Sborník podzimního semináře 18. 10. 2016

„Nevěřte všemu, co se Vám k věření předkládá: Zkoumejte vše a přesvědčujte se o všem sami!“

Jan Amos Komenský

� � � ����

�

+

1

Energie, entropie a několik v ět, které nejde zakázat. (Trochu vesele o termodynamice)

Ing. Magdalena Bendová, Ph.D., Ústav chemických procesů AV ČR

Tři věty včera, dnes a zítra

Tři věty termodynamické byly odvozeny na základě nutnosti popsat parní stroj. Doba parních lokomotiv je už za námi, a tak se nabízí otázka, jestli je termodynamika stále ještě užitečnou vědou. Tepelné stroje se ale obecně využívají dodnes. Parní stroje v lokomotivách vystřídaly spalovací motory nebo elektromotory. Obráceným tepelným strojem, který uvnitř chladí a navenek hřeje, je vaše lednička (jen položte ruku na její zadní stěnu a zjistíte, že je to pravda). Některé domy se vytápí pomocí tepelného čerpadla, které je vlastně ledničkou naruby: odebírá teplo z půdy, vody nebo ze vzduchu a ohřívá vodu, která pak proudí do radiátorů ústředního topení. Topení v budovách je potřeba nastavit tak, aby bylo dosaženo tepelné pohody – to je též termodynamika vyplývající ze tří vět termodynamických. V chemickém průmyslu je pak důležité znát energetické bilance syntéz látek nebo separačních procesů, aby tyto procesy fungovaly co nejefektivněji a nejhospodárněji. Příkladem separačního procesu je destilace, destilují se nejen lihoviny, ale i ropa. Ani parní stroj ale není reliktem minulosti – dvě třetiny světové energie vyrábějí turbíny v tepelných a jaderných elektrárnách, které jsou poháněny právě vodní parou. Nové technologie výroby elektřiny také zavádějí využití geotermální nebo solární energie. Ať už je ale výchozí zdroj tepla jakýkoliv, zvyšování účinnosti parních turbín patří mezi stále aktuální úkoly technologů a inženýrů. Z předchozího textu již víme, že stoprocentní účinnosti dosáhnout nelze. Parní turbíny padesátých let dvacátého století dosahovaly účinnosti 32 %, vodní pára v nich byla ohřívána na 500 °C a stlačována na 140–180 atmosfér. V moderních turbínách má voda teplotu téměř 600 °C za tlaku 280 atmosfér. To jsou podmínky, za kterých je voda v tzv. nadkritickém stavu, kapalina a pára přestanou existovat a stanou se tekutinou s velmi specifickými vlastnostmi. Tyto podmínky umožňují dosáhnout účinnosti až 45 %. V blízké budoucnosti dosažitelnou metou, ke které všichni směřují, je účinnost padesátiprocentní. Tato účinnost ale nezávisí pouze na teplotě a tlaku vodní páry v turbíně, ale také na konstrukci turbín, které se neustále zlepšují a které využívají i zbytkového tepla, tepla, které v méně dokonalých starších turbínách unikalo pryč.

Několik v ět, které nelze zakázat

První a druhá věta jsou však zároveň se zákonem zachování hmoty v první řadě fundamentálními přírodními zákony. Jejich formulace vyplývá z toho, že v našem vesmíru od velkého třesku energie ani hmota nepřibyla ani neubyla. Nelze je popřít, ani nově a jinak přeformulovat. V dopise jednomu příteli napsal v roce 1931 otec kvantové fyziky Max Planck: „Udělal jsem to ze zoufalství. Šest let jsem se mořil s teorií černého tělesa. Věděl jsem, že se jedná o problém zásadního významu a znal jsem i odpověď na něj. Musel jsem ale za každou cenu nalézt teoretické vysvětlení bez zpochybnění dvou termodynamických vět.“ Tím „zoufalým“ činem byla definice kvanta energie a tento čin stál na počátku celé nové a převratné éry kvantové fyziky.

Celá publikace

http://www.vedakolemnas.cz/miranda2/m2/sys/galerie-download/vkn_51web.pdf

2

Teď, teď, teď tu byl aneb Jára Cimrman pozdě chodící (O duševním vlastnictví)

Mgr. Věra Mansfeldová, Ústav fyzikální chemie JH AV ČR

Duševní vlastnictví je, stejně jako chemie, každodenní součástí nejen výjimečného života velikána jako byl Jára Cimrman, ale i všech ostatních smrtelníků. Co vše lze do duševního vlastnictví zahrnout? Kam patří pověstné Járovy plavky dvoudílné? Mezi patenty, užitné vzory, průmyslové vzory nebo ochranné známky? Dozvíte se:

i) Jak si poradit s vlastním nápadem. ii) Kam a kdy zajít, když Vás vážně něco vážného napadne. iii) Co musí Váš nápad splňovat, aby ho bylo možné ochránit. iv) Kde můžete zjistit, jestli už někdo něco podobného neobjevil. v) A kolik Vás to všechno může stát, ale i co můžete získat.

Zde prostor pro poznámky

3

Hmotnostní zlomek – hmotnostní procento

možnosti jak snadno a „zábavně“ naučit

Pomocí hmotnostního zlomku můžeme vypočítat hmotnost jakékoli zvolené části z hlediska

chemického (prvek, sloučeninu, účinnost složku, plnivo…), ekonomického (třeba kolik dáme

za hypotéku), matematického a fyzikálního (hmotnost jedné složky z celku). Je to tedy

zlomek (část) hmotnosti, který nás zajímá.

Jak začít – tím co žák zná.

Lidské tělo – počítám složení z hlediska prvků, množství vody, další žáku známé látky.

Jak je patrné z obrázku, lze procvičit angličtinu, biologii, matematiku a hmotnostní zlomek.

Zdroj: http://www.bodybri.cz/nase-sluzby/inbody-230/

MOBIL – slovo, na které žáci slyší

Podíl materiálů v mobilním telefonu – opět krásný příklad, jen podotýkám, že obrázek je z roku 2006 a situace se mění rychle a stále rychleji. Za to si vlastně my chemikové můžeme trochu sami, pořád vytváříme nové materiály.

4

.

Zdroj: Fraunhofer IZM

Potraviny – zejména množství vody je zajímavé a pak tuto skutečnost převést na cenu za

tuto vodu. Některá voda je totiž pěkně drahá. Obvykle dělám pokus s chlebem. Každý si

doma zváží chléb a usuší a opět zváží. Vypočteme ve škole společně množství vody v chlebu,

někdy je výsledkem až 50 % vody (w = 0,5). Parádní číslo, polovinu chleba tvoří voda. Vážit

můžeme i ve škole, sušit samozřejmě také. Další možností je vážit namazaný chléb, každý

dává jinou vrstvu, někdo máslo, jiný rostlinný tuk – hned je tady krásná debata o výživě.

Vypočítat můžeme hned několik hmotnostních zlomů, ukázat také součet – který musí dát

hmotnost celkovou. Pro šikovnější lze ukázat i výpočet energie dodané tělu z namazaného

tuku. Jednoduše stačí i věta, polovina másla, polovina energie, kdo maže, ten jede☺ a trochu

přibere.

Mléko – jak je možné, že součet není 100 % ?????

Voda se prostě někdy neuvádí, i když značně převažuje, ale toto číslo není v dané situaci

podstatné

Zdroj: http://www.kaloricketabulky.cz/graf/14fe316852b297ee/slozeni-mleko-polotucne-1-

5--tuku.jpg

5

Mléko jinak – s touto tabulkou si lze vyhrát libovolným způsobem. Počítat zlomky, vysvětlit

vitamíny, jistě vymyslíte spoustu dalších variant

Zdroj: http://images.slideplayer.cz/7/1969868/slides/slide_3.jpg

Hmotnostní zlomek vody v potravinách

Dnes uvidíte na vlastní oči

Jak lze stanovit snadno v chlebu, ovoci (jablko), těstovinách?

Zvážíme krajíček čerstvého chleba, vložíme do sušárny nebo trouby nebo sušičky. Po vysušení opět zvážíme a vypočteme hmotnostní zlomek.

Z jablka ukrojíme plátek o tloušťce asi 0,5 cm, zvážíme a opět vložíme so sušárny, po vysušení opět zvážíme a vypočteme hmotnostní zlomek.

Navážíme asi 10 gramů těstovin, těstoviny uvaříme a po vychladnutí opět zvážíme a vypočítáme hmotnostní zlomek.

6

Hádanka: kolik hmotnostních % vody je v chlebu, v jablku, v uvařených těstovinách???

Drogistické zboží – pěkným DÚ může být zadání – podívejte se doma nebo v drogerii na složení výrobku a vypočtěte hmotnostní zlomek (vody, vybrané složky atd.)

Krásným materiálem je například prací prášek – složení je třeba definovat, nesnadno se hledá, protože výrobci je tají. Každý učitel chemie má své špehy a zjistí vše, případně provede analýzu sám. I když přesné složení nebudeme nikdy znát, můžeme řešit hmotnostní zastoupení prvků, složek (tenzid, změkčovadlo, plnivo), řešit ekologickou stránku a cenu.

Hmotnostní zlomek je úžasné číslo, se kterým vyjádříte složení libovolně definovaného objektu v celkem. Prostě je součástí zákona zachování hmoty. Já vím, že učitel na ZŠ to má těžké a proto jsem sepsala těchto pár nápadů. Věřím, že je využijete. Některé sama používám, ve výuce i na táboře. Kdykoli je příležitost, hledám s dětmi, žáky i kamarády složení všeho okolo a řešíme PROČ a KOLIK a p řípadně ZA KOLIK.

Stanovení titrační kyselosti mléka a mléčných výrobků

Kyselost čerstvého mléka je způsobena přítomností kysele reagujících složek – přítomností fosfátů, citrátů. Kysané mléčné výrobky obsahují kyselinu mléčnou, která vzniká i při zrání sýrů.

Titrační kyselost udává počet ml roztoku NaOH o koncentraci 0,25 mol/L potřebného k neutralizaci kysele reagujících látek ve 100 mL (100 g) vzorku na indikátor fenolftalein.

Udává se v Soxhlet-Henkelových stupních (° SH) a platí:

1 mL NaOH ≈ 1° SH ≈ 0,0225 % kyseliny mléčné ve výrobku

Syrové mléko by mělo mít dle normy 6,2 – 7,8 °SH.

7

Pomůcky:

Byreta 25 mL, pipeta 50 mL, odměrný válec, titrační baňka, kádinky, nálevka do byrety

Chemikálie:

fenolftalein, roztok NaOH o koncentraci 0,25 mol/L

Pracovní postup:

Vzorek mléka - byretu naplníme roztokem NaOH o koncentraci 0,25 mol/L, do titrační baňky odměříme 50 mL mléka, přidáme 2 mL fenolftaleinu a titrujeme roztokem NaOH do stálého slabě růžového zbarvení.

Vzorek jogurtu - do titrační baňky navážíme 25 g vzorku (s přesností 0,01 g), ke vzorku přidáme 25 mL vody a 1 mL fenolftaleinu, promícháme a titrujeme roztokem NaOH do stálého slabě růžového zbarvení.

Výpočty:

Kyselost mléka na 100 mL mléka

x = 2 · V

kde: V = průměrná spotřeba roztoku NaOH v mL

c = koncentrace NaOH

Kyselost jogurtu na 100 g vzorku

x = 100 · V

m

m = navážka vzorku v g

Stanovení obsahu vápníku v mléce

Dospělý člověk vážící 70 kg má v těle 1200 g vápníku, z toho 98% je obsaženo v kostech. Vápník povzbuzuje nervovou a svalovou soustavu, činnost srdce, ovlivňuje srážlivost krve. Nedostatek vápníku způsobuje: zubní kaz, odvápnění kostí, zvýšenou dráždivost svalů, nervové napětí. Denní doporučená dávka vápníku je asi 800 mg. Mléko a mléčné výrobky jsou bohatým zdrojem vápníku.

8

Vápník se v mléce a mléčných výrobcích stanovuje chelatometricky, při pH upraveném hydroxidem sodným na cca 12 na indikátor murexid.

Pomůcky:

odměrná baňka 250 mL, pipeta, titrační baňka 250 mL, byreta 10 mL, kádinky, odměrný válec

Chemikálie:

roztok NaOH o koncentraci 2 mol/L, indikátor murexid (1:100 rozetřený s NaCl), odměrný roztok Chelatonu III o koncentraci 0,05 mol/L

Obsah vápníku v mg/100 g

mléko 125 mg

jogurt 180 mg

tvaroh 250 mg

sýry 300-600 mg

9

Pracovní postup:

Nejprve provedeme slepý pokus: k 150 mL destilované vody přidáme 5 mL, roztoku NaOH a na špičku lžičky indikátoru, titrujeme roztokem Chelatonu III z růžového do fialového zbarvení. Pak do kádinky navážíme (nebo odpipetujeme 10 mL a pak zvážíme a určíme tak i hustotu) 10 g vzorku mléka, převedeme do 250 mL odměrné baňky a doplníme po rysku destilovanou vodou. 50 mL takto připraveného roztoku odpipetujeme do titrační baňky a zředíme zhruba stejným množstvím destilované vody, přidáme 5 mL roztoku NaOH, na špičku lžičky indikátoru, promícháme a titrujeme roztokem Chelatonu III z růžového do fialového zbarvení.

Výpočet:

Obsah vápníku Ca v mg na 100 g vzorku:

m(Ca) = �Va - Vb�· M · V· c

nav· Vpip

Va = spotřeba odměrného roztoku Chelatonu III při titraci vzorku mléka

Vb = spotřeba odměrného roztoku Chelatonu III při titraci slepého vzorku

V = objem, na který byl vzorek ředěn (250 mL)

nav = navážka vzorku mléka k rozboru

Vpip = podíl roztoku vzorku odměřený k titraci (50 mL)

M = molární hmotnost vápníku

c = koncentrace chelatonu III

10

Experimenty s chloridem měďnatým

V následujícím textu bychom Vás rádi seznámili s experimenty se sloučeninami mědi a to především s chloridem měďnatým. Tyto pokusy jsme si velice oblíbili, vzhledem k jejich rozmanitosti ať už po chemické či vizuální stránce, čehož se dá velice dobře využít při propagaci vědy či jen jako názorná ukázka na hodinách chemie základních i středních škol. V naší práci Vás nejprve obeznámíme se základy bezpečnosti práce, poté se dozvíte důležité i zajímavé informace o sloučeninách mědi, seznámíte se s přípravou chloridu měďnatého a se samotnými experimenty.

Sloučeniny mědi Chlorid měďnatý – CuCl2

Tato bezvodá anorganická sloučenina žlutohnědé až hnědé barvy se v přírodě vyskytuje jako poměrně vzácný nerost Tolbachit. Pro naše experimenty je CuCl2 důležitý hlavně svojí vlastností pohlcovat vlhkost a tím tvořit své hydráty a to i na vzduchu. Nejdůležitější hydrát z našeho pohledu a také nejrozšířenější je dihydrát chloridu měďnatého. Koncentrovaný roztok chloridu měďnatého je tmavě zelený. S dalšími barvami roztoků Vás seznámíme.

Dihydrát chloridu měďnatého – CuCl2 2 H2O Modrozelená krystalická sloučenina.

Pentahydrát síranu měďnatého – CuSO4 · 5 H2O Jedna z nejznámějších a nejrozšířenějších sloučenin mědi, běžně známá jako modrá skalice. Již její triviální název napovídá, že jde o modrou krystalickou sloučeninu. V běžném životě se s touto sloučeninou můžete setkat při odstraňování řas z plaveckých bazénů nebo při impregnaci dřeva jako ochrany proti plísním.

11

Příprava chloridu měďnatého Chlorid mědnatý nebývá běžnou látkou v laboratoři, a proto je dobré vědět, jak je možné si ho připravit z chemikálií, z běžně dostupných chemikálií. Sloučenina mědi, která se vyskytuje ve skladech chemikálií, a dovolím si tvrdit, že i v mnohých domácnostech je již zmíněná modrá skalice (CuSO4 · 5 H2O). Chlorid měďnatý lze snadno v laboratoři připravit dvěma způsoby. Bezpečnější, ale mnohem pracnější je vysrážení uhličitanu měďnatého z roztoku modré skalice uhličitanem, nebo hydrogenuhličitanem sodným.

Příprava CuCl2 z CuSO4 přes CuCO3 Nejprve si připravíme cca 10% roztok síranu měďnatého Objem je závislý na množství chloridu měďnatého, které chcete připravit. Chcete-li připravit 10 g CuCl2·2H2O, pracujte s kádinkou velkou 400 a více mL. Je důležité, aby roztok dosahoval maximálně do jedné čtvrtiny objemu kádinky. Zahřejeme kádinku na přibližně 50 °C (tip: Jak poznat, že je kádinka dostatečně teplá? 50°C je asi taková teplota, že kádinka je horká, ale stále ji ještě udržíte v ruce, pozor není dobré zahřívat obsah kádinky k varu) a přiléváme po malých dávkách vypočtené množství, cca 10% roztoku uhličitanu nebo hydrogenuhličitanu sodného. Začne vznikat světle modrá sraženina.

��� +������ ⟶ ���� +�����

��� + 2������ ⟶ ���� + ��� +��� +�����

Vzniklý uhličitan necháme usadit. To zabere poměrně dlouhou dobu. Po usazení sraženiny odlejeme vodu nad sraženinou. Několikrát promyjeme vodou z vodovodu (přibližně 2x) a 3. promytí provedeme destilovanou vodou. (přilejeme k sraženině vodu, aby byla hladina přibližně v polovině kádinky,

zamícháme a necháme opět usadit.) *

Následně můžeme provést test na přítomnost síranových aniontů v roztoku nad sraženinou. Ten provedeme tak, že kapátkem odebereme malé množství kapaliny nad CuCO3 a kápneme si ji na hodinové sklíčko. K tomuto roztoku přidáme pár kapek (2-3) roztoku chloridu barnatého, pokud vzniká bílá

12

sraženina síranu barnatého, musíme provést opět dekantaci až do vymizení těchto nežádoucích iontů** .

Ve chvíli, kdy vzorek neobsahuje síranové anionty, necháme sraženinu odstát po co nejdelší dobu (10 minut minimálně), aby většina uhličitanu měďnatého byla usazena na dně kádinky. Pokusíme se odlít co největší množství vody nad uhličitanem. K takto vzniklé sraženině přiléváme po malých dávkách koncentrovanou kyselinu chlorovodíkovou až do rozpuštění sraženiny. Je potřeba přilévat kyselinu v malých dávkách, jelikož při reakci vzniká také oxid uhličitý. Pokud bychom přilili najednou velké množství kyseliny, mohlo by dojít k vypěnění a přetečení chemikálií z kádinky.

���� + 2��� ⟶ ���� + ��� +���

Jakmile přestane vznikat oxid uhličitý, necháme roztok vařit a odpaříme cca dvě třetiny objemu. Zbytek roztoku necháme volně krystalizovat.

*Pokud se vám sraženina nechce usazovat, jednoduše ji převeďte do větší kádinky a doplňte vodou přibližně do poloviny objemu kádinky.

**Pokud vzorek stále obsahuje malé množství síranových aniontů, můžeme si dovolit jejich přítomnost zanedbat a pokračovat dále bez přečištění. Přeci jen připravujeme látku pro chemické pokusy, nikoli pro analytickou chemii.

Pro ulehčení výpočtů jsme si pro Vás dovolili připravit tabulku s již p ředem vypočtenými hodnotami.

m(CuCl2·2 H2O)

Roztok CuSO4 Roztok Na2CO3 Roztok NaHCO3 V HCl (35%)

10 g 15 g + 85 mL vody 6,5 g + 60 mL vody 10 g + 100 mL vody

15 mL

15 g 22,5 g + 128 mL vody

9,7 g + 90 mL vody 15 g + 150 mL vody

22 mL

20 g 30 g + 170 mL vody 13 g + 120 mL vody 20 g + 200 mL vody

30 mL

30 g 45 g + 170 mL vody 21,5 g + 180 mL vody

30 g + 300 mL vody

45 mL

Pokud se rozhodnete pracovat ve větším množství, nezapomeňte také použít větší kádinku.

Vypracovali žáci MSŠCH Kamila Starkbaumová, Filip Malý a Petr Palivec

Další pokusy s CuCl2 na www.mssch.cz

13

Mezimolekulové interakce přitažlivé a odpudivé.

http://fikus.omska.cz/~bojkovsm/termodynamika/vdws.html

Tato problematika je často opomíjena, přitom je poměrně zásadní pro běh světa.

Molekuly se na velké vzdálenosti přitahují. Pokud by to tak nebylo, všechno by se rozpadlo. Když jsou

ale příliš blízko, začnou se odpuzovat. Dokladem odpuzování je třeba to, že se nepropadneme do

podlahy. Odpuzování na krátkou vzdálenost neznamená nic jiného, než že molekula má určitý objem,

do kterého nepustí jinou molekulu.

Pro žáka je asi vhodným příkladem gekon. Fantastické lezecké schopnosti gekona poutají na sebe

pozornost vědců a dost možná i horolezců. Zejména jejich bezproblémové šplhání po hladkém

povrchu v kolmé rovině nebo po stropech terárií či kmenech stromů je obdivuhodné. Za tuto

schopnost vděčí adhesivním polštářkům na svých končetinách. Dolní strana jejich prstů je porostlá

jemnými keratinovými chloupky (tzv. sétami).

Jejich délka se podle druhu gekona pohybuje od 30 do 130 mikrometrů. Každý milimetr čtverečný

plochy prstu gekona je pokrytý až 5 000 sétami a celá tlapka jich obsahuje kolem půl milionu. Každá

séta je rozdělena na 400 až1000 drobných útvarů - tzv. spatulae. Ty možná tvarem připomínají

zpětné háčky na suchém zipu a dokážou doslova na molekulární úrovni reagovat mezi sebou a

podložkou. Umožňují tak přilnutí nohy k libovolnému povrchu. Gekoni při své lezení nejdříve tlapku

přitisknou k podkladu a pak s ní nepatrně pohnou zpátky. Séty kopírují povrch na mikroskopické

úrovni a zapasují se do každé, i té nejméně patrné nerovnosti. Svými povrchovými molekulami

interagují s molekulami povrchu, po němž kráčí. Vzniká tak chemická vazba založená na van der

Waalsových interakcích.

Praktické využití pozorování povrchu tlapek gekona vedlo techniky k výrobě speciálních lepících

pásek, které mohou mít využití v často neočekávaných oborech. Například se uvažuje o použití

takových speciálních pásek s vysokou přilnavostí místo stehů při lékařských operacích.

Zdroj: http://fyzmatik.pise.cz/1155-proc-se-gekon-udrzi-na-hladkem-povrchu.html

Další možností je Khanova škola https://khanovaskola.cz/video/95/1745-van-der-waalsovy-sily

14

Adsorpce

Adsorpce je zachycování jedné nebo více složek plynné nebo kapalné soustavy látkami s velkým měrným povrchem – adsorbenty. Uvolňování adsorbovaných složek z částečně nebo úplně nasyceného adsorbentu se nazývá desorpce. Výměny hmoty a energie se účastní pouze povrch adsorbentu. Adsorpce je velmi rozšířenou difúzní operací. Adsorpce na povrchu pevné fáze není jednoduchý proces a je obtížné ho teoreticky popsat. Kvalitativně je užitečné si uvědomit, že adsorpce má dvě mezní varianty: fyzikální adsorpci a chemisorpci. V prvním případě adsorbované molekuly na povrchu drží mezimolekulové (van der Waalsovy) síly, ve druhém případě jde o chemické vazby.

Fyzikální adsorpce

Probíhá působením van der Waalsových sil mezi molekulami adsorbentu a adsorbované složky na povrchu adsorbentu. Mezimolekulové přitažlivé síly nabývají mimořádné velikosti v dutých útvarech o velkém povrchu, kde na objemovou jednotku tekutiny působí mimořádně velký počet molekul adsorbentu. Proto kapilární dutiny, kanály a spáry zvyšují jeho adsorpční mohutnost. Pohlcováním adsorbované složky se její koncentrace ve fázovém rozhraní značně zvětšuje a u plynných soustav odpovídá kompresi, popř. kondenzaci adsorbované složky, provázené změnou její entalpie. Proto je adsorpce z termodynamického hlediska exotermní pochod, zvlášť výrazný u plynů a par. U kapalných soustav dochází také ke stavové změně, spočívající v koncentraci adsorbované složky na povrchu adsorbentu. Odpovídající změna entalpie je však menší a je obdobou směšovacího (zřeďovacího) tepla. Z termodynamického charakteru adsorpce vyplývá, že její účinnost roste při snižování pracovní teploty, a naopak.

Velikost van der Waalsových sil je úměrná hmotnosti částic adsorbující se složky, vyplývající z její molekulové hmotnosti, popř. z její schopnosti tvořit asociované molekuly. Složky o velké molekulové hmotnosti nebo složky schopné vytvářet asociované anebo polární molekuly, se více a pevněji adsorbují než složky opačných vlastností.

Zvláštním druhem adsorpce je adsorpce na molekulových sítech. Tato síta se vyznačují tím, že mají na povrchu i uvnitř póry malého průměru, které nepropustí větší částice (velké molekuly, asociované molekuly). Menší částice póry procházejí a jsou v nich adsorbovány podle svých adsorpčních vlastností. Význačným rysem fyzikální adsorpce je její vratnost.

Chemická adsorpce (chemisorpce)

Spočívá v uplatnění sil vazebného charakteru, které mnohonásobně převyšují síly van der Waalsovy. Chemisorpce je také více exotermním pochodem než fyzikální adsorpce. Vzniklý adsorpční komplex je mnohem stálejší a obtížněji regenerovatelný. Chemisorpce je pochod nevratný. Při regeneraci adsorbentu se využívá zákonů reakční rovnováhy a kinetiky. V praxi se chemisorpce uplatňuje při použití měničů iontů.

15

Použití aktivního uhlí

Odtahy z lakoven a stříkacích boxů Odloučení zápachů z kuchyní, masné výroby a grilů Adsorpce škodlivin z chemického a elektronického průmyslu Přívody do letištních a nádražních hal Odtahy z atomových elektráren Přívody a odtahy z operačních sálů, JIP, velínů Odtahy z čistíren odpadních vod Odtahy od svařování Výroba elektroniky a další oblasti, ve kterých se vyskytují škodlivé plyny nebo zápachy, které je nutné odlučovat – zasedací místnosti, muzea, nemocnice, laboratoře, počítačové místnosti, tiskárny, čerpací stanice, parkoviště, garáže

Simulace prostředí čerpací stanice Odsávání par těkavých látek + zachycení těchto látek na aktivním uhlí. Aktivní uhlí se vyrábí z organických látek jako např. skořápky kokosových ořechů, rašelina, různé druhy uhlí rozžhavením a speciální úpravou s cílem mimořádného zvětšení vnitřního a vnějšího povrchu. Vytvořením velmi jemných pórů se dosáhne adsorpce schopného povrchu až 1 250 m2 na každý gram aktivního uhlí. Tato extrémně velká adsorpční plocha má vynikající stupeň odlučování a velkou schopnost ukládání – akumulace škodlivin. Vzorek: aceton, benzín, toluen nebo jiná těkavá látka (směs látek, ředidlo) Sestavení aparatury – zdroj tlakového vzduchu, nádoba (nejlépe promývačka) se vzorkem, trubice s adsorbentem, váhy, teplotní čidlo (teploměr)

Aparaturu sestavíme dle možností laboratoře, necháme vzduch s parami vzorku proudit skrze trubici s aktivním uhlím. Trubici můžeme přímo položit přímo na váhu a sledovat nárůst hmotnosti. Dále je možno měřit teplotu adsorbentu. Je možné tyto hodnoty zaznamenávat

16

v čase a sestavit různé grafické závislosti. Pokud odpojíme zdroj par, začne probíhat desorpce, provázená snížením hmotnosti a teploty. Což lze opět sledovat, zapisovat, graficky zpracovat. Zdroje http://www.ksklimaservice.cz/?download=auhli.pdf

Učebnice Chemická technika, Ivan Sedlák, 2005

Pěkná stránka o adsorpci využité při úpravě vod

http://www.pivokonsky.wz.cz/UV/uprava_vod_8.pdf

Pokus byl sestaven za pomoci Ing. Daniela Maxy Ph.D. z VŠCHT Praha, za což mu patří velký dík.

Další zdroje informací, nápadů, pomoci s nákupem chemikálií

i jednoduchých přístrojů a čidel.

Chemikálie na míru

http://www.puralab.cz/

Přístroje a čidla, některá zařízení lze i půjčit

http://www.vernier.cz/uvod/rozcestnik

Server pro technologické inovace, nejnovější poznatky vědy

http://www.akademon.cz/

17

Představení spolupracujících ústavů AV ČR

Ústav chemických procesů Akademie věd České republiky, v. v. i., je jedním ze šesti ústavů sekce chemických věd AV ČR a centrem výzkumu a vývoje v oblasti chemických procesů. Ústav (s původním názvem „Ústav teoretických základů chemické techniky – ÚTZCHT“) vznikl v Československé akademii věd r. 1960 a byl od samého počátku budován jakožto multidisciplinární vědecké pracoviště. Jeho zakladatel a první ředitel prof. Vladimír Bažant byl chemickým technologem s širokým rozhledem, který si byl dobře vědom významu oboru chemického in- ženýrství pro rozvoj českého chemického výzkumu a průmyslového vývoje. Proto pozval ke spolupráci prof. George L. Standarta, chemického inženýra z USA, který byl jedním ze zakladatelů českého chemického inženýrství v padesátých a šedesátých letech 20. století. Vědecký výzkum chemických procesů se samozřejmě nemohl obejít ani bez solidního fyzikálně chemického základu. Ten do ústavu přinesl prof. Eduard Hála a jeho tým fyzikálních chemiků, který přišel do nově budovaného areálu na severozápadním předměstí Prahy v Suchdole-Lysolajích, otevřeného v roce 1964. Dnes se práce vědeckých týmů ÚCHP zaměřuje na širokou škálu témat. Základní výzkum v oborech fyzikální chemie, chemického inženýrství, organické i anorganické chemie, chemické katalýzy nebo chemie a fyziky aerosolů tvoří vynikající zázemí pro výzkum aplikovaný. Ten se například zaměřuje na přípravu speciálních chemikálií, pokročilé procesy biorafinace, membránové separace či recyklace vzácných surovin a materiálů zatěžujících životní prostředí. Týmy ÚCHP AV ČR také spolupracují s partnery z dalších ústavů Akademie věd v rámci programů Účinná přeměna a skladování energie a Potraviny pro budoucnost Strategie AV21 a byly nebo jsou členy projektových týmů evropských projektů programů FP7 či Horizon2020, např. ACTRIS a ACTRIS-2, EUCAARI nebo PRINTCR3DIT. Ústav je také nositelem Centra kompetence BIORAF.

Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v.v.i., významný hráč na poli vzdělávání a popularizace vědy

Předmětem činnosti ÚFCH JH je v prvé řadě badatelský výzkum ve fyzikální chemii včetně elektrochemie, v analytické chemii a v chemické fyzice, uskutečňovaný teoretickými a experimentálními metodami. Ústav dále napomáhá uplatňování výsledků svého badatelského výzkumu v praxi.

Významně se však dlouhodobě ve spolupráci s VŠ, SŠ a ZŠ (MŠ) podílí na výuce a vzdělávání žáků a pedagogů těchto škol v přírodních vědách/oborech. Výukovými programy obohacuje i činnost organizací zabývajících se mimoškolním vzděláváním. V letech 2008-2009 byl ústav řešitelem projektu s názvem "Tři nástroje akademického pracoviště jako odpověď na otázku, jak účinně zapojit mladou generaci do vědy a výzkumu: informace – stáž ve vědeckém týmu – presentace výsledků ", s cílem vypracovat a ověřit metodiku, jak zapojit mladou generaci (SŠ a VŠ studenti) do výzkumné činnosti, a tím probudit či prohlubovat její zájem o přírodovědné obory, vědu a techniku jako o své budoucí povolání. Na tento úspěšný projekt pak ústav navázal každoročními programy, jež projekt ověřují a programy zdokonalují.

18

Významnou vzdělávací a současně popularizační činností, které se ústav od roku 2005 věnuje intenzivněji, je vzdělávání středoškolské mládeže a práce s talentovanými SŠ studenty, kteří se zajímají o studium přírodních věd (přednášky, exkurse, workshopy, stáže a praxe, letní škola). Pro středoškolskou mládež bylo v roce 2015 např. předneseno celkem 50 hodinových přednášek na různá témata z oboru fyzikální chemie. Studenti, kteří středoškolské stáže vykonali v ústavu, své práce obhajovali v různých soutěžích, např. SOČ, Amavet, Konference projektu Otevřená věda AVČR, školní ročníkové či maturitní práce a další (celkem 20 prací). Každoročně ústav připravuje celou škálu programů zaměřených na vzdělávání nejen středoškolských studentů a pedagogů, ale i žáků a pedagogů základních škol a předškoláků ze škol mateřských.

Ústav již takto spolupracuje s více než stovkou škol (SŠ, ZŠ a MŠ) ze všech regionů ČR, včetně Hlavního města Prahy. Při vzdělávání mládeže ústav pravidelně spolupracuje také např. s Odborem projektů a grantů AVČR (OPVK na sebe navazující projekty Otevřená věda), Nadačním fondem Jaroslava Heyrovského (soutěže SOČ) či Goethe Institutem v Praze (soutěž Němčina pro bystré hlavy). Popularizaci výsledků VaV se věnují pravidelně aktualizované stránky s adresou http://www.jh-inst.cas.cz/3nastroje či http://www.jh-inst.cas.cz/heyrovsky.

V roce 2015 ústav uspořádal 77 různých popularizačních a vzdělávacích akcí pro studenty VŠ, žáky SŠ a ZŠ, předškoláky MŠ a zájemce z široké veřejnosti, které navštívilo celkem 11915 návštěvníků.

Harmonogram programů roku 2016 pod názvem TVOŘ (v) CHEMII naleznete na adrese http://www.jh-inst.cas.cz/3nastroje/detail.php?p=42

19

Podzimní seminář je hrazen z prostředků projektu č. 1015 „Letní nanoškola a podzimní seminář“, řešeného v programu Celoměstských programů na podporu vzdělávání na

území hlavního města Prahy pro rok 2016

Sborník sestavila Ing. Zita Valentová