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.