Chemie v praxi

Při práci s chemickými látkami a směsmi je nutné dbát na bezpečnost. Musíme být informovaní o tom, se kterými chemikáliemi pracujeme, jaké mají vlastnosti, co při práci s nimi dodržovat (např. které ochranné pomůcky použít) a jak se zachovat v případě nehody.

Ochranné pomůcky

• chemický plášť – Bavlněný (neochotně hoří), bílý (je na něm vidět potřísnění), zapíná se na knoflíky (v případě nutnosti jej lze strhnout).
• štít/brýle – Chrání obličej či oči. Oči jsou značně náchylné na poškození a mohou jimi vnikat do organizmu nebezpečné látky.
• rukavice – Chrání ruce, vyrábějí se např. z latexu, PVC či nitrilu.
• dýchací maska – Mnohdy s výměnnými filtry, které zachytávají určité nebezpečné látky a zabraňují jejich vdechnutí.

Označování chemických látek a směsí

Chemické látky či směsi bývají (v souladu se systémem GHS) dodávány s bezpečnostním listem, který obsahuje informace o nakládání s nimi. Nebezpečnost látek/směsí na obalu může být stručně vyjádřena signálním slovem (VAROVÁNÍ, NEBEZPEČÍ). P-věty (z anglického precaution) informují o bezpečném nakládání, H-věty (z anglického hazard) popisují nebezpečí.

Látky bývají též označené symboly nebezpečí:

Symbol nebezpečí	Význam	Příklad(y)
	žíravé/korozivní látky	kyseliny (např. kyselina sírová), hydroxidy (např. hydroxid sodný určený k čištění odpadu)
	plyny pod tlakem	oxid uhličitý v tlakové lahvi
	dráždivé látky	aceton, prostředek na mytí nádobí
	výbušné látky – uvolňují najednou velké množství plynů	nitroglycerin, TNT, zábavní pyrotechnika
	hořlavé látky	benzín, deodorant ve spreji
	látky nebezpečné pro životní prostředí	pentahydrát síranu měďnatého, dimethylrtuť, čistič WC
	oxidující látky – způsobují či zesilují požár/výbuch	peroxid vodíku, chlornan sodný
	látky nebezpečné pro zdraví – vyvolávají dlouhodobé poškození organizmu	benzen (např. v rozpouštědle barev), kadmium
	jedovaté (toxické) látky – způsobují smrt či poškození zdraví (akutní toxicita)	nikotin, kyanovodík

Nebezpečné látky/směsi v běžném prodeji (např. čisticí prostředky) musejí též být opatřeny bezpečnostním uzávěrem a/nebo haptickou informací (obvykle vyvýšený rovnostranný trojúhelník).

První pomoc

• První pomocí při potřísnění kyselinou/hydroxidem je omývání postiženého místa vodou.
• Popáleniny je namístě chladit, případně sterilně překrýt.
• Při požití jiných látek či kontaktu s nimi je vhodné jednat podle instrukcí na obalu/v bezpečnostním listu, případně volat Toxikologické informační středisko či zdravotnickou záchrannou službu.

Voda je sloučenina vodíku a kyslíku. Popisuje se vzorcem \mathrm{H_2O}, každá její molekula obsahuje dva atomy vodíku (\mathrm{H}) a jeden atom kyslíku (\mathrm{O}). Na Zemi se voda vyskytuje ve třech skupenstvích (pevné – led, kapalná voda, plynné – vodní pára).

Fyzikální vlastnosti vody

Kapalná voda má při 20 °C hustotu 0,998 g/cm³. Běžný led má hustotu asi 0,917 g/cm³, což je méně než u kapalné vody (led tedy plave na její hladině). Největší hustotu (prakticky 1 g/cm³) má kapalná voda při 3,95 °C, voda o této teplotě tedy např. v zimě klesá ke dnu a umožňuje přežití organizmů ve vodních tělesech (jezerech, rybnících aj.).

Teplota tání vody za standardního tlaku je 0 °C, teplota varu 100 °C (při varu se voda vypařuje v celém svém objemu). Teplota varu se s klesajícím tlakem (např. při výstupu do vyšších nadmořských výšek) snižuje. Led může sublimovat (přecházet rovnou do plynného skupenství), kapalná voda se ze svého povrchu vypařuje i při teplotě nižší, než je teplota varu.

Voda v živých organizmech

Voda je klíčové rozpouštědlo pro pozemský život. V živých organizmech tvoří prostředí buněk, podílí se na transportu látek či tvoří prostředí pro funkci enzymů.

Koloběh vody v přírodě

Kondenzace (kapalnění) vodní páry v atmosféře vede ke vzniku oblačnosti a srážek (např. deště, krup, sněhu, mlhy). Voda, která se dostane na povrch, se opět vypařuje, prosakuje do země nebo je vodními toky vedena do moří a oceánů.

Voda v mořích a oceánech obsahuje rozpuštěné soli, které původně byly přítomné v horninách. Při odpařování slané vody se odpařuje jen voda (\mathrm{H_2O}) bez solí, oblaky tedy sestávají ze sladké vody.

Podzemní voda vyplňuje dutiny a pukliny v horninách. Vzhledem k tomuto těsnému kontaktu je u ní vyšší pravděpodobnost mineralizace a např. nasycení oxidem uhličitým.

Voda a rozpuštěné minerální látky

Voda se v přírodě nevyskytuje chemicky čistá, obsahuje určité množství rozpuštěných minerálních látek (solí).

Tvrdá voda obsahuje větší množství rozpuštěných minerálních látek (zejména \mathrm{CaO} a \mathrm{MgO}), měkká voda méně. Většina vody na Zemi (asi 97 %) je slaná. Množství rozpuštěných solí ve vodě (zvláště mořské) se označuje jako salinita.

Destilovaná voda je destilací (vypařením a kondenzací) zbavená minerálních látek.

Voda se využívá k přímé konzumaci (pití), při výrobě potravin, v zemědělství, průmyslu či energetice (např. pro chlazení jaderných reaktorů).

Typy vody podle využití

• Pitná voda je vhodná ke konzumaci. Musí splňovat hygienické normy, je zbavená nečistot a mikroorganizmů. Vodovodním řádem v Česku se rozvádí právě pitná voda.
• Užitková voda se používá v průmyslu či zemědělství.
• Využitím a znečištěním pitné či užitkové vody vzniká voda odpadní.

Jako minerální se označuje podzemní voda stálého složení a vlastností, může být do různé míry mineralizovaná.

Úprava pitné vody

K získání pitné vody se používají jak podzemní, tak povrchové vody. Ty je obvykle nutné vyčistit. Obecně stálejší je složení a kvalita podzemních vod, kvalita vod povrchových se může rychleji měnit. Při úpravě pitné vody se používají např. následující procesy:

• usazování v usazovacích nádržích – Odstraňování hrubších částic (kalu).
• čiření – Vlivem přidání chemických činidel probíhá vločkování (flokulace) nečistot, které pak lze snáze odfiltrovat.
• filtrace – Např. přes křemelinu či písek.
• oxidace a dezinfekce – Odstraňuje organické látky, mikroorganizmy i některé anorganické látky. Používají se např. sloučeniny chloru (chlorace), ozon (\mathrm{O_3}, ozonizace) či UV záření.
• provzdušňování – Odstraňuje zapáchající plyny (např. amoniak – \mathrm{NH_3} či sulfan – \mathrm{H_2S}), převádí ionty železa do nerozpustné formy.

V Česku je pitná voda obecně zdravotně nezávadná, má tedy smysl upřednostnit pití kohoutkové vody před vodou balenou.

Vodní kámen

Vodní kámen sestává z krystalizovaných minerálních látek, zejména uhličitanu vápenatého (\mathrm{CaCO_3}). Tvoří se hlavně ve spojitosti s tvrdou vodou, např. ve varných konvicích, na topných tělesech praček, v bojlerech apod. K jeho vyčištění lze využít rozpuštění kyselinami (např. octovou, citronovou). V případě, že je do domácnosti přiváděna tvrdá voda, je možnost využít změkčovadla.

Čistírny odpadních vod

Čistírny odpadních vod (ČOV, lidově „čističky“) provádějí čištění odpadních vod z obcí (splašková/komunální odpadní voda) nebo jsou budované v blízkosti průmyslových provozů. Odpadní vody by jimi před vypuštěním do přírody měly projít.

V komunálních čistírnách obvykle probíhají tyto procesy:

• mechanické čištění – Odstraňování písku a nerozpustných nečistot přes štěrk a česle či síta. Usazování.
• biochemické čištění – Využívá bakterií a dalších (mikro)organizmů, které rozkládají organické látky a využívají minerální látky (např. dusík, fosfor). Mrtvé organizmy a další částice se usazují jako kal, z toho může být tvořen např. bioplyn či může být použit jako hnojivo.

Při vyšších požadavcích na kvalitu vypouštěné vody může následovat i chemické čištění, např. k vysrážení zbylých sloučenin fosforu.

Vodní stopa

Jako vodní stopa se označuje množství vody využité jedinci či skupinami lidí, a to jak k osobnímu využití (hygiena, pití aj.), tak k výrobě zboží či poskytování služeb. Zahrnuje vodu, u níž dojde ke znečištění či vypaření za určitý čas.

Vzduch je směs, která se skládá především z plynů. Může obsahovat i kapaliny (např. kapky vody tvořící mlhu) a pevné látky (např. prach, popílek, mikroorganizmy, spory, pyl). Vzduch tvoří atmosféru, je důležitý pro existenci živých organizmů. Následující tabulka uvádí zásadní plynné složky vzduchu:

Jednotlivé složky lze oddělit frakční destilací zkapalněného vzduchu. Množství vodní páry (\mathrm{H_2O}) ve vzduchu je proměnlivé, kolísá zhruba od 0,2 do 4 %.

Ovzduší může být znečištěno jak přírodními procesy (např. vulkanická aktivita), tak činností člověka. Znečišťující složky se ve vzduchu nacházejí obvykle v relativně malém množství (ve srovnání s celkovým objemem vzduchu), přesto mohou mít na kvalitu ovzduší značný vliv.

Příklady znečišťujících látek, znečištění vnějšího prostředí

Zdraví člověka či živé organizmy může ohrožovat například:

• oxid uhelnatý (\mathrm{CO}) – Vzniká při nedokonalém spalování (zejména za nedostatku kyslíku).
• přízemní ozon (\mathrm{O_3}) – Ozon se přirozeně vyskytuje ve stratosféře, kde jeho vznik omezuje pronikání UV záření na povrch Země. V blízkosti zemského povrchu je však škodlivý, jedná se o silné oxidační činidlo.
• některé freony (uhlovodíky obsahující \mathrm{F}/\mathrm{Cl}) – Dříve užívané jako hnací látky a chladiva, což vedlo ke zmenšování ozonové vrstvy a vzniku ozonové díry. Po jejich zákazu se stav ozonosféry pozvolna obnovuje.
• oxid siřičitý (\mathrm{SO_2}) – Vzniká při spalování fosilních paliv obsahujících síru. Dříve způsoboval kyselé deště. V současnosti se provádí odsiřování uhelných elektráren, díky čemuž lze mj. získat energosádrovec využitelný ve stavebnictví.
• oxidy dusíku (\mathrm{NO}_x) – Obvykle značně jedovaté, vznikají zejména ve spalovacích motorech a podporují vznik přízemního ozonu. Při hodnocení kvality vzduchu se obvykle posuzuje oxid dusičitý (\mathrm{NO_2}).
• polycyklické aromatické uhlovodíky (např. benzo[a]pyren) – Vznikají obecně při hoření (např. v rámci kouření tabákových výrobků, spalování paliva v motorech, topení v kotlích na tuhá paliva). Zvyšují riziko zhoubných nádorů (jsou karcinogenní), způsobují mutace.

Pevné částice (např. prach, saze) se označují zkratkou PM (particulate matter), za tu se uvádí velikost částic v μm (např. PM10, PM2,5).

Dopravní prostředky se spalovacími motory musejí být vybaveny katalyzátory a případně filtry pevných částic, což zajišťuje zmenšení negativního vlivu na ovzduší (více v kapitole pohonné hmoty, doprava).

Znečištění ovzduší chemickými látkami se označuje jako smog (kombinace slov smoke a fog). Vypouštěné znečišťující látky jsou emise, pokud dojde k jejich přenesení na jiné místo, hovoří se o imisích.

Znečištění ovzduší uvnitř budov

Ovzduší může být znečištěno jak ve venkovním prostředí, tak uvnitř budov. Do vnitřního ovzduší se mohou dostávat třeba látky z nábytku (např. formaldehyd) či uskladněných chemikálií (např. čisticích prostředků, rozpouštědel aj.). Kouření či používání elektronických cigaret uvnitř budov vede k tomu, že vzniklé látky zde setrvávají delší dobu a také delší dobu ohrožují zdraví.

Kouření obecně je zdrojem řady (až tisíců různých) škodlivých látek, které zvyšují mj. riziko onemocnění cévní soustavy či zhoubných nádorů.

Vzduchem může procházet neviditelné ionizující záření. To vzniká např. radioaktivní přeměnou plynu radonu (\mathrm{Rn}), který je sám produktem radioaktivní přeměny uranu. Přítomnost radonu je vhodné zjistit např. při nájmu, koupi či stavbě nemovitosti.

Lidské tělo se skládá z anorganických i organických látek. Organické látky jsou zpravidla složitější sloučeniny uhlíku (\mathrm{C}), ten je základem biomolekul v rámci pozemského života. Projevy života jsou pak podmíněné neustálým cíleným průběhem chemických reakcí a přenosem energie a látek v rámci těla.

Anorganické látky

Mezi anorganické látky v lidském těle patří například voda (\mathrm{H_2O}). Anorganické jsou též dýchací plyny, kyslík (\mathrm{O_2}) a oxid uhličitý (\mathrm{CO_2}). Látky, které přijímáme ve formě iontů/solí, se také označují jako minerální látky, např. sodík (jako ionty \mathrm{Na^+}), draslík (ionty \mathrm{K^+}), vápník (ionty \mathrm{Ca^{2+}}).

Organické látky

Mezi základní živiny patří:

• sacharidy (mezi ty patří i jednoduché cukry) – Zejména rychlejší zdroj energie.
• tuky – Bohatý zdroj energie, ochrana orgánů, udržování tepla.
• proteiny = bílkoviny – Stavební látky, součást enzymů (díky nim cíleně probíhají chemické reakce) či některých hormonů, podílejí se na imunitě. Lidské tělo si tvoří vlastní bílkoviny z aminokyselin na základě „návodu“ ve své DNA.

Vitaminy jsou v malém množství potřeba pro fungování metabolických procesů.

Hormony jsou látky podílející se na řízení těla (vytvářejí se v něm), mohou být bílkovinné povahy nebo vycházet z látky cholesterolu.

Nukleotidy jsou látky, z nichž se skládají nukleové kyseliny (DNA, RNA). Tělo je získává z potravy, dokáže si je i vytvořit.

Metabolizmus

Přeměna látek a energií v těle živých organizmů se označuje jako metabolizmus. Látky lidské tělo přijímá za účelem růstu, přestavby tkání či získávání energie. Naopak vylučuje odpadní látky či látky, které přijalo, ale jsou pro něj škodlivé. Metabolické děje probíhají typicky uvnitř buněk, mohou ale probíhat i mimo mě (např. enzymy štěpí živiny uvnitř orgánů trávicí soustavy).

Přijímáme a vylučujeme jak látky anorganické (kyslík, voda, minerální látky), tak organické (živiny v užším smyslu: sacharidy, tuky, proteiny; vitaminy).

Určité části těla zpravidla provádějí určitý typ metabolických přeměn nebo jsou uzpůsobené přijímání/zbavování se určitých látek:

• dýchací soustava – Pomocí ní se do těla dostávají a z něj odcházejí plyny: cíleně přijímá kyslík (\mathrm{O_2}) a odstraňuje z těla oxid uhličitý (\mathrm{CO_2}).
• trávicí soustava – Přijímá a zpracovává živiny, vylučuje nestrávené zbytky a látky rozpustné v tucích.
• vylučovací soustava a kůže – Vylučuje vodu a látky rozpustné ve vodě.

Lidské tělo kromě organických látek (složitějších sloučenin uhlíku, např. sacharidů, tuků a proteinů) obsahuje i látky anorganické. Tělo z nich přímo nezískává energii, ale mohou sloužit jako stavební látky či umožňovat činnost organizmu.

Voda v lidském těle

Voda (\mathrm{H_2O}) je hlavním rozpouštědlem pro pozemský život. Tvoří asi 60 % hmotnosti těla dospělého člověka. Podílí se na transportu látek, rozvádění tepla, je prostředím pro funkci enzymů (ve vodném prostředí probíhá většina chemických reakcí v těle). Vodu přijímáme jako součást jídla a také pitím, bývají v ní rozpuštěné minerální látky. Kromě toho voda vzniká i v rámci metabolizmu (např. jako produkt buněčného dýchání).

Dýchací plyny

Mezi hlavní dýchací plyny patří kyslík (\mathrm{O_2}) a oxid uhličitý (\mathrm{CO_2}). Jejich transport do těla/z něj zajišťuje hlavně dýchací soustava.

• Kyslík je výchozí látkou buněčného dýchání (je pro něj potřeba). Reakcí živin (hlavně sacharidů a tuků) s kyslíkem v buňkách se uvolňuje využitelná energie.
• Oxid uhličitý vzniká při buněčném dýchání. Uhlík (\mathrm{C}), který je v něm obsažený, se původně nacházel ve zpracovaných živinách.

Minerální látky

Jako minerální látky se označují anorganické látky nebo prvky, které obvykle přijímáme ve formě solí/iontů.

• železo (\mathrm{Fe}) – Podílí se na přenosu kyslíku krví, je součástí hemoglobinu v červených krvinkách.
• vápník (\mathrm{Ca}, třeba ve formě uhličitanu vápenatého – \mathrm{CaCO_3}) – Tvoří kosti a zuby. Ionty zásadní pro stahy svalů.
• fosfor (\mathrm{P}, třeba ve formě fosforečnanů – \mathrm{PO_4^{3-}}) – Tvoří kosti a zuby, součástí sloučenin krátkodobě uchovávajících energii (ATP), součástí nukleových kyselin (např. DNA).
• sodík (ve formě sodného kationtu – \mathrm{Na^+}), draslík (draselné kationty – \mathrm{K^+}), hořčík (hořečnaté kationty – \mathrm{Mg^{2+}}), chlor (chloridové anionty – \mathrm{Cl^-}) – V tělních tekutinách. Podílejí se např. na přenosu nervových vzruchů.
• jod (\mathrm{I}) – Součástí hormonů štítné žlázy.
• Různé stopové prvky, např. zinek (\mathrm{Zn}), selen (\mathrm{Se}) nebo měď (\mathrm{Cu}), jsou nutné pro funkci enzymů.

Dusík (\mathrm{N}) je součástí nukleových kyselin a aminokyselin. Odstraňuje se vylučovací soustavou hlavně ve formě močoviny.

Stavební materiály se používají pro konstrukci budov a dalších staveb. Tato kapitola přibližuje hlavně materiály, jejichž výroba vychází z minerálů/hornin nacházejících se v litosféře Země.

Vápno

• Zásadní pro výrobu stavebních hmot je těžba vápence. Ten obsahuje minerál kalcit, uhličitan vápenatý – \mathrm{CaCO_3}.
• Pálením vápence se získává pálené vápno, oxid vápenatý – \mathrm{CaO}. Tento proces lze popsat chemickou rovnicí takto: \mathrm{CaCO_3 \longrightarrow CaO + CO_2}.
• Reakcí páleného vápna s vodou vzniká hašené vápno, hydroxid vápenatý – \mathrm{Ca(OH)_2}.
• Hašené vápno ve stavební hmotě tuhne díky reakci se vzdušným oxidem uhličitým, vznikne opět pevný uhličitan vápenatý: \mathrm{Ca(OH)_2 + CO_2 \longrightarrow CaCO_3 + H_2O}.

Smícháním páleného vápna, vody a písku vzniká vápenná malta, tu lze použít ke spojování cihel/tvárnic či vytváření omítek. Malta může místo páleného vápna ale obsahovat i cement (cementová malta), vizte dále.

Cement a beton

Cement (respektive běžný portlandský cement) obsahuje kromě oxidu vápenatého (\mathrm{CaO}) i další oxidy, například oxid křemičitý (\mathrm{SiO_2}), hlinitý (\mathrm{Al_2O_3}) nebo železitý (\mathrm{Fe_2O_3}). Vyrábí se pálením vápence společně s příměsemi, jejich množství ovlivňuje vlastnosti vznikajícího cementu.

Při tuhnutí portlandského cementu se uplatňuje reakce oxidů s vodou (hydratace). Vzniklý hydroxid vápenatý pak může reagovat se vzdušným oxidem uhličitým (obdobně jako u vápna).

Smícháním cementu, vody a kameniva (písku, štěrku) vzniká beton (respektive cementový beton). Ten se používá např. pro výrobu nosných konstrukcí či panelů.

Sádra

Sádra (hemihydrát síranu vápenatého – \mathrm{CaSO_4 \cdot \frac{1}{2}\,H_2O}) se vyrábí pálením minerálu sádrovce (dihydrát síranu vápenatého – \mathrm{CaSO_4 \cdot 2\,H_2O}). Tento proces tedy vlastně zajišťuje odstranění vody z krystalické mřížky. Rozmícháním sádry ve vodě opět vzniká pevný sádrovec. Sádra se používá např. pro drobné opravy zdí, při výrobě sádrokartonu, modelů a soch či k fixaci zlomenin.

Sádrovec (respektive energosádrovec) je produktem odsiřování kouřových plynů, např. z tepelných elektráren.

Sklo

Sklo je amorfní materiál (jeho struktura není krystalická). Základní látkou pro výrobu skla je oxid křemičitý (\mathrm{SiO_2}), který je přítomen ve sklářském písku. Základním typem skla je sodnovápenaté sklo, při výrobě se ke sklářskému písku přidává soda (\mathrm{Na_2CO_3}), která snižuje teplotu tání směsi, a vápenec (\mathrm{CaCO_3}). Při výrobě skla se používá i sklo získané tříděním odpadu, sklo lze prakticky donekonečna recyklovat.

Kovy

Ve stavebnictví se používají i mnohé kovy. Uplatnění má železo (např. jako výztuž do železobetonu), korozivdorná ocel či hliník (např. k výrobě okenních profilů).

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).

Při výrobě elektrické energie se používají buď vyloženě chemické děje (hoření), nebo děje fyzikální (ty bývají podmíněné využitím specifických chemických látek).

Hoření

Hoření je nejčastěji intenzivní reakce látek s kyslíkem, při níž se uvolňuje energie. Typicky se spalují fosilní paliva (uhlí, zemní plyn). Při spalování fosilních paliv v základu vzniká oxid uhličitý (\mathrm{CO_2}) a voda (\mathrm{H_2O}). Uhelné i paroplynové elektrárny patří mezi tepelné, které využívají roztáčení turbíny vodní parou (nebo produkty hoření).

• Uhelné elektrárny v Česku spalují zejména hnědé uhlí těžené v severních Čechách, čímž se významně podílejí na emisích skleníkových plynů. Uhlí se před spalováním mele na prášek, aby hoření bylo efektivnější. Při spalování uhlí ve větší míře vznikají i složitější organické látky (např. benzopyren) a oxidy dusíku a síry. Ze spalin se odstraňuje popílek (obsahující hlavně anorganické netěkavé oxidy a soli) a oxid siřičitý (díky tomu vzniká energosádrovec využitelný ve stavebnictví).

• Paroplynové elektrárny spalují zemní plyn (ten obsahuje hlavně methan – \mathrm{CH_4}). Využívají se zejména při zvýšené zátěži energetické sítě, lze je rychle nastartovat.

Spalovat lze i vodík (\mathrm{H_2}), při jeho reakci s kyslíkem vzniká pouze voda (\mathrm{H_2O}). Výroba vodíku rozkladem vody (elektrolýzou) je však značně energeticky náročná, spalovat ze účelem výroby elektřiny vodík vyrobený z fosilních paliv je neefektivní. Vodík a kyslík lze využívat v tzv. palivových článcích, které na elektrochemickém principu rovnou vytvářejí elektrickou energii.

Solární energie

Solární články (fotovoltaické články) přeměňují světlo na elektrickou energii. Využívají k tomu typicky polovodiče z křemíku (\mathrm{Si}). Kolem křemíkových krystalů bývá odrazivá vrstva z nitridu křemíku (\mathrm{SiN}_x), tyto součásti bývají chráněné sklem či polyvinylacetátem.

Jaderné elektrárny

Jaderné elektrárny využívají štěpnou reakci, nejčastěji uranu . Vzniklé teplo v primárním okruhu generátoru ohřívá vodu v sekundárním okruhu, pára pak roztáčí turbínu. Moderátory zpomalují neutrony, čímž podpoří jaderné přeměny (typicky voda, bor – např. ve formě kyseliny borité \mathrm{H_3BO_3}). Regulační tyče (např. z grafitu, karbidu boru – \mathrm{B_4C}) neutrony absorbují a tím jadernou reakci zpomalují.

Větrné elektrárny

Typicky se skládají z ocelového stožáru na železobetonové základně. Na vrcholu stožáru je rotor, který využívá k roztáčení kinetickou energii větru a tím generuje elektřinu. Samotné vrtule se pak skládají z odolného, avšak obtížně recyklovatelného kompozitního materiálu, který obsahuje typicky skleněná či uhlíková vlákna v pryskyřici/epoxidu.

Ukládání energie

Vzniklou elektrickou energii lze omezeně ukládat např. do akumulátorů (typicky využívajících lithium – \mathrm{Li}).