WEBVTT

00:00:00.280 --> 00:00:04.500
Molekuly! Jsou všude ve svých
nekonečných a nádherných variacích,

00:00:04.500 --> 00:00:08.109
ale jelikož je těch variací tolik,
může toho na nás být hodně.

00:00:08.109 --> 00:00:14.989
A proto, abychom se naučili tomuto trochu
více rozumět, řadíme je do skupin a tříd.

00:00:14.989 --> 00:00:17.520
Je to v naší lidské povaze
a je to velice užitečné.

00:00:17.520 --> 00:00:21.990
Jedno ze základních rozdělení je, jestli
je molekula polární nebo nepolární.

00:00:21.990 --> 00:00:25.250
Jde o jakousi symetrii, ne jen
molekuly, ale i náboje v ní.

00:00:25.250 --> 00:00:27.710
Dají se lehce odlišit
pouhým pohledem.

00:00:27.710 --> 00:00:33.260
Máme polární, nepolární, polární,
nepolární, polární, nepolární.

00:00:33.260 --> 00:00:35.670
Já osobně jsem
v týmu polárních.

00:00:35.670 --> 00:00:40.390
Myslím si, že polární molekuly jsou
zajímavější i přes jejich nestálou povahu.

00:00:40.390 --> 00:00:43.300
Nepolární molekuly jsou užitečné
a jejich symetrie překrásná,

00:00:43.300 --> 00:00:45.990
ale polární jsou
podle mě základ všeho.

00:00:45.990 --> 00:00:55.160
[Znělka]

00:00:55.160 --> 00:00:58.479
Hned ze začátku pojďme
rozdělit látky na dva typy.

00:00:58.479 --> 00:01:03.199
Tady máme kostku másla a v
této misce je obyčejná voda.

00:01:03.200 --> 00:01:08.660
Abych tenhle zvláštní pocit měl za sebou,
tak teď tu kostku másla zmáčknu.

00:01:08.660 --> 00:01:13.140
A teď ji
zase pustím.

00:01:13.140 --> 00:01:16.620
Zkusím si to
máslo umýt z rukou.

00:01:16.620 --> 00:01:21.200
Ale ono to nejde...
Prostě to máslo nejde smýt.

00:01:21.200 --> 00:01:23.900
Nejde.
Prostě je na mně přilepené.

00:01:23.900 --> 00:01:29.740
Proč? Protože voda je polární molekula a
různé molekuly v máslu jsou nepolární

00:01:29.740 --> 00:01:33.440
a s něčím takovým nechce
mít voda nic společného.

00:01:33.440 --> 00:01:37.450
Takže, co dělá molekulu polární?
Jsou tu dvě věci.

00:01:37.450 --> 00:01:40.710
Prvním je nesymetrické rozložení
elektronů v molekule.

00:01:40.710 --> 00:01:44.030
Polární molekula pouze z jednoho
prvku nemůže existovat,

00:01:44.030 --> 00:01:46.970
protože všechny atomy mají
stejnou elektronegativitu,

00:01:46.970 --> 00:01:50.070
a tedy rozložení elektronů
bude všude stejné.

00:01:50.070 --> 00:01:53.910
Elektronegativita nám říká, jak
moc chce nějaký prvek elektrony,

00:01:53.910 --> 00:01:57.810
ale lepší je si představit, jak moc
chtějí elektrony být u nějakého prvku.

00:01:57.810 --> 00:02:02.060
Kdyby byly elektrony 13-ti leté
holky, fluor by byl Niall Horan.

00:02:02.060 --> 00:02:06.980
Udělají cokoliv, aby mohly být u něj.
Proč? Kvůli trendům periodické tabulky.

00:02:06.980 --> 00:02:11.940
Elektronegativita se zvyšuje zleva
doprava, protože atomy mají více protonů

00:02:11.940 --> 00:02:14.990
a více protonů znamená
více kluků v kapele.

00:02:14.990 --> 00:02:18.050
Zároveň se shora dolů
elektronegativita snižuje,

00:02:18.050 --> 00:02:22.780
protože se zvyšuje dav elektronů a
ten blokuje efekt protonů pro ostatní.

00:02:22.780 --> 00:02:25.720
Co se snažím říct je, že
elektrony jsou hipsteři.

00:02:25.730 --> 00:02:29.130
Pokud se ostatní elektrony o něco
zajímají, tak je to bude zajímat méně.

00:02:29.130 --> 00:02:30.850
Ovšem do hry
vstupuje více věcí,

00:02:30.850 --> 00:02:34.040
ale jako ve vztazích
mezi dívkami a kapelami,

00:02:34.040 --> 00:02:37.050
je to vše komplikované a divné a
hlavně to není nutné vědět.

00:02:37.050 --> 00:02:39.380
Tato mapa nám však
ukazuje všechny trendy.

00:02:39.380 --> 00:02:42.740
V horním pravém rohu
jsou superstar elektronů.

00:02:42.740 --> 00:02:47.240
Kyslík, dusík, fluor, chlor a brom jsou
vlastně One Direction tabulky prvků.

00:02:47.240 --> 00:02:49.290
Abychom mohli mluvit
o polárních molekulách,

00:02:49.290 --> 00:02:55.700
musí v nich být prvky s rozdílem
elektronegativity alespoň 0,5.

00:02:55.700 --> 00:03:00.460
Pokud je toto splněno, je vnější elektron
častěji u prvku s vyšší elektronegativitou

00:03:00.460 --> 00:03:02.860
a této molekule
říkají chemici polární.

00:03:02.860 --> 00:03:06.480
Důsledkem je parciální záporný náboj
na elektronegativnější části molekuly

00:03:06.480 --> 00:03:09.540
a parciální kladný náboj
na straně druhé.

00:03:09.540 --> 00:03:12.599
V extrémních případech, kdy
je rozdíl elektronegativity 1,6,

00:03:12.599 --> 00:03:16.020
dostaneme dva
ionty v jedné molekule.

00:03:16.020 --> 00:03:19.160
A takové už ale nepatří
mezi polární molekuly.

00:03:19.160 --> 00:03:22.410
Mluvíme tady jen
o rozmezí mezi 0,5 a 1,6.

00:03:22.410 --> 00:03:26.130
Další požadavek je, že musí
být geometricky nesouměrné.

00:03:26.130 --> 00:03:31.430
CO2 je nesymetrické v náboji,
ale jelikož je lineární, v jedné čáře,

00:03:31.430 --> 00:03:34.209
je to taková
symetricky nesymetrická.

00:03:34.209 --> 00:03:39.209
To platí i pro CH4, kde jsou tetraedricky
uspořádané málo elektronegativní vodíky

00:03:39.209 --> 00:03:41.180
kolem elektronegativnějšího
uhlíku.

00:03:41.180 --> 00:03:45.380
Tyto molekuly mají polární
vazby, ale jako takové nejsou polární,

00:03:45.380 --> 00:03:49.319
protože jejich vazby jsou symetrické,
a tak se vzájemně vyruší.

00:03:49.319 --> 00:03:53.550
Aby byla molekula polární,
musí mít dipólový moment,

00:03:53.550 --> 00:03:58.480
rozdělení náboje kolem molekuly
na kladnou část a zápornou část.

00:03:58.480 --> 00:04:02.469
Hodně molekul je nesymetrických
v elektronegativitě i v geometrii.

00:04:02.469 --> 00:04:06.760
To jsou ty naše polární molekuly,
nesymetrické krásky chemie.

00:04:06.760 --> 00:04:09.140
Jen se na ně podívejte. Jsou
tak úžasné a podivné.

00:04:09.140 --> 00:04:12.879
Dokonce umíme i vyznačit, kde
se nachází jejich náboje.

00:04:12.879 --> 00:04:17.940
Značí se to šipkou s plusem směřující
od kladného náboje k zápornému.

00:04:17.940 --> 00:04:22.500
Malé delta plus (δ+) nebo
minus (δ–) u atomů

00:04:22.500 --> 00:04:25.120
značí parciální kladný
a záporný náboj.

00:04:25.120 --> 00:04:27.530
Kapaliny z polárních
molekul jsou skvělá

00:04:27.530 --> 00:04:31.710
rozpouštědla těles z polárních
nebo iontových látek.

00:04:31.710 --> 00:04:34.340
Iontové látky jsou vlastně
jen hodně polární,

00:04:34.340 --> 00:04:38.060
nemají částečný kladný a
záporný dipólový moment,

00:04:38.060 --> 00:04:41.389
ale jejich elektrony se úplně přesunou,
čímž vytvoří dva nabité ionty.

00:04:41.389 --> 00:04:44.180
Určitě jste slyšeli, že podobné
se rozpouští v podobném,

00:04:44.180 --> 00:04:48.620
tedy nejsnazší způsob pro zjištění, zda je
kapalina polární nebo ne, je přidání vody.

00:04:48.620 --> 00:04:52.960
Ovšem proč se to děje,
se většinou nevysvětluje.

00:04:52.970 --> 00:04:55.590
Takže co se
vlastně děje?

00:04:55.590 --> 00:05:00.870
Můžou se zdát jako xenofobové,
kteří se bojí všeho, co je jiné.

00:05:00.870 --> 00:05:04.720
Ale jako vše má
i tohle svůj důvod.

00:05:04.720 --> 00:05:09.940
A jako všechno, pravděpodobně to má
něco se snižováním energie systému.

00:05:09.940 --> 00:05:11.100
A to si pište,
že má.

00:05:11.100 --> 00:05:14.000
Ty parciální
náboje vody?

00:05:14.000 --> 00:05:17.920
Ty mají nejnižší energii, když jsou
hezky srovnané, kladný k zápornému.

00:05:17.920 --> 00:05:19.960
Skoro jako
kapalné krystaly.

00:05:19.960 --> 00:05:23.120
Takže máme uspořádání,
které samozřejmé teče,

00:05:23.120 --> 00:05:27.840
a ty kyslíky se vždycky snaží natočit tak,
aby byly u vodíků ostatních molekul.

00:05:27.840 --> 00:05:29.030
Tak, aby
snížily energii.

00:05:29.030 --> 00:05:31.550
Můžete dokonce sami vidět
působení molekul,

00:05:31.550 --> 00:05:37.640
třeba na povrchovém napětí, když do 100 ml
kádinky nalijete více než 100 ml vody.

00:05:37.640 --> 00:05:40.780
Síla povrchového napětí závisí na
mezimolekulárních silách molekul,

00:05:40.780 --> 00:05:43.920
které je
drží pospolu.

00:05:43.920 --> 00:05:46.680
Tyto přitažlivé síly,
kterým se říká kohezní,

00:05:46.680 --> 00:05:48.770
přitahují molekuly
na povrchu dovnitř.

00:05:48.770 --> 00:05:53.860
A to, co zde vidíte, je pouze
výsledek působení těchto sil,

00:05:53.860 --> 00:05:56.460
tedy minimalizace
povrchu vody v této kádince.

00:05:56.460 --> 00:06:00.229
Kdybychom tam přidali trochu oleje,
všechnu vodu to naprosto rozhodí.

00:06:00.229 --> 00:06:02.920
Oleje mají hodně
nepolární molekuly,

00:06:02.920 --> 00:06:09.560
takže najednou tu máme nenabitou hmotu,
která nám narušuje hezky uspořádanou vodu.

00:06:09.560 --> 00:06:14.840
Ale když se na to podíváte zblízka, je to
podobné jako mezi vodou a vzduchem.

00:06:14.840 --> 00:06:20.760
Voda dělá všechno, aby snížila svůj
povrch a tak nějak vypuzuje olej pryč.

00:06:20.760 --> 00:06:25.439
Není to tak, že voda nemá ráda olej,
akorát má sebe ráda mnohem více,

00:06:25.439 --> 00:06:26.949
takže se s olejem
nebude míchat.

00:06:26.949 --> 00:06:29.770
Ale když přidáte polární látky,
tak to se vodě bude líbit,

00:06:29.770 --> 00:06:34.229
a ty polární látky půjdou po všech
parciálních nábojích, které najdou.

00:06:34.229 --> 00:06:36.630
Nebo spíše, jako
u většiny iontových látek,

00:06:36.630 --> 00:06:41.139
částečně záporné kyslíky
obklíčí kladné ionty

00:06:41.139 --> 00:06:44.910
a částečně kladné vodíky si
vezmou záporné ionty,

00:06:44.910 --> 00:06:49.080
čímž rozbijí krystal a
rozpustí ho ve volné ionty.

00:06:49.080 --> 00:06:53.070
Občas se stane, že
pozorujeme nečekané.

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.

00:06:59.960 --> 00:07:05.200
Uspořádání vody a ethanolu je totiž více
strukturované a tedy i více husté,

00:07:05.200 --> 00:07:06.979
proto má
menší objem.

00:07:06.979 --> 00:07:11.720
Polarita vody je spojená s aspektem,
díky kterému existuje život:

00:07:11.720 --> 00:07:12.720
Vodíkové můstky.

00:07:12.720 --> 00:07:15.690
Částečný záporně nabitý
kyslík a kladně nabité vodíky

00:07:15.690 --> 00:07:19.479
molekule vody
nejsou úplně věrní.

00:07:19.480 --> 00:07:25.020
Zaplétají se do různých podivných
vztahů s atomy ze sousedních molekul.

00:07:25.020 --> 00:07:29.039
Tyto neplnohodnotné vztahy mezi těmito
atomy nazýváme vodíkovými můstky.

00:07:29.039 --> 00:07:33.499
V případě ledu, všechny O a H
atomy vytvářejí tyto vodíkové můstky.

00:07:33.500 --> 00:07:39.110
Energeticky nejvýhodnější uspořádání
vodíkových vazeb v ledu molekuly od sebe

00:07:39.110 --> 00:07:45.409
lehce odstrkuje, a proto má led
o 10 % větší objem než kapalná voda.

00:07:45.409 --> 00:07:47.850
Což není běžný vztah mezi
kapalinou a pevnou látkou.

00:07:47.850 --> 00:07:52.610
Když led roztává, zůstává stále
zhruba 80 % vodíkových můstků,

00:07:52.610 --> 00:07:57.289
zůstávají tam ledovité klastry, a proto je
objem studené vody relativně velký.

00:07:57.289 --> 00:07:59.220
Když však zvýšíme
teplotu, klastry zmizí.

00:07:59.220 --> 00:08:04.700
Na základě tohoto je možné
vysvětlit zajímavou vlastnost vody:

00:08:04.700 --> 00:08:07.759
Totiž že má nejvyšší
hustotu při 4 °C.

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.

00:08:13.910 --> 00:08:15.350
A taky proč byl
vymyšlen hokej.

00:08:15.350 --> 00:08:18.070
A proč lahev s limonádou
praskne, když jí dáte do mrazáku.

00:08:18.070 --> 00:08:21.350
Vodíkové můstky také způsobují,
že je koupání v teplé vodě tak skvělé,

00:08:21.350 --> 00:08:22.980
proč parní stroje
změnily svět

00:08:22.980 --> 00:08:29.020
a proč je stálá teplota na naší
planetě v porovnání s jinými.

00:08:29.020 --> 00:08:32.429
Pro změnu teploty vody
musíme vynaložit spoustu energie,

00:08:32.429 --> 00:08:37.980
protože i k malé tepelné změně je
třeba rozbít spoustu vodíkových můstků

00:08:37.980 --> 00:08:40.599
a tento proces je spojen
s velkou tepelnou výměnou.

00:08:40.599 --> 00:08:44.800
Tepelná kapacita vody je zhruba pětkrát
větší než kapacita obyčejného kamene.

00:08:44.800 --> 00:08:49.060
Ještě jsme ale neskončili s výčtem toho,
co všechno vodíkové můstky způsobují.

00:08:49.060 --> 00:08:54.120
Díky nim se ve vodě rozpouští téměř
vše, co je alespoň částečně polární,

00:08:54.120 --> 00:08:58.570
tedy například cukry, bílkoviny a další
spousta anorganických sloučenin.

00:08:58.570 --> 00:09:02.635
Voda se svým dipólovým momentem
může rozpustit více sloučenin

00:09:02.635 --> 00:09:05.000
než kterákoli jiná
sloučenina na světě.

00:09:05.000 --> 00:09:08.100
Vlastně se divím,
že nerozpustí i nás.

00:09:08.100 --> 00:09:11.830
Čímž se dostávám k poslední věci
a tou jsou hybridní molekuly.

00:09:11.830 --> 00:09:14.870
Existuje spousta molekul jako
jsou třeba saponáty,

00:09:14.870 --> 00:09:17.520
které obsahují jak
polární, tak nepolární části.

00:09:17.520 --> 00:09:22.710
Tento prostředek na nádobí je proto
schopen rozpustit zbytky po mém máslu

00:09:22.710 --> 00:09:25.360
s pomocí množství molekul
blízkým Avogadrovu číslu,

00:09:25.360 --> 00:09:31.980
jelikož ho obklopí nepolární částí a pak
ho umyje pomocí polární části z mé ruky.

00:09:31.980 --> 00:09:34.940
Výborně, hned
je to lepší.

00:09:34.940 --> 00:09:40.420
Ale stejně si to půjdu radši umýt
do koupelny. Hned jsem zpět.

00:09:40.420 --> 00:09:44.110
Podobně i mastné kyseliny, které tvoří
buněčnou membránu, mají polární části,

00:09:44.110 --> 00:09:47.240
kterými můžou interagovat
s vodným prostředním v buňce,

00:09:47.240 --> 00:09:52.500
zatímco nepolární řetězec zabraňuje
rozpuštění buňky v okolní vodě.

00:09:52.500 --> 00:09:54.240
Mají to elegantně
vymyšlené, nebo ne?