1
00:00:00,280 --> 00:00:04,500
Molekuly! Jsou všude ve svých
nekonečných a nádherných variacích,

2
00:00:04,500 --> 00:00:08,109
ale jelikož je těch variací tolik,
může toho na nás být hodně.

3
00:00:08,109 --> 00:00:14,989
A proto, abychom se naučili tomuto trochu
více rozumět, řadíme je do skupin a tříd.

4
00:00:14,989 --> 00:00:17,520
Je to v naší lidské povaze
a je to velice užitečné.

5
00:00:17,520 --> 00:00:21,990
Jedno ze základních rozdělení je, jestli
je molekula polární nebo nepolární.

6
00:00:21,990 --> 00:00:25,250
Jde o jakousi symetrii, ne jen
molekuly, ale i náboje v ní.

7
00:00:25,250 --> 00:00:27,710
Dají se lehce odlišit
pouhým pohledem.

8
00:00:27,710 --> 00:00:33,260
Máme polární, nepolární, polární,
nepolární, polární, nepolární.

9
00:00:33,260 --> 00:00:35,670
Já osobně jsem
v týmu polárních.

10
00:00:35,670 --> 00:00:40,390
Myslím si, že polární molekuly jsou
zajímavější i přes jejich nestálou povahu.

11
00:00:40,390 --> 00:00:43,300
Nepolární molekuly jsou užitečné
a jejich symetrie překrásná,

12
00:00:43,300 --> 00:00:45,990
ale polární jsou
podle mě základ všeho.

13
00:00:45,990 --> 00:00:55,160
[Znělka]

14
00:00:55,160 --> 00:00:58,479
Hned ze začátku pojďme
rozdělit látky na dva typy.

15
00:00:58,479 --> 00:01:03,199
Tady máme kostku másla a v
této misce je obyčejná voda.

16
00:01:03,200 --> 00:01:08,660
Abych tenhle zvláštní pocit měl za sebou,
tak teď tu kostku másla zmáčknu.

17
00:01:08,660 --> 00:01:13,140
A teď ji
zase pustím.

18
00:01:13,140 --> 00:01:16,620
Zkusím si to
máslo umýt z rukou.

19
00:01:16,620 --> 00:01:21,200
Ale ono to nejde...
Prostě to máslo nejde smýt.

20
00:01:21,200 --> 00:01:23,900
Nejde.
Prostě je na mně přilepené.

21
00:01:23,900 --> 00:01:29,740
Proč? Protože voda je polární molekula a
různé molekuly v máslu jsou nepolární

22
00:01:29,740 --> 00:01:33,440
a s něčím takovým nechce
mít voda nic společného.

23
00:01:33,440 --> 00:01:37,450
Takže, co dělá molekulu polární?
Jsou tu dvě věci.

24
00:01:37,450 --> 00:01:40,710
Prvním je nesymetrické rozložení
elektronů v molekule.

25
00:01:40,710 --> 00:01:44,030
Polární molekula pouze z jednoho
prvku nemůže existovat,

26
00:01:44,030 --> 00:01:46,970
protože všechny atomy mají
stejnou elektronegativitu,

27
00:01:46,970 --> 00:01:50,070
a tedy rozložení elektronů
bude všude stejné.

28
00:01:50,070 --> 00:01:53,910
Elektronegativita nám říká, jak
moc chce nějaký prvek elektrony,

29
00:01:53,910 --> 00:01:57,810
ale lepší je si představit, jak moc
chtějí elektrony být u nějakého prvku.

30
00:01:57,810 --> 00:02:02,060
Kdyby byly elektrony 13-ti leté
holky, fluor by byl Niall Horan.

31
00:02:02,060 --> 00:02:06,980
Udělají cokoliv, aby mohly být u něj.
Proč? Kvůli trendům periodické tabulky.

32
00:02:06,980 --> 00:02:11,940
Elektronegativita se zvyšuje zleva
doprava, protože atomy mají více protonů

33
00:02:11,940 --> 00:02:14,990
a více protonů znamená
více kluků v kapele.

34
00:02:14,990 --> 00:02:18,050
Zároveň se shora dolů
elektronegativita snižuje,

35
00:02:18,050 --> 00:02:22,780
protože se zvyšuje dav elektronů a
ten blokuje efekt protonů pro ostatní.

36
00:02:22,780 --> 00:02:25,720
Co se snažím říct je, že
elektrony jsou hipsteři.

37
00:02:25,730 --> 00:02:29,130
Pokud se ostatní elektrony o něco
zajímají, tak je to bude zajímat méně.

38
00:02:29,130 --> 00:02:30,850
Ovšem do hry
vstupuje více věcí,

39
00:02:30,850 --> 00:02:34,040
ale jako ve vztazích
mezi dívkami a kapelami,

40
00:02:34,040 --> 00:02:37,050
je to vše komplikované a divné a
hlavně to není nutné vědět.

41
00:02:37,050 --> 00:02:39,380
Tato mapa nám však
ukazuje všechny trendy.

42
00:02:39,380 --> 00:02:42,740
V horním pravém rohu
jsou superstar elektronů.

43
00:02:42,740 --> 00:02:47,240
Kyslík, dusík, fluor, chlor a brom jsou
vlastně One Direction tabulky prvků.

44
00:02:47,240 --> 00:02:49,290
Abychom mohli mluvit
o polárních molekulách,

45
00:02:49,290 --> 00:02:55,700
musí v nich být prvky s rozdílem
elektronegativity alespoň 0,5.

46
00:02:55,700 --> 00:03:00,460
Pokud je toto splněno, je vnější elektron
častěji u prvku s vyšší elektronegativitou

47
00:03:00,460 --> 00:03:02,860
a této molekule
říkají chemici polární.

48
00:03:02,860 --> 00:03:06,480
Důsledkem je parciální záporný náboj
na elektronegativnější části molekuly

49
00:03:06,480 --> 00:03:09,540
a parciální kladný náboj
na straně druhé.

50
00:03:09,540 --> 00:03:12,599
V extrémních případech, kdy
je rozdíl elektronegativity 1,6,

51
00:03:12,599 --> 00:03:16,020
dostaneme dva
ionty v jedné molekule.

52
00:03:16,020 --> 00:03:19,160
A takové už ale nepatří
mezi polární molekuly.

53
00:03:19,160 --> 00:03:22,410
Mluvíme tady jen
o rozmezí mezi 0,5 a 1,6.

54
00:03:22,410 --> 00:03:26,130
Další požadavek je, že musí
být geometricky nesouměrné.

55
00:03:26,130 --> 00:03:31,430
CO2 je nesymetrické v náboji,
ale jelikož je lineární, v jedné čáře,

56
00:03:31,430 --> 00:03:34,209
je to taková
symetricky nesymetrická.

57
00:03:34,209 --> 00:03:39,209
To platí i pro CH4, kde jsou tetraedricky
uspořádané málo elektronegativní vodíky

58
00:03:39,209 --> 00:03:41,180
kolem elektronegativnějšího
uhlíku.

59
00:03:41,180 --> 00:03:45,380
Tyto molekuly mají polární
vazby, ale jako takové nejsou polární,

60
00:03:45,380 --> 00:03:49,319
protože jejich vazby jsou symetrické,
a tak se vzájemně vyruší.

61
00:03:49,319 --> 00:03:53,550
Aby byla molekula polární,
musí mít dipólový moment,

62
00:03:53,550 --> 00:03:58,480
rozdělení náboje kolem molekuly
na kladnou část a zápornou část.

63
00:03:58,480 --> 00:04:02,469
Hodně molekul je nesymetrických
v elektronegativitě i v geometrii.

64
00:04:02,469 --> 00:04:06,760
To jsou ty naše polární molekuly,
nesymetrické krásky chemie.

65
00:04:06,760 --> 00:04:09,140
Jen se na ně podívejte. Jsou
tak úžasné a podivné.

66
00:04:09,140 --> 00:04:12,879
Dokonce umíme i vyznačit, kde
se nachází jejich náboje.

67
00:04:12,879 --> 00:04:17,940
Značí se to šipkou s plusem směřující
od kladného náboje k zápornému.

68
00:04:17,940 --> 00:04:22,500
Malé delta plus (δ+) nebo
minus (δ–) u atomů

69
00:04:22,500 --> 00:04:25,120
značí parciální kladný
a záporný náboj.

70
00:04:25,120 --> 00:04:27,530
Kapaliny z polárních
molekul jsou skvělá

71
00:04:27,530 --> 00:04:31,710
rozpouštědla těles z polárních
nebo iontových látek.

72
00:04:31,710 --> 00:04:34,340
Iontové látky jsou vlastně
jen hodně polární,

73
00:04:34,340 --> 00:04:38,060
nemají částečný kladný a
záporný dipólový moment,

74
00:04:38,060 --> 00:04:41,389
ale jejich elektrony se úplně přesunou,
čímž vytvoří dva nabité ionty.

75
00:04:41,389 --> 00:04:44,180
Určitě jste slyšeli, že podobné
se rozpouští v podobném,

76
00:04:44,180 --> 00:04:48,620
tedy nejsnazší způsob pro zjištění, zda je
kapalina polární nebo ne, je přidání vody.

77
00:04:48,620 --> 00:04:52,960
Ovšem proč se to děje,
se většinou nevysvětluje.

78
00:04:52,970 --> 00:04:55,590
Takže co se
vlastně děje?

79
00:04:55,590 --> 00:05:00,870
Můžou se zdát jako xenofobové,
kteří se bojí všeho, co je jiné.

80
00:05:00,870 --> 00:05:04,720
Ale jako vše má
i tohle svůj důvod.

81
00:05:04,720 --> 00:05:09,940
A jako všechno, pravděpodobně to má
něco se snižováním energie systému.

82
00:05:09,940 --> 00:05:11,100
A to si pište,
že má.

83
00:05:11,100 --> 00:05:14,000
Ty parciální
náboje vody?

84
00:05:14,000 --> 00:05:17,920
Ty mají nejnižší energii, když jsou
hezky srovnané, kladný k zápornému.

85
00:05:17,920 --> 00:05:19,960
Skoro jako
kapalné krystaly.

86
00:05:19,960 --> 00:05:23,120
Takže máme uspořádání,
které samozřejmé teče,

87
00:05:23,120 --> 00:05:27,840
a ty kyslíky se vždycky snaží natočit tak,
aby byly u vodíků ostatních molekul.

88
00:05:27,840 --> 00:05:29,030
Tak, aby
snížily energii.

89
00:05:29,030 --> 00:05:31,550
Můžete dokonce sami vidět
působení molekul,

90
00:05:31,550 --> 00:05:37,640
třeba na povrchovém napětí, když do 100 ml
kádinky nalijete více než 100 ml vody.

91
00:05:37,640 --> 00:05:40,780
Síla povrchového napětí závisí na
mezimolekulárních silách molekul,

92
00:05:40,780 --> 00:05:43,920
které je
drží pospolu.

93
00:05:43,920 --> 00:05:46,680
Tyto přitažlivé síly,
kterým se říká kohezní,

94
00:05:46,680 --> 00:05:48,770
přitahují molekuly
na povrchu dovnitř.

95
00:05:48,770 --> 00:05:53,860
A to, co zde vidíte, je pouze
výsledek působení těchto sil,

96
00:05:53,860 --> 00:05:56,460
tedy minimalizace
povrchu vody v této kádince.

97
00:05:56,460 --> 00:06:00,229
Kdybychom tam přidali trochu oleje,
všechnu vodu to naprosto rozhodí.

98
00:06:00,229 --> 00:06:02,920
Oleje mají hodně
nepolární molekuly,

99
00:06:02,920 --> 00:06:09,560
takže najednou tu máme nenabitou hmotu,
která nám narušuje hezky uspořádanou vodu.

100
00:06:09,560 --> 00:06:14,840
Ale když se na to podíváte zblízka, je to
podobné jako mezi vodou a vzduchem.

101
00:06:14,840 --> 00:06:20,760
Voda dělá všechno, aby snížila svůj
povrch a tak nějak vypuzuje olej pryč.

102
00:06:20,760 --> 00:06:25,439
Není to tak, že voda nemá ráda olej,
akorát má sebe ráda mnohem více,

103
00:06:25,439 --> 00:06:26,949
takže se s olejem
nebude míchat.

104
00:06:26,949 --> 00:06:29,770
Ale když přidáte polární látky,
tak to se vodě bude líbit,

105
00:06:29,770 --> 00:06:34,229
a ty polární látky půjdou po všech
parciálních nábojích, které najdou.

106
00:06:34,229 --> 00:06:36,630
Nebo spíše, jako
u většiny iontových látek,

107
00:06:36,630 --> 00:06:41,139
částečně záporné kyslíky
obklíčí kladné ionty

108
00:06:41,139 --> 00:06:44,910
a částečně kladné vodíky si
vezmou záporné ionty,

109
00:06:44,910 --> 00:06:49,080
čímž rozbijí krystal a
rozpustí ho ve volné ionty.

110
00:06:49,080 --> 00:06:53,070
Občas se stane, že
pozorujeme nečekané.

111
00:06:53,070 --> 00:06:59,960
Když smícháme 50 ml vody a 50 ml ethanolu,
co se stalo? Máme méně než 100 ml kapaliny.

112
00:06:59,960 --> 00:07:05,200
Uspořádání vody a ethanolu je totiž více
strukturované a tedy i více husté,

113
00:07:05,200 --> 00:07:06,979
proto má
menší objem.

114
00:07:06,979 --> 00:07:11,720
Polarita vody je spojená s aspektem,
díky kterému existuje život:

115
00:07:11,720 --> 00:07:12,720
Vodíkové můstky.

116
00:07:12,720 --> 00:07:15,690
Částečný záporně nabitý
kyslík a kladně nabité vodíky

117
00:07:15,690 --> 00:07:19,479
molekule vody
nejsou úplně věrní.

118
00:07:19,480 --> 00:07:25,020
Zaplétají se do různých podivných
vztahů s atomy ze sousedních molekul.

119
00:07:25,020 --> 00:07:29,039
Tyto neplnohodnotné vztahy mezi těmito
atomy nazýváme vodíkovými můstky.

120
00:07:29,039 --> 00:07:33,499
V případě ledu, všechny O a H
atomy vytvářejí tyto vodíkové můstky.

121
00:07:33,500 --> 00:07:39,110
Energeticky nejvýhodnější uspořádání
vodíkových vazeb v ledu molekuly od sebe

122
00:07:39,110 --> 00:07:45,409
lehce odstrkuje, a proto má led
o 10 % větší objem než kapalná voda.

123
00:07:45,409 --> 00:07:47,850
Což není běžný vztah mezi
kapalinou a pevnou látkou.

124
00:07:47,850 --> 00:07:52,610
Když led roztává, zůstává stále
zhruba 80 % vodíkových můstků,

125
00:07:52,610 --> 00:07:57,289
zůstávají tam ledovité klastry, a proto je
objem studené vody relativně velký.

126
00:07:57,289 --> 00:07:59,220
Když však zvýšíme
teplotu, klastry zmizí.

127
00:07:59,220 --> 00:08:04,700
Na základě tohoto je možné
vysvětlit zajímavou vlastnost vody:

128
00:08:04,700 --> 00:08:07,759
Totiž že má nejvyšší
hustotu při 4 °C.

129
00:08:07,760 --> 00:08:13,910
To je důvod, proč ledové kry plovou na
hladině a proč má voda pod nimi asi 4 °C.

130
00:08:13,910 --> 00:08:15,350
A taky proč byl
vymyšlen hokej.

131
00:08:15,350 --> 00:08:18,070
A proč lahev s limonádou
praskne, když jí dáte do mrazáku.

132
00:08:18,070 --> 00:08:21,350
Vodíkové můstky také způsobují,
že je koupání v teplé vodě tak skvělé,

133
00:08:21,350 --> 00:08:22,980
proč parní stroje
změnily svět

134
00:08:22,980 --> 00:08:29,020
a proč je stálá teplota na naší
planetě v porovnání s jinými.

135
00:08:29,020 --> 00:08:32,429
Pro změnu teploty vody
musíme vynaložit spoustu energie,

136
00:08:32,429 --> 00:08:37,980
protože i k malé tepelné změně je
třeba rozbít spoustu vodíkových můstků

137
00:08:37,980 --> 00:08:40,599
a tento proces je spojen
s velkou tepelnou výměnou.

138
00:08:40,599 --> 00:08:44,800
Tepelná kapacita vody je zhruba pětkrát
větší než kapacita obyčejného kamene.

139
00:08:44,800 --> 00:08:49,060
Ještě jsme ale neskončili s výčtem toho,
co všechno vodíkové můstky způsobují.

140
00:08:49,060 --> 00:08:54,120
Díky nim se ve vodě rozpouští téměř
vše, co je alespoň částečně polární,

141
00:08:54,120 --> 00:08:58,570
tedy například cukry, bílkoviny a další
spousta anorganických sloučenin.

142
00:08:58,570 --> 00:09:02,635
Voda se svým dipólovým momentem
může rozpustit více sloučenin

143
00:09:02,635 --> 00:09:05,000
než kterákoli jiná
sloučenina na světě.

144
00:09:05,000 --> 00:09:08,100
Vlastně se divím,
že nerozpustí i nás.

145
00:09:08,100 --> 00:09:11,830
Čímž se dostávám k poslední věci
a tou jsou hybridní molekuly.

146
00:09:11,830 --> 00:09:14,870
Existuje spousta molekul jako
jsou třeba saponáty,

147
00:09:14,870 --> 00:09:17,520
které obsahují jak
polární, tak nepolární části.

148
00:09:17,520 --> 00:09:22,710
Tento prostředek na nádobí je proto
schopen rozpustit zbytky po mém máslu

149
00:09:22,710 --> 00:09:25,360
s pomocí množství molekul
blízkým Avogadrovu číslu,

150
00:09:25,360 --> 00:09:31,980
jelikož ho obklopí nepolární částí a pak
ho umyje pomocí polární části z mé ruky.

151
00:09:31,980 --> 00:09:34,940
Výborně, hned
je to lepší.

152
00:09:34,940 --> 00:09:40,420
Ale stejně si to půjdu radši umýt
do koupelny. Hned jsem zpět.

153
00:09:40,420 --> 00:09:44,110
Podobně i mastné kyseliny, které tvoří
buněčnou membránu, mají polární části,

154
00:09:44,110 --> 00:09:47,240
kterými můžou interagovat
s vodným prostředním v buňce,

155
00:09:47,240 --> 00:09:52,500
zatímco nepolární řetězec zabraňuje
rozpuštění buňky v okolní vodě.

156
00:09:52,500 --> 00:09:54,240
Mají to elegantně
vymyšlené, nebo ne?