Mapa chemie

Toto video sponzorují Great Courses plus. Vesmír je tvořen hmotou. 98 % této hmoty,
pokud pominu temnou hmotu, tvoří vodík a hélium. Ale naštěstí před miliardami let superobří hvězdy sloučily vodík
a helium do ostatních prvků a rozprášily je po vesmíru. Takto vznikla chemie.

Tyto prvky se spojují
do mnoha různých molekul. A tyto molekuly se spojují
mnoha komplikovanými způsoby. Chemie studuje
tyto reakce ve všech podobách a zjišťuje,
jak spolu vše reaguje. Zabývá se jednotlivými atomy i komplikovanými strukturami,
jako jsou proteiny a DNA. Je to obří, fascinující a komplexní téma. V tomto videu to vše zhustím.

Lidé se o chemii
zajímají už dlouho. Bez chemické reakce hoření
bychom se nikam nedostali. Díky tomu se vyvinuly chemické
techniky jako vaření jídla, tavení kovu z rudy, výroba skla a další. Od té doby bylo mnoho vynálezů civilizace postaveno na pokroku v chemii. Ať už šlo o zpracování kovů,
výrobu hnojiv nebo výrobu nových materiálů a léčiv.

Podívejme se, co všechno do chemie spadá. Nejdříve je tu hmota
a vše co pod ni spadá. Na nejmenší úrovni začínáme
u atomů a periodické tabulky, která pokrývá všechny typy atomů
zvané chemické prvky. Prvky v každém sloupci
mají podobné vlastnosti. Atomy tvoří protony a neutrony v jádru
s elektrony kolem něj. Většina chemie se děje
díky chování elektronů. Spojením atomů získáte molekuly.

Různé molekuly se nazývají
chemické sloučeniny. Chemické sloučeniny mají často naprosto
odlišné vlastnosti od prvků, které je tvoří. Vezměte si vodík,
který je velmi výbušný, a kyslík, který hoří, spojte je a získáte vodu. To je ta nejméně výbušná
a hořlavá věc kolem vás. Sloučeniny nemusí být tvořeny
z jednotlivých molekul. Pevné látky jako kovy a soli
mají krystalickou strukturu, kde se opakují skupiny
atomů zvané jednotky.

Několik sloučenin tvoří směs. Tou je vzduch kolem vás nebo dort. To nás přivádí k tématu,
jak atomy drží při sobě, a tím jsou vazby. Atomy se na sebe
vážou různými způsoby. Redukují energii kradením
nebo sdílením elektronů, případně přestavěním do jiné konfigurace.

Univerzálním pravidlem je,
že se vše snaží minimalizovat energii. Díky vazbám toho atomy dosahují. Pochopení, jak se pohybuje energie
v chemických sloučeninách, je důležité k tomu, abychom určili,
zda reakce proběhne, nebo ne. Například dřevo nezačne
s kyslíkem spontánně reagovat, ale když mu dodáte energii,
začne hořet. Další příkladem,
kdy je energie důležitá, je urychlení reakce mezi sloučeninami díky katalyzátoru.

Katalyzátor ji učiní méně
energeticky náročnou a urychlí ji. Energie také určuje, zda sloučenina
bude existovat v různých skupenstvích. Jako pevná látka, tekutina nebo plyn. Skupenství látky určuje teplota, ve které se nachází,
a tlak, kterému je vystavena. Hodnoty se liší podle materiálu, ale pevné látky se vyskytují
za nízkých teplot a/nebo za vysokého tlaku, a plyny se vyskytují
za vysokých teplot a nízkých tlaků.

Další zajímavým skupenstvím je plasma. Tehdy odtrhnete elektrony
od atomů v plynu a vytvoříte ionty. Takto se vytváří světelné neony. Chemické rekace
jsou jádrem chemie. Které sloučeniny spolu reagují,
jak reagují a co po reakci zůstane.

Existují různé reakce,
které mohou být různě kategorizovány. Všechny reakce podléhají
základním chemickým zákonům. Nejzákladnějším je
zachování hmoty a energie. To znamená, že během chemické reakce nevzniká ani nezaniká
žádná hmota ani energie. Jen se mění jejich forma. Kinetika studuje,
jak rychle reakce probíhají. Také zjišťuje, jaká je reakční rychlost.

Reakce, kde se elektrony přesouvají
z jednoho reaktantu do druhého, se nazývá oxidačně-redukční reakce. Zkráceně redoxní reakce. Oxidace znamená,
že látka ztratí elektron, redukce znamená, že elektron získá. Musí se to dít zároveň. Příkladem je sodík a chlór. Chlór se oxiduje
a sodík se redukuje.

Další důležitou vlastností
látek je jejich pH. Určuje, zda jsou látky
kyselé nebo zásadité. Modelů reakce kyselin
a zásad existuje několik. Dá se říct, že kyselina je látka, které přebývá vodíkový iont,
jehož se vzdá během chemické reakce, zatímco zásada tento iont přijme. Pokud spolu několik
sloučenin v neustále reaguje, mohou vznikat a zanikat různé látky.

Chemická rovnováha nastává,
pokud je množství každé složky konstantní, přestože třeba reakce
mohou dále probíhat. Toto se také děje při změně skupenství, například z pevných látek do tekutin
nebo z tekutin na plyny. Toto jsou základy chemie. Výzkum se zabývá tím, jak se tato pravidla
uplatňují v různých systémech. Nyní se přesunu
k různým oblastem chemie. Teoretická chemie se snaží
vysvětlit strukturu atomů a molekul a jejich interakce
za pomoci matematických metod.

Má velmi blízko k teoretické fyzice
a kvantové chemii a často využívá techniky výpočetní chemie, kde se atomy, molekuly
a reakce simulují v počítači. Simulování kvantového chování čehokoliv
komplikovanějšího než jednoho atomu vodíku je velmi složité/nemožné
pro větší množství částic. Mnoho nových technik v informatice se snaží simulovat molekuly
a určit jejich interakci.

Toto je jedno z nejlepších
použití kvantových počítačů. Měly by být schopné
přímo simulovat chemické systémy. Mohly by objevit nové materiály,
léky a spoustu dalšího. Fyzikální chemie studuje
chemické systémy podle fyziky. Například jejich energii,
sílu, čas, pohyb, termodynamiku, kvantové vlastnosti
a spoustu dalšího. Existují podoblasti jako elektrická chemie,
která studuje elektrické vlastnosti. Ta nám pomáhá vyrábět lepší baterie.

Materiálová věda se snaží
vytvořit materiály s novými vlastnostmi, jako je extrémní pevnost,
odolnost nebo samovolné opravování. Toto je hlavní problém
s pozemskými fúzními reaktory, které spoléhají na nové materiály. Analytická chemie
je jako detektivní práce. Máte vzorek a musíte přijít na to,
z čeho se skládá a kolik čeho je. Chemici vytvořili široké spektrum metod, kterými zkoumají
vlastnosti různých materiálů.

Tradiční techniky
zahrnují roztokovou chemii v podobě srážení, kdy se složky detekují tím,
kdy se vypaří. Existují i mnohé nové technologie
jako chromatografie. Různé složky se roztokem šíří
různou rychlostí a tím se oddělují. Existují různé druhy spektroskopie, která zachytí materiály posvícením na ně. Hmotnostní spektroskopie je, když materiály
prochází elektromagnetickým polem a oddělují se podle hmotnosti.

Konečně se dostávme k obří oblasti
anorganické, organické a biochemie. Organická chemie a biochemie
zkoumá živé tvory, anorganická chemie zkoumá vše ostatní. Ale existuje velké množství průsečíků. Většina anorganických
sloučenin je vytvořena člověkem. Vede nás snaha najít
chemikálie s novými vlastnostmi, které by se daly využít všude na světě.

Existuje jen pár oblastí lidského snažení, kde nebyla anorganická
chemie někdy využita. Medicína, zemědělství, zvláštní tekutiny jako prací prostředky
nebo emulgátory. Nové nátěry, materiály, barvy, a paliva pro průmyslové využití. Při výrobě chemikálií jsou důležité
katalyzátory, protože reakce urychlují. Anorganická chemie také
zasahuje do materiálové vědy, vytváří pevné látky
s novou krystalovou mřížkou jako například supravodiče
při vysokých teplotách.

Tento seznam je nekonečný. Mezi anorganickou a organickou chemií
se nachází organokovová chemie. Zkoumá organické molekuly
vázané přes atom kovu. Často se využívají
jako katalyzátory při výrobě. Organická chemie zkoumá struktury
a chování organických molekul. Ty se obvykle skládají
z malého počtu různých atomů.

Uhlík, vodík, kyslík, dusík a pár dalších. Organičtí chemici se snaží vytvořit
nové molekuly s vhodnými vlastnostmi. Organické molekuly obsahují uhlík a vazba mezi uhlíkem a vodíkem
je nejběžnější vazbou organické chemie. V průmyslu se organická
chemie hojně využívá. Hnojiva, pesticidy,
maziva, polymery a plasty. Běžný člověk se s nimi setká
ve vůních, dochucovadlech a konzervantech. A také v léčivech.

Z organické chemie vychází biochemie. Ta studuje chemii živých tvorů. Biochemie studuje složky, které mohou
být anorganické, jako vodu nebo minerály, ale také se zaměřuje na mnohem
komplikovanější molekuly proteinů, tuků a DNA. Toto odvětví se také prolíná
s molekulární biologií. Ta zkoumá drobné detaily
chemických procesů uvnitř buněk. V biochemii se nachází
čtyři hlavní třídy molekul zvané biomolekuly.

Karbohydráty slouží k uchování energie. Lipidy vytvářejí tuky. Proteiny jsou obří molekuly
tvořené aminokyselinami, které v těle mají mnoho různých funkcí. Nukleové kyseliny uchovávají
genetickou informaci. Výzkum v oblasti biochemie
má obří vliv na medicínu. Pomáhá nám pochopit
infekční a genetické nemoci, usnadňuje transplantace orgánů a tkání, pomáhá klinické diagnostice
zjistit, co vám je, a také zkoumá výživu.

Zkoumá funkci vitamínů
a minerálů v naše těle. Biochemie je důležitá i pro zemědělství, zkoumá půdu, hnojiva a pesticidy. Aplikací existuje mnohem víc. Toto je můj pokus shrnout
celou chemii do 12 minut. Nebylo to snadné,
protože je to velice komplikované.

Udivuje mě, že něco tak
komplexního jako člověk může být postaveno na obřím
množství jednoduchých chemických reakcí. Vaše vědomí je chemickou reakcí
buněk vašeho mozku. Kyslík je rozváděn vaší krví a cukry jsou spalovány v buňkách. Chemie zahrnuje jak jednotlivé atomy i buňky, které vás udržují naživu. Podle mě je to neuvěřitelně fascinující.

Překlad: Mithril
www.videacesky.cz