Látky v domácnosti a dílně

Nádobí

Mnohé nádobí je vyrobeno ze skla. Běžné sodnovápenaté sklo se v základu vyrábí ze sklářského písku, vytříděného starého skla, sody (uhličitanu sodného, \mathrm{Na_2CO_3}) a uhličitanu vápenatého (\mathrm{CaCO_3}). Borosilikátové sklo (varné sklo) odolává změnám teplot (má nízkou tepelnou roztažnost), jsou z něj např. varné konvice. Při jeho výrobě se používá oxid boritý (\mathrm{B_2O_3}).

Porcelán se vyrábí z horniny kaolinu, ostřiva (oxidu křemičitého, \mathrm{SiO_2}) a taviva (živec).

Hrnce, pánve nebo příbory mohou být z korozivzdorné (nerezové) oceli. Ta kromě železa (\mathrm{Fe}) obsahuje např. chrom (\mathrm{Cr}), nikl (\mathrm{Ni}) nebo molybden (\mathrm{Mo}). Litina sestává ze železa s větším podílem uhlíku (\mathrm{C}). Litina má značnou tepelnou kapacitu, pomalu se nahřívá, ale na druhou stranu i delší dobu udrží teplo. Povrch litinového nádobí bývá smaltovaný, aby pokrm nepřišel do přímého kontaktu s kovem. Výbornou tepelnou vodivost v rámci nádobí má měď (\mathrm{Cu}) či hliník (\mathrm{Al}).

Nepřilnavý povrch nádobí bývá zhotoven z teflonu (PTFE, polytetrafluorethen). Jde o polymer obsahující atomu uhlíku a fluoru. Je tepelně odolný asi do 260 °C, odpuzuje vodu a má nízké tření. Mezi nevýhody patří jeho výroba zatěžující životní prostředí. Teflon také není příliš mechanicky odolný, časem se jeho drobné částice začínají uvolňovat do jídla. Narušování teflonového povrchu dále urychluje např. kontakt s kovovými nástroji či příbory.

Nádobí může být vyrobeno též z plastu. Běžné plasty (např. polyethylen – PE, polypropylen – PP) nejsou příliš teplotně odolné (proto by neměly přicházet do kontaktu s horkými potravinami a nápoji), snadno dochází k narušení jejich povrchu a uvolňování mikroplastů do jídla. Nástroje odolnější vysokým teplotám (např. obracečky) bývají vyrobené z polyamidů, jejich výhodou je, že neničí povrchy nádob.

Dalším materiálem pro výrobu nádobí a nástrojů je silikon, který v základu obsahuje řetězec atomů křemíku (\mathrm{Si}) a kyslíku (\mathrm{O}) s navázanými organickými skupinami.

Mytí nádobí, čištění povrchů

Mycí a čisticí prostředky se obecně označují jako detergenty. Patří mezi ně zejména tenzidy, ty snižují povrchové napětí vody. Jsou schopné na sebe vázat vodu i látky rozpustné v tucích (nečistoty). Např. do tablet do myčky se často přidávají i enzymy, které štěpí zbytky jídla. Použitím teplé vody se zvyšuje rychlost chemických reakcí i fyzikálních dějů, a tím i efektivita mytí.

Pro čištění povrchů se používá např. tekutý písek. Ten obsahuje částice oxidu křemičitého, které mechanicky narušují nečistoty.

Vodní kámen vzniká usazováním (krystalizací) uhličitanu vápenatého (\mathrm{CaCO_3}) na površích. Ten lze odstranit pomocí kyselých roztoků (např. octa, kyseliny citronové). Naopak usazené organické taniny (např. hnědý povlak u nádobí určeného na čaj) efektivně odstraní třeba roztok jedlé sody (\mathrm{NaHCO_3}), který zajistí zásadité prostředí a navíc také funguje jako abrazivum.

Toto téma přibližuje různé látky spjaté s potravinami. Další kontext (zdůrazňující např. základní živiny, látky v lidském těle a vliv na něj) je k dispozici v kapitole výživa a metabolizmus.

Anorganické látky v potravinách

• Běžná kuchyňská sůl obsahuje hlavně chlorid sodný (\mathrm{NaCl}). Do soli se běžně přidávají sloučeniny jodu (např. jodičnan draselný – \mathrm{KIO_3}), aby nedocházelo k jeho nedostatku v souvislosti s funkcí štítné žlázy.

• Kypřicí prášky uvolňují plyny, které způsobí nakynutí těsta. Některé kypřicí prášky jsou založené na tepelném rozkladu solí (např. hydrogenuhličitanu amonného – \mathrm{NH_4HCO_3}, vzniká amoniak a oxid uhličitý). Další způsob kypření je založen na reakci kyselin (např. kyselina vinná, fosforečnany) a zásad (hydrogenuhličitan sodný, jedlá soda – \mathrm{NaHCO_3}).

• Oxid uhličitý (\mathrm{CO_2}) se používá pro sycení nápojů.

• Oxid dusný (\mathrm{N_2O}, lidově rajský plyn) se používá v gastronomii jako hnací plyn ve šlehačkových bombičkách.

• Zlato (\mathrm{Au}) lze použít jako dekoraci, zvláště u luxusních zákusků. Vzhledem k jeho netečnosti beze změny projde lidským tělem.

Přídatné látky

Přídatné látky se popisují určitými kódy (např. E211), lidově se označují jako „éčka“. V potravinách plní různé funkce.

• Konzervanty zabraňují růstu mikroorganizmů a prodlužují trvanlivost potraviny. Příkladem je benzoan sodný. Do uzenin se přidávají dusitany (zejména dusitan sodný, \mathrm{NaNO_2}). Ty zastavují množení bakterií a zároveň rozklad hemoglobinu, čímž udržují barvu masa.

• Emulgátory umožňují mísení složek rozpustných ve vodě a v tucích. Příkladem je sójový či slunečnicový lecitin.

• Antioxidanty zpomalují reakci se vzdušným kyslíkem a prodlužují trvanlivost potravin. Příkladem je kyselina askorbová (vitamin C).

• Barviva dodávají potravinám požadovanou barvu, patří mezi ně např. β-karoten.

Chuť a vůně potravin

• Sladkou chuť v základu způsobují jednoduché sacharidy (cukry). Může být ale vyvolána i umělými sladidly (např. aspartam, acesulfam K, glykosidy ze stévie sladké).
• Kyselá chuť souvisí s kyselým charakterem potravin, kdy je v roztoku nízké pH a vyšší koncentrace vodíkových kationtů (\mathrm{H^+}). Kyselou chuť způsobuje např. kyselina citronová či askorbová.
• Slaná chuť je vyvolána přítomností solí (zejména chloridu sodného, \mathrm{NaCl}).
• Hořkou chuť způsobují hlavně rostlinné alkaloidy.

Mezi další chutě patří např. chuť umami, která je způsobená glutamáty (solemi kyseliny glutamové, což je aminokyselina).

Chuť a vůni potravin ovlivňují i aromata, například syntetický ethylvanilin nahrazuje vanilkovou chuť přírodního methylvanilinu a dalších chuťových složek vanilky.

Ohřev

Běžným zdrojem tepla je hoření zemního plynu. Ten se skládá převážně z methanu (\mathrm{CH_4}). Jeho hořením vzniká oxid uhličitý (\mathrm{CO_2}) a voda (\mathrm{H_2O}). Aby byl zemní plyn v případě úniku cítit, odorizuje se (např. pomocí thiolů).

Indukční varné desky pomocí magnetického pole vyvolávají vířivé proudy ve dnu nádoby, což způsobuje ohřev. S indukčním ohřevem je kompatibilní nádobí s (fero)magnetickým dnem (obvykle obsahující železo).

K odstraňování par a pachů při vaření slouží digestoř. V digestořích bývá tukový filtr (často z hliníku) a filtr obsahující aktivní uhlí (\mathrm{C}).

Fyzikální a chemické děje v kuchyni

Při varu se kapalina mění na plyn v celém svém objemu. Difuze je přechod látky z prostředí s vyšší koncentrací do prostředí s nižší koncentrací (např. louhování čaje). Z hlediska oddělování složek směsí se v kuchyni často uplatňuje filtrace (např. slévání těstovin, příprava kávy). Ochlazení potravin v lednici či jejich zmrazení zpomalí průběh chemických reakcí v nich, tudíž se uchovají déle čerstvé.

Reakce související s jídlem, bezpečnost

• Při ztužování tuků se mění kapalné tuky (oleje) na pevné. Dochází k sycení dvojných vazeb v mastných kyselinách vodíkem (\mathrm{H_2}) a jejich přeměně na vazby jednoduché.

• Pokud vystavíme bílkoviny teplu, dojde ke změně jejich prostorového uspořádání neboli denaturaci. Příkladem je tepelná úprava vajec či masa.

• Při vysokých teplotách vznikají karcinogenní (rakovinotvorné) látky, např. akrylamid nebo polycyklické aromatické uhlovodíky (PAHs). Proto je vhodné potraviny nepřipalovat. Při grilování vzniku těchto nebezpečných látek do určité míry může zabránit marinování masa.

• Fermentace (kvašení) je přeměna cukrů (sacharidů) na alkohol (ethanol) nebo kyseliny (např. kyselina mléčná). Uplatňuje se třeba při výrobě jogurtů či kynutí pečiva za účasti kvasinek.

• Maillardova reakce je zodpovědná za hnědnutí potravin např. při pečení, též při ní vznikají látky ovlivňující chuť a vůni. Reagují při ní sacharidy s aminokyselinami. Typicky probíhá při pečení pečiva nebo pražení kávy.

Rozpouštědla

Rozpouštědla rozpouštějí jiné látky. Tvoří s jinými látkami tvoří stejnorodé (homogenní) směsi neboli roztoky, aniž by s nimi chemicky reagovaly. Rozpouštědla jsou zpravidla kapaliny, při vytváření roztoku jsou obvykle ve srovnání s rozpouštěnou látkou v nadbytku.

Běžně používaná rozpouštědla lze rozdělit na polární a nepolární:

• Mezi typická polární rozpouštědla patří voda či ethanol. Polární rozpouštědla mají nerovnoměrně rozložený náboj v molekulách (např. vlivem rozdílných elektronegativit atomů). Polární rozpouštědla zpravidla dobře rozpouštějí soli a jiné polární/iontové látky.
• Nepolární rozpouštědla mají rovnoměrně rozložený náboj v molekulách. Typickým příkladem jsou uhlovodíky, v jejich molekulách je malý rozdíl elektronegativit v rámci vazeb \mathrm{C–C} nebo \mathrm{C–H}. Patří mezi ně např. benzen, toluen, petrolej (směs uhlovodíků) nebo tetrachlorethen. Nepolární rozpouštědla zpravidla dobře rozpouštějí jiné nepolární látky.

Povrchově aktivní látky

Povrchově aktivní látky se označují jako tenzidy. Snižují povrchové napětí rozpouštědel. Používají se v pracích a čisticích prostředcích, typickým příkladem tenzidu je mýdlo. Molekuly tenzidů obsahují zároveň polární (hydrofilní) a nepolární (hydrofobní) část, dokážou se tedy mísit s polární látkou (typicky vodou) i nepolárními látkami (typicky tuky, nečistotami).

Vybavení koupelny

• Např. umyvadlo či záchodová mísa bývají vyrobené z keramiky. Základním materiálem pro jejich výrobu je tedy hornina kaolin. Na povrchu bývá hladká glazura (v základu z oxidu křemičitého – \mathrm{SiO_2}), která zajistí chemickou odolnost a snadné čištění.

• Vodovodní baterie bývají mnohdy pokovované chromem (\mathrm{Cr}).

• K výplni spár se používají silikony, ty obsahují řetězce atomů křemíku (\mathrm{Si}) a kyslíku (\mathrm{O}) s navázanými organickými skupinami.

• Zrcadla fungují díky přítomnosti tenké odrazivé vrstvy hliníku (\mathrm{Al}), případně stříbra (\mathrm{Ag}).

• Ručníky a osušky se typicky vyrábějí z bavlny, sestávají tedy hlavně z polysacharidu celulózy.

Čisticí prostředky

• Pro zprůchodnění zaneseného odpadu lze využít žíravý hydroxid sodný (\mathrm{NaOH}), který rozloží např. vlasy, zbytky kůže aj.

• Vodní kámen (tvořený hlavně uhličitanem vápenatým – \mathrm{CaCO_3}) se rozpouští v kyselém prostředí, které lze zajistit např. použitím kyseliny octové (octa).

• Některé čisticí prostředky (např. Savo) obsahují jako aktivní látku chlornan sodný (\mathrm{NaClO}). Ten má oxidační a bělicí účinky. Není vhodné ho používat společně s dalšími prostředky (zejména kyselými), mohlo by docházet k uvolňování jedovatého chloru (\mathrm{Cl_2}).

• Další čisticí prostředky jsou založené na přítomnosti povrchově aktivních látek. Některé používají i abrazivní částice (ty obrušují nečistoty, např. v tekutém písku).

Mýdlo, šampon

Mýdlo i šampon obsahují povrchově aktivní látky. Část molekuly těchto látek se ochotně mísí s vodou (je hydrofilní), část s tuky a nečistotami (je hydrofobní). V mýdlech se typicky používají sodné soli mastných kyselin, v šamponech třeba laurethsulfát sodný (SLS/SLES). V mýdlech a šamponech typicky bývají i látky způsobující vůni (např. geraniol, citral, linalool, limonen) a barviva (např. brilantní modř – Cl 42 090).

Čištění zubů

Zubní pasty v základu obvykle obsahují částice schopné obrušovat nečistoty ze zubů, zpravidla hydratovaný oxid křemičitý. Dále zde bývá přítomen zdroj fluoridových iontů (\mathrm{F^-}, např. fluorid sodný – \mathrm{NaF}), které remineralizují sklovinu a činí ji odolnější vůči působení kyselin. Zubní kartáčky se nejčastěji zhotovují z polypropylenu (PP) či polyethylenu (PE), vlákna pak bývají z nylonu.

Praní

Prací prášky, podobně jako další výrobky určené k čištění, obsahují hlavně povrchově aktivní látky (tenzidy) a látky změkčující vodu, které funkci tenzidů usnadňují (např. soli kyseliny fosfonové, EDTA). Dále bývají přítomné enzymy, které rozkládají proteiny, sacharidy a tuky. Nacházet se zde mohou i bělidla či optické zjasňovače.

Kosmetika a další výrobky

• Antiperspiranty často zabranují pocení díky tomu, že působením hlinitých kationtů (\mathrm{Al^{3+}}) uzavírají póry v kůži.
• Rtěnky v základu obsahují vosk či parafín, v němž jsou barviva.
• Řasenky zvýrazňují řasy např. díky obsahu amorfnímu uhlíku (\mathrm{C}) či oxidům železa.
• Odlakovače na nehty typicky jakožto rozpouštědlo používají ethylester kyseliny octové (ethyl-ethanoát).

Plast (umělá hmota) je uměle vyrobený materiál. Plasty jsou organické sloučeniny, jejich molekuly mají podobu dlouhých řetězců (vznikají zřetězením menších jednotek, polymerací). Vyrábějí se nejčastěji z látek odvozených z ropy, existují ale i plasty vyráběné z biomasy. Plasty jsou zpravidla lehké a poměrně odolné, mají mnohdy jedinečné vlastnosti. Jejich výroba je levná. Nacházejí využití prakticky ve všech oborech lidské činnosti. Jejich masové využití přináší ale i problémy pro životní prostředí či zdraví.

Příklady plastů

• polyethylen (PE) – Vzniká polymerací ethenu (ethylenu). Nejpoužívanější plast na světě. Rozlišuje se polyethylen s nízkou hustotou (LDPE – ♶) a vysokou hustotou (HDPE – ♴, tvrdší). LDPE se používá např. k výrobě sáčků a fólií, HDPE k výrobě obalů, nádob či trubek.
• polypropylen (PP) ♷ – Vzniká polymerací propenu (propylenu). Např. k výrobě obalů, vláken, dílů dopravních prostředků nebo lékařského vybavení.
• polyethylentereftalát (PET) ♳ – Zejména k výrobě PET lahví či oblečení.
• polystyren ♸ – Neměkčený např. k výrobě obalů, měkčený jako tepelná izolace budov či obalová výplň.
• polyvinylchlorid (PVC) ♵ – Vzniká polymerací chlorethenu (vinylchloridu). Např. k výrobě podlahových krytin či izolací kabelů.
• akrylonitrilbutadienstyren (ABS) – Velmi teplotně i mechanicky odolný.
• nylon – Označuje skupinu polyamidových vláken, v nichž jsou monomery spojené peptidovou vazbou. Např. k výrobě textilií nebo nádobí.

Plastový odpad, plasty a životní prostředí

Mnohé plasty je možné recyklovat (ovšem např. u PVC je recyklace neefektivní). Vytříděný plastový odpad se po svozu třídní dle jednotlivých typů plastů (ty jsou mj. označené recyklačními symboly, vizte výše). Plasty lze spalovat při vysokých teplotách, při nižších teplotách vznikají toxické produkty hoření. Další možností nakládání s plasty je dodnes skládkování.

Problémem je uvolňování plastů do životního prostředí, např. do moří a oceánů. Plasty se v přírodě rozkládají na drobné mikroplasty. Ty se dostávají do potravních řetězců a nashromažďují se ve tkáních živých organizmů.

Plasty a zdraví

Mikroplasty se dostávají do potravy i kontaktem s obaly či nádobím. Jejich vliv na zdraví však dosud není zcela objasněn. Zdraví mohou ovlivňovat různé látky uvolňované z plastů (např. endokrinní disruptory ovlivňující hormonální systém, změkčovadla či těžké kovy). Čím vyšší teplota, tím více látek se z plastů uvolňuje (proto např. není dobré nechávat láhev s pitím v rozpáleném autě či vystavovat vysoké teplotě plastové nádobí, které pro to není určené).