Chemie kolem nás...
...a v nás
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
RNDr. Lukáš Richtera, Ph.D. Ústav chemie materiálů Fakulta chemická VUT v Brně
Popularizační přednáška o chemii
Setkáváme se s chemií v běžném životě?
Jaké jsou moderní trendy v chemii?
Jaké metody využívá současný chemik?
Co se zkoumá na ÚCHM na FCH VUT v Brně?
O čem bude reč?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
Setkáváme se s chemií v běžném životě?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
zubní pasta:
voda, abrazivum (CaCO3, SiO2, CaHPO4),
NaF, pěnící prostředky, příchutě, pojidlo,
barviva a další...
kontaktní čočky:
dle účelu a výrobce různé polymery
resp. kopolymery na bázi silikonů,
PMMA (polymethylmethakrylát), CAB
(acetobutyrát celulózy)...
Setkáváme se s chemií v běžném životě?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
voda z vodovodního řadu:
prochází řadou úprav, např. úpravou pH,
koagulací pomocí Al2(SO4)3, sedimentací,
filtrací, dezinfekcí pomocí UV záření a
O3, ztvrzování pomocí vápenné vody a
CO2, chlorací pomocí Cl2
mýdlo:
směs hydratovaných alkalických solí vyšších
alifatických karboxylových kyselin (mastných
kyselin), dále obsahují tuky (především lanolin),
barviva, esence a parfémy, stabilizační látky,
dezinfekční látky, desodoranty a glycerinem
Setkáváme se s chemií v běžném životě?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
obuv:
mimo přírodních materiálů jako bavlny
(cotton) nebo kůže obsahují umělá
vlákna, např. polyamid, polypropylen,
polyuretan, polyester...
avšak i použití přírodních materiálů
znamená použití chemických látek
(zpracování kůže, pesticidy při pěstování
bavlny apod.)
brýle:
klasické sklo a kov, moderní high-tech
materiály (kompozitní materiály)
Setkáváme se s chemií v běžném životě?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
sladidla:
běžně přírodní cukr (sacharóza), ale
často umělá sladidla, např. sacharin,
aspartam, sukralóza, sorbitol...
nápoje:
regulátory kyselosti (kyselina citronová,
kyselina fosforečná), aroma (většinou tzv.
přírodně identické nebo umělé), barviva,
ochucovadla, stabilizátory, umělá sladidla
Setkáváme se s chemií v běžném životě?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
elektronika:
částé využívání kompozitních materiálů,
drahé kovy (1 tuna mobilních telefonů
obsahuje 150 g zlata a 3 kg stříbra),
měď, polovodiče...
baterie a akumulátory:
těžké kovy (Hg, Cd), akumulátory NiCd, NiMH
Setkáváme se s chemií v běžném životě?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
BIOCHEMICKÉ CESTY
Setkáváme se s chemií v běžném životě?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
Jaké jsou moderní trendy v chemii?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
NANOTECHNOLOGIE
1959 - první vize nanotechnologie
1985 - objev fullerenů
1990 - nápis IBM ze 32 atomů xenonu
1990 - sériová výroba C60
1999 - molekulové přepínače
2000 - první nanomotorek
2001 - první nanolaser - optický přenos dat v inteligentních nanosystémech
2002 - molekulární paměť
2004 - uhlíkový světelný zdroj - 50000x tenčí než lidský vlas
Jaké jsou moderní trendy v chemii?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
nanotechnologie v automobilovém průmyslu
nové typy nátěrů, lehkých kovů,
slitin, plastů a katalyzátorů, které
umožní snížení spotřeby a váhy
automobilů, nové typy lithium-
iontových baterií, palivové články...
nanotechnologie v elektronice
miniaturní světelné přepínače vyrobené
nanotechnologií mohou kontrolovat tok
informací v podobě světla - výkonnost čipů s
touto technologií by měla být až
stonásobná, spotřeba energie naopak
mnohonásobně menší...
Jaké jsou moderní trendy v chemii?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
nanotechnologie ve stavebnictví vlivem UV záření se na nanočásticích TiO2 tvoří z kyslíku záporně nabitý peroxidický radikál, který s vodou tvoří další radikály se silně antibakteriálními, oxidačními a destrukčními účinky na většinu organických látek a ty jsou oxidovány až na oxid uhličitý, vodu a další plynné produkty
nové izolační materiály, samočistící fasádní nátěry, okna se samočistícím účinkem, antiadhezní obklady...
Jaké jsou moderní trendy v chemii?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
nanovlákna a nanotrubičky:
mimo uhlíkových i slibnější na bázi boru
(BN), zatím ve fázi výzkumu a
poloprovozní výroby
testovaná experimentální vlákna vyrobená
z uhlíkových nanotrubiček vykazují
vynikající mechanické vlastnosti, např. síť
utkaná z jednoho kilogramu "nanovláken"
zastaví automobil jedoucí stokilometrovou
rychlostí.
Jaké jsou moderní trendy v chemii?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
Uhlíkové nanotrubičky (nanotubes) jsou
formálním strukturním mezistupněm
mezi grafitem a fullerenem (grafit
stočený do válce). Jsou známy způsoby,
jak připravovat nanotrubičky dlouhé
několik desítek metrů (při průměru
desítek nanometrů). Existují i struktury
vzniklé soustředným umístěním několika
nanotrubiček různého průměru do sebe.
Nanotrubičky vykazují řadu velice
zajímavých, neobvyklých a slibných
vlastností (např. elektrickou vodivost).
Vodivost nanotrubiček lze zvýšit, vyplní-li
se atomy kovů (např. chromem, niklem
či gadoliniem). Takovým nanotrubičkám
se říká nanodrátky (nanowire).
Jaké jsou moderní trendy v chemii?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
nanomotory:
zařízení na úrovni molekul, které je
schopné převádět energii na pohyb...
Jaké metody využívá současný chemik?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
Chemik už dávno není v laboratoři
odkázán pouze na klasické postupy
analytické chemie, pracoviště jsou
běžně vybavena technikami, které
odhalí i věci lidskému oku neviditelné...
NMR
MS
RTG
a mnohé další
Jaké metody využívá současný chemik?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
NUKLEÁRNÍ MAGNETICKÁ REZONANCE (NMR)
použitelné pro jádra s nenulovým jaderným
spinem (např. 1H, 13C, 31P, 77Se a mnohá další)
v současné době jsou již celkem běžné
přístroje s vysokým rozlišením (600 MHz)
Jaké metody využívá současný chemik?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
NUKLEÁRNÍ MAGNETICKÁ REZONANCE (NMR)
NMR spektra vypovídají nejen o rozmístění
atomů v molekule, ale podávají i informaci o
jejich zastoupení ve směsi
moderními metodami NMR spektroskopie je
možné zjistit i strukturu menších proteinů
Jaké metody využívá současný chemik?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
NUKLEÁRNÍ MAGNETICKÁ REZONANCE (NMR)
NMR měření neovlivňuje samotnou reakční
směs, lze proto studovat reakční mechanismy,
chemické rovnováhy a mnohé další...
Jaké metody využívá současný chemik?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE (MS)
ionizované molekuly resp. fragmenty molekul
mají v magnetickém poli odlišnou trajektorii
(díky různému poměru hmota / náboj) a proto
nedopadají na stejné místo na detektoru
Jaké metody využívá současný chemik?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE (MS)
způsobů ionizace vzorku je celá řada, např.:
nárazem elektronů
působením elektrostatického pole
chemickou ionizací
elektrosprejem, termosprejem
laserem
MS se velmi často kombinuje s jinými
technikami, ideálně separačními, obvykle
např. s plynovou chromatografií (GC/MS)...
Jaké metody využívá současný chemik?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
RENTGENOVÁ STRUKTURNÍ ANALÝZA (RTG, X-ray)
RTG nám umožňuje zobrazit rozmístění
atomů v molekule, nutné je však připravit
monokrystal zkoumané látky
Jaké metody využívá současný chemik?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
RENTGENOVÁ STRUKTURNÍ ANALÝZA (RTG, X-ray)
moderní RTG umožňuje i analýzu struktury
proteinů a to i větších, než jaké umožňuje
NMR, jedná se však o poměrně náročnou
techniku a je opět nutné získat krystal
zkoumaného proteinu
Jaké metody využívá současný chemik?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
RENTGENOVÁ STRUKTURNÍ ANALÝZA (RTG, X-ray)
vedle rentgenova záření existují i techniky,
které jako difraktujícího záření používají
svazek elektronů nebo neutronů
využití jiného záření s sebou nese odlišné
techniky, ale podstata zpracování dat je stejná
Co se zkoumá na ÚCHM na FCH VUT v Brně?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
Polymerní nanokompozity
Kompozitní materiály
Syntéza makromonomerů a blokových kopolymerů
Biomateriály pro tkáňové inženýrství
Depozice a charakterizace plazmových polymerů
Simulace a modelování
Geopolymery
Koroze a ochrana kovových materiálů
Syntéza organokovových sloučenin
Co se zkoumá na ÚCHM na FCH VUT v Brně?
Letní škola mladých vědců, Brno, 17. – 22. srpna 2008
Noc vědců
Den chemie
Den otevřených dveří
