Chem133

Když se řekne
slovo "chemikálie",

většina lidí si představí něco
špatného nebo nějaké nebezpečí.

Tito lidé pak
říkají věci jako

"nedávám svým dětem potraviny
obsahující chemikálie"

nebo "ta továrna vypouští
chemikálie do vody".

Někdy si tito lidé představí
kapalné chemikálie,

kterými se například
stříkají plodiny na polích

nebo plynné chemikálie, které
vychází z komínů a větracích trubek.

Ale tito lidé už pak pravděpodobně
nevnímají chemikálie jako pevné látky.

Pro ně jsou pevné látky
jen věci jako je tento stůl,

můj počítač nebo zvířátka
hrabáči, prosté věci.

Ale jak už jsem
uváděl dříve,

téměř vše, s čím se denně
setkáme, jsou chemikálie.

S výjimkami
jako je světlo.

Kromě vzduchu, většina látek, se kterou
se běžně setkáváte, je v pevném stavu.

Jako já teď interaguji se
svým oblečením právě teď,

což je dobré, protože kdyby ne,
nebyla by toto správná epizoda.

Ale pevné látky se rozlišují více než
jen na pevné, tvrdé nebo nadité.

Naditovaté, nacpané, narvané,
vycpaný kouzelný drak.

Například mnoho kovů je možno
za správných podmínek nekonečně tvarovat.

Zato kameny
tvarovatelné nejsou,

nedostatek flexibility při dostatečné síle
způsobuje odštěpování či rozdrcení.

Pak také jsou pevné látky,
které vnímáme jako měkké.

Těmi jsou například
guma, jíly a další.

Všechny jsou měkké z různých
důvodů a různě se i chovají.

Nic z toho ale
není náhoda.

Pevné látky mají své vlastnosti
závislé na uspořádání elektronů,

chemických vazeb a
mezimolekulárních sil.

Pevné látky můžeme dělit na
krystalické a amorfní látky.

Atomy a molekuly jsou
v krystalech přesně uspořádané.

Amorfní znamená "bez tvaru" a nepřekvapí,
že amorfní látky nemají definovaný tvar,

protože jejich atomy a molekuly
jsou uspořádány náhodně

V rámci těchto 2 tříd mohou pevné látky
tvořit úžasnou ukázku vlastností.

Možná jste sami
sebe překvapili,

že jste se právě naučili něco nového
o materiálech, které vám přišly již známé.

Ještě lepší je, že to můžete
vysvětlovat dalším lidem,

kteří neví, co
jsou chemikálie.

Pevné látky

Do amorfních látek řadíme
věci, které můžeme očekávat,

jako jsou pěny, gely
a koloidní látky,

jako je majonéza, guma, vosk a
biologické sloučeniny jako je tuk.

Zahrnují také věci,
které byste nečekali,

jako je uhlí, křemíkové solární
panely, a dokonce i sklo.

I přes to, že jste asi někde
slyšeli, sklo není tekuté.

Nevím, kdo
s tím přišel.

V chemii amorfní neznamenají
měkké nebo třeba ohebné,

přestože některé z amorfních
látek mají obě tyto vlastnosti.

Rozřazení je založené
na jejich atomové struktuře,

zda-li je neuspořádaná,
nebo dokonce úplně náhodná.

Amorfní látky mají některé
makroskopické vlastnosti společné.

Zaprvé je nutné chápat, že částice
v amorfní látce jsou uspořádány náhodně,

vazebná energie držící
je pohromadě je také náhodná.

To je to, co způsobuje
postupné tání amorfní látky,

jako u téhle
skleněné trubičky.

Když se materiál zahřeje, slabší
vnitromolekulární vazby zanikají první,

poté i ty silnější povolí a uvolní
se energie ve formě tepla.

Amorfní látky nemají přesně
definovaný bod tání

jako má třeba led,
který taje při 0.

Místo toho tají v určitém rozmezí
teplot, jak tepelná energie roste.

Amorfní látky také lépe reagují při
namáhání než krystalické látky.

Uspořádání krystalu je pravidelné, proto
dochází snadno ke zlomům mezi molekulami.

Po zlomu mají tendence
k tvorbě rovných linií.

Proto obrušování diamantu
vytváří krásně hladké povrchy.

U mnoha amorfních látek je
těžké najít takto hladké linie.

Je jedno jakým
způsobem to zkoušíte,

většinou se trefíte přesně doprostřed
této roviny a nepůjde tak snadno rozbít.

Když lámeme pod tlakem velmi tvrdé amorfní
látky, jen vzácně udělají tyto plochy.

To je důvod, proč střepy skla
vytvoří někdy až bláznivé tvary.

A je to také důvod, proč uhlí
vypadá jako náhodný kámen,

a ne jako
hezký krystal.

Pro tuto vlastnost máme jméno,
amorfní látky jsou izotropní.

To znamená, že jsou odolné
při namáhání ve všech směrech.

Nezáleží, v jakém směru
zatlačíte do kusu jílu

nebo uhodíte do skla, jejich
odolnost bude vždy stejná.

Krystaly jsou naopak anizotropní,
lámou se dle toho, kde uhodíte.

Zmínil jsem
diamanty,

pravděpodobně si pod pojmem
krystal představíte něco takového.

Ve skutečnosti jsou
3 druhy krystalů.

Zahrnují velké množství materiálů
a některé vás překvapí.

Různé typy jsou
založené na složení.

Mohou být molekulární,
iontové anebo atomové.

Molekulární jsou tvořeny
kovalentními sloučeninami,

které vytváří pravidelnou krystalovou
mřížku během tuhnutí, která je neměnná.

Příkladem jsou látky jako je led, suchý
led, což je zmrazený CO2, anebo cukr.

Protože molekuly spolu drží
slabými Van der Waalsovými silami,

je možné je celkem
jednoduše rozbít.

Z tohoto důvodu mívají tyto látky tendenci
měknout již při nízkých teplotách tání.

Iontové pevné látky bývají ve formě jako
je třeba chlorid sodný tedy kuchyňská sůl,

uhličitan vápenatý, což
je křída nebo vápenec,

nebo také síran hořečnatý
známý jako Epsomská sůl.

Jsou tvořeny z iontů, proto
jsou často rozpustné ve vodě

jako ostatní polární sloučeniny,
ale mají vysoký bod tání.

Kuchyňská sůl bude za chvíli
pryč, dáme-li ji do vody.

Ovšem pokud ji zahřeji,
nebude přímo tát,

dokud nedosáhne
teploty 801 stupňů Celsia.

Atomové pevné látky,
jak už jméno napovídá,

jsou tvořeny jednotlivými
atomy a ne molekulami.

Zní to jednoduše, ale ve skutečnosti
máme 3 typy pevných atomových látek:

kovalentní krystaly, pevné
látky 18. skupiny a kovy.

Kovalentní krystaly jsou
natolik zajímavé a důležité,

že jim budeme věnovat
samostatný díl.

Teď jen řeknu, že tvoří
pevnou krystalickou strukturu.

Například diamant je jen
velký krystal z atomů uhlíku.

Diamant a jiné kovalentní krystaly si
můžeme představit jako obrovské molekuly.

Pevnými látkami 18. skupiny je myšleno
pevné skupenství vzácných plynů,

kterou je 18. skupina
v periodické tabulce.

Vzácné plyny spolu
pramálo reagují

a je obtížné je stlačit a zchladit
dostatečně, aby se zkapalnily.

Ještě těžším úkolem je
udělat z nich pevnou látku.

Když už zkrystalizují, atomy spolu drží
slabými Van der Waalsovými silami.

které jsou nestabilní, proto
spolu nedrží příliš dlouho.

Kvůli tomu jsou velmi
vzácné a není to něco,

s čím byste se
někdy mohli setkat.

Pokud je tedy nepůjdete
přímo studovat.

Ale kovy, ty
jsou všude.

Pravděpodobně se na mě
koukáte na zařízení z kovu.

Pravděpodobně máte kov v peněžence
a možná máte kov i v zubech.

A asi jste zatím nepřemýšleli
o kovech jako o krystalech.

ale vzpomeňte si, že klíčem
je jejich atomární uspořádání.

Atomy mohou mít
několik různých uspořádání,

aby zabraly nejvýhodnější
rozložení v prostoru a struktuře.

Tyto struktury jsou známé
jako nejvýhodnější uspořádání

Představte si atomy
jako na koule

a přemýšlejte, jak je
uspořádat nejefektivněji.

Jako byste chtěli naplnit krabici
mnoha ping pongovými míčky.

Atomy se uspořádávají stejně
jako ping pongové míčky.

Navzdory tomuto uspořádání je
mnoho kovů relativně kujných.

Znamená to, že je
můžeme různě tvarovat

a tažné, tedy že mohou být
nataženy například do drátů.

Obě tyto vlastnosti vychází ze základních
vlastností atomů a vazeb mezi nimi.

Atomy kovů
jsou větší.

Tak velké, že valenční elektrony
nejsou jádrem drženy tak silně.

To jim dává více volnosti k pohybu
než elektronům u ostatních prvků.

Místo toho, aby náležely
jednomu atomu,

vytváří jakési moře elektronů přelévající
se z jednoho jádra ke druhému.

Tento volný pohyb elektronů je důvod
vodivosti tepla a elekřiny kovů.

Je přesnější říci,

že se elektrony z větších mnohdy
nestabilních orbitalů hromadí okolo atomů.

Jádra jsou pevně vázána k sobě
elektrony, které jsou okolo

a vytváří extrémně
pevnou kovovou mřížku.

Ale tyto vazby jsou úžasně pružné
a dovolují množství deformací,

na které jsme
u kovů zvyklí.

Přes šíleně velké spektrum
krystalických látek,

mají některé
věci společné.

Jako obvykle většina jejich vlastností
vychází z vlastností vazeb.

Jsou-li všechny vazby v krystalu stejně
dlouhé, pak i jejich síla je stejná.

Což znamená, že pro jejich zánik
je třeba vždy stejné množství energie

a jejich bod tání je přesný,
ne jen přibližný v mezích.

Krystaly jsou také
křehčí než amorfní látky.

Jak jsem říkal, závisí to
na směru působení síly.

Je to vlastně vcelku
zvláštní, že všechny ty věci,

které nazýváme pevnými látkami,
jsou ve skutečnosti tolik různorodé.

Všechny Volva, znovu využitelné
nákupní tašky, dětské helmy

jsou z pořád jen
pevné chemikálie.