevného přechodu a přesným pH u které k tomuto přechodu dochází. Jestli máte čas TADY si prostudujte jak to dělají opravdoví chemici. My to budeme dělat jinak a to formou pokusů.

Pokus 1: - velmi jednoduchý - udělejte čaj a dejte do něj citrón - babička vám bude tvrdit, že čaj s citróněm je "slabší", protože není tak tmavý. Už jako děcko jsem měl o tomto tvrzení pochybnosti, tak jsem vzal hydroxid sodný (oblíbený krtek na odpady) a nasypal do čaje. Co myslíte, že se po pár zrncích stalo - jasně - čaj zčernal zpět.

Pokus 2: a zároveň rada pro chemiky na nejlacinější, nejdostupnější a velice kvalitní pH indikátor

Ano - ta fialová voda obsahuje molekuly flavinového barviva zvaného antokyan, který je geniální domácí pH indikátor, který má několik barevných přechodů a lze jím přibližně indikovat pH od 2 do 12. Nahoře máte obrázek stupnice pH, které používají právě tento pH indikátor. To není špatné získat pH indikátor a ještě přílohu k nedělní kachničce za cenu slevy v Kauflandu ne ?

Myslím že pro domácí experimentování by to mohlo stačit - zbývá už jenom rada robotům ke zničení lidstva - zamořte vodní toky fenolftaleinem ať se lidi po.... - šťáva z červeného zelí je sice výrazě lacinější, ale projímavé účínky nemá.

Poznámka při druhém čtení - stále předpokládám, že mě nečtou blbé smažky, ale žijeme v době všeobecné blbosti a všeobecné připosranosti - takže raději připomínám - čaj s louhem po experimentu ihned vylijte - ať se někdo nenapije.

V naší předrahé vlasti, mlékem a strdím oplývající, se stala v polovině 90. let nemilá věc. V Orlické přehradě se našlo 5 sudů s těly 4 mužů a 1 ženy - podnikatelů, kteří si mysleli, že po "demokratickém" převratu nastala svoboda a že lze svobodně podnikat bez ohledu na požadavky mafie. Těla byla již značně rozpuštěná a pokud by k nálezu došlo o pár let později patrně už by se nedalo identifikovat o koho šlo ani podle DNA.

Diváci filmu "Brutální Nikita" si jistě vzpomenou na postavu jménem "Viktor Čistič", která rozpouštěla mrtvoly kyselinou, ale to je veliký omyl. Mrtvoly lze nejlépe rozpustit hydroxidem alias louhem, což "Orlický gang" věděl a proto byly sudy s mrtvolami plné hydroxidu sodného. Tím se dostáváme k další lekci chemie, která se za Husáka učila v 7. třídě a dnes je veřejnosti (kromě "čističů" z řad mafie) naprosto utajená a to je teorie kyselin a zásad.

Tedy teorie kyselin a zásad se vyvíjela od poloviny 19 století. Jako první byla Arrheniova teorie kyselin, která prohlašovala, že kyselina je látka, která odštěpuje vodíkový proton, tedy iont H⁺ a zásada (louh/hydroxid) odštěpuje hydroxylový aniot OH^-.

Problém téhle teorie je v tom, že pokud hydroxid rozpustíte v nepolárním nebo neionizujícím rozpouštědle - jako hydroxid se chovat nebude a kyselina to samé. Na tohle reagovala - dodnes na školách učená Brőnstedtova teorie kyselin - která tvrdí že kyselina tvoří s vodou hydroxoniový kationt H₃O⁺ = H₂0 + H⁺ a je dárcem vodíkového protonu, hydroxid pak je příjemcem vodíkového protonu. Tahle definice je super ale stále má drobné mouchy - například neřeší jak se teda ve vodě berou hydroxylové anionty OH^- a pak jaktože pH (probereme) se ve vodných roztocích pohybuje od 0 do 14.

To řeší Solvayova teorie kyselin a zásad, která vychází z Guldberg-Waagova zákona aktivních hmot a tvrdí, že ve vodě spontánně probíhá reakce

A jako kyselina se bere látka, která reakční rovnováhu posunuje směrem k H30⁺ a zásada je látka, která posouvá reakční rovnováhu směrem k OH^-.

Gludberg-Waagův zákon se projeví v tom, že pokud si rozepíšeme rovnici chemické rovnováhy a podělíme koncentrace látek na jedné a druhé straně tak dojdeme ke vzorečku

Hranatými závorkami označují chemici koncentrace.

Protože koncentrace H₂O je o mnoho řádů vyšší než koncentrace disociovaných forem a navíc se díky tomu prakticky nemění - usnadníli si chemici žívot a vzoreček píšou ve zjednodušené formě.

Ani Solvayova teorie kyselin a zásad nedovede vyřešit otázku některých hlavně organických molekul, které neodštěpují vodík a přesto se chovají jako kyselina - příkladem budiž fenol, který nemá nic společného se strukturou anorganických ani organických kyselin a přesto jsou jeho "kyselinové" vlastnosti takové, že dokud nebyla známa jeho struktura říkalo se mu "kyselina karbolová". Látky tohoto typu řeší Lewisova teorie, která tvrdí že kyseliny přijímají elektrony (což z hlediska náboje je ekvivalent odštěpení protonu) a u fenolu to vskutku tak je neboť benzenové jádro vtahuje elektrony dovnitř.

OK máme 2 vzorečky, 4 teorie a podstata stále nikde. Princip je v tom, že kyseliny odštěpují vodík a místo něho přijímají kovy, nebo jiné kationty. Naopak hydroxidy odštěpují OH- a kyselinám tyto kationty poskytují. Notoricky známé je že reakce kyselin s hydroxidy je neutralizace a produktem jsou soli.

Jak poznáte co je kyselina a co louh. Pokud se polijete poznáte to snadno - kyseliny způsobují tzv koagulační nekrózu - kůže zbělá až zčerná vytvoří se tuhý příškvar - zkuste doma s potravinářským octem, že budete mít "drsnou ruku" na které ucítíte i vlastní otisky prstů. Naopak louhy alias hydroxidy tvoří kolikvační nekrózu - tkáň je rozbředlá, gelovítá až tekutá, rozpadá se a rozpouští. Podobně jako s octem si to to můžete vyzkoušet, když se mydlíte klasickým (tuhým) mýdlem - jak je kůže slizká až jakoby hlenem pokrytá - a to není vlastnost mýdla jenom jeho alkalické pH.

Takže je vám jasné proč orličtí vrazi dali do sudů louh

Jasné ?

OK a pokud chci poznat doma - jestli ve flašce je kyselina nebo louh. Nebud vám radit potenciálně nebezpečné rady jako - ponořte do toho hřebík a sledujte jestli šumí (uvolňuje se kolem něho vodík). Principem je změřit pH. Čímž se dostáváme k měření pH. Čímž se dostáváme k definici pH.

Tedy především zkratka pH znamená "pondus Hydrogenii" což otrocky přeloženo z latiny je "váha vodíku". I na pH jsem měl jedničku v chemii a tak opět zopakuju, co jsem odříkal u tabule : "pH je záporný dekadický logaritmus koncentrace (aktivity) vodíkových protonů". Tedy:

nebo správněji

Takže první možnost - extrémní kyselina, která má pH 0 - ergo koncentrace vodíkových protonů je 10^-0 = 1 neboli teoreticky 1 mol na litr Jasné? Koncentrace vody ve vodě je 55 mol/litr takže vodíkových protonů by teoreticky mohlo být ještě více. Problém je v tom, že u pH kolem 0 se i u velmi silných kyselin vyskytuje neionizovaná frakce, která k celkové kyselosti nepřispívá. Takže roztoky s pH pod 0 určitě existují, ale změřit jejich pH je problém.

Opačně - pokud budeme mít velmi silný louh - a vezmeme již uvedený vzoreček

Je jasné, že pokud platí že pokud je [OH^-] daleko více než [H₃O⁺] pak se koncentrace [H₃O⁺] musí blížít 10^-14 aby vzoreček platil. Takže pH nad 14 se ve vodném prostředí prakticky nedá dosáhnout, i kdyz měření extrémně kyselých a zásaditých roztoků je velice složité a kdoví jak je to ve skutečnosti. Minimálně tedy roztoky kde vodíkové protony nebo OH^- skupiny tvoří významnou část roztoku už nejsou tak úplně "vodné rozotky" a tudíž "finta s vynecháním koncentrace vody" ze vzorečků nefunguje.

Jedna věc je ze vzorečku jasná pokud [H₃O⁺] = [OH^-] tak je jasné, že koncentrace obou musí být 10^-7 a tudíž pH neutrálních roztoků je 7.

Myslím, že jsem zcela vyčerpán - očekávám že jsem v článku udělal minimálně 3 hrubé chyby, za které se pak budu stydět. Proto raději končím - tradiční radou robotům ke zničení lidstva - představte si to bitevní pole - zleva stříkají roboti louh, který rozpouští lidská těla, zprava lidi stříkají kyselinu, která leptá kovové kostry robotů a uprostřed za strašného syčení páry je solná hňahňačka z neutralizace obou roztoků - legrační představa ne ?

Můj tajný čtenář, který má doma reaktor na bioplyn - řeší otázku jak je možné, že i přes použití těch nějpoctivějších nádob a toho nejpoctivějšího těsnění, reaktor i přesto nepatrně smrdí - tak jsem mu sepsal seznam plastnů vhodných a nevhodných pro daný účel a on koukal jako puk jak je možné, že jen tak prohlásím, že polyethylén je pro smrad propustnější než PET a dokonce je to podle tabulek pravda. Takže pokračujeme v odhalování chemického know-how, které je pro chemiky elementární a "obecné veřejnosti" naprosto neznámé.

Už jsem o strojích na obrázku jednou psal - že to byl nejlepší výrobek firmy Beckman. Technologie Apolla 11 převedená na zem a "marketingová sebevražda" - tedy stroj tak dobrý, že po něm už neprodáte žádný další, protože nikdy "nepřeskočíte sami sebe". Je to mašinka, která měří cukr tak že jej "spaluje" kyslíkem rozpuštěným v roztoku, pomocí bakteriálního enzymu jménem glukóza-oxidáza a pokles potřebovaného kyslíku měří kyslíkovou elektrodou. Kyslíková elektroda funguje tak, že kyslík proniká teflonovou membránou dovnitř elektrody, kde je kyselé prostředí.

"Za membránou" je tam proniklý kyslík a pak vodíkové "protony" H+ z kyselin. Ke vzniku vody nám chybí jenom elektrony - a ty dodáváme jako elektrický proud. Studentům to obvykle popisuju jako "elektrolýza vody naopak" takže pokud udržujeme na elektrodě konstantní napětí 0,68V proud elektrodou je přímo úměrný koncentraci kyslíku v roztoku.

Hezké, ale jak tohle všechno souvisí s propustností materiálů nádob - jednoduše - jelikož přístroj je typu "marketingová sebevražda" tak největším úkolem marktetingového oddělení firmy Bekckman po léta bylo - sprovodit tento stroj ze světa. A první cesta jak tak učinit zejména v USA, Německu Francii a dalších státech, kde buď mají "ordnung" nebo obě ruce levé - je přestat dodávat náhradní díly. Takže jsem jednoho dne byl postaven před úlohu - "teflonové membrány už nebudou". Proto jsem musel "vymyslet náhradu", proto jsem musel "nastudovat propustnost materiálů pro kyslík" - což se nakonec svezlo na "prostudovat propustnost materiálů obecně". Jasné ?

Takže lidi mají pocit, že chlast ve flašce zůstane uvnitř - a z makroskopického hlediska je to pravda. Problém je že pokud ve flašce (reaktoru na bioplyn) skladujete methyl-merkaptan - který je známý jako "smrad z plynu" nebo "smrad z nemyté huby" a je cítit už od koncentrace 0,0000002% (skutečně si nevymýšlím) - najednou zjistíte, že žijeme v kvantovém světě, a že všechno proniká vším.

ERGO - o prostupnosti obalů nádob pro jejich obsah rozhodují v zásadě tří faktory.

Takže když víte, že methyl-merkaptan je relativně málo polární - bude vám jasné, že snadno pronikne jinými málo polárními plasty - jako je polyethylén, a polylpropylén, ale už s PET flaškou by měl problémy a sklem by pronikl nejspíše kolem zátky, ale hmotou skla jen velmi nepatrně. Takže "rada experta" bude znít - udělej aparaturu skleněnou. A odpověď ubohého experimentátora "kde mám sehnat 1000 litrovou flašku" a protože nerad udílím "knížecí rady" nepoužitelné v praxi - je tady rada č. 2 - udělej nádobu ze skelného laminátu - bude díky vlastnostem skla, epoxidů a polyesterů "smrdět" mnohem méně než polypropylénový barel.

Takže celá "věda" je jenom o tom dávat určité látky do obalů, které jsou "opačných vlastností" než je obsah, proto se čpící kyselina chlorovodíková prodává v polyethylénovém obalu, ale 96% kyselina sírova se v něm už nemůže prodávat, protože by oxidovala a tím narušovala polyethylénové řetězce. Proto se voňavky - které jsou založeny na nepolárních "aromatických" molekulách - prodávají ve skleněných flaškách, a přesto to v parfumerii smrdí jak ve vykřičeném domě.

Protože chemici neradi příliš přemýšlejí - co nalít do čeho. Navíc jak jsme probrali u kyseliny sírové - je ten problém komplexnější než jenom průnik stopových množství ven - existují datábáze "chemické kompatibility" materiálů - moje nejoblíbenější je od firmy COLE PALMER - známého Amerického dodavatele laboratorního nádobí.

Zbývá už jenom rada robotům ke zničení lidstva - methyl-merkaptan sice smrdí strašně, ale lidi s ním žijí po tisíciletí a snado si zvyknou - takže dnes nic....

Poznámka při druhém čtení : víte jak to dopadlo s Teflonovými membránami Beckman ? Začaly je hromadně vyrábět firmičky v rozvojovém světě takže my dnes tyto stroje udržujeme pomocí součástek vyrobených v Mexiku, Guatemale, v Japonské garážové firmiče a jinde po světě - a pak že "globalizace" škodí ;-)))

Pojem chemická reakce - každý intuitivě tuší, o co jde ale "akce" v chemii ? To je jako sleva v drogérii ? Nikoliv nemylte se až budete jednou vařit ten (bioplyn / pervitin / výbušniny) narazíte na otázku za jakých podminek bude chemická reakce probíhat nejlépe.

Tedy už u Gludberg-Waagova zákona jsme narazili na to, že rekce nejlépe probíhá když neustále přidáváme vstupní suroviny a zároveň neustále odebíráme vzniklý produkt. Náš metabolismus funguje vyloženě tak, že v buňkách je "polévka" všeho dohromady, ze kterého si enzymové systémy metabolismu vybírají, co potřebují.

Otázka je ale poněkud složitější - krom koncentrací látek, u kterých se snažíme dosáhnout optimální koncentrace jak jenom přírodní zákony dovolí je tu ještě tlak a teplota. Tedy představte si, že máme rovnici

O téhle rovnici jsme si už v kapitole o výbušninách psali, že probíhá mimořádně neochotně, jak bychom tedy reakčnímu průběhu pomohli. Princip je v tom, že celá reakce je v plynné fázi. Druhé specifikum dané reakce je že do reakce vstupují 4 molekuly plynu a vystupují 2 molekuly plynu. Stejně tak můžeme napsat že do reakce vstupují 4 moly plynu a produktem jsou 2 moly plynu - každý mol zabere za "normální teploty a tlaku" 22.4 litru tím, že nám reakce proběhne se objem reakční směsi vlastně sníží na polovinu.

Takže poklud budeme reakční směs silně stlačovat - bude se reakční mechanismus snažit obrovskému tlaku "uhýbat" a to tím způsobem, že reakční rovnováha se posune směrem k menšímu objemu plynu - a tedy k výslednému produktu - bingoo - je to tak - tato syntéza amoniaku taky probíhá v reaktorech za obrovského tlaku kolem 200 atmosfér.

Tedy toto je "princip akce a reakce" v chemii - tedy chemická rovnováha se posune tak aby pokud možno vyrovala změnu vnějších podmínek. Takže

Pokud plyn vzniká - je výhodné provozovat reakci za nízkého tlaku

Pokud se plyn spotřebovává - je výhodné provozovat reakci za vysokého tlaku

Pokud se teplo spotřebovává - je výhodné reakční směs ohřívat

Pokud se teplo uvolňuje - je výhodné reakční směs chladit.

Toto pravidlo platí, ale reakční mechanismus je někdy tak složitý, že požadavky na reakční podmínky se musí nastavit tak by vyhovovaly "kritické reakci", která probíhá nejobtížněji.

Například reakce

tedy první stupeň výroby kyseliny dusičné z amoniaku potřebuje teplo, zahřívat se však nesmí, protože probíhá mezi plyny rozpuštěnými ve vodě, takže pokud bychom reakci zahřívali - množství rozpuštěného kyslíku a amoniaku by klesalo a reakci by to zpomalovalo.

Jasné alespoň přibližně ? Zbývá už jenom rada robotům ke zničení lidstva - u lidí je trestné vaření drog - co bude trestné u robotů - "vaření" korozivních látek jako jsou kyseliny a hydroxidy ?

Všem chemikům se hluboce omlouvám, že to co je výstižně a přesně popsáno v Husákovských učebcicích chemie pro 7. třídy - dnes daleko stručněji a s chybami přepisuju. Problém chemie je v tom, že děcka ji nenávidí stejně jako matematiku, ale přitom nemá kolem sebe tu intelektuální "svatozář" lidského "kulturního dědictví". Spíše je to "smradlavá disciplína", které se věnují jenom podivíni, proto řada věcí, které jsou v matematice součástí "common knowledge" jsou v chemii velice utajené. Protože potřebuju kámošům Mat-Fyzákům, kteří paradoxně chemii nikdy neměli usnadnit počítání - zejména, když jsou to jsou z jejich hlediska "kupecké počty" - proto píšu "for the future reference" tento článek.

Takže princip všech výpočtů v chemii je stále ten sám - od hmotnosti látky v gramech přejdeme přes její molární hmotnost na molární množství v molech a odtud zpáky na hmotnost produktů v gramech. My chemici známe molární hmotnosti základních prvků zpaměti - Vodík 1, Helium 4, Lithium 6, Uhlík 12, Dusík 14, Kyslík 16, Sodík 22, Chlor 35, Vápník 40 atd... z toho vyplývají i hmotnosti sloučenin - voda H2O například 16 + 1 + 1 = 18 gramů na mol, nebo sůl - NaCl = 22+35 = 57 gramů na mol atd....

Co je to ten "namol" ? Je to snad tak, že chemici mají přístup k lihu a proto "jsou v lihu" ? Ukázalo se býti nepraktické požítat s přímo s počty atomů - proto byla vymyšlena "Avogadrova konstanta alias MOL", která převádí počty reagujících atomů do poněkud lidských rozměrů. Jelikož jsem za Husáka v 7. třídě dostal "jedničku za definici molu" pochlubím se že ji dodnes umím zpaměti - "1 mol je tolik atomů, kolik obsahuje 12 gramů čistého izotopu uhlíku C₆¹²" - neboli původní idea byla, že 1 mol je "gram protonů" nebo spíše "gram směsi protonů a neutronů v poměru 1:1"- jako u uhlíku. Pro matfyzáky jistě nebude zastrašující uvést kokrétní počet - tedy 1 mol je 6,022 141 79×10²³ atomů / molekul / elektronů / iontů atd.....

Takže výpočty z chemických rovnic jsou v zásadě dvojího druhu

1. Hmotnostní zlomek - "kolik získáme železa z tuny železné rudy ? " Klasický švédský "magnetit" má vzoreček Fe₃O₄ - ergo má molární hmotnost 3* 55,8 + 4* 18 = 239.4 gramů namol. Železo v něm má hmotnost 167,4 gramů namol ergo výsledek je 167,4 / 239,4 = 69,9%

2. Výpočet spotřeby / produkce látky alias - kolik CO2 je potřeba k vytvrdnutí pytle nehašeného vápna. Takže vzorečky nejdříve - Nehašené vápno - CaO

Vidíme že voda nám figuruje na vstupu i na výstupu - tak si vzorečky poněkud "vykrátíme"

Pytel vápna má 50 kilo alias 50 000 gramů. Molární hmotnost CaO je 40+16 = 56 gramů na mol - pytel vápna je tedy 50 000 / 56 = 893 mol CaO - což odpovídá spotřebě přesně stejného množství tj. 893 mol CO2. Jelikož CO₂ je plyn máme celkem tři možnosti:

A. zajímá nás hmotnost CO₂ - tedy 893 * (12 + 2*16) = 893 mol * 44 g/mol = 39,3 kg CO₂

B. Zajímá nás objem čistého CO₂ - jelikož 1 mol jakéhokoliv plynu zaujme za laboratorní teploty 20 stupňů a tlaku 100 kPa 22,4 litrů je to 893 * 22,4 = 20 000 litrů CO₂.

C. Zajímá nás množství vzduchu, kterým bude potřeba vyvětrat stavbu, aby vápno ztvrdlo - jelikož vzduch obsahuje 0,04% CO₂ bude to 20 0000 / 0,04% = 20 000 / 0,0004 = 5 000 000 litrů neboli 5000 m³ vzduchu.

Nepatrná poznámka - jestli máte pocit, že jsme právě přišli na způsob "řešení globálního oteplování" - prosím zklidněte hormón - přesně stejné množství CO₂ + spálené palivo se uvolní ve vápence při výrobě nehašeného vápna.

Tak - doufám, že jste systém pochopili a zároveň se omlouvám dnešní školní mládeži, že počítám všechno trojčlenkou - bez vzorečků - za nás sice už byla trojčlenka zakázaná, ale paní učitelka-důchodkyně nás ji naučila tajně, aby se sama nemusela učit "nový systém", který jsem vlastně taky nikdy pořádně nepochopil.

Zbývá už jenom rada robotům ke zničení lidstva : CO₂ - to není nic pro vás, ale CO - to je plyn - robotům neškodný, lidem smrtelný už v pár procentech.

V oblasti chemie už jsem dosáhl stejné zmatenosti jako v elektronice - totiž jdu ve výkladu opačně - nejprve vysvětluju věci složité a pak zmateným čtenářům vysvětluju věci jednoduché. Minule jsme tedy narazili na Gludberg Waagův zákon aktivních hmot - do minulého článku jsem dal link, ze kterého parně nikdo není moudrý, takže sypu si popel na hlavu .....

Na gymplu pokud nejste moderní - facebookový - imbecilní - typ, tak zažijete dvě výrazná zklamání, kdy vaše dosavadní chápání světa budou lámat a otáčet o 180 stupňů. Ve fyzice je to přechod od Newtonovské k Einsteinovské fyzice - maskovaný pod pojmem "speciální teorie relativity". Všechny ty kontrakce délek a dilatace času vám z počátku připadají jako jedno veliké FUJ.

No a v chemii je to právě Gludberg Waagův zákon. Takže - představte si moji nejoblíbenější chemickou reakci - napěchujete díru trinitrotoluenem a odpálíte - BUM - všechno TNT se změnilo v N₂, CO, H₂, a nepatrné příměsi CO₂, H₂O a NO_x. Taky v laborkách děláte většinu reakci, které proběhnou tzv. "kvantitativně" to jest v jednom směru tak výrazně, že otázka nezreagovaných vstupních surovin je nepodstatná. Tím ve vás vznikne falešná, představa, že větššina chemických reakcí probíhá ve stylu

Jenomže pak se dostanete do oblasti organické chemie, kde zejména reakce alkoholů aldehydů a karboxylových kyselin typicky probíhají jako

Vidíte ten rozdíl ? Ano je tam o šipečku více, která symbolizuje, že reakce probíhá oběma směry. Řeknete si formalita, ale není tomu tak. Pan Guldberg a pan Waage totiž přišli na to že každá reakce dosáhne rovnovážného stavu kdy dopředu probíhá stejnou rychlostí jako zpět - a tudíž to navenek vypadá jakože se zastavila. Pro koncentrace substrátů v tomto okamžiku pak platí.

kde koeficienty k1-4 samozřejmě znamenají jako ochotně vstupuje daná molekula do reakce. Pan Guldberg ani pan Waage nebyli matematici takže ve slovním vyjídření blábolí něco o "umocnění na stechiometrické koeficienty". To je čistokrevné matení středoškoláků, protože je přece jasné, že pokud do nějaké reakce vstupuje více než jedna molekula tak potom třeba

a tudíž když si k tomu připíšete konstanty úměrností tak dostanete

k1 * H₂ * k1 * H₂ * k2 * O₂ = k3 * H₂0 * k3 * H₂0

Jasné ? Zazím je jasné, že dědek tady dělá nějakou chemickou onanii, jejíž smysl je nejasný, ale aby bylo jasno Gludberg-Waagův zákon v praxi znamená, že v reakční směsi jsou všechny složky vstupní suroviny i produkty vždy přítomny SOUČASNĚ. A pokud některou složku přidáváme, nebo odebíráme rekace probíhá v tom směru, aby obnovila rovnováhu.

Taže pokud bychom z doutnajcího kráteru začali nějakým "magickým" způsobem odebírat TNT věřte tomu že po nějké době bychom byli svědky toho jako se dusík, vodík a CO skládají zpátky do celých molekul TNT. (Vzhledem k tomu, že u explozí je chemická rovnováha opravdu "výrazně" na straně produktů reakce, je tento příklad přitažený za vlasy, avšak nikoliv zcela nemožný.)

U reakcí, které probíhají kvanitativně (jako třeba výbuch) je jasné, že koeficienty K na jdené straně (na straně TNT) jsou extrémně vysoké a na straně plynů po výbuchu jsou extrémně nízké. U zmíněných reakcí alkoholů a aldehydů jsou ale skoro všechy koeficienty v rovnicíh rovny 1 - ergo organická "reakční směs" je "polívka" kde najdete všechno substráty i produkty, vše přibližne "půl na půl".

Jak potom mohou zvířátka a květinky žít? - Právě proto - v organismech totiž celá řada reakcí probíhá "proti přirozenému směru", a to jenom protože nějakého produktu (který je v rovnováze v nepatrné koncentrací) je veliká spotřeba a tím se nám chemická rovnováha pořád obnovuje a obnovuje a rekace probíhá "do kopce". Kde taková reakce bere reakční energii ? Jednoduše - energine kterou metabolismus spotřebuje na odseparování "vzácného produktu" vlastně vstupuje do reakčního mechanismu a pohání nám chemickou reakci proti přirozenému směru.

Proto rozdělnení čpavku na Aamoniak a Amoniový iont z minlého článku je směšné - poměr NH₃ / NH₄⁺ je totiž při daných podmínkách konstatní a reakcí NH₃ na NH₄⁺ a zpět - se konstatní udržuje ...

A dnešní rada robotům ke zničení lidstva - vzdejte to - přírodní "nanotechnologii" v oblasti enzymů a metabolismu nikdy nedoženete.

Ve starořečtině slovo méteóros - znamená do výše zvednutý, a protože Řekové jsou námořnící - synonymem "do výše zvednutý" je také české "vzdutý" - odtud vzniklo jednak astronomy milované slovo "meteor", televizemi milované slovo "meteorologie" a pak taky důchodci a těhotnými ženami nepříliši milované slovo "meteorismus" které přesně přeloženo znamená "vzdutost", ale méně ušlechtile taky plynatost alias "prdy". Nene - opravdu jsem nepoklesl tak hluboko, to jenom jeden z mých velmi utajených ale o to významnějších čtenářů (dodnes píšu software pro roboty dle jeho návodu) - jako správný geek usoudil, že programování applikací pro iPhone je cesta nikam a vrhl se na domácí biotechnologie.

Jednou z těchto technologií je domácí anaerobní kvašení - neboli výroba bioplynu. Je zcela jedno jestli vyrábíte bioplyn pro energetické účely v reaktoru, nebo jestli jste se přejedli fazolí a "máte prdy". Po nekonečném mailovém pinpongu otázek a odpovědí jsem totiž konečně dospěl k tomu nastudovat nějakou technologii a to v té podobě, že krom základního chemicko - medicínského vzdělání jsem přečetl následující blábolivou brožuru zvanou "Průvodce výrobou a využitím bioplynu" - to by mě skutečně zajímalo kolik z těch "biotechnologických inženýrů" má alespoň nepatrné chemické vzdělání, protože některé pasáže jsou vyloženě komické - ostré rozlišování mezi amoniakem a amonným iontem ( v jejich terminologii ammonium a ammonia ;-)) - jakoby ani neexistoval Gludberg Waagův zákon aktivních hmot atd.... Ale jak by mohl člověk od ekologických inženýrů chtít informace od jejich úhlavní nepřítelkyně - chemie.

Tedy je to jasné - vy prdíte, krávy prdí, a reaktor je třeba donutit taky "prdět". Jak na to - základní informace jsou tyto - vstupem bude nasekaná tráva, zbytky z kuchyně a "startér" obsahující anaerobní bakterie o jehož původu je lépe veřejně nepsat.

Co je problém ?

Tedy problémů je více než dosti a když přemýšlím - jak bych v této oblasti experimentoval já - bylo by to asi takto :

Podle získaných zkušeností budeme postupovat dále. V nejhorším přejdeme na metodu mongolských pastevců, kteří v hliněných do země zapuštěných "reaktorech" velikosti 1-2 kubické metry fermentují hnůj velbloudů, koní i všech ostatních zvířat (i svůj) a na plynu vaří - jelikož v poušti Gobi dřevo jaxi není a plyn hoří lépe než dříve používaný "sušený trus".

Zbývá předposlední otázka proč nelze odstartovat anaerobní cyklus rovnou - myslím si že by to šlo, ale aerobní "předehra" uvolní z trávy výživné látky a navíc naruší celulózové buněčné stěny, čímž jej učiní "stravitelnějšími" pro anaerobní metanogenní bakterie. Navíc některé "suché" a "nemíchací" technologie fermentace se dělají přesně stejně tak proč "vymýšlet znovu kolo".

Na závěr poslední otázka - jak velkou produkci plynu lze odčekávat v optimálním případě - již zmíněný blábolivý článek uvádí pro "travní siláž" produkci plynu 170 -250 kubických metrů na tunu čerstvé biomasy - u 25 kg nasekané trávy by se dala očekávat produkce 5 kubíků plynu !!!! osobně bych v reálných podmínkách kubík plynu považoval za naprosté vítězství hodné článku do některého "ekologického periodika" ;-))

Ani u článků na objenávku nebudeme slevovat z tradiční rady robotům ke zničení lidstva - lidi se "biomasy" z reaktoru štítí neboť jim smrdí, ale přitom jim vůbec neškodí - robotům "biomasa" nesmrdí, ale zase jim svými korozivními účinky výrazně škodí - postřehli jste tento paradox ?

Měli jsme na základce nekolik pomatených učitelek, a jedna z nich nám úporně vnucovala myšlenku, že Dusík je vzácný plyn, protože s ničím nechce reagovat stejně jako opravdové vzácné plyny Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon a Radon. V jistém smyslu je to pravda, protože, pokud potřebujete "inertní" tedy chemicky nereaktivní atmosféru - za pár kaček - dusík není špatná volba.

Přece jenom mezi dusíkem a takovým argonem je nepatrný rozdíl "nereaktivní" plynný dusik se ve vzduchu vyskytuje jako N₂ Zatímco Argon putuje vzduchem jako Ar₁ Tedy dusík tvoří dvouatomové molekuly, zatímco Argon (a ostatní vzácné plyny) putuje vzduchem sám.

Dvouatomové molekuly plynů to není nic vácného - máme H₂, O₂, N₂ atd... Drobný vtip je v tom, že vazba mezi dvěma vodíky je jednoduchá, mezi kyslíky dvojná a mezi dusíky dokonce trojná a navíc tak pevná, že rozštěpit tuto vazbu dá opravdu práci - takovou práci, že když Norové vyráběli ze vzdušného dusíku amoniak potřebovali na to tolik energie, že k tomu museli postavit samostatnou vodní elektrárnu, která se pak proslavila výrobou těžké vody pro Německý jaderný výzkum za II světové války - viz heslo "Norsk hydro" Matička příroda taky umí rozštěpit dusík, ale dělá to jenom pár druhů relativně obskurních bakterií, které žijí v symbióze s hrachem, fazolemi, vojtěškou a ostatními bobovitými rostlinami - v jejich podzemích kořenových hlízách. Ostatní rostliny vám klidně budou mřít na nedostatek dusíku kterého je ve vzduchu 80%, zatímco klidně "papají" oxid uhličitý, kterého je ve vzduchu jen 0,04%.

O tom, že dusík není snadné ze vzduchu jen tak získat svědší většina válečných historek. Za války severu proti jihu v USA - jižanské dámy v rámci vlastenectví a dobročinnosti jezdíly s vozíkem s bečkou od domu k domu a sbíraly moč, aby z močoviny a amoniaku z moči se mohla vyrobit kyselina dusičná - pro výrobu výbušnin......

Stejná historka se sbíráním moči se pak do nekonečna opakovala - Itálie a Německo za I světové války, Německo za II světové války atd. Chcete - li výbušniny potřebujete kyselinu dusičnou, kterou ze vzduchu jen tak snadno nezískáte.

Zbývá poslední nepatrná otázka - jak to všechno souvisí. TAkže jsem našel úžasný obrázek, který to snad objasní. Čistě jenom pro vysvětlení zkratek

Když se podíváte na vzorečky - nelze si nevšimnout, že molekuly výbušnin se přímo ježí nitrokupinami -NO₂, čím více NO₂ tím více to bouchá. Takže si představte, že jdete vyhodit něco do vzduchu - na tělo vaší manželky řetězem přivážete ocelovou trubku ve které máte výbušnou směs a hřebíky. Celé to velmi poctivě uzavřete aby to byla opravdu rána, se kterou proniknete až na obrazovky CNN. Pak nebohou manželku pošlete někam do davu a tam ji odpálíte...

Výbuch je de facto hoření - ale kde to hoření vezme v zašroubované trubce kyslík ? Patrně teď vám to došlo - jakmile začne reakční směs hořet - dusík si hledá "kamaráda dusíka" aby s nim vytvořil extrémně stabilní N2, a nechá dva kyslíky svému osudu. Kyslík by teoreticky mohl taky vytvořit O2 ale vazba v O2 není zdaleka tak pevná jako vazba kyslík-uhlík v CO. TAkže kyslík si hledá "kamaráda uhlíka" - tím vzniká teplo, které destabilizuje další NO₂ skupiny - a celý proces lavinovitě pokračuje.

Takže z ubohé sebevražedné atentátnice zbydou střeva někde na lampě, a potom velké množství super horkého N₂, CO, a něco málo H₂. Logika by velela, že spalování uhlovodíků skončí oxidem uhličitým - CO2 a vodními parami, ale tolik kyslíku zase v molekulách výbušnin není. Uzavřený prostor a vysoká teplota - udělá se vznikajícími plyny své a dílo je dokonáno.

Takže protože dusík tvoří super pevné molekuly N2, proto jižanské dámy sbíraly moč, proto je výroba kyseliny dusičné pro válčící stát klíčová. Máte li kyselinu dusičnou můžete nitrací udělat výbušninu z čehokoliv, třeba ze starých hader - střelná bavlna alias - bezdýmný střelný prach se přesně takhle vyrábí. Proto výbušniny bouchají. Je třeba něco dodávat ?

Zbývá už jenom rada robotům ke zničení lidstva - jste tak blbí, že po předchozím výkladu potřebujete ještě radu ???

Myslím že 20 kapitol o plastech je až dost, proto drazí roboti i čtenáři - dnes s plasty končime. Protože mnoho toho nebylo řečeno musíme telegraficky probrat plasty, které jsme zatím neprobrali.

Nepochybuju o tom, že jsme sposutu neprobrali. Mimochodme například otázku kompozitů, které jme jenom naznačili - typu kevlarová vlákna v epoxidu, nebo skelná vlákna v epoxidu či ABS - čímž vznikají plasty ještě odolnější než jejich mateřské plasty. Nicméně jsem už plasty natolik otráven, že už trvale končím.

Zbývá už jenom rada robotům ke zničení lidstva - počkejte do příště začínáme probírat výbušniny....