Inovace profesniacute přiacutepravy budouciacutech učitelů chemie CZ1072200150324
VYBRANAacute TEacuteMATA PRO VYacuteUKU CHEMIE
1 čaacutest
kolektiv autorů
Olomouc 2012
2
3
Obsah
Uacutevod helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4
Esterifikace helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 5
Švandovaacute Veronika
Přiacuterodniacute laacutetky ndash vitaminy helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 15
Štosovaacute Taťaacutena
Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26
Štosovaacute Taťaacutena
Naacutevykoveacute laacutetky helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 35
Kameniacuteček Jiřiacute
Vyacuteroba cukru helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 50
Praacutešilovaacute Jana Kameniacuteček Jiřiacute
Makromolekulaacuterniacute laacutetkyhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 64
Husaacuterek Josef
Vyacutebušniny helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 85
Kameniacuteček Jiřiacute
Elektrolyacuteza helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 96
Šindelaacuteř Zdeněk
4
Uacutevod
Předklaacutedanaacute publikace Vybranaacute teacutemata pro vyacuteuku chemie vznikla v raacutemci
projektu č CZ 1072200150324 bdquoInovace profesniacute přiacutepravy budouciacutech učitelů
chemieldquo jako soubor teacutematickyacutech učebniacutech textů z oboru chemie pro žaacuteky středniacutech
škol ke kteryacutem jsou zpracovaacuteny PowerPointoveacute prezentace pro učitele Vyacuteukoveacute
materiaacutely jsou koncipovaacuteny tak aby byly použitelneacute přiacutemo ve vyacuteuce chemie na
středniacutech školaacutech Vlastniacute učebniacute text pro žaacuteky doplňujiacute petitem psaneacute metodickeacute
poznaacutemky pro učitele a rozšiřujiacuteciacute učivo
Zpracovanaacute teacutemata Esterifikace Přiacuterodniacute laacutetky Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy Naacutevykoveacute laacutetky Vyacuteroba
cukru Makromolekulaacuterniacute laacutetky a syntetickeacute polymery Vyacutebušniny Elektrolyacuteza
Jistaacute heterogenita zvolenyacutech teacutemat z různyacutech oblastiacute chemie je daacutena
skutečnostiacute že před jejich zpracovaacuteniacutem byl proveden průzkum mezi učiteli chemie
jehož ciacutelem bylo zjistit ktereacute kapitoly či problematiku z oboru chemie by chtěli miacutet
vyučujiacuteciacute k dispozici v noveacutem zpracovaacuteniacute ať už z důvodu jejich neuspokojiveacuteho či
zastaraleacuteho stavu v dostupnyacutech učebniciacutech nebo dokonce pro jejich uacuteplnou absenci
přičemž jde o velice zaacutevažnaacute a v současnosti aktuaacutelniacute teacutemata (např naacutevykoveacute laacutetky
biochemickeacute procesy aj) V učebniacutem textu jsou zastoupena takeacute přiacuterodovědnaacute
integrovanaacute teacutemata v nichž je kladen důraz na mezipředmětoveacute vztahy kteraacute se
však na školaacutech mnohdy probiacuterajiacute izolovaně ve fyzice a v chemii bez uvedeniacute
souvislostiacute (např Elektrolyacuteza)
Věřiacuteme že publikace přispěje ke zkvalitněniacute a inovaci vyacuteuky řady kapitol chemie
a doufaacuteme že se stane dobryacutem pomocniacutekem jak pro studenty ndash budouciacute učitele
chemie tak i učitele ve školskeacute praxi
Olomouc zaacuteřiacute 2012
Autoři
5
ESTERIFIKACE
Text zpracovala Mgr Veronika Švandovaacute
Osnova 1 Zaacutekladniacute pojmy
11 Estery karboxylovyacutech kyselin
12 Esterifikace karboxylovyacutech kyselin
2 Přiacuteklady a chemickyacute pokus
21 Přiacuteklady na procvičeniacute
22 Chemickyacute pokus ndash přiacuteprava ethylesteru kyseliny octoveacute
3 Mechanismus esterifikace
4 Reakce esterů
5 Opakovaciacute cvičeniacute
6 Řešeniacute uacuteloh
61 Řešeniacute uacutelohy 21
62 Řešeniacute praktickeacuteho uacutekolu z 22
63 Řešeniacute opakovaciacuteho cvičeniacute
7 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
71 Estery anorganickyacutech kyselin
72 Poznaacutemky k chemickeacutemu pokusu
73 Charakteristickeacute vůně esterů
74 Alkalickaacute hydrolyacuteza esteru (zmyacutedelněniacute)
8 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
6
1 Zaacutekladniacute pojmy
11 Estery karboxylovyacutech kyselin
Estery1 karboxylovyacutech kyselin jsou vyacuteznamnou skupinou organickyacutech laacutetek
patřiacute mezi funkčniacute derivaacutety karboxylovyacutech kyselin Řada z nich jsou vyacuteznamneacute
přiacuterodniacute laacutetky ndash tvořiacute napřiacuteklad tuky oleje a vosky Některeacute estery majiacute praktickyacute
vyacuteznam použiacutevajiacute se jako esence do potravin na vyacuterobu leacutečiv nebo rozpouštědel
Estery se nejčastěji připravujiacute reakciacute kterou nazyacutevaacuteme esterifikace
12 Esterifikace karboxylovyacutech kyselin
Esterifikace karboxyloveacute kyseliny je reakce karboxyloveacute kyseliny a alkoholu
kterou vznikaacute ester a voda Reakce probiacutehaacute v kyseleacutem prostřediacute ndash provaacutediacute se za
přiacutedavku silneacute anorganickeacute kyseliny (maacute funkci katalyzaacutetoru) nejčastěji kyseliny
siacuteroveacute Jednaacute se o rovnovaacutežnou reakci
C
O
OHR1+ OH R2
C
O
OR1R2 OH2
kyselina alkohol ester
H+
+
Ze zaacutepisu reakce je zřejmeacute že kysliacutekovyacute atom ve vznikleacutem esteru (ve scheacutematu
vyznačenyacute raacutemečkem) pochaacuteziacute z molekuly alkoholu Tento fakt byl prokaacutezaacuten
experimentaacutelně Reakce byla uskutečněna s alkoholem obsahujiacuteciacutem radioaktivniacute
izotop kysliacuteku a zjišťovalo se kteryacute z produktů reakce bude radioaktivniacute Ukaacutezalo se
že radioaktivniacute laacutetkou byl ester Primaacuterniacute alkoholy tvořiacute estery snadněji než
sekundaacuterniacute Estery terciaacuterniacutech alkoholů se tiacutemto způsobem nepřipravujiacute2
Esterifikace je rovnovaacutežnaacute (vratnaacute) reakce Pokud chceme zvyacutešit vyacutetěžek
reakce musiacuteme rovnovaacutehu reakce porušovat odstraňovaacuteniacutem vznikleacuteho esteru nebo
vody z reakčniacute směsi Rovnovaacutehu je možneacute posunout ve prospěch esteru takeacute tak
1 Mluviacuteme-li v tomto vyacuteukoveacutem textu o bdquoesterechldquo či bdquoesterifikacildquo maacuteme na mysli estery karboxylovyacutech
kyselin (neniacute-li v textu řečeno jinak) Kromě těchto esterů existujiacute takeacute estery anorganickyacutech kyselin
ktereacute vznikajiacute rovněž esterifikaciacute - viacutece viz Doplňujiacuteciacute informace pro učitele kap 7 2 Pro synteacutezu esterů terciaacuterniacutech alkoholů se miacutesto karboxyloveacute kyseliny použiacutevajiacute acylchloridy
(k reakčniacute směsi se přidaacutevaacute pyridin) Vedlejšiacutem produktem reakce je chlorovodiacutek
7
že jednu z vyacutechoziacutech laacutetek použijeme v nadbytku Zpětnou reakciacute k esterifikaci je tzv
kyselaacute hydrolyacuteza1
2 Přiacuteklady a chemickyacute pokus 21 Přiacuteklady na procvičeniacute
Napiš produkty naacutesledujiacuteciacutech reakciacute a pojmenuj je
a) b)
22 Pokus ndash přiacuteprava ethylesteru kyseliny octoveacute
Chemikaacutelie ethanol (F) kyselina octovaacute (C) konc kyselina siacuterovaacute (C) uhličitan
sodnyacute (Xi)
Postup Ve zkumavce smiacutechaacuteme 3 ml kyseliny octoveacute a 3 ml ethanolu Ke vznikleacute
směsi opatrně přidaacuteme asi 05 ndash1 ml koncentrovaneacute kyseliny siacuteroveacute Obsah
zkumavky promiacutechaacuteme vylejeme na hodinoveacute skliacutečko a nakonec přisypeme pevnyacute
uhličitan sodnyacute2
Praktickyacute uacutekol
a) Zapiš rovnici reakce
b) Porovnej vůni kyseliny octoveacute a vznikleacuteho esteru
c) V literatuře vyhledej praktickeacute využitiacute vznikleacuteho esteru
d) Proč mysliacuteš že přidaacutevaacuteme do reakčniacute směsi uhličitan sodnyacute
e) Vzniklyacute ester může byacutet pro člověka smrtelnou laacutetkou Smrtelnaacute daacutevka pro
člověka je asi 05 g na každyacute kilogram tělesneacute hmotnosti Jakeacute by bylo
smrtelneacute množstviacute (v gramech) esteru při tveacute hmotnosti Vypočiacutetej i jeho
objem (hustota ethylesteru kyseliny octoveacute je ρ = 1045 gcm3)
1 Viz kapitola 4 2 Dalšiacute možnosti provedeniacute pokusu viz Doplňujiacuteciacute informace pro učitele kap 7
OH CH2 CH3C
O
OHHH
+
+
C
O
OHCH3 +H
+
H O CH2 CH2 CH3
8
f) Na internetu vyhledej bezpečnostniacute list daneacuteho esteru Jakyacutemi piacutesmennyacutemi
symboly označujeme jeho nebezpečneacute vlastnosti a jak tyto vlastnosti
vyjaacutedřiacuteme slovy
Poznaacutemka Řada dalšiacutech esterů jsou kapaliny
přiacutejemneacute vůně a použiacutevajiacute se v potravinaacuteřstviacute jako
vonneacute a chuťoveacute přiacutesady Napřiacuteklad ethylester
kyseliny mravenčiacute se použiacutevaacute jako rumovaacute esence
jako ananasovaacute esence (viz obr 1) se použiacutevaacute
ethylester kyseliny maacuteselneacute1 Obr 1 Ilustračniacute přiacuteklad
3 Mechanismus esterifikace Mechanismus esterifikace je možneacute vyjaacutedřit souborem rovnovaacutežnyacutech reakciacute
C
O
R1 O H C+O
R1O H
H
C
O
R1 O H
H
O+
R2H
CO
R1 O+ HH
OR2
H
OH2-C+O
R1H
OR2
H+
- H+
C
O
R1 O R2
R2
O
H
Prvniacutem krokem esterifikace je protonizace karboxyloveacute skupiny kyseliny
Dochaacuteziacute tak ke zvyacutešeniacute elektronoveacuteho deficitu na karboxyloveacutem uhliacuteku a tiacutem
k usnadněniacute nukleofilniacuteho ataku molekulou alkoholu
V dalšiacutem nejpomalejšiacutem kroku reakce dochaacuteziacute ke vzniku vazby mezi atomem
kysliacuteku alkoholu a atomem uhliacuteku karboxyloveacute skupiny Nakonec dochaacuteziacute k odštěpeniacute
protonu a molekuly vody za vzniku esteru
Z hlediska typu reakce je esterifikace substituciacute nukleofilniacute (SN) kteraacute probiacutehaacute
adičně-eliminačniacutem mechanismem
1 Přehled charakteristickyacutech vůniacute dalšiacutech esterů uveden v kap 7
9
4 Reakce esterů Jak již bylo uvedeno esterifikace je rovnovaacutežnaacute reakce reakce zpětnaacute se
nazyacutevaacute kyselaacute hydrolyacuteza esteru Při teacuteto reakci vznikaacute opět karboxylovaacute kyselina a
alkohol
Estery lze hydrolyzovat i v přiacutetomnosti silnyacutech zaacutesad (tzv alkalickaacute hydrolyacuteza)
vznikaacute však alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
CH3 CO
O CH2 CH3
+ NaOH CH3 CO
O Na
+ CH3 CH2 OH
5 Opakovaciacute cvičeniacute
1) Co je to esterifikace Jakeacute jsou vyacutechoziacute laacutetky a produkty teacuteto reakce Za
jakyacutech podmiacutenek může reakce probiacutehat
2) Kteryacute z naacutesledujiacuteciacutech alkoholů bude podleacutehat esterifikaci nejsnadněji
a) b) c)
3) Jak se nazyacutevaacute zpětnaacute reakce esterifikace
4) Estery majiacute širokeacute uplatněniacute v potravinaacuteřstviacute Jakeacute
5) Produktem naacutesledujiacuteciacute esterifikace bude
C
O
OHCH2CH3 OH CH2 CH3+H
+
a) propylester kyseliny octoveacute
b) ethylester kyseliny octoveacute
c) ethylester kyseliny propionoveacute
6) Zapiš rovnici esterifikace jejiacutemž produktem je ethylester kyseliny benzooveacute
7) Co je produktem alkalickeacute hydrolyacutezy esteru
8) V jedneacute zkumavce smiacutechaacuteme stejnyacute objem ethanolu a kyseliny octoveacute ve
druheacute zkumavce smiacutesiacuteme stejnyacute objem octanu ethylnateacuteho a destilovaneacute
vody Do každeacute zkumavky přidaacuteme několik kapek koncentrovaneacute kyseliny
siacuteroveacute a obsah zkumavek protřepeme Jakeacute změny nastanou v jednotlivyacutech
zkumavkaacutech
CH3
C OHCH3
CH3CH3 CH2 OHCH3 CH OH
CH3
10
a) Obsah obou zkumavek se nezměniacute nedojde k žaacutedneacute reakci
b) V obou zkumavkaacutech vznikne směs ethanolu kyseliny octoveacute ethyl-
acetaacutetu a vody
c) V prvniacute zkumavce bude směs ethyl-acetaacutetu a vody ve druheacute směs
ethanolu a kyseliny octoveacute
d) Obsah druheacute zkumavky se nezměniacute v prvniacute zkumavce dojde
k esterifikaci a vznikne tam směs octanu ethylnateacuteho a vody
6 Řešeniacute uacuteloh
61 Řešeniacute uacutelohy 21 a) ethylester kyseliny mravenčiacute (mravenčan ethylnatyacute ethyl-methanoaacutet ethyl-
formiaacutet) a voda
C
O
OH CH2 CH3 OH2+ b) propylester kyseliny octoveacute (octan propylnatyacute propyl-ethanoaacutet propyl-acetaacutet)
a voda
C
O
OCH3 CH2 CH2 CH3 OH2+ 62 Řešeniacute praktickeacuteho uacutekolu z 22
a)
b) Vůně vznikleacuteho esteru připomiacutenaacute odlakovač na nehty lak na nehty či
modelaacuteřskeacute lepidlo
c) Ethylester kyseliny octoveacute se použiacutevaacute v laboratořiacutech jako rozpouštědlo
d) Uhličitan sodnyacute se přidaacutevaacute do reakce proto aby zreagoval zbytek kyseliny
octoveacute (a siacuteroveacute) kteryacute by negativně ovlivňoval vůni vznikleacuteho produktu
e) Např při hmotnosti člověka m = 60 kg je smrtelnaacute daacutevka ndash lethal dose rArr
mLD = 30 g o objemu V = m ρ = 30 1045 = 2871 cm3
Smrtelnaacute daacutevka pro šedesaacutetikiloveacuteho člověka by byla 287 cm3
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
11
f) Bezpečnostniacute list ethylesteru kyseliny octoveacute je napřiacuteklad na internetoveacutem
odkazu httpwwwmach-chemikalieczdownloadphpid=96 Ethylester
kyseliny octoveacute patřiacute mezi laacutetky vysoce hořlaveacute (F) a draacuteždiveacute (Xi)
63 Řešeniacute opakovaciacuteho cvičeniacute (kap 5) 1) Esterifikace je reakce kterou se připravujiacute estery vedlejšiacutem produktem je
voda Vyacutechoziacutemi laacutetkami pro tuto reakci jsou alkohol a karboxylovaacute kyselina
reakce musiacute probiacutehat v prostřediacute silneacute kyseliny
2) b)
3) kyselaacute hydrolyacuteza
4) Řada esterů se použiacutevaacute v potravinaacuteřstviacute jako vonneacute a přiacutechuťoveacute přiacutesady
5) c)
6)
7) alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
8) c)
reakce probiacutehajiacuteciacute v prvniacute zkumavce
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
reakce probiacutehajiacuteciacute ve druheacute zkumavce
H+
C
O
OCH3 CH2 CH3 OH2+ OH CH2 CH3C
O
OHCH3 +
7 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele 71 Estery anorganickyacutech kyselin
Kromě esterů karboxylovyacutech kyselin tj organickyacutech existujiacute takeacute estery anorganickyacutech
kyselin Esterifikaci anorganickyacutech kyselin můžeme žaacutekům zmiacutenit aby si uvědomili že probiacutehaacute nejen u
organickyacutech kyselin
Reakciacute kyseliny boriteacute s methanolem nebo ethanolem v kyseleacutem prostřediacute vznikajiacute estery kyseliny boriteacute Uvedenou reakci jejiacutež provedeniacute je velmi jednoducheacute lze použiacutet i pro odlišeniacute
C
O
OHC
O
O CH2 CH3OH CH2 CH3+H
+
OH2+
12
methanolu od ethanolu Ve směsi metanol - kyselina boritaacute se tvořiacute ester i bez přiacutedavku kyseliny
siacuteroveacute a ester hořiacute zeleně Ve směsi ethanol - kyselina boritaacute bez přiacutedavku H2SO4 se ester netvořiacute tak
rychle po zapaacuteleniacute reakčniacute směsi je plamen oranžovyacute Po okyseleniacute teacuteto reakčniacute směsi konc H2SO4
vznikaacute triethylester kyseliny boriteacute kteryacute hořiacute takeacute zelenyacutem plamenem
B
OHOH
OH
B
OO
O
CH3
CH3
CH3
+ CH3 OH3 + OH23
Estery kyseliny dusičneacute se použiacutevajiacute jako vyacutebušniny Nitroglycerin ester kyseliny dusičneacute a
glycerolu je nejdůležitějšiacute součaacutestiacute dynamitu Použiacutevaacute se takeacute v leacutekařstviacute jako prostředek pro zklidněniacute
srdečniacutech arytmiiacute a snižovaacuteniacute krevniacuteho tlaku
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3 H2SO4
- 3 H2O
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2 Ester kyseliny dusičneacute a celulosy ndash nitrocelulosa je znaacutemaacute vyacutebušnina
72 Poznaacutemky k chemickeacutemu pokusu (viz 22)
Pokud by vůně vznikleacuteho esteru nebyla vyacuteraznaacute lze zkumavku s reakčniacute směsiacute ještě před
jejiacutem vylitiacutem na hodinoveacute skliacutečko zahřiacutevat (je nutneacute dbaacutet na bezpečnost žaacuteků ndash předevšiacutem braacutet
v uacutevahu možneacute vystřiacuteknutiacute směsi a dodržovat tedy bezpečnyacute odstup od žaacuteků použiacutet ochrannyacute štiacutet)
Pro přiacutepravu většiacuteho množstviacute esteru je vhodneacute použiacutet zpětnyacute chladič Do baňky s 6 ml
kyseliny octoveacute přidaacuteme 5 ml ethanolu Na obličej si nasadiacuteme ochrannyacute štiacutet Opatrně za chlazeniacute
proudem vody přilijeme 6-7 ml konc kyseliny siacuteroveacute Baňku uzavřeme zaacutetkou s jednoduchyacutem
zpětnyacutem chladičem (min 60 cm dlouhaacute skleněnaacute trubička) (viz obr2) a opatrně zahřiacutevaacuteme 7 ndash 10 min
na vodniacute laacutezni
Obr 2 Esterifikace za použitiacute jednoducheacuteho zpětneacuteho chladiče
13
Potom zaměniacuteme zpětnyacute chladič za vzdušnyacute sestupnyacute a oddestilujeme asi 5 ml kapaliny Přisypeme
1 lžičku uhličitanu sodneacuteho kteryacute vytvořiacute oddělenou vrstvu nemiacutesitelnou s vodou nebo můžeme
reakčniacute směs ihned po ukončeniacute zahřiacutevaacuteniacute pod zpětnyacutem chladičem vylit do kaacutedinky s nasycenyacutem
roztokem chloridu sodneacuteho ve vodě čiacutemž se vysoliacute ethylester kyseliny octoveacute
73 Charakteristickeacute vůně esterů
Alkohol Kyselina Ester Vůně
methanol k salicylovaacute methylester kyseliny salicyloveacute karamel
methanol k maacuteselnaacute methylester kyseliny maacuteselneacute ananas
ethanol k maacuteselnaacute ethylester kyseliny maacuteselneacute broskve
ethanol k benzoovaacute ethylester kyseliny benzooveacute karafiaacutety
ethanol k mravenčiacute ethylester kyseliny mravenčiacute rum
ethanol k octovaacute ethylester kyseliny octoveacute rozpouštědla
butan-1-ol k octovaacute butylester kyseliny octoveacute ovoce
butan-1-ol k propionovaacute butylester kyseliny propionoveacute rum
pentan-1-ol k benzoovaacute pentylester kyseliny benzooveacute ambra
pentan-1-ol k octovaacute pentylester kyseliny octoveacute ovoce
pentan-1-ol k salicylovaacute pentylester kyseliny salicyloveacute orchideje
petan-1-ol k maacuteselnaacute pentylester kyseliny maacuteselneacute meruňky
oktan-1-ol k octovaacute oktylester kyseliny octoveacute pomeranče
74 Alkalickaacute hydrolyacuteza esteru (zmyacutedelněniacute)
Alkalickaacute hydrolyacuteza esterů patřiacute mezi průmyslově vyacuteznamneacute reakce ndash využiacutevaacute se při vyacuterobě myacutedel
Zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu myacutedel jsou tuky jejichž hlavniacute součaacutest tvořiacute praacutevě estery vyššiacutech
mastnyacutech kyselin s glycerolem (např kyseliny stearovaacute palmitovaacute olejovaacute atd)
8 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Mareček A Honza J Chemie pro čtyřletaacute gymnaacutezia 3 diacutel Nakladatelstviacute
Olomouc Olomouc 2000
2 Škoda J Douliacutek P Chemie 8 - učebnice pro zaacutekladniacute školy a viacuteceletaacute gymnaacutezia
Fraus Plzeň 2006
CH2
CH
CH2
O
O
O
OC
OC
OC R
R
R
3 NaOH
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 R CO ONa
tuk glycerol sodneacute myacutedlo
+
14
3 Kovaacuteč J a kol Organickaacute cheacutemia 1 Alfa Bratislava 1992
4 Klouda P Janeczkovaacute A Organickaacute chemie studijniacute text pro SPŠCH
Nakladatelstviacute Pavel Klouda Ostrava 2001
5 Hrnčiar P Organickaacute cheacutemia Slovenskeacute pedagogickeacute nakladatelstvo Bratislava
1990
6 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemie sbiacuterka uacuteloh pro společnou čaacutest maturitniacute zkoušky
Tauris Praha 2001
7 Baacuterta M Jak (ne)vyhodit školu do povětřiacute Horaacutekova chemickaacute kuchařka pro
maleacute i velkeacute experimentaacutetory chemickeacute pokusy pro žaacuteky 8 a 9 třiacuted studenty
středniacutech škol a jejich nadšeneacute učitele Didaktis Brno 2004
8 Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
Univerzita Palackeacuteho v Olomouci Olomouc 2007
9 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemickeacute pokusy pro školu a zaacutejmovou činnost
Prospektrum Praha 2000
Internetoveacute odkazy 10 Rum tuzemaacutek [online 2011-09-15] Dostupneacute z www lthttpwwwla-vinczrum-
tuzemak-05l-375p20782gt
11 Ananas plod ananasovniacuteku chocholateacuteho [online 2011-09-15] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiSouborPineapple_and_cross_sectionjpggt
12 Nitroglycerin [online 2012-04-11] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiNitroglyceringt
15
PŘIacuteRODNIacute LAacuteTKY ndash VITAMINY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky přiacuterodniacutech laacutetek
2 Vitaminy
Přehled vybranyacutech vitaminů
21 Vitamin A ndash retinol
22 Vitamin B1 ndash thiamin
23 Vitamin B2 ndash riboflavin
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety
25 Vitamin B12 ndash kobalamin
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute
27 Vitamin D ndash kalciferoly
28 Vitamin E ndash tokoferoly
3 Zaacutevěr
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
16
1 Přiacuterodniacute laacutetky
Za přiacuterodniacute laacutetky se považujiacute organickeacute sloučeniny ktereacute jsou produkty
chemickyacutech reakciacute probiacutehajiacuteciacutech v buňkaacutech Některeacute z přiacuterodniacutech laacutetek jsou
jednoducheacute organickeacute sloučeniny jineacute naopak velmi složiteacute makromolekulaacuterniacute laacutetky
Přiacuterodniacute laacutetky se zpravidla děliacute do skupin podle sveacuteho chemickeacuteho složeniacute a
struktury nebo podle funkciacute ktereacute plniacute v živeacutem organismu Rozlišujeme tedy tzv
energetickeacute živiny (lipidy sacharidy proteiny) biokatalyzaacutetory (vitaminy enzymy
hormony) daacutele nukleoveacute kyseliny a alkaloidy
2 Vitaminy
Vitaminy jsou organickeacute sloučeniny ktereacute již v malyacutech koncentraciacutech ovlivňujiacute
průběh některyacutech chemickyacutech dějů v živeacutem organismu Vyacuteznam vitaminů spočiacutevaacute v
tom že tvořiacute nezbytnou součaacutest enzymů Z chemickeacuteho hlediska patřiacute vitaminy k
různyacutem druhům sloučenin proto je neniacute možneacute dělit podle struktury Z tohoto důvodu
se děliacute nejčastěji podle rozpustnosti a to na vitaminy rozpustneacute ve vodě (hydrofilniacute) a
vitaminy rozpustneacute v tuciacutech (lipofilniacute) Toto rozděleniacute naviacutec koresponduje
s charakteristickyacutemi vlastnostmi jednotlivyacutech vitaminů Napřiacuteklad hydrofilniacute vitaminy
nedokaacuteže organismus skladovat proto se při nadbytečneacutem přiacutejmu vylučujiacute močiacute
Lipofilniacute vitaminy jsou v organismu skladovatelneacute Jejich nadbytečnyacute přiacutejem může
veacutest k hypervitaminoacutezaacutem ktereacute mohou vyvolat vaacutežneacute poruchy (zejmeacutena u vitaminů A
a D)
Před objasněniacutem struktury vitaminů bylo zavedeno jejich označovaacuteniacute piacutesmeny abecedy Vitaminy se stejnyacutemi nebo podobnyacutemi fyziologickyacutemi uacutečinky byly
odlišovaacuteny čiacuteselnyacutemi indexy Později byly použiacutevaacuteny triviaacutelniacute naacutezvy Dnes se
většinou upřednostňujiacute naacutezvy odvozeneacute od chemickeacuteho složeniacute jednotlivyacutech
vitaminů Označovaacuteniacute piacutesmeny staacutele přežiacutevaacute zejmeacutena v leacutekařskeacute praxi a
potravinaacuteřstviacute
17
EE
AA DD
KKEE
AA DD
KK
Vitaminy rozpustneacute ve vodě
Do teacuteto skupiny řadiacuteme předevšiacutem skupinu vitaminů B (B1 ndash thiamin B2 ndash riboflavin
B5 ndash kyselina pantotenovaacute B6 ndash pyridoxin atd) vitamin C (kyselina L-askorbovaacute) a
vitamin H (biotin)
Obr 1 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech ve vodě
Vitaminy rozpustneacute v tuciacutech
Do teacuteto skupiny řadiacuteme vitamin A (retinol) vitamin D (skupina laacutetek označovanyacutech
jako kalciferoly) vitamin E (skupina laacutetek označovanaacute jako tokoferoly) a vitamin K
(existuje opět v různyacutech formaacutech jako fylochinon K1 farnochinon K2 atd)
Obr 2 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech v tuciacutech
Vitaminy si živočišnyacute organismus většinou až na vyacutejimky nedovede saacutem vytvořit
Z tohoto důvodu jsou lideacute i ostatniacute živočichoveacute odkaacutezaniacute na jejich přiacutejem v potravě
Přiacutetomnost a vhodnaacute koncentrace vitaminů v těle jsou nezbytneacute předevšiacutem pro
spraacutevnyacute růst a vyacutevoj jedince Nepřiacutetomnost některeacuteho vitaminu v těle se projevuje
vaacutežnyacutemi fyziologickyacutemi poruchami a onemocněniacutemi ktereacute se obecně označujiacute jako
avitaminosa Typickaacute avitaminosa se vyskytuje v našich podmiacutenkaacutech poměrně
B H
C
18
vzaacutecně Častějšiacute jsou onemocněniacute z nedostatečneacuteho množstviacute vitamiacutenu tzv
hypovitaminosa kteraacute maacute miacuternějšiacute průběh než avitaminosa Naopak nadbytečneacute
množstviacute některeacuteho vitaminu v těle může způsobit hypervitaminosu
Přehled vybranyacutech vitaminů
V teacuteto kapitole jsou podrobněji popsaacuteny nejvyacuteznamnějšiacute vitaminy
21 Vitamin A ndash retinol z chemickeacuteho hlediska se jednaacute o skupinu podobnyacutech
laacutetek patřiacuteciacute mezi tetraterpeny Vitamin A stimuluje růst živočišnyacutech buněk spraacutevnyacute
vyacutevoj kosterniacutech tkaacuteniacute a normaacutelniacute reprodukci Je velice důležityacute při zrakoveacutem vjemu
Denniacute daacutevka pro člověka je 1 mg
Dobryacutem zdrojem je zelenina a ovoce (mrkev špenaacutet petržel rajčata) rybiacute tuk
maacuteslo žloutek jaacutetra Avitaminosa se projevuje šeroslepostiacute zastaveniacutem růstu a
degeneraciacute reprodukčniacutech orgaacutenů Dlouhotrvajiacuteciacute nedostatek vyvolaacutevaacute vypadaacutevaacuteniacute
vlasů krvaacuteceniacute z nosu bolesti kloubů Zaacutesoba vitaminu A je jedniacutem
z faktorů přirozeneacute ochrany organismu před zhoubnyacutem bujeniacutem
22 Vitamin B1 ndash thiamin tvořiacute kofaktor řady enzymů Je syntetizovaacuten střevniacutemi
bakteriemi Rozklaacutedaacute se v alkalickeacutem prostřediacute Průměrnaacute denniacute spotřeba pro
člověka je asi 14 mg Nejdůležitějšiacutemi zdroji je celozrnnaacute mouka luštěniny droždiacute
žloutek vnitřnosti a hověziacute maso Avitaminosa je znaacutema jako nemoc beri-beri (osoby
živeneacute převaacutežně loupanou ryacuteži) Přiacuteznaky nemoci jsou rozmaniteacute od ztraacutety
hmotnosti přes poruchy nervoveacuteho systeacutemu až po svalovou slabost
Obr 3 Ilustračniacute obraacutezky možnyacutech zdrojů vitaminu A zleva komerčniacute tobolky obsahujiacuteciacute rybiacute tuk špenaacutet maacuteslo
19
N
NCH2
N
S CH2CH2
OH
CH3
CH3 NH2
23 Vitamin B2 ndash riboflavin je opět součaacutestiacute kofaktorů řady enzymů Velmi citlivyacute na
světlo Jeho denniacute potřeba pro člověka činiacute 2 mg Zdrojem je listovaacute zelenina rajčata
obilniacute slupky mleacuteko žloutek vnitřnosti Avitaminosa se projevuje zaacutenětlivyacutemi
změnami sliznic a kůže změnami očniacute rohovky poruchami růstu a nervovyacutemi
poruchami
N
NNH
N
OH
OH OH
OH
CH3
CH3
O
O Obr 6 Chemickyacute vzorec vitaminu B2
Obr 5 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B1 zleva droždiacute obilneacute klasy hověziacute maso
Obr 4 Chemickyacute vzorec vitaminu B1
20
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety pyridoxol (pyridoxin) pyridoxal a pyridoxamin jsou to kofaktory enzymů uplatňujiacuteciacutech se při metabolismu
aminokyselin Denniacute daacutevka pro člověka je asi 2 mg Jsou hojně zastoupeneacute zejmeacutena
v mase jaacutetrech droždiacute listoveacute zelenině celozrnneacute mouce Pyridoxol je v rostlinaacutech
ostatniacute v živočišnyacutech tkaacuteniacutech Snadno se rozklaacutedajiacute světlem a teplem Nedostatek je
vzaacutecnyacute a způsobuje předevšiacutem nervoveacute poruchy
25 Vitamin B12 ndash kobalamin jednaacute se o kofaktory enzymů podiacutelejiacuteciacutech se na
biosynteacuteze nukleovyacutech kyselin a metabolismu aminokyselin a biacutelkovin Jsou nezbytneacute
pro tvorbu krve a to zejmeacutena pro tvorbu červenyacutech krvinek Denniacute potřeba u člověka
se pohybuje kolem 3 mg Vyacuteznamnyacutem zdrojem jsou vnitřnosti předevšiacutem jaacutetra
Nedostatek B12 je přiacutečinou vaacutežneacute až smrtelneacute nemoci ndash perniciosniacute anemie
(nedostatek červenyacutech krvinek spojeneacute s neurologickyacutemi komplikacemi)
Obr 7 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B zleva obilniny mleacuteko a čerstvyacute syacuter droždiacute
21
NN
N N
N N
Co+
OHO
NH2
NH2
O
H
O
NH2
O
NH2O
O
OH
OH
O
NH
H OP
OH
OO
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute tvořiacute důležityacute redoxniacute systeacutem kteryacute při
biochemickyacutech reakciacutech vystupuje jako neenzymovyacute přenašeč vodiacuteku Rozklaacutedaacute se
vzdušnyacutem kysliacutekem Daacutele je kofaktorem některyacutech enzymů uacutečastniacute se obrannyacutech
mechanismů vůči chorobaacutem a jinyacutem poškozeniacutem Patřiacute mezi zachytaacutevače volnyacutech
radikaacutelů ale naopak v přiacutetomnosti Fe3+ zvyšuje jejich tvorbu Proto je třeba jeho
přiacutevod do těla regulovat Doporučenaacute denniacute daacutevka pro člověka je 50-60 mg
Vitamin C je rozšiacuteřen v rostlinaacutech nejviacutece v šiacutepciacutech černeacutem rybiacutezu zeleneacute
paprice citronech a pomerančiacutech Při nedostatku nejprve vysychaacute kůže člověk
Obr 8 Chemickyacute vzorec vitaminu B12
Obr 9 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B12 zleva tepelně upravenaacute jaacutetra mleacuteko
22
hubne maacute pocit uacutenavy a později se projevujiacute přiacuteznaky kurdějiacute - podkožniacute krvaacuteceniacute
krvaacuteceniacute daacutesniacute vypadaacutevaacuteniacute zubů naacutechylnost k infekciacutem
27 Vitamin D ndash steroidniacute hormonaacutelniacute prekurzory ndash kalciferoly vznikajiacute ozaacuteřeniacutem
nenasycenyacutech sterolů UV zaacuteřeniacutem U lidiacute se tvořiacute zejmeacutena v kůži Regulujiacute
metabolismus vaacutepniacuteku Svyacutemi uacutečinky připomiacutenajiacute hormony Netvořiacute kofaktory
Velikost denniacute daacutevky zaacutevisiacute na věku a intenzitě ozařovaacuteniacute pokožky Zdrojem
provitaminů D jsou kvasnice některeacute oleje a žloutek Vitaminy D jsou ve většiacute miacuteře
obsaženy v jaterniacutech tuciacutech maacutesle a mleacuteku Nedostatek vitaminu D vyvolaacutevaacute poruchy
metabolismu vaacutepniacuteku a fosforu ktereacute vede k onemocněniacute zvaneacutemu rachitis (křivice)
Obr 10 Chemickyacute vzorec vitaminu C
Obr 11 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu C zleva paprika citrusoveacute plody šiacutepky
Obr 12 Chemickyacute vzorec vitaminu D
23
2288 Vitamin E - tokoferoly - vyacuteznam neniacute zatiacutem přesně znaacutem Všeobecně se miacuteniacute
že chraacuteniacute lipidy před oxidaciacute zejmeacutena pak lipidy buněčnyacutech membraacuten Poškozeniacute
lipidů vyvolaacutevajiacute hlavně volneacute radikaacutely a tokoferoly tyto volneacute radikaacutely zachycujiacute Teacuteto
vlastnosti se využiacutevaacute i při stabilizaci tuků a olejů v průmyslu Denniacute daacutevka pro člověka
se pohybuje v rozmeziacute 15-20 mg Hlavniacute zdroje jsou rostlinneacute oleje olej z obilnyacutech
kliacutečků zelenina luštěniny maacuteslo a vejce Nejsou v rybiacutem tuku
Obr 13 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu D zleva vařenaacute vejce plaacutetek lososa
Obr 14 Chemickyacute vzorec vitaminu E
24
3 Zaacutevěr
Vitaminy jsou nezbytnou součaacutestiacute lidskeacuteho těla a jsou nesmiacuterně důležiteacute aby
organismus mohl spraacutevně fungovat a byl chraacuteněnyacute vůči různyacutem onemocněniacutem Vyššiacute
potřeba vitaminů se projevuje napřiacuteklad po nemoci při většiacute psychickeacute nebo fyzickeacute
zaacutetěži při oslabeneacutem imunitniacutem systeacutemu těhotenstviacute nebo u dětiacute a staršiacutech lidiacute
Jedniacutem z alternativniacutech zdrojů vitaminů jsou různeacute potravinoveacute doplňky
V žaacutedneacutem přiacutepadě by však neměly byacutet naacutehražkou klasickeacute stravy protože
v potravinaacutech jsou kromě vitaminů takeacute pro tělo důležiteacute živiny Konzumovat by se
měly všechny druhy potravin s obsahem jak vitaminů a mineraacutelniacutech laacutetek tak
biacutelkovin sacharidů a tuků
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 wwwwikiskriptaeuindexphpEnzyacutemy_-_Cvičenie
5 orionchemimunicz14-Kinetika-1htm
Obr 15 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu E zleva obilneacute kliacutečky klasy kukuřice
25
6 wwwwikiskriptaeu500px-Schema-koenzymjpg
7 httpfileboxvteduuserschagedorbiol_4684
8 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
9 httphomecaregrouporgclinicalaltmedinteractionsImages
10 httpcswikipediaorgwikiSouborStrukt_vzorec_riboflavinPNG
11 httpcswikipediaorgwikiSouborHydroxocobalaminsvg
12 httpcswikipediaorgwikiSouborL-Ascorbic_acidsvg
13 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
14 httplaveganlocablogspotcom200806corn-sproutshtml
15 httpwwwordinaceczclanekproc-ne-pit-mleko
16 httpwwwdrozdiczclankybezlepkova-dieta
17 httpwwwmojevitaminycz
18 httpwwwdigitalphotoplenphotos-images1633
19 httpnajmamaaktualityskclanok224729kukurica-zdravie-farby-zlata
20 httpprozenybleskczclanekpro-zeny-zdravi-a-hubnuti-
fitness156603zatocte-s-celulitidou-5-5-tipu-proti-pomerancove-kuzihtml
21 httplmatyblogczen1103vejce-a-kraslice
22 httpdomanovaczclanekstihlaafitcitrusy-maji-pri-hubnuti-blahodarny-
ucinekhtml
23 httpwwwwellnesswacomau201102rosehip-tea-rosehip-mask-rosehip-oil-
and-rosehip-lip-balm-a-four-way-rosehip-ritual
24 httpwwwbordeauxcomusblogtagspinach
25 httpwwweducaterercoukpedigree-beef-33-casp
26
ZAacuteKLADNIacute BIOCHEMICKEacute PROCESY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
1 1 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů
1 2 Kategorie metabolismu
2 Katabolickeacute procesy
2 1 Průběh metabolismu v buňce
2 2 Metabolismus sacharidů
2 3 Metabolismus mastnyacutech kyselin
2 4 Metabolismus aminokyselin
3 Anabolickeacute procesy
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
VODIacuteK - H
1p +
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
000
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
--
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
- --
8p +8n
--
--
-- --
--
--
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
- --
6p +6n
--
--
-- --
--
VODIacuteK - H
1p +
-
VODIacuteK - H
1p +
---
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
DUSIacuteK - N
7p +7n
--
--
-- --
--
--
000
1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
11 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů V živeacute buňce probiacutehaacute velkeacute množstviacute chemickyacutech reakciacute Většina z nich se
uskutečňuje současně
Převaacutežnaacute čaacutest biochemickyacutech reakciacute v buňce je součaacutestiacute metabolickyacutech drah ktereacute
na sebe vzaacutejemně navazujiacute a jejichž vyacutesledkem je jeden nebo viacutece produktů
Termiacuten metabolismus můžeme volně přeložit jako laacutetkovaacute vyacuteměna Jednaacute se o
soubor všech chemickyacutech procesů v organismu Mezi zaacutekladniacute biogenniacute prvky patřiacute uhliacutek kysliacutek dusiacutek a vodiacutek
4 Scheacutema atomů jednotlivyacutech biogenniacutech prvků
Z těchto prvků jsou takeacute tvořeny zaacutekladniacute živiny sacharidy lipidy a biacutelkoviny 12 Kategorie metabolismu
Metabolismus se tradičně děliacute na dvě hlavniacute kategorie Katabolismus ndash převažujiacute reakce rozkladneacute (degradačniacute) Živiny a složitějšiacute laacutetky
jsou štěpeny na jednoduššiacute a uvolňuje se energie
Obr 1 Ilustračniacute foto ke katabolickyacutem reakciacutem
Anabolismus ndash převažujiacute reakce syntetickeacute při kteryacutech chemickyacutemi reakcemi
vznikajiacute složitějšiacute biomolekuly z jednoduchyacutech komponent
28
Obr 2 Ilustračniacute foto k anabolickyacutem reakciacutem Katabolickeacute procesy poskytujiacute energii potřebnou k procesům anabolickyacutem Zdrojem
energie pro metabolickeacute reakce je ATP (adenosintrifosfaacutet)
2 Katabolickeacute procesy
Pro ziacuteskaacutevaacuteniacute velkeacuteho množstviacute energie katabolickyacutemi reakcemi jsou
nejvyacutehodnějšiacute tuky (lipidy) Proto si je organismus vytvaacuteřiacute jako zaacutesobniacute formu
energie
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g tuku ziacuteskaacuteme 389 kJ (93 kcal) energie Spalovaacuteniacute je chemickyacute proces rychleacute oxidace kteryacutem se uvolňuje chemickaacute energie
V rozšiacuteřeneacutem nebo přeneseneacutem vyacuteznamu se jednaacute o biochemickyacute proces
přeměňovaacuteniacute živin v pohybovou a tepelnou energii
Dalšiacutem vyacutehodnyacutem zdrojem energie je glukosa Je to naviacutec jedinaacute živina
zpracovaacutevanaacute organismem za vzniku energie i bez přiacutestupu kysliacuteku
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g glukosy ziacuteskaacuteme 17 kJ (41 kcal) energie
Biacutelkoviny jako zdroje energie využiacutevajiacute organismy při zaacutetěžovyacutech stavech
Obr 3 Scheacutema molekuly ATP
29
21 Průběh metabolismu v buňce
Celyacute proces přeměny laacutetek - metabolismu v jedneacute buňce je možneacute rozdělit do
čtyř faacuteziacute probiacutehajiacuteciacute v oddělenyacutech čaacutestech
Extracelulaacuterně (mimo buňku) probiacutehaacute Faacuteze I Traacuteviciacute trakt rarr štěpeniacute živin na zaacutekladniacute složky a jejich transport krviacute
Intracelulaacuterně (v buňce) probiacutehaacute Faacuteze II Štěpeniacute živin na složky citraacutetoveacuteho cyklu rarr uvolněniacute NH3
Faacuteze III Citraacutetovyacute cyklus rarr vznik redukovanyacutech kofaktorů NADH a FHDH2
rarr uvolněniacute CO2
Faacuteze IV Dyacutechaciacute řetězec rarr zpracovaacuteniacute NADH a FADH2 rarr uvolněniacute H2O
rarr uvolněniacute energie rarr oxidativniacute fosforylace
rarr tvorba ATP
NADH reduktasa přesněji NADH ubichinon-reduktasa ndash jednaacute se o velkyacute
enzymatickyacute komplex složenyacute z řady biacutelkovinnyacutech podjednotek
Flavinadenindinukleotid (FAD či FADH2 přiacutepadně riboflavinadenosindifosfaacutet) ndash
jednaacute se o kofaktor neboli niacutezkomolekulaacuterniacute nebiacutelkovinnou čaacutest řady enzymů FAD je
jeho oxidovanaacute forma zatiacutemco FADH2 je jeho forma redukovanaacute
Po přiacutejmu potravy se v traacuteviciacutem traktu jednotliveacute živiny souhrou traacuteviciacutech enzymů
štěpiacute
Z polysacharidů monosacharidy Z lipidů mastneacute kyseliny Z biacutelkovin aminokyseliny 22 Metabolismus sacharidů
Monosacharidy se pomociacute přenašečů dostaacutevajiacute do krve a poteacute do buněk
V buňce se mohou přeměnit na glukosu a ta podleacutehaacute štěpeniacute zvaneacutem glykolysa
tiacutemto procesem vznikaacute acetyl-CoA (aktivovanaacute kyselina octovaacute)
vznikajiacute
vznikajiacute
vznikajiacute
30
Dalšiacute degradace monosacharidů probiacutehaacute v mitochondriiacutech v raacutemci citraacutetoveacuteho
cyklu V reakciacutech cyklu vznikajiacute dvě molekuly CO2 což je konečnyacute produkt
metabolismu uhliacuteku a kysliacuteku z živin
Vodiacutek z živin se takeacute uvolňuje a navaacuteže se na oxidoredukčniacute enzymy
označovaneacute jako pyridinoveacute (NADH) a flavinoveacute (FADH2) dehydrogenasy
Takto vaacutezaneacute vodiacuteky v konečneacute faacutezi vstupujiacute do dyacutechaciacuteho řetězce Zde ztraacutecejiacute
za uvolněniacute energie sveacute elektrony za vzniku čaacutestice (H+) a elektrony se postupně
přenaacutešejiacute až na kysliacutek kteryacute vytvořiacute s H+ molekuly vody Zdrojem kysliacuteku je oxidovanyacute
hemoglobin (oxyhemoglobin) vodiacutek pochaacuteziacute z živin
Uvolněnaacute energie se transformuje v procesu oxidativniacute fosforylace do molekuly
adenosintrifosfaacutetu ndash makroergickeacute sloučeniny bohateacute na energii
Sacharidy (cukry) ndash jsou považovaacuteny za okamžityacute zdroj energie
ndash glukosa je zdrojem energie pro všechny buňky jejiacute staacutelaacute hladina v krvi 44ndash67 mmoll
ndash při zvyacutešeniacute na 10 mmoll se glukosa objevuje v moči
ndash za běžnyacutech podmiacutenek se glukosa z potravy přeměňuje přibližně z 50 na oxid uhličityacute a
vodu (spalovaacuteniacute) 30ndash40 se přestavuje na tuk a 5 se syntetizuje na glykogen
ndash denniacute potřeba glukoacutezy min 160 g denně 300ndash500 g(mozek 120 g svaly v klidu 30ndash100 g)
23 Metabolismus mastnyacutech kyselin
Mastneacute kyseliny vytvořiacute v červenyacutech krvinkaacutech ndash erytrocytech triacylglyceroly
(triglyceridy) ktereacute se zabudujiacute do chylomikronů a přes lymfu proniknou do krve
V krvi se z nich speciaacutelniacutem enzymem zvanyacutem lipasa uvolniacute mastneacute kyseliny ktereacute se
vaacutežiacute na albuminy a poteacute prostupujiacute přes membraacutenu do buněk
Mastneacute kyseliny jsou zpracovaacuteny v β-oxidaci Jednaacute se o cyklus postupneacuteho
odbouraacutevaacuteniacute při němž se postupně odštěpujiacute vždy dvouuhliacutekateacute jednotky z mastneacute
kyseliny ze ktereacute vznikaacute acetyl-CoA Reakce probiacutehaacute v cytosolu mitochondrie
Vzniklyacute acetyl-CoA vstupuje do reakciacute citraacutetoveacuteho cyklu a zbytek mastneacute kyseliny
jejiacutež kostra je kratšiacute o dva uhliacuteky znovu vstupuje do reakce kteraacute vede k odštěpeniacute
dalšiacute dvouuhliacutekateacute jednotky Vyacutesledkem je vysokyacute zisk energie v zaacutevislosti na
velikosti uhliacutekateacute kostry mastneacute kyseliny Scheacutema β-oxidace R-CH2-CH2-CO-S-CoA + HS-CoA rarr R-CO-S-CoA + CH3-CO-S-CoA + H2O
31
Tuky (lipidy) - sloučeniny trojsytneacuteho alkoholu glycerolu s mastnyacutemi kyselinami
Vyacuteznam tuků - umožňujiacute vitamiacutenům A D E K ktereacute jsou lipofilniacute (rozpustneacute v tuciacutech) vstup do
organismu a jejich dalšiacute využitiacute
- jsou zdrojem esenciaacutelniacutech mastnyacutech kyselin
- tvořiacute zaacutesobu energie (v podkožiacute se nachaacuteziacute až 90 tuku)
- jsou součaacutestiacute buněčnyacutech membraacuten (cholesterolu)
Mastneacute kyseliny (MK) ndash jednaacute se o vyššiacute monokarboxyloveacute kyseliny ktereacute se mohou dělit na
1 neesenciaacutelniacute tělo si je dokaacuteže vyrobit samo (z cukrů a tuků živočišneacuteho původu) ty se dajiacute podle
charakteru vazeb daacutele dělit na
a) nasyceneacute - obsahujiacute jednoducheacute vazby mezi atomy uhliacuteku syntetizujiacute se v jaacutetrech
(např kys palmitovaacute ndash obsahuje 16 atomů uhliacuteku v molekule) kys stearovaacute
obsahuje 18 atomů uhliacuteků v molekule)
b) nenasyceneacute - obsahujiacute dvojneacute vazby mezi atomy uhliacuteku jejich vyacuteznamnyacutem zdrojem
je olivovyacute olej (k olejovaacute ndash obsahuje 18 atomů uhliacuteku v molekule)
2 esenciaacutelniacute tělo je samo vytvořit nedokaacuteže musiacute je přijiacutemat v potravě jejich zdrojem jsou zejmeacutena
semena rostlinneacute oleje vlašskeacute ořechy a listovaacute zelenina (kys linolovaacute kys linolenovaacute
kys arachidonovaacute) daacutele ryby a mořštiacute živočichoveacute (kys eikosapentaneovaacute kys dokosahexaenovaacute)
24 Metabolismus aminokyselin
Aminokyseliny se stejnyacutem způsobem jako monosacharidy dostaacutevajiacute
prostřednictviacutem speciaacutelniacutech přenašečů do krve a naacutesledně do buněk Z různorodyacutech
biacutelkovin ziacuteskaacuteme přibližně 20 aminokyselin
Metabolismus aminokyselin je pro jejich vlastniacute různorodou strukturu
komplikovanějšiacute Zaacutekladniacutem rysem přeměny je uvolněniacute jejich aminoskupiny ve formě
škodliveacuteho amoniaku Protože člověk (a primaacuteti) jej nedovedou jednoduše vyloučit
zpracuje se v močovinoveacutem cyklu na netoxickou močovinu Zbyleacute uhliacutekateacute kostry
aminokyselin se různě složityacutemi reakcemi přeměňujiacute na složky citraacutetoveacuteho cyklu Biacutelkoviny (proteiny) ndash patřiacute mezi zaacutekladniacute stavebniacute laacutetky organismu
- biacutelkoviny živeacute hmoty se neustaacutele obnovujiacute (denně cca 300ndash500 g)
- jsou tvořeny aminokyselinami přičemž lidskeacute tělo využiacutevaacute 20 aminokyselin některeacute vytvaacuteřiacute samo
- jednaacute se o vysokomolekulaacuterniacute laacutetky (majiacute velkeacute relativniacute molekuloveacute hmotnosti) se složityacutem
prostorovyacutem uspořaacutedaacuteniacutem
- důsledky nedostatku biacutelkovin
bull chaacutetraacuteniacute těla (marasmus) zpomaleniacute až zastaveniacute růstu aneacutemie sniacuteženiacute odolnosti
narušeniacute vyacutevoje CNS
32
bull kwashiorkar u dětiacute (bdquonafouklaacute břiacuteškaldquo) strava energeticky dostatečnaacute ale chudaacute na
biacutelkoviny zvětšeniacute sleziny jater cirhoacuteza
Vyacutesledkem kompletniacute degradace živin jsou konečneacute produkty metabolismu čtyř
zaacutekladniacutech biogenniacutech prvků C H O N rarr CO2 H2O NH3 (přeměněnyacute na
močovinu) a energie vaacutezanaacute v ATP 3 Anabolickeacute procesy
Při anabolickyacutech procesech se živiny u zdraveacuteho člověka rozklaacutedajiacute na
jednoduššiacute laacutetky Při těchto rekciacutech je ziacuteskaacutevaacutena nejen energie ale čaacutest vzniklyacutech
produktů se využije k obnově tkaacuteniacute nebo tvorbě zaacutesob Napřiacuteklad aminokyseliny se
většinou využijiacute na synteacutezu biacutelkovin podle aktuaacutelniacutech potřeb a přebytek se odbouraacute
Organismus si žaacutedneacute biacutelkoviny do zaacutesob netvořiacute
Naopak glukosu je možno v organismu uchovaacutevat v podobě glykogenu kteryacute se
však vytvaacuteřiacute pouze v jaacutetrech a ve svalech
Hepatocyty (jaterniacute buňky) při vyacuterazneacutem poklesu glykeacutemie doplňujiacute hladinu
glukosy v krvi štěpeniacutem glykogenu Naviacutec jsou schopny syntetizovat glukosu
z glukogenniacutech aminokyselin laktaacutetu a z glycerolu uvolněneacuteho štěpeniacutem
triacylglycerolů
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
Metabolickaacute draacuteha je řada naacuteslednyacutech enzymovyacutech reakciacute vedouciacutech k tvorbě
určiteacuteho produktu Reakčniacute složky meziprodukty a produkty draacutehy jsou označovaacuteny
jako metabolity
1 Metabolickeacute draacutehy jsou nevratneacute Jestliže jsou dva produkty navzaacutejem metabolicky převoditelneacute musiacute byacutet draacuteha
vedouciacute od prveacuteho k druheacutemu produktu odlišnaacute od draacutehy vedouciacute od druheacuteho
produktu k prvniacutemu
2 Každaacute metabolickaacute draacuteha obsahuje časnyacute určujiacuteciacute stupeň Metabolickeacute draacutehy
jsou jako celek nevratneacute ale většina diacutelčiacutech reakciacute probiacutehaacute v bliacutezkosti
rovnovaacutežneacuteho stavu
3 Všechny metabolickeacute draacutehy jsou regulovaneacute
33
4 Metabolickeacute draacutehy probiacutehajiacute v eukaryontniacutech organismech ve specifickyacutech miacutestech
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
Nezbytneacute složky potravy jsou předevšiacutem živiny (lipidy sacharidy proteiny)
vitamiacuteny voda mineraacutelniacute laacutetky vlaacuteknina Jejich optimaacutelniacute procentuaacutelniacute zastoupeniacute
v potravě činiacute cukry 60 tuky 25 biacutelkoviny 15
Obecně lze vyjaacutedřit potřebu přiacutejmu biacutelkovin jako 1 gram na 1 kilogram vaacutehy těla
U dětiacute a těhotnyacutech žen o něco viacutece Rostlinneacute a živočišneacute biacutelkoviny jsou odlišneacute
struktury (esenciaacutelniacute aminokyseliny nejsou v rostlinnyacutech biacutelkovinaacutech) To je tedy
jeden z důvodů proč je vegetariaacutenstviacute nevhodneacute pro děti
Existujiacute vyacutekyvy ve spraacutevneacutem poměru přijiacutemaacuteniacute živin Z těchto vyacutekyvů vyplyacutevajiacute různeacute
patologie hladověniacute podvyacuteživa otylost obezita mentaacutelniacute anorexie a bulimie
Nutričniacute tabulky najdete např na adresehttpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 httpwwwustbonifacembcacusbabernierbiologieModule1Imagesatpjpg
5 httpnd01jxscz951848df6dd214b1_31960153_o2jpg
6 http12912392202isotope
7 httpwwwgoogleczimgresimgurl
8 httpwwwgoogleczimgresimgurl
9 httpwwwprojektalfag6czolygos2gif
10 httpcswikipediaorgwikiSouborFat_structural_formulaepng
11 httpnd01jxscz51188560aec9185e_35721065_o2jpg
34
12 httpwwwwikidocorgimages550-
Metabolism_790px_partly_labeledpngampimgrefurl
13 wwwmojeramaczrama-ideavitaminyjpg DHA (kyselina dokosahexaenovaacute )
ALA (kyselina alfa-linolenovaacute)--omega-3 nenasyceneacute mastneacute kyseliny
14 httpismuniczelportalestudfspsjs07fyziotextych02html
15 httpwwwzdravavyzivaczzdrava-vyziva3jpgampimgrefurl
16 httpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
17 httpwwwnspkaczNSPKA_prirucky2012laboratorni_prirucka_OKBHorlovaW
IAAHhtm
35
NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Uacutevod do problematiky naacutevykovyacutech laacutetek definice drogy rozděleniacute laacutetek
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol
22 Tabaacutek a kouřeniacute
3 Nelegaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu (marihuana hašiš)
32 Halucinogeny (LSD atropin mezkalin)
33 Laacutetky se stimulačniacutem uacutečinkem (kokain amfetaminy aj)
34 Laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem (sedativa-benzodiazepiny barbituraacutety aj)
35 Opiaacutety (morfin heroin aj)
36 Těkaveacute (inhalačniacute) laacutetky (toluen aceton)
4 Zaacutesady prevence a prvniacute pomoci při aplikaci naacutevykoveacute laacutetky
5 Legislativa tyacutekajiacuteciacute se naacutevykovyacutech laacutetek
6 Přehled použiteacute literatury
7 Teacutemata referaacutetů
36
1 Uacutevod
Definice naacutevykoveacute laacutetky (bdquodrogyldquo) jde o aplikaci jakeacutekoliv laacutetky přiacuterodniacuteho či
syntetickeacuteho původu ovlivňujiacuteciacute psychiku člověka a vyvolaacutevajiacuteciacute potřebu
opakovaneacuteho použitiacute (recidivy) takže uživatel se na niacute staacutevaacute zaacutevislyacute (bdquodrogovaacute
zaacutevislostldquo) Vzhledem ke skutečnosti že v posledniacutech letech vidiacuteme zvyacutešenyacute rozsah tohoto fenomeacutenu kteryacute
zasahuje čiacutem daacutel tiacutem mladšiacute skupiny mlaacutedeže se všemi nepřiacuteznivyacutemi důsledky (zdravotniacutemi
ekonomickyacutemi i společenskyacutemi ndash rozvrat osobnosti asociaacutelniacute a protizaacutekonneacute chovaacuteniacute nutnost leacutečby)
je nanejvyacuteš aktuaacutelniacute zavčas varovat žaacuteky ve škole před tiacutemto nebezpečiacutem (tzv toxikomaacutenie)
Na vzniku zaacutevislosti se podiacutelejiacute zejmeacutena tyto faktory
- droga - typ vlastniacute substance působiacuteciacute na psychiku
- člověk - zejmeacutena typ jeho osobnosti (zvyacutešeneacute riziko pro neurotickeacute
nezdrženliveacute nesebejisteacute jedince s absenciacute zaacutejmů a zaacutelib sportu atd)
- prostřediacute - problematickeacute rodinneacute zaacutezemiacute vliv bdquopartyldquo
Většinou při vzniku zaacutevislosti působiacute kombinace vyacuteše uvedenyacutech přiacutečin
Průběh zaacutevislosti
- zprvu jde o zvědavost vyzkoušet si novyacute zaacutežitek zahnat stres uacutenavu
bdquovyřešitldquo probleacutemy s učeniacutem partnerskyacutemi vztahy apod
- postupnyacute naacutevyk na drogu opakovaneacute užiacutevaacuteniacute zvyšujiacuteciacute se tolerance na drogu
(neplatiacute u alkoholu)
- abstinenčniacute přiacuteznaky při vynechaacuteniacute daacutevky (poceniacute třes zvraceniacute průjem hellip)
Psychickaacute zaacutevislost (kouřeniacute) ndash lze překonat silnou vůliacute
Fyzickaacute zaacutevislost (heroin) ndash při absenci drogy těžkeacute zdravotniacute naacutesledky popř
i smrt
- zdravotniacute a sociaacutelniacute konsekvence (rozpad rodiny odchod partnera ztraacuteta
zaměstnaacuteniacute sebevražedneacute pokusy aj)
Je nutneacute nebyacutet nevšiacutemavyacute k jasnyacutem přiacuteznakům počiacutenajiacuteciacute zaacutevislosti ndash změny chovaacuteniacute naacutehleacute
bezdůvodneacute zhoršeniacute prospěchu ztraacuteta zaacutejmů a přaacutetel zaviacuteraacuteniacute se na delšiacute dobu na WC shaacuteněniacute
financiacute (kraacutedeže) modřiny a vpichy na těle hellip
Způsoby aplikace drog
- peroraacutelně (tablety praacutešek roztok) ndash např pervitin extaacuteze
37
- dyacutechaciacutem uacutestrojiacutem (kouřeniacute ndash marihuana šňupaacuteniacute ndash kokain inhalace par ndash
toluen)
- intravenoacutezně (injekčně ndash heroin zvyacutešeneacute riziko přenosu infekciacute chorob ndash
žloutenka AIDS)
- jineacute způsoby (čiacutepky naacuteplasti hellip)
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol bdquoliacutehldquo (chemicky ethanol C2H5OH) Alkohol je staacutetem tolerovanou drogou a lze jej běžně od určiteacuteho věku (18-21 let)
koupit ve formě alkoholickyacutech naacutepojů v obchodech
Pozn Alkoholy obecně obsahujiacute ndashOH skupinu na alifatickeacutem řetězci pozor na zaacuteměnu ethanolu za
methanol CH3OH (možnost vyacuteskytu v různyacutech po domaacutecky paacutelenyacutech produktech) kteryacute je
prudce jedovatyacute ndash při požitiacute hroziacute oslepnutiacute smrt Alkoholismus je historicky jednou
z nejstaršiacutech drogovyacutech zaacutevislostiacute a pokusy o jeho vymyacuteceniacute (viz prohibice v USA Rusku)
vždy vedly pouze k rozmachu černeacuteho trhu
Alkohol působiacute na centraacutelniacute nervovyacute systeacutem a to zpočaacutetku stimulačně daacutele pak
tlumivě
Pro potravinaacuteřskeacute uacutečely se vyraacutebiacute lihovyacutem kvašeniacutem plodin obsahujiacuteciacutech cukr
(melasa z cukroveacute řepy brambory obiliacute různeacute druhy ovoce) za působeniacute enzymu
(zymasa)
C6H12O6 rarr 2 C2H5OH + 2 CO2
Průmyslově se ethanol vyraacutebiacute hydrataciacute ethenu
H2C=CH2 + H2O rarr CH3CH2OH
Pro chemickeacute užitiacute (např jako rozpouštědlo) se alkohol denaturuje tj zaacuteměrně se k němu přidaacutevajiacute
zapaacutechajiacuteciacute laacutetky (např derivaacutety merkaptanů pyridinu methanol benziacuten) aby nebyl poživatelnyacute
100 alkohol nelze ziacuteskat destilačně (s vodou tvořiacute při obsahu 96 tzv azeotropniacute směs kteraacute maacute
konstantniacute teplotu varu) pouze chemicky vaacutezaacuteniacutem vody užitiacutem sikativ (silikagel)
Požiacutevaacuteniacute alkoholu vede k nevratneacutemu poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (jaacutetra ndash cirhoacuteza
žaludek ndash vředy) oslabeniacute imunity poruchaacutem paměti depresiacutem a halucinaciacutem
u těhotnyacutech žen k poškozeniacute plodu Leacutečeniacute alkoholika předpoklaacutedaacute jeho spolupraacuteci a
38
je zdlouhaveacute (uacutestavniacute forma 6 - 12 měsiacuteců) a ne vždy uacutespěšneacute Pro vyleacutečeneacuteho platiacute
100 zaacutekaz alkoholu a doživotniacute bezvyacutejimečnaacute abstinence
Z hlediska konzumace alkoholu rozlišujeme
- abstinenti hellip nepijiacute vůbec či zcela vyacutejimečně v symbolickeacutem množstviacute
- přiacuteležitostniacute konzumenti hellip pijiacute bdquos miacuterouldquo nepravidelně nejsou skoro nikdy opiliacute
- nadměrniacute konzumenti hellip pijiacute trvale přes miacuteru ztraacutecejiacute kontrolu často opiliacute
- alkoholici hellip s chorobnou zaacutevislostiacute ndash nekontrolovatelneacute pitiacute abstinenčniacute přiacuteznaky
Resorpce (odbouraacutevaacuteniacute) alkoholu Odbouraacutevaacuteniacute alkoholu je individuaacutelniacute (u mužů cca 2x rychlejšiacute než u žen zaacutevisiacute i na
hmotnosti osoby) Orientačně lze počiacutetat s odbouraacuteniacutem max 015-02 permil alkoholu v
krvi za hodinu
Vzorec pro vyacutepočet promile alkoholu v krvi permil = mA(g) M (kg) middot k
kde mA hellip hmotnost čisteacuteho alkoholu (g)
M hellip hmotnost člověka (kg)
k koeficient ( 07 pro muže 06 pro ženy)
Vzorovyacute přiacuteklad
Vypočtěte kdy budeme moci sednout za volant vypijeme-li 2 piva 11ordm o obsahu alkoholu 4 obj a
k tomu 3 bdquopanaacutekyldquo vodky po 50 ml 40 alkoholu (hustota ethanolu je ρ = 078 gcm3)
vyacutepočet (přibližně)
a) 2 piva 11deg (4obj ) tzn 1000ml obsahuje cca 40 ml čisteacuteho alkoholu
tj mA = ρ middot V = 078 middot 40 = 312 g
b) 3 bdquopanaacutekyldquo (alkohol 40 obj) tzn 150ml obsahuje 60 ml čisteacuteho alkoholu
tjmA = ρ middot V = 078 middot 60 = 468 g
CELKEM 78 g čisteacuteho alkoholu
V krvi bude naměřeno 78 80 middot 07 = 14 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 80 kg muže)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 7 - 9 hodin ()
78 60 middot 06 = 22 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 60 kg ženu)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 11 - 14 hodin ()
Pozn Uvedenyacute přiacuteklad je pouze ilustračniacute a je nutneacute počiacutetat s časovou rezervou a individuaacutelniacutemi
odchylkami
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 2 - 6
39
22 Tabaacutek a kouřeniacute V současneacute době spolu s alkoholem jedinaacute staacutetem tolerovanaacute droga
Historie kouřeniacute dyacutemky u Indiaacutenů
v Evropě začiacutenaacute od 16 stol největšiacute rozvoj od 2pol 19 stol se seacuteriovou vyacuterobou cigaret
Laacutetky obsaženeacute v tabaacuteku
Hlavniacute roli hraje alkaloid nikotin
3-(1-methylpyrrolidin-2-yl)pyridin
Obr1 Tabaacutek (Nicotiana tabacum)
Nikotin je bezbarvaacute olejovitaacute kapalina rozpustnaacute ve vodě kteraacute na vzduchu hnědne
(oxiduje se na kyselinu nikotinovou) Draacuteždiacute centraacutelniacute nervovou soustavu zvyšuje
krevniacute tlak i sekreci žlaacutez Ve většiacutech daacutevkaacutech působiacute křeče až ochrnutiacute dyacutechaciacuteho
centra a smrt
Dalšiacute laacutetky v tabaacuteku alkaloidy nornikotin anabasin nikotyrin nikotellin hellip a mnoho dalšiacutech
Tabaacutekovyacute kouř daacutele obsahuje toxickeacute zplodiny hořeniacute (aromaacutety CO NOx HCN v cigaretoveacutem papiacuteře
je obsažen radioizotop 210Po)
Jen čaacutest škodlivyacutech laacutetek se zachytiacute na filtru zbytek se dostaacutevaacute do organismu
dyacutechaciacutemi cestami Je prokaacutezaacutena souvislost mezi rakovinou dyacutechaciacutech cest a
kouřeniacutem (varovaacuteniacute na každeacute krabičce cigaret)
Probleacutemem je že kouřeniacute se staacutele posouvaacute do nižšiacutech věkovyacutech skupin a do ženskeacute
populace (cca 13 kuřaacuteků jsou ženy) a negativniacute uacutečinky se bagatelizujiacute (bdquovždyť kouřiacute i
doktořildquohellip)
Způsoby boje proti kouřeniacute
Reklama (moderniacute je nekouřit) osvěta (někdy dost drastickaacute - rentgenoveacute sniacutemky
plic kuřaacuteka) legislativniacute omezeniacute (zaacutekazy kouřeniacute v restauraciacutech zvyšovaacuteniacute ceny)
Terapie
Při odvykaacuteniacute se uplatňuje řiacutezenaacute aplikace nikotinu ve formě žvyacutekačky naacuteplastiacute
elektronickaacute cigareta apod
40
Zaacutevěr
Jde o ošklivyacute zlozvyk jehož se těžce dotyčnyacute (obvykle až po fataacutelniacutech zdravotniacutech
probleacutemech) zbavuje Četnost recidivy je velmi značnaacute
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 6
3 NELEGAacuteLNIacute NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu
Pochaacuteziacute z rostliny Cannabis sativa (konopiacute seteacute) Konopiacute se zneužiacutevaacute nejčastěji
k nelegaacutelniacute vyacuterobě marihuany a hašiše
Konopiacute je původem z Kašmiacuteru je to jedna z nejstaršiacutech kulturniacutech plodin Je užiacutevaacutena k vyacuterobě
pevnyacutech provazů a lan oleje ze semen
Obr 2 Konopiacute seteacute
Uacutečinnou laacutetkou je THC (tetrahydrocannabinol C21H30O2)
Chemicky (-)-(6aR 10aR)-669-trimethyl-3-pentyl-6a7810a-tetrahydro-6H-benzo[c]chromen-1-ol
Marihuana (obsahuje cca 10 THC)
se připravuje fermentačniacutem procesem z mladyacutech listů a květů konopiacute
Na trhu je ve formě zelenošedyacutech sušenyacutech listů nebo slisovanyacutech tyčinek (bdquojiveldquo)
Hašiš (bdquohašldquo bdquokiffldquo bdquolaacutedoldquo s obsahem až 40 THC)
41
je ze samičiacutech květů konopiacute jež obsahujiacute hodně pryskyřice s typickyacutem zaacutepachem
(existujiacute různeacute druhy např charos - čistaacute pryskyřice ganja - z květů bhang - ze
semenhellip) Distribuuje se ve formě hnědyacutech mastnyacutech lisovanyacutech kostek či placek
Aplikace kouřeniacutem cigaret (marihuana) či dyacutemkou (hašiš) možno i peroraacutelně
Přiacuteznaky intoxikace rychlyacute naacutestup uacutečinku (minuty) ndash zrychleniacute tepu sucho v uacutestech
uvolněniacute euforie snoveacute obluzeniacute halucinace trvajiacuteciacute hodiny
Při dlouhodobeacutem pravidelneacutem užiacutevaacuteniacute zpomaleniacute myšleniacute poruchy paměti
schizofrenie riziko zhoubnyacutech naacutedorů dyacutechaciacuteho systeacutemu
Jde pouze o psychickou nikoli fyzickou zaacutevislost (nehroziacute abstinenčniacute syndrom)
Marihuana patřiacute mezi tzv bdquoměkkeacuteldquo drogy ndash otaacutezka bdquopřestupniacute staniceldquo k bdquotvrdyacutemldquo drogaacutem je
nejednoznačnaacute V některyacutech staacutetech (Holandsko Izrael) neniacute marihuana zakaacutezaacutena Řada lidiacute po tom
volaacute i u naacutes Možnost kontrolovaneacuteho leacutečebneacuteho využitiacute (potlačeniacute nevolnosti při chemoterapii
rakoviny roztroušeneacute skleroacutezy parkinsonismu apod)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 7
32 Halucinogeny Tyto laacutetky obecně deformujiacute vniacutemaacuteniacute reality a navozujiacute falešneacute (předevšiacutem zrakoveacute
ale i sluchoveacute čichoveacute) představy Existuje viacutece než 150 rostlin ze kteryacutech lze ziacuteskat halucinogeny Znaacutemy už od starověku (věštiacuterny ndash
Theacuteby Delfy) Děleniacute dle chemickeacuteho složeniacute
a) Indoloveacute derivaacutety (např LSD psilocin harmin)
b) Piperidinoveacute a tropanoveacute laacutetky (atropin skopolamin)
c) Fenylethylaminoveacute derivaacutety (mezkalin)
ad a) LSD = diethylamid kyseliny lysergoveacute ndash obsažen v naacutemelu (parazit na žitě)
LSD Obr 3 Naacutemel
Naacutemel vytvaacuteřiacute parazitniacute houba Paličkovice nachovaacute (viz Obr 3) ve středověku řada otrav bdquoIgnis sacerldquo
(Svatyacute oheň) Od r 1962 Timothy Leary (hnutiacute Hippies) ndash užiacutevaacuteniacute LSD
42
Aplikace ve formě napuštěnyacutech papiacuterků (bdquoblotterldquo)
Uacutečinky Během kraacutetkeacute doby předměty měniacute tvar i barvu zpomaleniacute času
dezorientace fobie
Do teacuteto skupiny drog daacutele patřiacute
Psilocin a psilocybin (obsaženy v houbičce
Lysohlaacutevka kopinataacute ndash viz Obr 4)
Dalšiacute zaacutestupci
Harmin harmalin (Latinskaacute Amerika)
Bufotenin (ropušiacute jed) ibogain (Gabun Afrika)
Obr 4 Lysohlaacutevka
ad b) Atropin ndash v ruliacuteku zlomocneacutem a semenech durmanu Rozšiacuteřeniacute zorniček
Aplikace většinou formou vyacuteluhu Působiacute jako blokaacutetory acetylcholinu (halucinace) Dalšiacute Skopolamin hyoscyamin (obsaženy v bliacutenu) fencyklidin (disociativniacute anestetikum)
ad c) Mezkalin (345-trimethoxyfenylethylamin) v kaktusech (Lophophora Williamsii) Mexiko
Aplikace peroraacutelně i kouřeniacutem uacutečinky podobneacute jako LSD
Všechny drogy teacuteto skupiny působiacute pouze psychickou zaacutevislost
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 8
33 Stimulanty
Jde o přiacuterodniacute (kokain) i syntetickeacute (amfetaminy) laacutetky navozujiacuteciacute stimulačniacute
(povzbudivyacute) uacutečinek odstraněniacute uacutenavy sniacuteženiacute potřeby spaacutenku euforii schopnost
empatie (souciacutetěniacute)
a) Kokain (bdquokoksldquo bdquocrackldquo bdquorockldquo bdquosniacutehldquo) Biacutelyacute praacutešek nahořkleacute chuti patřiacute mezi tropanoveacute alkaloidy
Koka pravaacute (viz Obr 5)
rostlina znaacutema už v řiacuteši Inků v Evropě od 16 stol do r 1903 obsažena i
ve znaacutemeacutem naacutepoji Coca Cola
Aplikace šňupaacuteniacute nosem kouřeniacutem i injekčně
Uacutečinky třes poceniacute sucho v uacutestech rozšiacuteřeniacute zornic zvyacutešeniacute tlaku lesk v očiacutech
paacuteleniacute kůže Vyvolaacutevaacute pocit euforie při předaacutevkovaacuteniacute uacutetlum dyacutechaacuteniacute smrt
Kokain je jednou z nejdražšiacutech tvrdyacutech dog s extreacutemniacute psychickou zaacutevislostiacute
Obr 5 Koka
43
b) Amfetaminy ndash obsahujiacute dusiacutekatyacute atom mimo cyklus
Původně užiacutevaacuteny jako leacutečiva později zjištěny nežaacutedouciacute uacutečinky na psychiku a
naacutevykovost Při delšiacute konzumaci dochaacuteziacute k deformaci osobnosti (bdquoamfetaminovaacute
psychoacutezaldquo) Jde o jeden z nejnebezpečnějšiacutech druhů toxikomaacutenie z hlediska
agresivity a vedlejšiacutech uacutečinků (poškozeniacute ledvin jater) s vysokou psychickou a
čaacutestečně i fyzickou zaacutevislostiacute
Aplikace praacutešek (tablety) injekčně roztok uacutečinky podobneacute kokainu
Zaacutestupci Metamfetamin (bdquopervitinldquo) fenmetrazin MDMA (bdquoextaacutezeldquo)
extaacuteze = N-methyl-34-methylendioxyamphetamin
c) Methylxanthiny Jde o povzbuzujiacuteciacute laacutetky obsaženeacute v kaacutevě kakau čaji Působiacute na svalstvo stimuluje
srdečniacute činnost sekreci žaludečniacutech šťaacutev V malyacutech daacutevkaacutechndashzvyacutešeniacute bdělosti potlačeniacute
uacutenavy většiacute daacutevky (nad 200 mg denně) působiacute nespavost psychickeacute potiacuteže osteoporoacutezu
(odvaacutepněniacute kostiacute)
Nejznaacutemějšiacute zaacutestupce kofein (137-trimethylxanthin)
Kromě kofeinu jsou v kaacutevě a čaji theofylin (13-dimethylxanthin) theobromin (37-dimethylxanthin)
Do teacuteto skupiny daacutele patřiacute
- zaacutevislost kathoveacuteho typu (žvyacutekaacuteniacute listů rostliny Catha edulis rozšiacuteřeno kolem Rudeacuteho moře)
- betel (z palmy Areka obecnaacute obsahuje arekaidin) ndash v Thajsku (červeneacute zbarveniacute jazyka)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 9 10
34 Sedativa
Jde o laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem na centraacutelniacute nervovou soustavu Podporujiacute spaacutenek
navozujiacute zklidněniacute zmiacuterňujiacute uacutezkost Při předaacutevkovaacuteniacute ndash celkovaacute anestezie až smrt
44
a) Barbituraacutety jsou staršiacute skupinou laacutetek a dřiacuteve se užiacutevala jako leacutečiva Pozor ndash už desetinaacutesobek
leacutečebneacute daacutevky může byacutet smrtelnyacute (riziko předaacutevkovaacuteniacute neexistence uacutečinneacuteho
antidota)
Aplikace tablety
Zaacutestupci Veronal (diethylbarbiturovaacute kyselina) Luminal (5-fenyl-5-ethylbarbiturovaacute kys)
Meprobamat Fyzickaacute zaacutevislost nebezpečnyacute abstinenčniacute syndrom
C OC
C OR1
R2O
O
CH2CH3
CH2 CH3
NH2
NH2
O+-2 C2H5OH
NH
NH
R2
R1
O
O
O
močovinadiethylmalonaacutety R1=R2=H kys barbiturovaacute
R1=R2=C2H5 barbital veronal
R1=C2H5 R2=C6H5 luminal fenobarbital b) Benzodiazepiny Novějšiacute preparaacutety - od sedmdesaacutetyacutech let vytlačily předchoziacute z trhu
Vyacutehody menšiacute riziko předaacutevkovaacuteniacute existence uacutečinneacuteho antidota (Flumazenil)
Přiacuteklady Diazepam (Valium)
Flunitrazepam (Rohyphnol Obr 6)
Midazolam (Dormicum)
Způsobujiacute těžkou fyzickou i psychickou zaacutevislost
Užitiacute při předoperačniacute přiacutepravě apod
V posledniacute době se však čiacutem daacutel tiacutem viacutece při leacutečbě
fobiiacute upřednostňuje psychoterapie Obr 6 Rohyphnol
c) Dalšiacute sedativa Přiacuteklady Azapirony (Buspiron) leacutečeniacute dlouhodobyacutech uacutezkostiacute
Cyklopyrolony (Zopiklon) hypnotikum 3 generace proti epilepsii
Imidazopyridin (Zolpidem) svalovaacute relaxace
Mezi sedativa patřiacute takeacute Thaloimid (Contergan) ndash teratogenniacute uacutečinky na plod při užiacutevaacuteniacute v těhotenstviacute
Kava-kava ndash přiacuterodniacute sedativum z pepřovniacuteku opojneacuteho (N Guineia)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 11
45
35 Opiaacutety Jednaacute se o velmi tvrdeacute drogy pochaacutezejiacuteciacute ze šťaacutevy nezralyacutech makovic (opium
morfin) a jejich syntetickeacute derivaacutety (heroin) Morfium bylo znaacutemo jako leacutek tlumiacuteciacute bolest (analgetikum) a bylo využiacutevaacuteno např při ošetřovaacuteniacute
zraněnyacutech vojaacuteků ve vaacutelce
Opium se ziacuteskaacutevaacute z lepkaveacute šťaacutevy nařiacuteznutyacutech makovic kteraacute na vzduchu hnědne
ztuhlaacute se seškrabe dosušiacute a uhněte do cihliček
Obr 7 Maacutek setyacute (Papaver somniferum)
Opium je směs obsahujiacuteciacute desiacutetky alkaloidů fenathrenoveacuteho typu (morfin) a izochinoliacutenoveacuteho typu
(papaverin) Existujiacute různeacute druhy opia (bdquogaliacuteldquo bdquochanduldquo bdquodrossldquo aj)
Aplikace nejviacutece kouřeniacutem v dyacutemkaacutech popř cigaretaacutech řidčeji peroraacutelně Většina
opia se zpracovaacutevaacute na čisteacute alkaloidy
Morfin kodein (methylmorfin) heroin (36-diacetylmorfin)
morfin heroin
Aplikace injekčně vyacutejimečně peroraacutelně
Uacutečinky Jedny z nejtvrdšiacutech drog extreacutemně silnaacute fyzickaacute i psychickaacute zaacutevislost
Projevujiacute se zuacuteženiacutem zorniček (na velikost špendliacutekoveacute hlavičky) po počaacutetečniacute euforii
působiacute poruchy paměti apatii celkovyacute rozvrat osobnosti totaacutelniacute impotenci
46
Těžkyacute abstinenčniacute syndrom vrcholiacute po cca 48 hodinaacutech a připomiacutenaacute silnou chřipku
daacutele zahrnuje zvraceniacute průjem šiacuteleneacute svěděniacute pokožky
Terapie je možnaacute jen uacutestavniacute formou s nevalnou šanciacute na vyleacutečeniacute
Dnes existuje řada syntetickyacutech derivaacutetů laacutetek tohoto typu některeacute z nich majiacute potlačeneacute naacutevykoveacute
uacutečinky a užiacutevajiacute se dokonce i k protidrogoveacute leacutečbě (např metadon)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 12
36 Solvencia (těkaveacute a inhalačniacute laacutetky)
Jde o tzv bdquočichaacuteniacuteldquo tj aplikaci par těkaveacute kapaliny (plynu) do dyacutechaciacuteho uacutestrojiacute
Nejčastěji zneužiacutevaneacute laacutetky
- alifatickeacute uhlovodiacuteky (ethyn propan butan hexan)
- cyklickeacute a aromatickeacute uhlovodiacuteky (cyklopropan toluen xyleny)
- směsi uhlovodiacuteků (benzin nafta)
- halogenderivaacutety (tetrachlormethan chloroform trichlorethylen ethylchlorid
freony)
- kysliacutekateacute derivaacutety (aceton butanon dimethylether methylacetaacutet methyl-terc
butylether MTBE oxid dusnyacute aj) Uacutekol Napište chemickeacute vzorce inhalačniacutech laacutetek
Aplikace čichaacuteniacutem - inhalaciacute par vyacuteše uvedenyacutech laacutetek (tzv bdquosniffing) nosem i uacutesty
Uacutečinky rychlyacute naacutestup ndash euforie zaacutevrať bdquoztraacuteta hmotnostildquo postupneacute upadaacuteniacute do
spaacutenku
Symptomy dilatace zornic slzeniacute vyacutetok z nosu zvraceniacute pokles hmotnosti třes hellip
Důsledky zhoršeniacute paměti pokles inteligence těžkeacute deprese rozpad osobnosti
poruchy krvetvorby nevratneacute poškozeniacute sliznic
Nebezpečiacute
- zadušeniacute např při přetaacutehnutiacute igelitoveacuteho pytliacuteku přes hlavu pro zvyacutešeniacute uacutečinku
- nevratneacuteho poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (ledviny jaacutetra) až smrt při polknutiacute
laacutetky
- jde o jedny z nejlevnějšiacutech a nejdostupnějšiacutech laacutetek ktereacute si každyacute snadno
opatřiacute (bdquodrogy hloupyacutechldquo)
- jednaacute se o silnou psychickou zaacutevislost se sklony k recidivě
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 13
47
4 PREVENCE A PRVNIacute POMOC
Při prevenci je rozhodujiacuteciacute aby se na probleacutem co nejdřiacuteve vůbec přišlo (všiacutemavost
k symptomům toxikomaacutenie)
Typickeacute přiacuteznaky
- naacutehlaacute změna chovaacuteniacute (předraacutežděnost deprese ztraacuteta zaacutejmů)
- zhoršenyacute prospěch ztraacuteta přaacutetel
- uacutebytek hmotnosti zdravotniacute probleacutemy vpichy
- potřeba peněz kraacutedeže střet se zaacutekonem hellip
Prevence
snaha předejiacutet zaacutevislosti zejmeacutena u mladyacutech lidiacute a u rizikovyacutech skupin
- vyacutechova v rodině zaacutejem o diacutetě
- vyacutechova ve škole upozorněniacute na rizika
- sport aktivniacute traacuteveniacute volneacuteho času hellip
Prvniacute pomoc
se nelišiacute od prvniacute pomoci např při nehodě tj je nutno se postarat o zachovaacuteniacute
zaacutekladniacutech životniacutech funkciacute a rychlou leacutekařskou pomoc
Leacutečeniacute
je postaveno na baacutezi dobrovolnosti ndash dlouhodobaacute zaacuteležitost včetně uacutestavniacute leacutečby
riziko recidivy Absolutniacute nutnost_doživotniacute abstinence
Při probleacutemech
V Olomouci existuje P-centrum Lafayettova 9 Olomouc tel 585221983
httpwwwp-centrumcz
p-centrump-centrumcz
5 LEGISLATIVA
Samotneacute užiacutevaacuteniacute drog neniacute trestneacute trestneacute je jejich drženiacute vyacuteroba distribuce
Důležityacute pro policii je pojem tzv bdquomaleacuteholdquo množstviacute zadrženeacute drogy
- při něm jde jen o přestupek s pokutou do 15000 Kč
- při většiacutem množstviacute pak už o trestnyacute čin s možnostiacute vězeniacute až na 5 let
48
Za maleacute množstviacute se považuje např
konopiacute - 5 rostlin marihuana - 15 g sušiny extaacuteze - 4 tablety LSD - 5 papiacuterků
kokain - 1 gram pervitin - 2 gramy
Vybraneacute trestniacute sazby
- za distribuci drog mladistvyacutem až 10 let vězeniacute
- při způsobeniacute těžkeacute uacutejmy na zdraviacute až 15 let
- bdquovařičildquo do 5 let
- za pouheacute neoznaacutemeniacute vyacuteše uvedenyacutech činů hroziacute až 3 roky
Probleacutem
Zaacutekon postihuje zpravidla jen dealery a bdquomenšiacute rybyldquo zatiacutemco velciacute distributoři a
producenti jsou chyceni spiacuteše vyacutejimečně Naviacutec se staacutele objevujiacute noveacute derivaacutety ktereacute
dosud nejsou na seznamech zakaacutezanyacutech laacutetek
Zaacutekony pojednaacutevajiacuteciacute o drogaacutech
č1401961 Sb (trestniacute zaacutekon)
č 2001990 (přestupkovyacute zaacutekon)
č 3321997 (zachaacutezeniacute skladovaacuteniacute likvidace)
č 1671998 (o naacutevykovyacutech laacutetkaacutech)
č 3792005 (prevence toxikomaacutenie)
Vyhlaacuteška č 621989 (seznam psychotropniacutech laacutetek)
Sděleniacute č4621991 (prekurzory omamnyacutech a psychotropniacutech laacutetek)
6 Teacutemata referaacutetů 1 Vznik nebezpečiacute a důsledky toxikomanie analyacuteza přiacutečin
2 Problematika alkoholu sekundaacuterniacute naacutesledky alkohol za volantem
3 Vyacuteroba piva
4 Vyacuteroba viacutena
5 Vyacuteroba destilaacutetů
6 Tabaacutek a kouřeniacute ndash historie pěstovaacuteniacute druhy postup vyacuteroby cigaret
7 Marihuana a hašiš
8 Halucinogeny
9 Stimulancia
49
10 Methylxanthiny
11 Sedativa
12 Opiaacutety
13 Inhalačniacute laacutetky (solvencia)
14 Legislativa - přehled a komentaacuteř platnyacutech zaacutekonů tyacutekajiacuteciacutech se naacutevykovyacutech laacutetek
7 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 M Wenke Farmakologie Avicenum 1986
2 IBečkovaacute PVišňovskyacute Farmakologie drogovyacutech zaacutevislostiacute Karolinum 1999
3 PVišňovskyacute IBečkovaacute Bludnyacute kruh toxikomaacuteniiacute EIA Hradec Kraacuteloveacute 1998
4 MWenke M Mraacutez S Hynie Farmakologie pro leacutekaře Avicenum 1984
5 J Mann Jedy drogy leacuteky Academia Praha 1996
6 wwwmemberstripodcom7EMartinMVdrogyhtml
7 wwwodrogachcz
50
VYacuteROBA CUKRU
Text zpracovali Mgr Jana Praacutešilovaacute a Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru
21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina
22 Chemickeacute složeniacute cukroveacute řepy
3 Vyacuterobniacute etapy
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
32 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
34 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
35 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
36 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech zdrojů
51
1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
Cukr je surovinou kteraacute naacutes doprovaacuteziacute v běžneacutem životě na každeacutem kroku
Mnoziacute z naacutes si hned raacuteno osladiacute čaj či kaacutevu kostkou cukru Pojďme se nyniacute podiacutevat
jak se cukr vyraacutebiacute a kde se kostka cukru vlastně vzala
Nejprve si udělejme kraacutetkou zastaacutevku u historie cukrovarnictviacute na uacutezemiacute Českeacute
republiky
bull v roce 1787 byla založena prvniacute rafinerie (zaacutevod na čištěniacute cukru) v klaacutešteře
na Zbraslavi u Prahy čistil se zde dovaacuteženyacute třtinovyacute cukr
bull v roce 1841 vytvořil ředitel rafinerie v Dačiciacutech prvniacute kostku cukru do teacuteto doby
se v domaacutecnostech použiacutevaly tzv cukroveacute homole
V 19 stoletiacute fungovalo na našem uacutezemiacute přes 150 cukrovarů v současneacute době (rok
2011) u naacutes cukr vyraacutebiacute pouze 7 cukrovarů
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru 21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina Vyacuteroba cukru z cukroveacute třtiny byla znaacutema po celaacute staletiacute V našich krajiacutech však
pro pěstovaacuteniacute teacuteto rostliny nejsou vhodneacute podmiacutenky (pěstuje se v tropickeacutem a
subtropickeacutem paacutesmu) Z miacutestniacutech plodin je pro vyacuterobu cukru vhodnaacute cukrovaacute řepa
Cukrovaacute řepa (Beta vulgaris) Cukrovaacute třtina (Saccharum officinarum)
Obr 1 Cukrovaacute řepa Obr 2 Cukrovaacute třtina - dvouletaacute plodina - cukr se hromadiacute v bulvaacutech - obsah sacharosy 16ndash20 - skladuje se a zpracovaacutevaacute (do 48 h)
- viacuteceletaacute travina - cukr se hromadiacute ve stvolu - obsah sacharosy 13ndash17
52
22 Složeniacute cukroveacute řepy Podrobněji se zaměřiacuteme na cukrovou řepu z niacutež se u naacutes cukr vyraacutebiacute
V bulvaacutech cukroveacute řepy se nachaacuteziacute kromě cukru i dalšiacute laacutetky Jejich obsah vyacuteznamně
ovlivňuje technologickyacute proces a produkci cukru Průměrneacute složeniacute uvaacutediacute Obr 3
5 2
18
75
voda 75
sacharidy 18
dřeň 5
necukerneacute laacutetky 2
Obr 3 Průměrneacute složeniacute cukroveacute řepy Sacharidy Nejdůležitějšiacutem sacharidem a konečnyacutem produktem vyacuteroby je SACHAROSA
Sacharosa patřiacute mezi disacharidy jejiacute molekula je tvořena zbytkem molekuly glukosy
a molekuly fruktosy ktereacute jsou navzaacutejem spojeny glykosidickou vazbou (viz obr 4)
Je to krystalickaacute biacutelaacute laacutetka dobře rozpustnaacute ve vodě Maacute vyacuteraznou sladkou chuť a
použiacutevaacute se jako sladidlo Patřiacute mezi opticky aktivniacute laacutetky a neredukujiacuteciacute sacharidy
Obr 4 Vzorec sacharosy
53
Dřeň Součaacutestiacute dřeně bulvy řepy je celulosa a hemicelulosa (polysacharidy) pektinoveacute
laacutetky1 biacutelkoviny a saponiny2 Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a mohou znesnadňovat
vyacuterobniacute proces způsobujiacute probleacutemy např při filtraci
Necukerneacute laacutetky (šťaacuteva obsahujiacuteciacute necukerneacute laacutetky) Z necukernyacutech laacutetek obsahuje šťaacuteva aminokyseliny amidy biacutelkoviny organickeacute
zaacutesady enzymy soli organickyacutech kyselin (kyseliny mravenčiacute octoveacute šťaveloveacute
citronoveacute) Rozhodujiacuteciacute negativniacute vliv na krystalizaci cukru majiacute mineraacutelniacute laacutetky
(popeloviny)
3 Vyacuterobniacute etapy
Vyacuterobu cukru můžeme rozdělit do několika faacuteziacute
1 Mechanickaacute uacuteprava řepy
2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
6 Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru
1 pektin ndash makromolekulaacuterniacute laacutetka jejiacutemž zaacutekladem jsou sacharidy nachaacuteziacute se např v ovoci
způsobuje rosolovatěniacute ovocnyacutech šťaacutev a zavařenin 2 rostlinnyacute glykosid (derivaacutet sacharidů) tvořiacuteciacute pěnivyacute roztok ve vodě
54
Tab 1 Přehled fyzikaacutelniacutech a chemickyacutech pochodů aplikovanyacutech při vyacuterobě cukru v jednotlivyacutech etapaacutech vyacuteroby
Etapa Fyzikaacutelně-chemickeacute pochody Vstup laacutetek (suroviny) Vyacutestup laacutetek (produkty)
Mechanickaacute uacuteprava řepy bull rozpustnost bull bulvy cukroveacute řepy bull řepneacute řiacutezky
Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy bull koagulace biacutelkovin bull difuacuteze
bull řepneacute řiacutezky bull horkaacute voda
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull vyslazeneacute řepneacute řiacutezky
Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull sraacuteženiacute necukernyacutech laacutetek
bull saturace bull filtrace sraženin
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull Ca(OH)2 bull CO2
bull lehkaacute šťaacuteva bull saturačniacute kaly
Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace
bull lehkaacute šťaacuteva bull těžkaacute šťaacuteva bull I cukrovina
Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
bull odstřeďovaacuteniacute bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace bull vykryacutevaacuteniacute bull filtrace bull adsorpce
bull I cukrovina bull surovyacute cukr bull voda bull Ca(OH)2 bull adsorbent
bull surovyacute cukr bull zelenyacute sirob bull II cukrovina bull zadinovyacute cukr bull melasa bull biacutelaacute cukrovina
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
Ciacutel
bull očištěniacute řepy
bull rozřezaacuteniacute řepy na řiacutezky
Při podzimniacutem vyacuteletu do přiacuterody můžeme na poliacutech vidět zemědělce skliacutezejiacuteciacute
cukrovou řepu Na poliacutech se řepa zbaviacute chraacutestu (zelenyacutech listů) a nahrubo očistiacute od
hliacuteny Po dopraveniacute do cukrovaru je řepa důkladně očištěna vodou od zbyacutevajiacuteciacute hliacuteny
kameniacute piacutesku a kořiacutenků pomociacute řepnyacutech splavů1 a řepnyacutech praček2 Voda z řepy
odkape na třasadlu3 Vyacutetah dopraviacute řepu na automatickou vaacutehu a z niacute putuje řepa do
řezačky4 kteraacute nařeže bulvu na řiacutezky (obr 5 6) s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
Obr 5 Řepneacute řiacutezky Obr 6 Nože řezačky Otaacutezka Proč se řepa porcuje na řiacutezky trojuacutehelniacutekoveacuteho profilu Uacutečelem rozřezaacuteniacute bulvy na řiacutezky je zvětšit povrh (styčnou plochu) řepy pro naacuteslednou difuacutezi cukru z buněk pletiva Trojuacutehelniacutekovyacute profil byl vyhodnocen jako nejvhodnějšiacute tvar pro optimaacutelniacute vyluhovatelnost cukru 3 2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull vyluhovaacuteniacute cukru (sacharosy) z buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků
bull ziacuteskaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Sacharosa se nachaacuteziacute uvnitř buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků Membraacutena buněk
sacharosu volně ven z buňky nepropustiacute proto je nutneacute řiacutezky luhovat horkou vodou
Od 60degC začiacutenajiacute biacutelkoviny membraacuteny buněk koagulovat a ty se tak staacutevajiacute pro cukr
leacutepe propustneacute 1 řepnyacute splav ndash betonovyacute kanaacutel do ktereacuteho je napouštěna voda kteraacute unaacutešiacute řepu k pračce 2 řepnaacute pračka ndash zařiacutezeniacute na odstraněniacute hliacuteny kameniacute a kořiacutenků proti proudu vody je přivaacuteděna řepa kameny a dalšiacute odpad odpadaacutevajiacute ze dna pračky 3 třasadlo ndash kmitajiacuteciacute se siacuteto k odstraněniacute vody 4 řezačka ndash zařiacutezeniacute se sadou nožů rozporcuje řepu na řiacutezky s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
56
Otaacutezka Co je to KOAGULACE Koagulace (shlukovaacuteniacute) je postupneacute uspořaacutedaacutevaacuteniacute jednotlivyacutech čaacutestic do jineacuteho prostoroveacuteho umiacutestěniacute V našem přiacutepadě dochaacuteziacute ke koagulaci biacutelkovin membraacuteny buněk vlivem zvyacutešeneacute teploty Vyzkoušet si koagulaci můžete i doma ndash stačiacute si usmažit vajiacutečka k sniacutedani Vyluhovaacuteniacute řiacutezků se děje v zařiacutezeniacutech zvanyacutech difuzeacutery1 Řiacutezky jsou v nich
přivaacuteděny proti proudu horkeacute vody Řiacutezky nově přivaacuteděneacute do difuzeacuteru jsou
promyacutevaacuteny nejsladšiacute vodou a na řiacutezky zbaveneacute cukru steacutekaacute voda čistaacute čiacutemž jsou
zajištěny optimaacutelniacute podmiacutenky difuacuteze Z difuzeacuteru odteacutekaacute difuacutezniacute šťaacuteva jako nakyslaacute
kapalina tmaveacute barvy Otaacutezka Co je to DIFUacuteZE Tvrdiacuteme-li že laacutetka difunduje pak se jejiacute čaacutestice v roztoku pohybujiacute z miacutest o vyššiacute koncentraci čaacutestic do miacutest s nižšiacute koncentraciacute čaacutestic Po vyluhovaacuteniacute se řiacutezky označujiacute jako vyslazeneacute řiacutezky Ty se daacutele zpracovaacutevajiacute
- sušiacute popř lisujiacute a využiacutevajiacute se jako krmivo nebo v kvasneacutem průmyslu (vyacuteroba
alkoholu)
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull odstraněniacute necukernyacutech laacutetek z difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull ziacuteskaacuteniacute tzv lehkeacute šťaacutevy
Spolu se sacharosou difunduje z buněk i velkeacute množstviacute necukernyacutech laacutetek (viz
složeniacute řepy) Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a ztěžujiacute vyacuterobniacute proces (např krystalizaci
cukru filtraci atd)
Čištěniacute probiacutehaacute ve dvou faacuteziacutech
1 Čeřeniacute difuacutezniacute šťaacutevy
2 Saturace šťaacutevy
Při čeřeniacute se k difuacutezniacute šťaacutevě vyhřaacuteteacute na 90degC přivaacutediacute postupně 15 ndash 2 vaacutepenneacute
mleacuteko - roztok Ca(OH)2 Ca2+ ionty reagujiacute s necukernyacutemi laacutetkami za vzniku
nerozpustnyacutech vaacutepenatyacutech soliacute ktereacute lze naacutesledně odfiltrovat a šťaacutevu tak vyčistit
Přiacuteklad reakci Ca2+ iontů s kyselinou šťavelovou uvaacutediacute naacutesledujiacute rovnice
1 difuzeacuter ndash velkaacute naacutedoba s vyhřiacutevanyacutem plaacuteštěm do ktereacute jsou z jedneacute strany přivaacuteděny řepneacute řiacutezky ze strany druheacute horkaacute voda
57
Ca2+ + (C2O4)2- rarr Ca(COO)2 Obdobnou roli hrajiacute i ionty OH- Neutralizujiacute volneacute kyseliny a s Al3+ Fe3+ Mg2+
ionty reagujiacute za vzniku nerozpustnyacutech hydroxidů ktereacute lze rovněž odfiltrovat
2 Al3+ + 3 Ca(OH)2 rarr 2 Al(OH)3 + 3 Ca2+ Vaacutepenneacute mleacuteko je ke šťaacutevě přidaacutevaacuteno i z dalšiacutech důvodů Pro dalšiacute
technologickyacute proces je třeba neutralizovat kyselou reakci difuacutezniacute šťaacutevy a
v neposledniacute řadě je vaacutepennyacutem mleacutekem šťaacuteva desinfikovaacutena Otaacutezka Co je to NEUTRALIZACE Neutralizace je reakce kyseliny a zaacutesady při niacutež vznikaacute sůl a voda V našem přiacutepadě reaguje vaacutepenneacute mleacuteko (zaacutesada) s kyselinami přirozeně obsaženyacutemi v řepě (viz složeniacute řepy) Daacutele šťaacuteva pokračuje do saturačniacuteho zařiacutezeniacute1 ve ktereacutem probiacutehaacute saturace
oxidem uhličityacutem Saturace se provaacutediacute k odstraněniacute přebytečnyacutech Ca2+ iontů Do
saturačniacuteho zařiacutezeniacute je vhaacuteněn oxid uhličityacute vznikaacute uhličitan vaacutepenatyacute kteryacute lze
odfiltrovat (na kalolisech2 či jinyacutech filtrech) Reakci uvaacutediacute naacutesledujiacuteciacute rovnice
Ca(OH)2 + CO2 rarr CaCO3 + H2O Otaacutezka Co je to SATURACE Saturace neboli syceniacute V našem přiacutepadě nasyceniacute roztoku oxidem uhličityacutem kteryacute reaguje s přebytečnyacutemi Ca2+ ionty v roztoku za vzniku uhličitanu vaacutepenateacuteho Vyacutesledkem etapy je tzv lehkaacute šťaacuteva zbytky sraženin na filtrech se nazyacutevajiacute
saturačniacute kaly 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny Ciacutel
bull zahuštěniacute lehkeacute difuacutezniacute šťaacutevy ke krystalizaci (zisk těžkeacute šťaacutevy)
bull ziacuteskaacuteniacute tzv cukroviny (směs krystalků cukru a matečneacuteho sirobu)
1 saturačniacute zařiacutezeniacute (saturaacutek) ndash vaacutelcovitaacute naacutedoba s miacutechadlem u dna přiacutevodem šťaacutevy přiacutevodem oxidu
uhličiteacuteho a odvodem šťaacutevy V horniacute čaacutesti naacutedoby je komiacuten pro odvod plynů 2 kalolis - filtračniacute lis určenyacute k tlakoveacute filtraci kapalin obsahujiacuteciacute řadu raacutemů s napnutyacutemi plachetkami
Pracuje diskontinuaacutelně (střiacutedavě) Raacutemy s plachetkou zaneseneacute kalem jsou periodicky čištěny zatiacutemco v jineacutem přiacutestroji probiacutehaacute filtrace
58
Lehkaacute šťaacuteva maacute světle žlutou barvu a je teacuteměř zbavena všech nežaacutedouciacutech laacutetek
V roztoku je rozpuštěna sacharosa (přibližně
12-15 ) a již velmi malyacute podiacutel necukernyacutech
laacutetek Sacharosu z roztoku izolujeme
krystalizaciacute Lehkou šťaacutevu je třeba zahustit
ke krystalizaci ndash odpařit přebytečnou vodu
Zahušťovaacuteniacute ke krystalizaci se provaacutediacute ve
vakuovyacutech odparkaacutech1 Objem šťaacutevy se
zmenšiacute přibližně na čtvrtinu původniacuteho
objemu a ziacuteskaacute se tzv těžkaacute šťaacuteva (zahuštěnaacute)
s obsahem 60 cukru
Otaacutezka Co je to ODPAŘOVAacuteNIacute Proč se využiacutevaacute praacutece za sniacuteženeacuteho tlaku Odpařovaacuteniacute patřiacute mezi děliciacute metody laacutetek Rychlost odpařovaacuteniacute a jeho uacutečinnost zaacutevisiacute na velikosti povrchu odpařovaneacuteho roztoku na rychlosti odtahu vzniklyacutech par a předevšiacutem na teplotě a tlaku Teplotu varu roztoku můžeme sniacutežit praacutevě za použitiacute vakua (sniacuteženeacuteho tlaku) Ušetřiacuteme tiacutem energii potřebnou pro zahřiacutevaacuteniacute šťaacutevy
Těžkaacute šťaacuteva je daacutele zahušťovaacutena ve varostrojiacutech2 neboli zrničiacutech Ve
varostrojiacutech se šťaacuteva zahřiacutevaacute a odpařuje se zbytek vody tak dlouho až začne cukr ve
šťaacutevě krystalovat Krystalizace cukru se dokončiacute v zařiacutezeniacutech zvanyacutech krystalizaacutetor Otaacutezka Co je to KRYSTALIZACE Za jakyacutech podmiacutenek vykrystaluje cukr ze šťaacutevy Krystalizace patřiacute mezi zaacutekladniacute chemickeacute operace pomociacute nichž lze oddělit složky směsi bdquoAby mohla sacharosa krystalovat je třeba vytvořit přesycenyacute cukernyacute roztok V technickyacutech cukernyacutech roztociacutech za přiacutetomnosti necukernyacutech laacutetek je rozpustnost sacharosy obvykle vyššiacute Přesycenyacute cukernyacute roztok se připraviacute např tiacutem způsobem že se rychle zchladiacute nasycenyacute roztok technickyacute Z roztoku se ihned nevyloučiacute krystaly cukru a takovyacute roztok pak obsahuje viacutece rozpuštěneacuteho cukru než odpoviacutedaacute nasyceneacutemu roztoku Tento přebytečnyacute cukr vykrystaluje přidajiacute-li se k roztoku krystalky cukru (roztok se očkuje)ldquo [1] 3 5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute Ciacutel
bull odděleniacute krystalů cukru z cukroviny
bull očištěniacute suroveacuteho cukru
1 vakuovaacute odparka - soustava několika seacuteriově zapojenyacutech těles vyhřiacutevanyacutech paacuterou Prvniacute těleso je vyhřiacutevaacuteno parou o teplotě 130degC voda vypařenaacute v prvniacutem tělese se vede do dalšiacuteho tělesa jako tzv bryacutedovaacute paacutera atd Vyacutepary z posledniacute odparky se ochlazujiacute studenou vodou čiacutemž vznikaacute podtlak a tiacutem se snižuje tlak v odparkaacutech 2 varostroj - naacutedoba s trubkovou topnou komorou a miacutechadlem
Obr 7 Soustava odparek
59
bull zpracovaacuteniacute matečneacuteho sirobu na dalšiacute podiacutel cukru
bull přiacuteprava biacuteleacute cukroviny
Krystalky sacharosy je třeba oddělit od matečneacuteho sirobu K tomuto uacutečelu se
využiacutevajiacute odstředivky1 Oddělenyacute cukr maacute žlutavou barvu a je nazyacutevaacuten surovyacutem
cukrem (v obchodech se zdravou vyacuteživou si můžete zakoupit i surovyacute cukr)
Oddělenyacute matečnyacute roztok se nazyacutevaacute zelenyacute sirob
Zelenyacute sirob se zpracuje na meacuteně kvalitniacute (tzv zadinovyacute) cukr a odpadniacutem
produktem je tzv melasa (obr 8) kteraacute ještě obsahuje menšiacute podiacutel cukru a lze ji
využiacutet jako krmivo popř po zkvašeniacute k vyacuterobě lihu
Surovyacute řepnyacute cukr se přiacuteliš nehodiacute k přiacutemeacute spotřebě ndash jeho krystaly jsou žluteacute
a lepiveacute Je třeba je očistit Surovyacute cukr se čistiacute promyacutevaacuteniacutem vodou v odstředivkaacutech
Naacutesleduje filtrace cukerneacuteho roztoku přes bavlněneacute polyamidoveacute či kovoveacute tkaniny a
poreacutezniacute materiaacutely z keramiky
Posledniacute uacutepravou je odbarveniacute cukerneacuteho roztoku K tomuto uacutečelu se využiacutevaacute
metody adsorpce Jako absorbenty jsou využiacutevaacuteny ionexy aktivniacute uhliacute či hlinky
Vyacuteslednyacute cukernyacute roztok s krystalky cukru se nazyacutevaacute biacutelaacute cukrovina
Otaacutezka Co je to ADSORPCE Na jakeacutem principu absorbenty fungujiacute Z fyzikaacutelniacuteho hlediska se jednaacute o poutaacuteniacute laacutetky pomociacute van der Waalsovyacutech sil na povrchu vhodneacuteho adsorbentu (aktivniacute uhliacute silikagel) V přiacutepadě tzv chemisorpce jsou laacutetky poutaacuteny na povrch adsorbentu chemickyacutemi vazbami
Obr 8 Melasa
1 odstředivka (centrifuga) - sestaacutevaacute z dvouplaacutešťoveacute komory vevnitř je buben se siacutetem Do bubnu se napustiacute cukrovina a buben se roztočiacute Vlivem odstřediveacute siacutely prochaacutezejiacute kapky sirobu přes siacuteto bubnu a cukr zůstaacutevaacute uvnitř
60
3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
Biacutelaacute cukrovina se daacutele zpracovaacutevaacute krystalizaciacute na krystalovyacute cukr kostkovyacute
cukr a cukr moučku Dřiacuteve se vyraacuteběly i cukroveacute homole dnes sloužiacute pouze jako
suvenyacuter
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Kapitola 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru byla po dlouhou dobu tajena Prvniacute technologii zpracoval v roce 1764 francouzskyacute chemik Duhamel de Monceau Prvniacute kostkovyacute cukr u naacutes byl vyroben v Dačiciacutech v roce 1841 Patent ziacuteskal roku 1843 ředitel rafinerie J Ch Rada Češtiacute cukrovarniacuteci se nemaacutelo zasloužili o rozvoj rafinace cukru a kvalita našich cukrovarnickyacutech vyacuterobků byla obecně uznaacutevanou normou
bull vzhledem k vysokeacute ceně třtinoveacuteho cukru se cukrovarniacuteci pokoušeli vyrobit cukr z jinyacutech plodin mimo jineacute i z řepy
bull v roce 1829 byl založen prvniacute průmyslovyacute cukrovar v Kostelniacutem Vydřiacute (okres Jindřichův Hradec)
bull v obdobiacute 1831 ndash 1945 nastal boom v zaklaacutedaacuteniacute cukrovarů u naacutes plně fungovalo přes 150 cukrovarů
bull po roce 1990 fungovalo již pouze 60 cukrovarů po roce 2004 zbylo pouhyacutech 10 cukrovarů 7 fungujiacuteciacutech cukrovarů (2011)
bull Odštěpnyacute zaacutevod Opava - Vaacutevrovice bull Ředitelstviacute a zaacutevod Hrušovany nad Jevišovkou bull Cukrovar Dobrovice bull Cukrovar Českeacute Meziřiacutečiacute bull Cukrovar Vrbaacutetky as bull Cukrovar Prosenice bull Litovelskaacute cukrovarna as
Kapitola 2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru Zařazeniacute cukroveacute řepy do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Rodopsida ndash vyššiacute dvouděložneacute rostliny řaacuted Caryophyllales ndash hvozdiacutekotvareacute čeleď Chenopodiaceae ndash mečiacutekoviteacute rod Beta ndash řepa druh Beta vulgaris ndash řepa obecnaacute Zařazeniacute cukroveacute třtiny do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Liliopsida ndash rostliny jednoděložneacute
61
řaacuted Poales ndash lipnicotvareacute čeleď Poaceae ndash lipnicoviteacute rod Saccharum ndash třtina druh Saccharum officinarum ndash třtina cukrovaacute Podkapitola 3 3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Po prvniacute saturaci je odfiltrovaacuten kal buď na zařiacutezeniacutech zvanyacutech kalolis nebo na jinyacutech typech filtračniacutech zařiacutezeniacute Ve šťaacutevě je obsažen i hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute kteryacute se naacuteslednyacutem vyvařeniacutem rozložiacute na uhličitan kteryacute je možno odfiltrovat Děj je zapsaacuten pomociacute naacutesledujiacuteciacute rovnice Ca(HCO3)2 rarr CaCO3 + H2O + CO2 Pro maximaacutelniacute sniacuteženiacute vaacutepenatyacutech iontů v difuacutezniacute šťaacutevě se provaacutediacute druhaacute saturace oxidem uhličityacutem Neodstraniacute-li se vaacutepenateacute soli dokonale odparka se rychle inkrustuje Vaacutepenateacute soli v cukernyacutech šťaacutevaacutech působiacute obtiacuteže při vařeniacute cukrovin zvyšujiacute množstviacute melasy a tiacutem ztraacutety cukru Druhaacute saturace se provaacutediacute při teplotě 95 ndash 98degC a oxidem uhličityacutem se saturuje až do dosaženiacute pH 9 ndash 95 Při druheacute saturaci vznikaacute hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute ten se odstraňuje vyvařovaacuteniacute na tzv vyvařovaacuteku kde se šťaacuteva zahřiacutevaacute na teplotu 100degC Podkapitola 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
Při zahušťovaacuteniacute ve varostrojiacutech se vytvořiacute směs krystalů a matečneacuteho roztoku (sirobu) tzv I cukrovina Přibližně frac34 cukru vykrystalizuje Zbytek cukru zůstaacutevaacute v roztoku Růst krystalů se kontroluje tzv cukroskopem (bdquolupaldquo) popř se využiacutevaacute automatickeacute kontroly elektrickeacute vodivosti Vodivost roztoku klesaacute s rostouciacute koncentraciacute cukru v roztoku Podkapitola 3 5 Ziacuteskaacutevaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
Ziacuteskaacutevaacuteniacute čisteacute cukroviny je mnohem složitějšiacute proces v textu je popsaacuten pouze jednoduše Ve skutečnosti se proces popsanyacute v textu několikraacutet opakuje Cukrovina se několikraacutet čistiacute svařuje nechaacute se krystalovat a odstřeďuje Podkapitola 3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny ndash Vyacuteroba krystaloveacuteho cukru
Biacutelaacute cukrovina se odstřediacute a ziacuteskanyacute krystalovyacute cukr se smiacutechaacute s nasycenyacutem cukernyacutem roztokem za vzniku tzv uměleacute cukroviny Umělaacute cukrovina se odstřediacute vykryacutevaacute parou nebo vodou a ziacuteskaacute se konečnyacute produkt ndash krystalovyacute cukr Krystalovyacute cukr je třeba vysušit K sušeniacute se využiacutevaacute vzduch ohřaacutetyacute na 70degC nebo tzv fluidniacute metoda Při fluidniacute metodě jsou krystalky na roštu zespod profukovaacuteny proudem vzduchu dojde k odstraněniacute vlhkosti ochlazeniacute krystalků a zaacuteroveň odpraacutešeniacute cukru Vysušenyacute cukr krystal se třiacutediacute na siacutetech dle velikosti zrn plniacute se do jutovyacutech nebo papiacuterovyacutech pytlů
Otaacutezka Jakyacute je rozdiacutel mezi krystalovyacutem cukrem a krupicovyacutem cukrem bdquoCukr krystal - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 04 - 02 mm Cukr krupice - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 016 ndash 08 mm a maximaacutelně 5 krystalů cukru maacute velikost nad 1 mmldquo[2]
Vyacuteroba kostkoveacuteho cukru K vyacuterobě kostek se použiacutevaacute kostkovaacute moučka kteraacute vznikla ze speciaacutelně upraveneacute cukroviny nebo netřiacuteděnyacute krystalovyacute cukr Tento materiaacutel se vlhčiacute vodou a cukernyacutem roztokem lisuje se na tyčinky ktereacute se vysušiacute a rozsekajiacute na kostky Možneacute je přiacutemeacute lisovaacuteniacute do formy kostek Vyraacutebějiacute se kostky různyacutech velikostiacute kvaacutedry i kostky ve tvaru karetniacutech symbolů tzv cukr bridž Vyacuteroba moučkoveacuteho cukru Materiaacutelem pro vyacuterobu moučkoveacuteho cukru je krystalovyacute cukr s malyacutemi zrny nebo zbytky kostkoveacuteho cukru Tento cukr se rozdrtiacute na mlyacutenech Mlyacutenice musiacute byacutet umiacutestěna v samostatneacutem objektu mimo ostatniacute čaacutesti cukrovaru nebo alespoň oddělena železnyacutemi vraty Opatřeniacute jsou nutnaacute z důvodu vzniku vyacutebušneacuteho cukerneacuteho prachu
62
Aby se zabraacutenilo tvrdnutiacute a rozpouštěniacute cukerneacute moučky při skladovaacuteniacute přidaacutevaacute se k cukru modifikovanyacute škrob Zrnka škrobu přiacutepadnou vlhkost pojmou Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute V dřiacutevějšiacutech dobaacutech se cukr pro domaacuteciacute použitiacute vyraacuteběl ve formě homoliacute (obr 9) Dnes je již toto zbožiacute vyraacuteběno pouze jako suvenyacuter pro turisty Liteacute homole se vyraacuteběly tak že se horkaacute cukrovina naleacutevala do forem z oceloveacuteho plechu na špičce opatřenyacutech otvorem Forma s cukrovinou se nasadila na hřebiacutek vyčniacutevajiacuteciacute ze dna voziacuteku na kteryacute se homole sklaacutedaly po ztuhnutiacute cukroviny Po ztuhnutiacute se homoly sejmuly ze hřebiacuteků a vložily do homoloveacute odstředivky ve ktereacute se dokonale očistily Dokonale biacutelaacute homole se pak vyrazila z oceloveacute formy a vysušila v sušaacuterně Vysušeneacute homole se očistily ofreacutezovaly u spodu a zabalily do papiacuteru Lisovaneacute homole se vyraacuteběly lisovaacuteniacutem nepatrně ovlhčeneacute moučky v lisu Pak se homole sušily a upravily jako homole liteacute 5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Pelikaacuten M Hřivna L Humpola J Technologie sacharidů Mendelova
zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně Brno 1999 2 Cukrovary a lihovary TTD [online 2011-04-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovaryttdczcaste-otazkycaste-otazkygt 3 Neiser J Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob Vysokoškolskaacute učebnice pro studenty
pedagogickyacutech a přiacuterodovědeckyacutech fakult studijniacuteho oboru 76-12-8 učitelstviacute všeobecně vzdělaacutevaciacutech předmětů Praha 1988
4 Kraus J Novyacute akademickyacute slovniacutek ciziacutech slov kolektiv autorů pod vedeniacutem Jiřiacuteho Krause Academia Praha 2007
5 Andrliacutek K Petrů F Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob SPN Praha 1965 6 Kopřiva J Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute (1 diacutel) SPN Praha 1979 7 Moravskoslezskeacute cukrovary as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwagranaczgt 8 Cukrovar Vrbaacutetky as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovarvrbatkyczgt 9 Hanaacuteckaacute potravinaacuteřskaacute společnost as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwhpsczgt
Zdroje obraacutezků
bull Obraacutezek 3 Cukrovaacute řepa [online 2011-12-2] Dostupneacute z www ltwwwtvujdumczgt
Obr 9 Cukroveacute homole
63
bull Obraacutezek 4 Cukrovaacute třtina [online 2011-2-5] Dostupneacute z www ltwwwspriincorggt
bull Obraacutezek 6 Vzorec sacharosy [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpwwwnejlevnejsidoplnkycznejlevnejsidoplnky5-Zajimavosti6-Sacharidygt
bull Obraacutezek 7 Řepneacute řiacutezky [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=376gt
bull Obraacutezek 8 Nože řezačky [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 9 Kalolis [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 10 Plachetka se saturačniacutem kalem [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpcswikipediaorgwikiKalolisgt
bull Obraacutezek 11 Systeacutem odparek [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 12 Varostroj [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtm
bull Obraacutezek 13 Odstředivka [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=380gt
bull Obraacutezek 14 Melasa [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwnazelenoczbiozdrava-vyziva-2bily-cukr-trtinovy-cukr-nebo-prirodni-sladidlaaspxgt
bull Obraacutezek 15 Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute [online 2011-4-27] Dostupniacute z www lthttpwwwcukrovaryttdczgt
bull Obraacutezek 16 Cukroveacute homole [online 2011-3-26] Dostupneacute z www lthttpjohnmadjackfullerhomesteadcomSugarloafhtmgt
64
MAKROMOLEKULAacuteRNIacute LAacuteTKY SYNTETICKEacute POLYMERY
Text zpracoval RNDr Josef Husaacuterek PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
11 Zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace polymerů
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů 131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
21 Polymerace
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
22 Polykondenzace
23 Polyadice
3 Užitiacute plastů
31 Recyklace odpadů z plastů
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
65
1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
Přiacuterodniacute materiaacutely jako je napřiacuteklad dřevo bavlna vlna kůže a slonovina
použiacutevali lideacute po tisiacutece let Teprve s rozvojem vědy a s naacutestupem moderniacutech
analytickyacutech metod se začali lideacute zajiacutemat o strukturu těchto materiaacutelů a snažili se tyto
dary přiacuterody nahradit podobnyacutemi materiaacutely ktereacute budou miacutet srovnatelneacute užitneacute
vlastnosti Kolem roku 1907 se podařilo Baekelandovi synteticky vyrobit prvniacute umělyacute polymer
kteryacute byl pojmenovaacuten jako bakelit a kteryacute vzaacutepětiacute nalezl vyacuteznamneacute technickeacute využitiacute v elektrotechnice
jako izolant Po dobu naacutesledujiacuteciacutech desetiletiacute se polymery staly středem zaacutejmu mnoha chemiků kteřiacute
připravili noveacute polymery na zaacutekladě synteacutezy malyacutech organickyacutech molekul
Velmi brzy se poznalo že syntetickeacute polymery svyacutemi vlastnostmi mohou
nahradit nejen přiacuterodniacute polymery ale často i materiaacutely kovoveacute keramiku i sklo
S ohledem na skutečnost že se syntetickeacute polymery vyraacutebějiacute z relativně levnyacutech
a dostupnyacutech surovin a že majiacute vyacutehodneacute chemickeacute fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti
vysokou staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute našly využitiacute zejmeacutena
ve stavebnictviacute v elektrotechnice v automobiloveacutem a textilniacutem průmyslu na vyacuterobu
předmětů běžneacute spotřeby obalů lepidel laků a naacutetěrovyacutech hmot Nutno
poznamenat že zmiacuteněnaacute staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute nutiacute
v současneacute době společnost k zodpovědnějšiacutemu použiacutevaacuteniacute a recyklaci vyacuterobků
ze syntetickyacutech polymerů a takeacute k synteacuteze novyacutech typů materiaacutelů ktereacute se po sveacutem
komerčniacutem využitiacute stanou součaacutestiacute přiacuterodniacuteho cyklu a životniacute prostřediacute zatiacutežiacute jen
minimaacutelně
11 Zaacutekladniacute pojmy
Makromolekuly jsou molekuloveacute systeacutemy složeneacute z velkeacuteho počtu atomů
vaacutezanyacutech chemickyacutemi vazbami do dlouhyacutech řetězců Tyto řetězce tvořiacute pravidelně se
opakujiacuteciacute čaacutesti ktereacute nazyacutevaacuteme stavebniacute neboli monomerniacute jednotky Počet
stavebniacutech jednotek vaacutezanyacutech v makromolekule je zpravidla různyacute a uvaacutediacute se pomociacute
polymeračniacuteho stupně (n) kteryacute může miacutet hodnotu 10 až 106 Sloučeniny s niacutezkyacutem
polymeračniacutem stupněm (nlt10) se nazyacutevajiacute oligomery s vyššiacutem polymeračniacutem
stupněm (ngt10) to jsou polymery
66
12 Klasifikace polymerů
Polymery lze rozdělit podle několika kriteacuteriiacute
Podle sveacuteho původu na
a) přiacuterodniacute polymery ndash vznikajiacute v rostlinaacutech či v živočišnyacutech organismech složityacutemi
biochemickyacutemi procesy (např biacutelkoviny polysacharidy nukleoveacute kyseliny)
b) syntetickeacute polymery ndash vyraacutebějiacute se z jednoduchyacutech organickyacutech sloučenin
reakcemi při nichž se velkyacute počet molekul vyacutechoziacutech laacutetek spojuje
v makromolekulu (např polystyren polyethylen bakelit)
Syntetickeacute polymery rozdělujeme
bull podle typu chemickyacutech reakciacute kteryacutemi vznikajiacute na
a) polymery připraveneacute polymeraciacute
b) polymery připraveneacute polykondenzaciacute
c) polymery připraveneacute polyadiciacute
bull podle tvaru makromolekulaacuterniacuteho řetězce na polymery (Obr 1)
a) lineaacuterniacute b) rozvětveneacute
c) plošně zesiacuteťovaneacute
d) prostorově zesiacuteťovaneacute
bull podle struktury a fyzikaacutelniacutech kriteacuteriiacute na
a) termoplasty ndash zahřiacutevaacuteniacutem měknou staacutevajiacute se plastickyacutemi a mohou se opakovaně
tvarovat (např polyethylen polypropylen)
b) termosety ndash přechodně tvaacuterliveacute zahřiacutevaacuteniacutem se chemicky měniacute a tiacutem ztraacutecejiacute
plastičnost majiacute molekulu trojrozměrně zesiacuteťovanou jsou tvrdeacute netavitelneacute
a nerozpustneacute ve většině rozpouštědel (např bakelit)
c) elastomery ndash pružneacute uacutečinkem vnějšiacute siacutely se deformujiacute a poteacute opět zaujiacutemajiacute
původniacute tvar zahřiacutevaacuteniacutem měknou majiacute dlouheacute a velmi maacutelo propojeneacute řetězce
(např syntetickyacute kaučuk)
67
Obr 1 Znaacutezorněniacute makromolekulaacuterniacuteho řetězce polymeru
a) lineaacuterniacuteho b) rozvětveneacuteho c) plošně zesiacuteťovaneacuteho d) prostorově zesiacuteťovaneacuteho
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
Jak bylo již napsaacuteno v předešleacutem textu syntetickeacute polymery se sklaacutedajiacute
ze strukturně složityacutech makromolekul ktereacute většinou tvořiacute atomy uhliacuteku a vodiacuteku
Ve skeletu makromolekuly mohou byacutet takeacute přiacutetomny i jineacute prvky jako jsou napřiacuteklad
kysliacutek dusiacutek siacutera nebo křemiacutek Přiacutetomnost některeacuteho z těchto prvků může vyacuteznamně
ovlivnit vlastnosti syntetickeacuteho polymeru a jeho naacutesledneacute praktickeacute využitiacute
Pro lepšiacute pochopeniacute již tak složiteacute problematiky si nejprve vysvětliacuteme tři zaacutekladniacute
pojmy jako jsou monomer stavebniacute a strukturniacute jednotka
Monomer ndash vyacutechoziacute laacutetka jejiacutež molekuly se mohou spojovat v makromolekuly
Stavebniacute jednotka (mer monomerniacute jednotka) ndash pravidelně se opakujiacuteciacute čaacutest
makromolekuly kteraacute maacute staacutele stejneacute složeniacute
Strukturniacute jednotka ndash představuje nejjednoduššiacute uspořaacutedaacuteniacute stavebniacutech jednotek
ve struktuře makromolekuly
a) b)
c) d)
68
Některeacute makromolekulaacuterniacute laacutetky majiacute totožnou stavebniacute a strukturniacute jednotku
(např polyethylen Scheacutema 1) Tyto makromolekulaacuterniacute laacutetky nazyacutevaacuteme obecně jako
homopolymery Pokud se však strukturniacute jednotka makromolekulaacuterniacutech laacutetek sklaacutedaacute
z odlišnyacutech stavebniacutech jednotek pak se jednaacute o kopolymery (např butadien-
-styrenovyacute kaučuk Scheacutema 2)
Scheacutema 1
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky homopolymeru (polyethylen)
CH2 CH CH CH2 CHCH2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH n + n
buta-13-dien
monomer
styren
monomer
polymerace
n
stavebniacute jednotka stavebniacute jednotka
strukturniacute jednotkabutadien-styrenoveacuteho kaučuku
kopolymer Scheacutema 2
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky kopolymeru (butadien-styrenovyacute kaučuk) 132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
Vztah mezi chemickyacutem složeniacutem strukturou a vlastnostmi laacutetek platiacute jak
pro maleacute organickeacute molekuly tak i pro makromolekulaacuterniacute sloučeniny Jedniacutem
z činitelů ovlivňujiacuteciacutech vlastnosti polymerů je velikost makromolekul Polymery
ktereacute tvořiacute maleacute makromolekuly majiacute nižšiacute polymeračniacute stupeň (n) kratšiacute řetězec
a tiacutem i nižšiacute relativniacute molekulovou hmotnost Při běžneacute teplotě jsou kapalneacute lepkaveacute
rozpustneacute v organickyacutech rozpouštědlech Naopak čiacutem je řetězec delšiacute tiacutem maacute
polymer vyššiacute relativniacute molekulovou hmotnost je pevnějšiacute a leacutepe odolaacutevaacute
rozpouštědlům
CH2 CH2 CH2 CH2
polymeracen n
ethylen
monomer
stavebniacute i strukturniacutejednotka polyethylenu
homopolymer
69
Polymery obecně nejsou chemickaacute individua ale jsou to směsi obsahujiacuteciacute
makromolekuly různyacutech velikostiacute Tato vlastnost vede k pojmu bdquoprůměrnaacute relativniacute
molekulovaacute hmotnostldquo a v zaacutesadě vyjadřuje kvantitativně stupeň polymerace
Mnohem leacutepe tuto skutečnost popisuje tzv distribučniacute křivka kteraacute graficky
vyjadřuje distribuci (rozděleniacute) četnosti molekul s určitou konkreacutetniacute relativniacute
molekulovou hmotnostiacute v daneacute směsi Grafickeacute vyjaacutedřeniacute je na Obr 2
Obr 2 Distribučniacute křivka (převzato z [8])
1 - uacutezkaacute 2 - širokaacute distribučniacute křivka - průměrnaacute relativniacute molekulovaacute hmotnost
V praxi se snažiacuteme o přiacutepravu polymerů s uacutezkou distribučniacute křivkou protože takoveacute
polymery majiacute obvykle lepšiacute užitneacute vlastnosti
Tvar makromolekul určuje rozpustnost v polaacuterniacutech nebo nepolaacuterniacutech
rozpouštědlech a chovaacuteniacute polymeru za zvyacutešeneacute teploty Lineaacuterniacute polymery jsou
při vyššiacute teplotě měkkeacute a rozpustneacute ve většině organickyacutech rozpouštědel
Rozvětveneacute a prostorově zesiacuteťovaneacute polymery se zahřiacutevaacuteniacutem chemicky měniacute
ztraacutecejiacute plastičnost a majiacute omezenou rozpustnost Energie chemickeacute vazby mezi atomy prvků v řetězci patřiacute mezi dalšiacute
vyacuteznamneacute činitele ktereacute určujiacute vlastnosti a použitelnost polymerů Pokud jsou vazby
mezi atomy v řetězci makromolekuly pevneacute energie těchto chemickyacutech vazeb bude
vysokaacute a polymer bude stabilniacute Přiacutekladem mohou byacutet silikony u kteryacutech se
pravidelně střiacutedajiacute v řetězci atomy křemiacuteku a kysliacuteku (Obr 3 energie vazby SindashO je
4441 kJmol) V důsledku vysokeacute energie vazby SindashO budou staacutelejšiacute na rozdiacutel od
70
polymerů složenyacutech jen z atomů uhliacuteku u kteryacutech energie chemickeacute vazby dosahuje
mnohem nižšiacute hodnoty (energie vazby CndashC je 3478 kJmol) Silikony majiacute dobreacute
elektroizolačniacute vlastnosti odolaacutevajiacute extreacutemně vysokyacutem i niacutezkyacutem teplotaacutem a takeacute jsou
vodou nesmaacutečiveacute Těchto vlastnostiacute se využiacutevaacute k vyacuterobě mazaciacutech olejů vazeliacuten
past pro uacutedržbu strojů nebo takeacute k vyacuterobě impregnačniacutech či leštiacuteciacutech přiacutepravků pro
uacutepravu povrchu obuvi sportovniacuteho oblečeniacute karoseacuterie aut apod
Obr 3 Strukturniacute jednotka silikonů
(R = organickyacute uhlovodiacutekovyacute zbytek např ndashCH3 ndashC2H5)
Mezi řetězci makromolekul mohou rovněž působit mezimolekulaacuterniacute siacutely
Přiacutekladem jsou vodiacutekoveacute můstky prostřednictviacutem kteryacutech se zvyšuje soudružnost
polymeru pevnost teplota taacuteniacute nebo odolnost proti rozpouštědlům Vodiacutekoveacute můstky
se nachaacutezejiacute napřiacuteklad u polyamidů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
Chemickeacute reakce kteryacutemi vznikajiacute syntetickeacute polymery se nazyacutevajiacute polyreakce
Podle průběhu se dajiacute dělit na řetězoveacute při kteryacutech dochaacuteziacute k postupneacutemu spojovaacuteniacute
molekul monomerů v dlouheacute řetězce a na stupňoviteacute u kteryacutech se monomery
nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky a ty se pak vzaacutejemně spojujiacute ve velkeacute
makromolekuly V praxi se polyreakce děliacute na polymerace polykondenzace
a polyadice
21 Polymerace
Polymerace je chemickaacute reakce při niacutež se velkyacute počet molekul monomeru
spojuje v makromolekulu syntetickeacuteho polymeru přičemž nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute
produkt Pokud se polyreakce zuacutečastňuje pouze jeden typ monomeru pak hovořiacuteme
o homopolymeraci Naopak kopolymeraciacute se rozumiacute takoveacute polymerace
O Si O Si O
R R
R Rn
71
CH2 CH2 CH2 CH2 n n
při kteryacutech reagujiacute dva a viacutece různyacutech monomerů V obou přiacutepadech je nutneacute
aby vyacutechoziacute laacutetky (monomery) měly přiacutetomnu alespoň jednu dvojnou vazbu
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
Polyethylen
bull zkratka PE
bull Piktogram (bdquorecyklovatelnyacute materiaacutelldquo)
HDPE LDPE
(vysokohustotniacute PE) (niacutezkohustotniacute PE)
(high density PE) (low density PE)
bull vlastnosti biacutelaacute poloprůsvitnaacute na dotek matnaacute pružnaacute a houževnataacute laacutetka
maacute vynikajiacuteciacute elektroizolačniacute vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute
tvarovat na požadovaneacute vyacuterobky
bull použitiacute obaly na potraviny foacutelie naacutedobiacute hračky lahve na chemikaacutelie hadice
izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute na vyacuterobu umělyacutech ceacutev aj
bull monomer ethen (ethylen)
Scheacutema 3 Polymerace ethenu
Polypropylen
bull zkratka PP
bull piktogram
bull vlastnosti podobneacute jako u PE je však pevnějšiacute odolnyacute teplotaacutem do 160 degC
bull použitiacute obalovyacute materiaacutel naacutedobiacute izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute
na vyacuterobu injekčniacutech střiacutekaček a předmětů ktereacute se dajiacute při teplotaacutech nad 60 degC
sterilizovat (zbavovat choroboplodnyacutech zaacuterodků) na vyacuterobu vlaacuteken do provazů
a lan aj
bull monomer propen (propylen)
72
Scheacutema 4
Polymerace propenu Poly(vinylchlorid)
bull zkratka PVC
bull piktogram PVC
bull vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute dobře tepelně tvarovat (měkne při
80degC) odolnyacute vůči kyselinaacutem i hydroxidům
bull použitiacute neměkčenyacute PVC (tzv Novodur) se použiacutevaacute na vyacuterobu vodovodniacutech
trubek tyčiacute či desek měkčenyacute PVC (tzv Novoplast) na vyacuterobu igelitu foacuteliiacute plaacutešťů
do deště hraček filmů ubrusů lahviacute umělyacutech kožešin aj
bull monomer vinylchlorid
Scheacutema 5
Polymerace vinylchloridu
Polystyren
bull zkratka PS
bull piktogram
bull vlastnosti tvrdyacute pevnyacute ale křehkyacute odolaacutevaacute kyselinaacutem a zaacutesadaacutem termoplast
rozpustnyacute v organickyacutech rozpouštědlech (aldehydy ketony benziacuten) zvukovyacute
a niacutezkoteplotniacute izolaacutetor
HC CH2 CH CH2
CH3CH3
n n
HC CH2 CH CH2
Cl Cl
n n
73
bull použitiacute na vyacuterobu spotřebniacuteho zbožiacute obalů hřebenů misek lžiček keliacutemků
od jogurtů pěnovyacute PS jako tepelnyacute popř izolačniacute materiaacutel ve stavebnictviacute
a chladiacuterenstviacute aj
bull monomer styren (vinylbenzen)
Scheacutema 6
Polymerace styrenu Poly(tetrafluoretylen)
bull zkratka PTFE
bull obchodniacute naacutezev Teflon
bull vlastnosti nehořlavyacute nejedovatyacute termoplast chemicky velmi odolnyacute (odolaacutevaacute
i horkeacute lučavce kraacutelovskeacute)
bull použitiacute speciaacutelniacute laboratorniacute technika kostniacute naacutehrady v chirurgii kuchyňskeacute
naacutedobiacute aj
bull monomer tetrafluorethen (tetrafluorethylen)
Scheacutema 7
Polymerace tetrafluorethenu Polybutadienovyacute kaučuk
bull zkratka BR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Buna
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik
HC CH2 CH CH2 n n
F2C CF2 CF2 CF2 n n
74
bull monomer buta-13-dien
bull patřiacute do skupiny syntetickyacutech kaučuků vyraacutebiacute se polymeraciacute konjugovanyacutech
dienů u kteryacutech se v molekule pravidelně střiacutedaacute jednoduchaacute a dvojnaacute vazba
bull syntetickeacute kaučuky jsou zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu pryžiacute nespraacutevně
označovanyacutech jako guma pryž vznikaacute z kaučuku vulkanizaciacute což je děj
při ktereacutem za tepla a v přiacutetomnosti vulkanizačniacuteho činidla (siacutera sirneacute sloučeniny)
dojde ke vzniku polysulfidickyacutech můstků mezi makromolekulami kaučuku
a k tvorbě řiacutedkeacute trojrozměrneacute polymeračniacute siacutetě čiacutem deacutele vulkanizace probiacutehaacute
tiacutem viacutece můstků vznikaacute vyacuteslednaacute pryž je tvrdšiacute a odolnějšiacute proti staacuternutiacute vlivem
vzdušneacute oxidace viz Obr 4
Scheacutema 8
Polymerace buta-13-dienu
Obr 4 Zesiacuteťovanaacute struktura vulkanizovaneacuteho kaučuku (x = 2-6)
bull přiacuterodniacute pryž se vyraacutebiacute vulkanizaciacute krepy kteraacute vznikaacute opakovanyacutem sušeniacutem
a vodniacutem louženiacutem sraženiny z latexoveacuteho mleacuteka a kyseliny mravenčiacute zdrojem
latexoveacuteho mleacuteka je tropickyacute strom Kaučukovniacutek brazilskyacute (Obr 5)
bull po chemickeacute straacutence odpoviacutedaacute přiacuterodniacute kaučuk z kaučukovniacuteku polyisoprenu
v cis-konfiguraci (Obr 6)
CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2nn
CH CH2
S
S
CH2 CH
CH CH2
S
CH2 CH
x
x
x
75
CH2
C C
H3C H
H2C
n
CH2
C C
H3C
HH2C
n
bull Gutaperča je rovněž přiacuterodniacute materiaacutel pochaacutezejiacuteciacute ze stromu Palaquium gutta
chemicky se jednaacute o praktickyacute čistyacute trans-izomer polyisoprenu (Obr 7) kteryacute maacute
mnohem menšiacute pružnost než kaučuk
Obr 5 Odkapaacutevajiacuteciacute latexoveacute mleacuteko z dřeviny kaučukovniacuteku (převzato z [13])
Obr 6 Strukturniacute jednotka přiacuterodniacuteho kaučuku (cis-izomer)
Obr 7 Strukturniacute jednotka gutaperči (trans-izomer)
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
Polymerace ktereacute se uacutečastniacute dva nebo viacutece různyacutech monomerů s naacutesobnou
vazbou označujeme jako kopolymerace Mezi polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
bychom mohli zařadit velkou skupinu laacutetek u kteryacutech vyacuteslednyacute makromolekulaacuterniacute
řetězec obsahuje stavebniacute jednotky obou monomerů v různeacutem pořadiacute nebo poměru
76
Dajiacute se tak vyrobit různeacute syntetickeacute kaučuky (butadien-styrenovyacute kaučuk butadien-
-akrylonitrilovyacute kaučuk aj) s vhodnyacutemi mechanickyacutemi vlastnostmi jako jsou např
pevnost a pružnost
Butadien-styrenovyacute kaučuk
bull zkratka SBR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Kralex Buna S
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik latexů (naacutetěroveacute a spojovaciacute hmoty)
bull monomery buta-13-dien styren (viz Scheacutema 2)
22 Polykondenzace
Polykondenzace je polyreakce při ktereacute dochaacuteziacute k reakci molekul dvou různyacutech
monomerů z nichž každyacute obsahuje nejmeacuteně dvě reaktivniacute funkčniacute skupiny
(např ndashOH) Na rozdiacutel od polymerace maacute stupňovityacute průběh při ktereacutem se
monomery nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky ktereacute se pak vzaacutejemně spojujiacute
v obrovskeacute makromolekuly Ve vyacuterobniacute praxi to představuje značnou vyacutehodu neboť
tak můžeme z reakčniacute směsi kdykoliv izolovat makromolekuly s různou deacutelkou
řetězce a tiacutem i s různyacutemi fyzikaacutelniacutemi vlastnostmi Stupňoviteacute polykondenzačniacute reakce
se od řetězovyacutech polymeračniacutech reakciacute lišiacute i z termodynamickeacuteho hlediska jsou to
obvykle endotermickeacute děje u kteryacutech musiacuteme do reakčniacute soustavy dodaacutevat teplo
Na rozdiacutel od polymerace vznikaacute při polykondenzaci vždy vedlejšiacute produkt jako je
nejčastěji voda amoniak nebo chlorovodiacutek
Mezi polymery vznikajiacuteciacute polykondenzaciacute patřiacute napřiacuteklad polyestery polyamidy
fenolformaldehydoveacute a močovinoformaldehydoveacute pryskyřice
Polyestery se vyraacutebějiacute z dvojsytnyacutech alkoholů a dikarboxylovyacutech kyselin
Použiacutevajiacute se k vyacuterobě textilniacutech materiaacutelů (např tesil terylen) nejčastěji ve směsi
s přiacuterodniacutemi vlaacutekny (vlna bavlna) Tyto materiaacutely jsou pevneacute pružneacute nemačkaveacute
rychle schnouciacute a odolneacute vůči molům i pliacutesniacutem Nevyacutehodou je jejich hořlavost
schopnost nabiacutejet se statickou elektřinou a malaacute schopnost pohlcovat pot
77
Z polyesterů se rovněž zhotovujiacute lana fotografickeacute filmy nebo plastoveacute lahve (PET
Scheacutema 9) Vyacuteznamneacute jsou i polyesteroveacute sklolaminaacutety (polyesteroveacute pryskyřice
vyztuženeacute skelnyacutemi vlaacutekny) neboť majiacute velkou pevnost dobreacute elektroizolačniacute
vlastnosti a odolaacutevajiacute chemikaacuteliiacutem Použiacutevajiacute se k vyacuterobě automobilovyacutech karoseacuteriiacute
letadel střešniacutech krytin potrubiacute v chemickyacutech provozech aj
CH2 CH2 OHHO COOHHOOC
O CH2 CH2 O OC CO
n + n
ethan-12-diol tereftalovaacute kyselina
polykondenzace
poly(ethylen-tereftalaacutet)PET
polyesterifikace
polykondenzace
polyesterifikaceH2O +
n
(2n-1)
Scheacutema 9
Polykondenzace ethan-12-diolu a tereftaloveacute kyseliny Polyamidy jsou dalšiacute vyacuteznamneacute polykondenzaacutety Připravujiacute se polykondenzaciacute
diaminů s dikarboxylovyacutemi kyselinami (např polykondenzaacutet Nylon) nebo polymeraciacute
cyklickyacutech amidů (např polykondenzaacutet Silon na jeho přiacutepravě se podiacutelel slavnyacute
českyacute chemik Otto Wichterle kteryacute je viacutece znaacutem v souvislosti s objevem měkkyacutech
kontaktniacutech očniacutech čoček) Molekuly polyamidů obsahujiacute peptidickou vazbu (Obr 8)
kteraacute se v řetězciacutech pravidelně opakuje tudiacutež můžeme tyto laacutetky považovat za
syntetickou obdobu biacutelkovin
Obr 8 Peptidickaacute vazba
C
O
NH
78
Materiaacutely z polyamidů jsou velmi pevneacute tvrdeacute a maacutelo se opotřebovaacutevajiacute Pro tyto
vlastnosti se použiacutevajiacute k vyacuterobě ozubenyacutech kol a ložisek daacutele k vyacuterobě textilniacutech
vlaacuteken užitkovyacutech předmětů foacuteliiacute aj
Fenolformaldehydoveacute pryskyřice (fenoplasty) jsou ze všech plastů nejdeacutele
znaacutemeacute V roce 1907 připravil L H Baekeland prvniacute fenoplast kondenzaciacute fenolu
s formaldehydem Uvedenaacute polykondenzace může probiacutehat v kyseleacutem i zaacutesaditeacutem
prostřediacute V přiacutepadě kyseleacuteho prostřediacute vznikaacute lineaacuterniacute polykondenzaacutet kteryacute se
nazyacutevaacute Novolak (Scheacutema 10) Je to termoplast kteryacute je rozpustnyacute v řadě
organickyacutech rozpouštědel a použiacutevaacute se k vyacuterobě naacutetěrovyacutech hmot a lepidel
Uskutečniacute-li se kondenzace v zaacutesaditeacutem prostřediacute bude konečnyacutem produktem
nerozpustnaacute a netavitelnaacute pryskyřice znaacutemaacute pod obchodniacutem naacutezvem Bakelit (maacute již
hustě zesiacuteťovanou strukturu) Použiacutevaacute se na vyacuterobu spotřebniacuteho materiaacutelu
a předevšiacutem v elektrotechnice
OH
C
O
H HOH
CH2n
fenol
polykondenzace
H+n H2O +
n
+ n
formaldehyd novolak
Scheacutema 10
Polykondenzace fenolu a formaldehydu
Močovinoformaldehydoveacute pryskyřice (aminoplasty) vznikajiacute polykondenzaciacute
močoviny nebo jejiacutech derivaacutetů s formaldehydem Jsou to bezbarveacute laacutetky ktereacute se dajiacute
libovolně barvit a proto se hojně využiacutevajiacute k vyacuterobě spotřebniacuteho zbožiacute naacutetěrovyacutech
laacutetek tmelů lepidel elektrotechnickyacutech vyacuterobků k obklaacutedaacuteniacute naacutebytku aj V praxi jsou
znaacutemy např pod naacutezvem Umakart (horniacute vrstva)
79
C
O
C
O
H HH2N NH2
C
O
H2N NH2H N CH2
OC
H N CH2
N H
OC
N H
n +polykondenzace
H2O ++
formaldehydmočovinoformaldehydovaacute pryskyřice
močovina n
2 n 2 n
Scheacutema 11
Polykondenzace močoviny a formaldehydu
23 Polyadice
Polyadice je polyreakciacute molekul dvou různyacutech monomerů ktereacute obsahujiacute
odlišnou reaktivniacute funkčniacute skupinu Jeden z monomerů musiacute obsahovat takovou
funkčniacute skupinu kteraacute obsahuje slabě kyselyacute vodiacutek (např ndashOH) kteryacute může
naacutesledně uvolnit Tento vodiacutek se přesune na druhyacute monomer což umožniacute spojeniacute
obou monomerů v jeden celek Polyadice mohou miacutet řetězovyacute i stupňovityacute průběh
při ktereacutem nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute produkt Polyadici si ukaacutežeme na synteacuteze
polyurethanu (Scheacutema 12) Polyurethany jsou materiaacutely lehkeacute a pevneacute použiacutevajiacuteciacute se
k vyacuterobě syntetickyacutech vlaacuteken molitanu naacutehražek kůžiacute a lepidel
Scheacutema 12
Polyadice butan-14-diolu a hexamethylendiisokyanaacutetu
OHO
O O CO CO
(CH2)4 O C N (CH2)6 N C O
(CH2)4 NH (CH2)6 NH
n + n
butan-14-diol hexamethylendiisokyanaacutet
polyadice
polyurethanPUR
n
H
polyadice
80
3 Užitiacute plastů Plasty představujiacute početnou a staacutele se rozšiřujiacuteciacute skupinu materiaacutelů jejichž
podstatu tvořiacute syntetickeacute polymery V zaacutejmu zlepšeniacute některyacutech vlastnostiacute plastů se
k zaacutekladniacutem syntetickyacutem polymerům přidaacutevajiacute různeacute přiacutesady jako jsou pigmenty
(obarvujiacute plasty) stabilizaacutetory (zvyšujiacute životnost plastů) nebo změkčovadla (zlepšujiacute
mechanickeacute vlastnosti plastů)
Jednou z oblastiacute kde plasty zaujiacutemajiacute teacuteměř monopolniacute postaveniacute a doprovaacuteziacute
denně život každeacuteho z naacutes je obalovaacute technika Tyto obaly z plastů postupně
vytlačily klasickeacute materiaacutely jako jsou napřiacuteklad sklo nebo papiacuter Největšiacute uplatněniacute
v tomto smyslu našly polyethylen (PE) polypropylen (PP) polystyren (PS)
poly(ethylen-tereftalaacutet) (PET) a poly(vinylchlorid) (PVC) diacuteky svyacutem zejmeacutena
mechanickyacutem vlastnostem nebo odolnosti k vodě či mikroorganismům Nutno
poznamenat že vyacuterobky z těchto polymerů majiacute tzv kraacutetkyacute životniacute cyklus a staacutevajiacute se
nevyacutehodneacute v okamžiku kdy dosloužiacute Proto jsme staacutele naleacutehavěji nabaacutedaacuteni
k důsledneacutemu třiacuteděniacute odpadů mezi ktereacute vyacuterobky z plastů neodmyslitelně patřiacute
31 Recyklace odpadů z plastů
Recyklaciacute se v tomto slova smyslu rozumiacute vraacuteceniacute plastoveacuteho odpadu
do procesu ve ktereacutem vznikl Lze ji považovat za strategii kteraacute opětovnyacutem
využiacutevaacuteniacutem odpadů šetřiacute přiacuterodniacute zdroje a současně omezuje zatěžovaacuteniacute prostřediacute
škodlivinami Recyklace polymerniacuteho odpadu je dosud v Českeacute republice jen
na niacutezkeacute uacuterovni Uvaacutediacute se že se v současneacute době recykluje něco maacutelo přes 20
vyrobenyacutech plastů Většina polymerniacuteho odpadu tak končiacute na sklaacutedkaacutech kde může
přežiacutevat desetiletiacute bez podstatnyacutech změn Proti teacuteto nelichotiveacute statistice bojujiacute nejen
ekologickaacute hnutiacute ale i uacuteřady ktereacute majiacute danou problematiku v naacuteplni praacutece Pro tyto
uacutečely byla vyrobena řada televizniacutech upoutaacutevek informativniacutech letaacuteků nebo
uspořaacutedaacuteny různeacute soutěže pro žaacuteky a studenty škol ktereacute majiacute oslovit a předevšiacutem
naučit společnost jak naklaacutedat nejen s polymerniacutemi odpady
81
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
Plastoveacute odpady patřiacute do kontejneru žluteacute barvy (Obr 9) Pojmem bdquoplastoveacute
odpadyldquo v tomto přiacutepadě mysliacuteme PET lahve od naacutepojů keliacutemky plastoveacute tašky
saacutečky foacutelie obaly od praciacutech čisticiacutech a kosmetickyacutech přiacutepravků obaly od CD disků
pěnovyacute polystyren a dalšiacute vyacuterobky z plastů (je třeba sledovat naacutelepky na žlutyacutech
kontejnerech neboť zaacuteležiacute na podmiacutenkaacutech a technickeacutem vybaveniacute třiacutediciacutech linek
ve vašem městě) PET lahve se do kontejneru daacutevajiacute sešlaacutepnuteacute s utaacutehnutyacutem viacutečkem
a etiketou (ta bude odstraněna při dotřiacuteďovaacuteniacute) Plastoveacute lahve nesmiacute byacutet v žaacutedneacutem
přiacutepadě znečištěneacute Pokud chceme vytřiacutedit keliacutemky od potravin (např od jogurtů)
nemusiacuteme je vymyacutevat stačiacute jen jejich obsah vyškraacutebnout lžičkou (keliacutemky jsou
vymyacutevaacuteny až při naacutesledneacutem dotřiacuteďovaacuteniacute)
Do kontejnerů na plasty nepatřiacute novoduroveacute trubky guma molitan textil
z umělyacutech vlaacuteken linolea pneumatiky a obaly od nebezpečnyacutech laacutetek
(od motoroveacuteho oleje chemikaacuteliiacute barev)
Průměrnaacute českaacute domaacutecnost vyhodiacute za rok asi 150-200 kg odpadů Pokud
odpady třiacutediacuteme a daacutevaacuteme je do barevnyacutech kontejnerů (žlutyacute kontejner na plasty biacutelyacute
a zelenyacute na sklo modryacute na papiacuter oranžovyacute na naacutepojoveacute kartony) umožniacuteme tak
recyklaci viacutece než třetiny tohoto množstviacute Za rok tak lze vytřiacutedit až 30 kg papiacuteru
25 kg plastů a 15 kg skla
Obr 9 Kontejner na plasty (převzato z [14])
Recyklovaneacute plasty sloužiacute k vyacuterobě napřiacuteklad izolačniacutech tvaacuternic řady stavebniacutech
a zahradniacutech prvků (ploty zatravňovaciacute dlažba protihlukoveacute zaacutebrany či zahradniacute
komposteacutery) fleesovyacutech oděvů z PET (sportovniacute dresy naacutekupniacute tašky aj) pytlů
koberců a spousty dalšiacutech vyacuterobků (Obr 10)
82
a) fleesovyacute oděv b) taška c) sportovniacute dres
Obr 10 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů (a-c převzato z [1415])
Nadějiacute do budoucna jsou tzv biodegradovatelneacute (biologicky rozložitelneacute)
polymery Tyto materiaacutely se mohou ve vhodneacutem prostřediacute vlivem mikroorganismů
rozložit až na vodu a oxid uhličityacute popřiacutepadě na jineacute ekologicky přijatelneacute produkty
V současneacute době se vyraacutebiacute několik syntetickyacutech polymerů ktereacute splňujiacute kriteacuteria
biodegradovatelnosti K nejvyacuteznamnějšiacutem patřiacute kyselina polymleacutečnaacute (PLA) využiacutevanaacute
na vyacuterobu leacutekařskyacutech nitiacute ktereacute se v organismu pacienta samy časem rozložiacute
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Problematika makromolekulaacuterniacutech laacutetek a předevšiacutem syntetickyacutech polymerů nepatřiacute u studentů
gymnaacuteziiacute mezi přiacuteliš obliacutebeneacute pasaacuteže ve vyacuteuce chemie Pro tyto uacutečely vznikl tento text kteryacute maacute
shrnout nejzaacutekladnějšiacute poznatky z teacuteto problematiky a takeacute posloužit jako doprovodnyacute text k tematicky
vytvořeneacute powerpointoveacute prezentaci
Nutno poznamenat že oba dokumenty nemajiacute za uacutekol omezit tvůrčiacute přiacutestup učitele chemie
ve vyacutekladu zpracovaneacute laacutetky naopak je viacutetaacutena jakaacutekoliv improvizace v metodickeacutem či jejiacutem
obsahoveacutem pojetiacute Předevšiacutem by se měl učitel chemie opřiacutet o již zavedeneacute kurikulum ve vzdělaacutevaciacute
oblasti Člověk a přiacuteroda a přizpůsobit vyacuteuku konkreacutetniacutemu učebniacutemu plaacutenu chemie a takeacute ŠVP
gymnaacutezia
Vzhledem k tomu že teacutema plastů je nediacutelnou součaacutestiacute environmentaacutelniacute vyacutechovy
kteraacute se v raacutemci RVP pro gymnaacutezia stala vyacuteznamnyacutem průřezovyacutem teacutematem doporučuje se
vysvětlovat laacutetku v kontextu přiacuterodovědnyacutech i společenskovědniacutech oborů Je tudiacutež žaacutedouciacute aby
studentům nebyly poskytnuty pouze odborneacute informace o chemii plastů ale takeacute fakta souvisejiacuteciacute
s problematikou odpadů jejich třiacuteděniacutem a s opakovanyacutem využitiacutem recyklovatelnyacutech plastů Z tohoto
důvodu se doporučuje využiacutet formy projektoveacute vyacuteuky Projekt může byacutet realizovaacuten v raacutemci jedneacute třiacutedy
83
nebo viacutece třiacuted gymnaacutezia Teacutematem projektu může byacutet napřiacuteklad historie plastů plasty v životě
moderniacuteho člověka bdquoWichterleholdquo kontaktniacute čočky vliv plastů na životniacute prostřediacute plasty jako
konstrukčniacute materiaacutel aneb vyacuterobky z plastoveacuteho odpadu spraacutevneacute třiacuteděniacute odpadů jak se obejiacutet bez
obalů aj Uacutekolem projektu je vytvořeniacute posteru či prezentace kteraacute je společnyacutem diacutelem každeacute
řešitelskeacute skupiny Uacutespěšnaacute realizace takoveacuteho projektu zaacutevisiacute na kreativitě naacutepadech aktivniacute
spolupraacuteci studentů chuti pracovat a spolupodiacutelet se na teacutematu nejen ve vyučovaacuteniacute ale i formou
domaacuteciacute praacutece Rovněž je zapotřebiacute využitiacute školniacute knihovny a internetu učebny popřiacutepadě laboratoře
chemie a takeacute spolupraacutece s vedeniacutem školy i s učiteli fyziky biologie (ekologie) vyacutetvarneacute vyacutechovy aj
Poznaacutemka autora textu k naacutezvům polymerniacutech laacutetek bdquoMezinaacuterodniacute unie pro čistou a aplikovanou
chemii IUPAC nevydaacutevaacute přiacutekazy ani jinaacute praacutevně zaacutevaznaacute nařiacutezeniacute ale jen doporučeniacute jak tvořit
systematickeacute naacutezvy laacutetek včetně polymerů Chemickaacute veřejnost se může rozhodnout zda se bude či
nebude těmito doporučeniacutemi řiacutedit Nomenklaturniacute doporučeniacute IUPAC pro oblast polymerů respektujiacute
skutečnost že polymery jsou běžně pojmenovaacutevaacuteny jednak na zaacutekladě monomerů
ze kteryacutech jsou připravovaacuteny a jednak na zaacutekladě konstitučniacutech skupin obsaženyacutech v jejich
makromolekulaacutech V mnoha přiacutepadech jsou naacutezvy bez kulatyacutech zaacutevorek nepřiacutepustneacute Kulateacute zaacutevorky
se použiacutevajiacute v naacutezvech předevšiacutem k odděleniacute čaacutesti naacutezvu se specifickyacutemi strukturniacutemi znaky aby se
struktura vyjaacutedřila co nejsrozumitelněji Doporučuji čtenaacuteřům tohoto textu prostudovat publikaci autorů
Fikr J a Kahovec J (ref 11) ve ktereacute je stručně a přehledně vysvětleno tvořeniacute naacutezvů organickyacutech
sloučenin i polymerůldquo
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Prokopovaacute I Makromolekulaacuterniacute chemie VŠCHT Praha 2007
2 Duchaacuteček V Prokopovaacute I Dobiaacuteš J Bicheze 15 21 (2006)
3 Duchaacuteček V Bicheze 14 22 (2005)
4 Duchaacuteček V Bicheze 13 232 (2004)
5 Deviacutensky F a kol Organickaacute cheacutemia pre farmaceutov OSVETA Martin 2001
6 Blažek J Fabini J Chemie pro studijniacute obory SOŠ a SOU nechemickeacuteho
zaměřeniacute SPN Praha 1999
7 Duchaacuteček V Zaacutekladniacute pojmy z chemie a technologie polymerů jejich
mezinaacuterodniacute zkratky a obchodniacute naacutezvy VŠCHT Praha 1996
8 Naacutelepa K Stručneacute zaacuteklady chemie a fyziky polymerů UP Olomouc 1993
9 Vaciacutek J a kol Přehled středoškolskeacute chemie SPN Praha 1993
10 Čaacutersky J a kol Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute SPN Praha 1986
11 Fikr J Kahovec J Naacutezvosloviacute organickeacute chemie (3 vyd) Rubico Olomouc
2008
84
Internetoveacute odkazy 12 Šulcovaacute R Přiacuterodovědneacute projekty [online 2011-04-15] Dostupneacute z www
lthttprenasulcovaswebczprirodovedne_projektyPrirodovedne_projektypdfgt
13 Surovyacute kaučuk odkapaacutevajiacuteciacute z kaučukovniacuteku [online 2011-04-11]
Dostupneacute z www
lthttpuploadwikimediaorgwikipediacommonsthumbbb3Latex_drippingJPG
220px-Latex_drippingJPGgt
14 Kontejner na plasty Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08]
Dostupneacute z www lthttpwwwjaktriditczgt
15 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08] Dostupneacute z www
lthttpimgaktualnecentrumcz320303203037-dres-z-pet-lahvijpggt
16 Vohliacutedal J Proč a jak spraacutevně nazyacutevat polymery [online 2012-10-28]
Dostupneacute z www lthttpwwwnaturcunicz~vohlidalmchNazvypolymerudocgt
85
VYacuteBUŠNINY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc Osnova 1 Uacutevod do problematiky vyacutebušnin
11 Historie zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace vyacutebušnin
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin
21 Nitrace
22 Trhaviny
23 Střeliviny
24 Třaskaviny
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Uacutevod 11 Historie zaacutekladniacute pojmy
Vyacutebušniny definujeme obecně jako laacutetky ktereacute jsou schopny velmi rychleacute
(explozivniacute) přeměny během zlomku sekundy Při vyacutebuchu probiacutehaacute chemickaacute reakce
(rozklad laacutetky) a uvolňuje se přitom zpravidla velkeacute množstviacute tepla a různyacutech plynů
(např N2 CO CO2 H2O O2 HCl SO2 aj)
Z historie je znaacutemo že až do konce 80 let 19 stol byl jedinou vyacuteznamnou
vyacutebušninou tzv černyacute střelnyacute prach Jde o jemnou směs draselneacuteho ledku siacutery a
dřevneacuteho uhliacute při explozi probiacutehaacute reakce (zjednodušeno)
2 KNO3 + S + 3 C rarr K2S + N2 + 3 CO2
Vyacuteznamnyacutem mezniacutekem pro vyacuterobu vyacutebušnin byl objev nitračniacutech reakciacute
nitrosloučeniny však byly vesměs velmi nestabilniacute a jejich vyacuteroba i distribuce velmi
problematickaacute (např nitroglycerin snadno nečekaně exploduje i naacuterazem)
Převratnyacutem rokem ve vyacuterobě vyacutebušnin ve velkeacutem byl až r 1869 kdy šveacutedskyacute chemik
Alfreacuted Nobel (zakladatel znaacutemeacute Nobelovy nadace) vyřešil probleacutem stabilizace
nitroglycerinu jeho nasaacuteknutiacutem do vhodneacuteho nosiče (křemelina) Takto upravenyacute
nitroglycerin pak exploduje až po vhodneacute iniciaci např roznětkou Ohromnyacute rozvoj
průmyslu vyacutebušnin nastal v obdobiacute prvniacute a zejmeacutena pak druheacute světoveacute vaacutelky
Každaacute vyacutebušnina je charakterizovaacutena řadou fyzikaacutelně-chemickyacutech parametrů
Mezi nejdůležitějšiacute patřiacute
a) Detonačniacute rychlost v - u běžně použiacutevanyacutech laacutetek ve vojenstviacute byacutevaacute v rozmeziacute
6000ndash8000 ms u průmyslovyacutech trhavin do 5000 ms
b) Uvolněnaacute energie při vyacutebuchu Q ndash s hodnotami dnes většinou nad 900 kcalkg
Např pro vyacuteše uvedenyacute černyacute střelnyacute prach jsou tyto hodnoty v = 400 ms Q = 600-800kcalkg
Mezi zaacutekladniacute požadavky na komerčně vyraacuteběneacute vyacutebušniny patřiacute daacutele fyzikaacutelniacute i chemickaacute stabilita
(staacutelost v teplotniacutem rozmeziacute -30 až +40ordmC) necitlivost k vnějšiacutem podnětům (bezpečnost při
zachaacutezeniacute) dostupnostcena vyacutechoziacutech laacutetek potřebnyacutech k vyacuterobě a bezpečnost vyacuteroby
___________ Přesnějšiacute reakce vyacutebuchu dle Bertholeta 16 KNO3 + 6 S + 13 C rarr 5 K2SO4 + 2 K2CO3 + K2S + 8 N2 + 11CO2
Je-li v lt 330 ms (rychlost zvuku) jde o tzv deflagraci
při v gt 330 ms se pak jednaacute o detonaci
87
12 Klasifikace vyacutebušnin
Vyacutebušniny lze dělit podle různyacutech hledisek
I Podle způsobu použitiacute
a) Trhaviny (maacutelo citliveacute k vyacutebuchu je nutnaacute roznětka) ndash např dynamit
b) Střeliviny (prachy k vyacutestřelu střely z hlavně) ndash např bezdyacutemyacute prach
c) Třaskaviny (citliveacute na naacuteraz jiskru užitiacute jako rozbušky) ndash např azidy
II Podle chemickeacuteho složeniacute
Chemickaacute individua
a) Nitrosloučeniny (obsahujiacute R3C-NO2) ndash např trinitrotoluen TNT
b) Estery HNO3 (s alkoholy R3C-O-NO2) ndash např nitroglycerin
c) Nitraminy (obsahujiacute R2N-NO2) ndash např hexogen
d) Vyacutebušneacute soli kyselin ndash např od HNO3 HClO3 HClO4
e) Sloučeniny azoimidu (obsahujiacute skupinu N3-) ndash např AgN3
f) Ostatniacute (acetylidy fulminaacutety aj)
Směsi (např amatoly TNT + NH4NO3 + hexogen)
III Dle konzistence
- pevneacute (krystalickeacute či praacuteškoviteacute) ndash např kyselina pikrovaacute
- kapalneacute (nitroglycerin)
- polotekuteacute a plastickeacute (Semtex)
____________ Maacuteme na mysli tzv bdquoklasickeacute vyacutebušninyldquo použiacutevaneacute jak k vaacutelečnyacutem tak i k miacuterovyacutem uacutečelům Dnešniacute
vojenstviacute ovšem disponuje i moderniacutemi zbraněmi založenyacutemi na řetězoveacute štěpneacute reakci uranu 235U (atomovaacute bomba) např
235
92U n U 10
23592 + rarr139
56 Ba + 94
36Kr + 3 10 n
popř využiacutevajiacuteciacute spojovaacuteniacute lehčiacutech jader (bdquosleacutevaacuteniacuteldquo jader - vodiacutekovaacute bomba) např
21D + 31T rarr 4
2He + 10n s nebyacutevale mohutnyacutemi uacutečinky (např atomovaacute bomba v Hirošimě měla ekvivalent cca 30 kt TNT)
88
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin 21 Nitrace
Principem nitračniacutech reakciacute je vpravovaacuteniacute funkčniacute skupiny ndashNO2 do molekul
(organickyacutech) laacutetek pomociacute tzv nitračniacute směsi (= směs konc HNO3 + H2SO4)
Vyacuteznam majiacute předevšiacutem aromatickeacute nitroderivaacutety např
C6H6 + 3 HNO3 rarr (135-)(NO2)3C6H3 + 3 H2O
benzen sym-trinitrobenzen Poznaacutemka
Zjednodušenaacute interpretace že kyselina siacuterovaacute pouze bdquovaacuteželdquo vzniklou vodu je nepřesnaacute ndash ve
skutečnosti jde o tzv elektrofilniacute substituci kdy zpočaacutetku probiacutehaacute reakce
HNO3 + 2 H2SO4 rarr NO2+ + H3O+ + 2 HSO4
-
a takto vzniklyacute nitroniovyacute kation je vlastniacutem elektrofilniacutem činidlem atakujiacuteciacutem aromatickeacute jaacutedro
(kyselina siacuterovaacute se tedy uacutečastniacute reakce)
Nitračniacute reakce probiacutehajiacute ochotněji u derivaacutetů benzenu (fenol toluen) přitom je nutno
vziacutet v potaz znaacutemaacute substitučniacute pravidla na aromatickeacutem jaacutedře
- substituenty I třiacutedy jako např ndashCH3 ndashOH řiacutediacute substituci do poloh ortho- para-
- substituenty II třiacutedy jako ndashNO2 řiacutediacute substituci do poloh meta-
Přesneacute složeniacute nitračniacute směsi se voliacute podle typu nitrovaneacute laacutetky a stupně nitrace (u
vyššiacutech nitroderivaacutetů pracujeme zpravidla v přebytku kyseliny dusičneacute)
Vlastniacute reakce probiacutehaacute za intenzivniacuteho miacutechaacuteniacute a chlazeniacute ve specielniacutech kotliacutech
(nitraacutetory) s dvojityacutem plaacuteštěm Při nitraciacutech je nutno dodržovat přiacutesnaacute bezpečnostniacute
pravidla ndash hroziacute např přehřaacutetiacute směsi a naacuteslednyacute vyacutebuch
Přehled nejznaacutemějšiacutech a nejviacutece použiacutevanyacutech nitrolaacutetek a jejich explozivniacutech reakciacute
je uveden v naacutesledujiacuteciacutech kapitolaacutech
22 Trhaviny
Jde o největšiacute skupinu vyacutebušnin poměrně maacutelo citlivyacutech k jednoduchyacutem
podnětům (třeniacute naacuteraz) K detonaci jsou přivaacuteděny pomociacute rozbušky (roznětky
detonaacutetoru) Použiacutevajiacute se jak k uacutečelům miacuterovyacutem (kamenolomy doly tunely) tak i
vaacutelečnyacutem (naacuteplně granaacutetů min bomb)
89
Než probereme nejznaacutemějšiacute zaacutestupce teacuteto skupiny je třeba zdůraznit že
z hlediska terminologie lze jako skutečneacute nitroderivaacutety označovat pouze sloučeniny
majiacuteciacute nitroskupinu vaacutezanou přiacutemo na uhliacutek (obsahujiacute vazbu C ndash NO2)
a) Nitrosloučeniny
Praktickyacute vyacuteznam majiacute pouze aromatickeacute nitrolaacutetky
Nejviacutece použiacutevaneacute sloučeniny
bdquoTritolldquo TNT IUPAC 246-trinitrotoluen ( v = 7400 ms Q = 950 kcalkg) CH3
NO2
O2N NO2
Vyacuteroba Nitraciacute toluenu do 3 stupně
Vlastnosti nažloutleacute jehlice teplota taacuteniacute 80ordmC
Referenčniacute laacutetka pro ekvivalent atomovyacutech bomb (viz str 3) Pozn Během II světoveacute vaacutelky vyraacutebělo Německo cca 4000 tun TNT měsiacutečně
bdquoEkrazitldquo kyselina pikrovaacute IUPAC 246-trinitrofenol (v= 7000ms Q = 1000kcalkg)
NO2
NO2O2N
OH
Vyacuteroba Nitraciacute fenolu do 3 stupně
Vlastnosti Žluteacute krystalky nahořkleacute chuti teplota taacuteniacute 122ordmC tvořiacute soli (vyacutebušnyacute pikraacutet
amonnyacute) Užiacutevaacuten mj do dělostřeleckyacutech granaacutetů
bdquoHexylldquo sym-hexanitrodifenylamin teacutež dipikrylamin
dle IUPAC 246-trinitro-N-(246-trinitrophenyl)anilin ( v = 7100 ms Q = 1040 kcalkg)
NH NO2
O2N
O2NNO2
NO2
O2N
90
Vyacuteroba Kompletniacute nitraciacute difenylaminu
Vlastnosti Žluteacute jehličky viacutece citliveacute k naacuterazu (použiacutevanyacute např jako naacuteplň torpeacuted)
b) Nitroestery
Jednaacute se o sloučeniny s vazbou ndashCH2ndashOndashNO2 vznikajiacuteciacute esterifikačniacute reakciacute např
viacutecesytnyacutech alkoholů s HNO3 Nejznaacutemějšiacute laacutetky
Nitroglycerin (spraacutevně trinitraacutet glycerolu) v = 8000 ms Q = 1500 kcalkg
Nitroglycerin se vyraacutebiacute uacuteplnou nitraciacute glycerolu CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2
H2SO4
- 3 H2O
Vlastnosti Bezbarvaacute jedovataacute viskoacutezniacute kapalina naslaacutedleacute chuti nerozpustnaacute ve vodě
Pozor Hroziacute nebezpečiacute explozivniacuteho rozkladu zahřaacutetiacutem nad 50ordmC či naacuterazem
Vyrobenyacute nitroglycerin se zpracovaacutevaacute na dynamit (nasaacuteklyacute v křemelině v poměru
31) nebo na bezdyacutemyacute střelnyacute prach (viz střeliviny)
Vyacuteroba u naacutes Semtiacuten u Pardubic přiacutesnaacute bezpečnostniacute opatřeniacute (bunkry s lehkyacutemi
střechami omezeniacute ručniacute manipulace)
nitroglycerin ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
4 C3H5(ONO2)3 rarr 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Kromě nitroglyceriacutenu existuje řada nitroesterů dvoj- až čtyřsytnyacutech alkoholů
(glykolů) s podobnyacutemi vlastnostmi
Nejznaacutemějšiacute z nich je tzv pentrit (pentaerythrit-tetranitraacutet) v = 8000 ms Q = 1530 kcalkg
OO2N C
CH2
CH2
CH2
CH2
O NO2
O NO2
O NO2
Na baacutezi pentritu s butadienstyreacutenovyacutem kaučukem jsou založeny tzv plastickeacute
trhaviny (Semtex)
91
Nitrocelulosa (nitraacutet celulosy) v = 7000 ms Q = 950-1025 kcalkg
Nitrocelulosa vznikaacute nitraciacute polysacharidu celulosy (velmi čisteacute) do obsahu cca 14
dusiacuteku (což odpoviacutedaacute bdquotrinitraacutetuldquo celulosy)
Historie 1845 Schoumlnbein ndash nitrace bavlny (bdquostřelnaacute bavlnaldquo)
Nitrocelulosa ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
2 C24H29O9(ONO2)11rarr 36CO2+ 47CO+ 4CH4+ 39H2O+ 2C2H2+ 3HCN+ 72 H2 + 372 N2 + 2NH4HCO3
c) Nitraminy
Jde o sloučeniny obsahujiacuteciacute funkčniacute skupinu =NndashNO2
Jsou znaacutemy jak alifatickeacute tak aromatickeacute i heterocyklickeacute laacutetky tohoto typu
(Daacutele se děliacute na primaacuterniacute R-NH-NO2 a sekundaacuterniacute R1R2-N-NO2)
Nejdůležitějšiacute zaacutestupci
Tetryl (246-trinitrofenyl-methyl-nitramin IUPAC N-methyl-N246-tetranitroanilin) v = 7500 ms Q = 1100 kcalkg
NCH3
NO2
NO2
O2N
O2N
Hexogen (cyklotrimethylentrinitramin IUPAC 135-trinitro-135-triazin) v = 8000 ms Q = 1390 kcalkg
N
N N
NO2
NO2O2N
92
d) Vyacutebušneacute soli kyselin
K vyacutebušnyacutem soliacutem patřiacute zejmeacutena amonneacute soli kyseliny dusičneacute chlorečneacute chloristeacute
(di)chromany a manganistany Vyacutebušneacute soli ndash rovnice vybranyacutech vyacutebušnyacutech reakciacute
NH4NO3 rarr N2 + 2 H2O + frac12 O2 ndash 346 kcalkg
2 NH4ClO3 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 32 O2 ndash 359 kcalkg
2 NH4ClO4 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 52 O2 ndash 266 kcalkg
(NH4)2Cr2O7 rarr Cr2O3 + N2 + 4 H2O ndash 310 kcalkg
2 NH4MnO4 rarr N2 + 2 MnO2 + 4 H2O ndash 280 kcalkg
23 Střeliviny (bdquostřelneacute prachyldquo)
Střeliviny patřiacute mezi vyacutebušneacute směsi sloužiacuteciacute k vystřeleniacute naacuteboje z hlavně
v důsledku mohutneacuteho tlaku plynů vzniklyacutech při explozi Jak již bylo zmiacuteněno
v uacutevodu patři sem i klasickyacute černyacute střelnyacute prach (prvniacute popis R Bacon r 1249)
jehož složeniacute se v čase měnilo a ustaacutelilo se na 75 KNO3 (NaNO3 nelze použiacutet pro
hygroskopičnost) 15 dřevneacuteho uhliacute a 10 siacutery
K vyacuterobě je nutneacute použiacutet jemně praacuteškovaneacute velmi čisteacute komponenty Při
vyacuterobě se suroviny melou miacutesiacute v dřevěnyacutech bubnech zvlhčujiacute a zhutňujiacute a nakonec
lisujiacute mezi měděnyacutemi deskami pod tlakem 30 at vyacuteslednyacute produkt se granuluje nebo
lisuje do vaacutelečků o průměru cca 3 cm Vyacuteroba je velmi nebezpečnaacute ndash snadno může
dojiacutet k explozi vyvolaneacute i např statickou elektřinou Černyacute prach se použiacuteval jako
vyacutemetnaacute naacuteplň roznětka zaacutepalnice s časovyacutem zpožděniacutem apod
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (v = 3800 ndash 7000 ms Q = 700 ndash 950 kcalkg)
Jeho vyacuteroba vychaacuteziacute z nitrocelulosy a nitroglycerinu Probleacutemem při použitiacute byl
obrovskyacute tlak při explozi kteryacute může veacutest až k roztrženiacute hlavně Proto se
nitrocelulosa zpočaacutetku rozpouštěla v organickyacutech rozpouštědlech (ether aceton) po
jejichž odpařeniacute vznikne bdquoblaacutenaldquo hořiacuteciacute pomaleji R 1888 A Nobel navrhl rozpouštět
nitrocelulosu v nitroglycerinu (vznikl tzv bdquobalistitldquo) takže běžnaacute hlaveň děla bdquovydrželaldquo
až 1700 vyacutestřelů přiacutedavkem nitrodiglykolu se vyacutedrž zvyacutešila až přes 10 000 vyacutestřelů
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach je poměrně nestabilniacute jeho stabilitu lze zvyacutešit
přiacutedavkem difenylaminu nebo MgO Vyrobenyacute prach se expeduje ve formě malyacutech
šupinek či destiček nebo se lisuje do tyčinek (viz Obr 1)
Prvniacute velkeacute použitiacute černeacuteho prachu u dělostřelectva se datuje r 1346 v bitvě u Kresčaku Byla zaznamenaacutena řada katastrof (1905 exploze prachu na japonskeacutem křižniacuteku Mikasa 1907
vyacutebuch muničniacuteho skladiště Jena aj)
93
Obr 1 Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (vlevo ndash naacuteplň střely do samopalu vpravo ndash dělostřeleckyacute prach
ve formě slisovaneacute trubičky) Pro naacutezornost na obraacutezku uprostřed kancelaacuteřskaacute sponka
24 Třaskaviny
Do teacuteto skupiny patřiacute celaacute řada různorodyacutech chemickyacutech sloučenin (fulminaacutety
azidy acetylidy) Jde o laacutetky vybuchujiacuteciacute po iniciaci (např zahřaacutetiacutem naacuterazem
elektrickou jiskrou) Sloužiacute jako rozbušky (roznětky) pro hlavniacute naacutelož trhaviny
a) Fulminaacutety Tyto laacutetky se odvozujiacute od kyseliny třaskaveacute (fulminoveacute) |CequivNndashOH kteraacute neniacute znaacutema
volnaacute pouze ve formě soliacute Nejdeacutele znaacutemyacute je fulminaacutet rtuti (bdquotřaskavaacuteldquo rtuť)
Hg(ONC)2 Jde o šedobiacutelou laacutetku maacutelo rozpustnou ve vodě leacutepe v alkoholu
Rovnice vyacutebušneacute reakce Hg(ONC)2 rarr Hg + 2 CO + N2 ndash 357 kcalkg (v = 6500 ms)
Velmi podobneacute vlastnosti maacute i třaskaveacute střiacutebro Ag(ONC) ktereacute je však dražšiacute a
meacuteně užiacutevaneacute
b) Azidy Jsou to soli azoimidu (HN3 těkavaacute jedovataacute kapalina pronikaveacuteho zaacutepachu)
Nejpoužiacutevanějšiacute jsou
Azid olovnatyacute Pb(N3)2 ndash nažloutlaacute laacutetka stabilniacute do 75ordmC meacuteně citlivaacute k naacuterazu viacutece
ke třeniacute
Rovnice rozkladu Pb(N3)2 rarr Pb + 3 N2
Azid střiacutebrnyacute AgN3 maacute podobneacute vlastnosti
Azid měďnatyacute Cu(N3)2 je extreacutemně citlivyacute i na dotyk
94
c) Acetylidy
Tyto třaskaviny se odvozujiacute od ethynu HCequivCH naacutehradou atomů vodiacuteku kovem
Praktickyacute vyacuteznam maacute acetylid měďnyacute Cu-CequivC-Cu a střiacutebrnyacute Ag-CequivC-Ag
Rovnice rozkladu Ag2C2 rarr 2 Ag + 2 C (se vzdušnyacutem kysliacutekem dalšiacute reakce na oxidy)
Jde o krystalickeacute laacutetky nerozpustneacute ve vodě vybuchujiacuteciacute naacuterazem či zahřaacutetiacutem
d) Ostatniacute třaskaviny
Do teacuteto skupiny laacutetek lze zařadit
Tetranitrid tetrasiacutery S4N4 ndash oranžoveacute krystalky vybuchujiacuteciacute naacuterazem zahřaacutetiacutem
Jododusiacutek NI3nNH3 je hnědočervenaacute laacutetka explodujiacuteciacute i pouhyacutem dotykem ()
Peroxosloučeniny (i samotnyacute konc H2O2) např peroxoaceton
CH3
CH3
O O CH3
CH3O O
Bertholetovo třaskaveacute střiacutebro Ag3N citliveacute i na sebemenšiacute mechanickyacute impuls
Pozor Tato laacutetka může vzniknout i při Tollensově reakci (Ag-zrcaacutetko) při vyschnutiacute
obsahu zkumavky - pak hroziacute při čištěniacute zkumavky exploze
3 [Ag(NH3)2]Cl rarr Ag3N + 3 NH4Cl + 2NH3
3 Jednoducheacute ilustračniacute pokusy Všechny daacutele uvedeneacute experimenty je možneacute provaacutedět pouze v digestoři za
asistence a pod odbornyacutem dohledem učitele a za použitiacute ochrannyacutech prostředků
(obličejovyacute štiacutet)
a) Přiacuteprava černeacuteho střelneacuteho prachu a jeho vlastnosti Na papiacuteře důkladně promiacutechaacuteme směs malou lžičku KNO3 půl lžičky jemně praacuteškoveacute siacutery a
čtvrt lžičky rozetřeneacuteho dřevěneacuteho uhliacute Tuto směs nasypeme do železneacute misky na piacutesku a
zapaacuteliacuteme špejliacute Pozorujeme prudkou exotermniacute reakci
95
b) Hořeniacute střelneacute bavlny Střelnaacute bavlna je vlastně nitraacutet celulosy kteryacute lze připravit reakciacute chomaacutečku vaty (1 g)
s nitračniacute směsiacute (10 cm3 konc H2SO4 + 10 cm3 konc HNO3) v kaacutedince po dobu cca 20 min
Obr 2 Hořeniacute nitrocelulosy
Vatu potom vyjmeme propereme vodou a volně usušiacuteme Kousek produktu zapaacuteliacuteme a
pozorujeme jak prudce shořiacute (viz obr 2)
c) Exploze směsi chlorečnanu s praacuteškovou siacuterou (fosforem) Pouhyacutem volnyacutem přesypaacutevaacuteniacutem na papiacuteře bez doteku smiacutechaacuteme malaacute množstviacute (jen na
špičku špachtle) KClO3 a stejneacute množstviacute praacuteškoveacute siacutery (nebo červeneacuteho fosforu) Směs
opatrně zabaliacuteme do tenkeacuteho papiacuteru položiacuteme na pevnou podložku (betonovaacute dlažba) a
uacutederem kladiacutevka přivedeme k explozi
Rovnice vyacutebušneacute reakce 2 KClO3 + 3 S rarr 2 KCl + 3 SO2
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů Literatura Urbaňski T Chemie a technologie vyacutebušnin I ndash III SNTL Praha 1958
Babaacutek Z Vraacutebel Z Chemie ndash vybraneacute kapitoly scrpt VA Brno 1994
Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
UP Olomouc 2007
Internetoveacute odkazy httpcswikipediaorgwikiVC3BDbuC5A1nina
httpwwwjergymhieducz~canovmvybusninvybusninhtm
96
ELEKTROLYacuteZA
Text zpracoval Doc RNDr Zdeněk Šindelaacuteř CSc
Osnova
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
Zaacutekladniacute pojmy
2 Elektrolyacuteza
21 Elektrolyacuteza chloridu zinečnateacuteho a sodneacuteho
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli
23 Faradayovy zaacutekony
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
97
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
11 Zaacutekladniacute pojmy
Elektrochemiiacute rozumiacuteme obor chemie kteryacute se zabyacutevaacute procesy probiacutehajiacuteciacutemi
na rozhraniacute mezi elektrodou a elektrolytem Elektrodou je zpravidla vodič 1 druhu
(kov ndash např měď rtuť železo nikl chrom platina ale i uhliacutek ve formě grafitu) Volba
materiaacutelu elektrody souvisiacute s chemickyacutemi vlastnostmi elektrolytu a se změnami ke
kteryacutem v elektrolytu dochaacuteziacute Elektrolytem je roztok nebo i tavenina laacutetky kteraacute maacute
schopnost disociovat na volneacute ionty Takovou laacutetkou je napřiacuteklad chlorid sodnyacute jehož
vodnyacute roztok nebo jeho tavenina jsou elektrolyty Je to sloučenina ve ktereacute jsou
atomy vaacutezaacuteny chemickou vazbou kteraacute maacute vyacuterazně iontovyacute charakter Elektrolyty
jsou takeacute vodiči elektrickeacuteho proudu a označujeme je jako vodiče 2 druhu
Elektrolytickou disociaci (rozpad laacutetky na ionty v tavenině a ve vodneacutem roztoku)
zapiacutešeme rovniciacute
NaCl rarr Na+ + Cl-
Schopnost laacutetek disociovat v roztoku popisujeme pojmem siacutela elektrolytu
V přiacutepadě NaCl se jednaacute o silnyacute elektrolyt tedy prakticky všechen rozpuštěnyacute chlorid
sodnyacute je ve vodneacutem roztoku disociovaacuten na ionty ktereacute jsou tak od sebe odděleny a
jsou obklopeny molekulami rozpouštědla v našem přiacutepadě molekulami vody
Řiacutekaacuteme že ionty jsou ve vodnyacutech roztociacutech hydratovaacuteny
2 Elektrolyacuteza
Elektrolyacutezu lze chaacutepat jako děj při ktereacutem dochaacuteziacute na elektrodaacutech
vloženyacutech do elektrolytu k chemickyacutem změnaacutem způsobenyacutech průchodem elektrickeacuteho proudu z vnějšiacuteho zdroje V tomto přiacutepadě budeme většinou volit
takoveacute elektrody ktereacute nebudou podleacutehat během procesu změnaacutem (budou chemicky
inertniacute) Na obr 1 je znaacutezorněn schematicky pokus kteryacute naacutem pomůže pochopit
jakeacute děje během elektrolyacutezy probiacutehajiacute
98
Obr 1 Elektrolyzeacuter
Ve scheacutematu vidiacuteme jednotliveacute elektrody ktereacute nesou označeniacute podle toho ke
ktereacutemu poacutelu zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute jsou připojeny V přiacutepadě elektrolyacutezy
je elektroda připojenaacute ke kladneacutemu poacutelu zdroje označovaacutena jako anoda protože k niacute
elektromigraciacute putujiacute ionty opačneacute polarity ndash tedy zaacuteporně nabiteacute anionty Anoda je
elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy oxidace (bez ohledu na polaritu elektrod)
K zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje je připojena katoda ke ktereacute analogicky putujiacute kladně
nabiteacute čaacutestice ndash kationty Katoda je elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy redukce (opět
bez ohledu na polaritu elektrod) Elektromigrace je tedy pohyb nabityacutech čaacutestic
usměrněnyacute vlivem elektrickeacuteho pole
Před zapojeniacutem zdroje jsou koncentrace všech složek elektrolytu v každeacutem
miacutestě roztoku stejneacute (jak viacuteme roztok je homogenniacute směs) Po zapnutiacute zdroje se
začnou ionty v důsledku přiacutetomnosti elektrickeacuteho pole pohybovat k opačně nabiteacute
elektrodě Když dospějiacute až k jejiacutemu povrchu vybijiacute se a produkt se buď vyloučiacute na
přiacuteslušneacute elektrodě přiacutepadně ihned reaguje s dalšiacutemi složkami elektrolytu nebo
přiacutemo s elektrodou V důsledku toho se však sniacutežiacute koncentrace vybiacutejenyacutech iontů
v bliacutezkosti elektrody a přiacutesun novyacutech iontů k elektrodě začiacutenaacute byacutet řiacutezen difuacuteziacute Ionty
difundujiacute do miacutest s nižšiacute koncentraciacute ve snaze obnovit homogenniacute prostřediacute Procesy probiacutehajiacuteciacute v bliacutezkosti elektrod nejsou jednoducheacute a zaacutevisejiacute silně na dalšiacutech faktorech
Jedniacutem z důležityacutech faktorů je zda budeme elektrolyt během elektrolyacutezy miacutechat protože konvekce
(prouděniacute) maacute velkyacute vliv na průběh celeacuteho procesu
99
Velmi důležiteacute je takeacute zda odděliacuteme anodovyacute a katodovyacute prostor přepaacutežkou
kteraacute umožniacute průchod elektrickeacuteho proudu elektrolyzeacuterem a přitom zabraacuteniacute
promiacutechaacutevaacuteniacute vzniklyacutech produktů elektrolyacutezy v bliacutezkosti elektrod Tato přepaacutežka se
nazyacutevaacute diafragma a byacutevaacute to obvykle poreacutezniacute keramickyacute materiaacutel Mohou to byacutet
podle uacutečelu ale různeacute jineacute materiaacutely na baacutezi plastickyacutech hmot polymerniacute gely nebo
napřiacuteklad celofaacuten Jak již bylo řečeno aby mohl elektrolyzeacuterem proteacutekat elektrickyacute proud musiacuteme na elektrody
vložit elektrickeacute napětiacute Minimaacutelniacute napětiacute ktereacute způsobiacute že začne systeacutemem proteacutekat elektrickyacute proud
označujeme jako rozkladneacute napětiacute jeho velikost souvisiacute uacutezce s pojmem elektrochemickyacute člaacutenek
Velikost proudu kteryacute zařiacutezeniacutem prochaacuteziacute zaacutevisiacute rovněž na mnoha faktorech Velkyacute vliv majiacute zejmeacutena
velikost plochy elektrod a koncentrace elektrolytu Velikost proudu vztaženaacute na jednotku plochy
(obvykle cm2) označujeme pojmem proudovaacute hustota [Acm-2] Proudovaacute hustota a složeniacute
(koncentrace) elektrolytu rozhodujiacuteciacutem způsobem ovlivňujiacute konečneacute složeniacute produktů elektrolyacutezy
21 Elektrolyacuteza ZnCl2 a NaCl
Průběh elektrolyacutezy vodneacuteho roztoku chloridu zinečnateacuteho můžeme zapsat
naacutesledovně
katoda Zn2+ + 2 e- rarr Zn
anoda 2 Cl- rarr Cl2 + 2 e-
Produkty procesu jsou plynnyacute chlor a zinek jako volnyacute kov
Elektrolyacuteza však může miacutet i značně komplikovanyacute průběh kteryacute je silně zaacutevislyacute
na podmiacutenkaacutech provedeniacute Přiacutekladem může byacutet elektrolyacuteza chloridu sodneacuteho
Budeme-li při odděleneacutem katodoveacutem a anodoveacutem prostoru v inertniacute atmosfeacuteře
elektrolyzovat taveninu chloridu sodneacuteho ziacuteskaacuteme kovovyacute sodiacutek a plynnyacute chlor
katoda 2 Na+ + 2 e- rarr 2 Na
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
Všimněme si že složeniacute elektrolytu (taveniny) se nijak vyacuteznamně neměniacute
vylučujiacute se ekvivalentniacute množstviacute chloru a sodiacuteku
Při elektrolyacuteze vodneacuteho roztoku NaCl je situace složitějšiacute V přiacutepadě oddělenyacutech
prostorů elektrod bude v katodoveacutem prostoru dochaacutezet k vyredukovaacuteniacute vodiacuteku
protože elektron přenesenyacute na ion sodnyacute přechaacuteziacute ihned na molekulu vody
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2 NaOH + H2
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
100
Při tomto procesu se ale vyacuteznamně měniacute složeniacute elektrolytu postupně miziacute z roztoku
chloridovyacute ion kteryacute je nahrazen aniontem OH- Po vyčerpaacuteniacute chloridovyacutech iontů bude pokračovat elektrolyacuteza za vzniku kysliacuteku z vybiacutejenyacutech iontů
hydroxidovyacutech
anoda 4 OH- rarr 4 OHbull + 4 e- a daacutele 4 OHbull rarr 2 H2O2 rarr 2 H2O + 2 Obull
2 Obull rarr O2
Pokud provedeme elektrolyacutezu na rtuťoveacute elektrodě (-) s oddělenyacutemi
elektrodovyacutemi prostory bude se na katodě pouze redukovat sodiacutek kteryacute se rtutiacute
vytvořiacute amalgaacutem Na anodě se bude opět vylučovat chlor Po vypnutiacute elektrickeacuteho
zdroje se začne z amalgaacutemu vylučovat sodiacutek a reagovat s vodou za vzniku vodiacuteku a
hydroxidu sodneacuteho Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem vodiacuteku na rtuťoveacute
elektrodě Při elektrolyacuteze s neoddělenyacutemi prostory elektrod za miacutechaacuteniacute a chlazeniacute elektrolytu
Primaacuterniacute procesy na elektrodaacutech jsou stejneacute jako v předchoziacutem přiacutepadě ale naacutesleduje reakce
2 NaOH + Cl2 rarr NaCl + NaClO + H2O
Produktem procesu je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlornanu sodneacuteho
Nebudeme-li elektrolyt chladit dojde k disproporcionaci NaClO
3 NaClO rarr 2 NaCl + NaClO3
nebo
6 NaOH + 3 Cl2 rarr 5 NaCl + NaClO3 + 3 H2O
Konečnyacutem produktem je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlorečnanu sodneacuteho
Poznamenejme ještě že elektrolyacutezou roztoků chlorečnanu za silneacuteho chlazeniacute (teplota by
neměla překročit přiacuteliš přes 20degC) s použitiacutem platinovyacutech elektrod ziacuteskaacuteme roztoky chloristanů
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2Na+ + 2OH- + H2
anoda 2 ClO3- rarr 2 ClO3 + 2 e-
2 ClO3 + H2O rarr HClO3 + HClO4
s naacuteslednou neutralizaciacute 2 NaOH + HClO3 + HClO4 rarr NaClO3 + NaClO4 + 2 H2O
Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem platinoveacute elektrody ke kysliacuteku
Při vyššiacutech teplotaacutech dochaacuteziacute k reakci
2 ClO3 + H2O rarr 2 HClO3 + Obull a naacutesledně 2 Obull rarr O2
a na anodě dojde k vylučovaacuteniacute kysliacuteku V tomto přiacutepadě jsou produkty elektrolyacutezy stejneacute jako při
elektrolyacuteze vody okyseleneacute zředěnou kyselinou siacuterovou tj vodiacutek a kysliacutek
101
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli CuSO4
Elektrolyacuteza měďnateacute soli ve vodneacutem roztoku s využitiacutem měděnyacutech elektrod
(anoda i katoda jsou ze stejneacuteho materiaacutelu tedy z mědi) vede k vylučovaacuteniacute mědi na
katodě z roztoku za současneacuteho doplňovaacuteniacute měďnatyacutech iontů z rozpouštěneacute anody
katoda Cu2+ + 2e- rarr Cu
anoda Cu + SO42- rarr Cu2+ + SO4
2- + 2e-
Vyacutesledkem je přenos materiaacutelu anody (suroveacute mědi) na katodu (čistaacute měď)
Tento postup se v praxi využiacutevaacute k elektrolytickeacutemu čištěniacute suroveacute mědi Ziacuteskaacute se tak
kov vysokeacute čistoty
Poznaacutemka pod anodou se usazujiacute anodoveacute kaly (nečistoty v anodě obsaženeacute) ktereacute jsou zdrojem
dalšiacutech prvků ktereacute doprovaacutezejiacute v přiacuterodě měď - zejmeacutena Ag Au platinoveacute kovy Rozkladneacute napětiacute
takoveacuteho roztoku (např CuSO4 slabě okyseleneacuteho kyselinou siacuterovou pro potlačeniacute hydrolytickyacutech
procesů) je velmi niacutezkeacute Virtuaacutelniacute pokus je možno snadno proveacutest nebo simulovat na přiloženeacutem
programu Vaacuteženiacutem elektrod po provedeneacutem experimentu a měřeniacutem času a proudu je naviacutec možno
ověřit platnost Faradayovyacutech zaacutekonů 23 Faradayovy zaacutekony elektrolyacutezy
1 Faradayův zaacutekon vyjadřuje množstviacute (hmotnost) laacutetky kteraacute vznikne při
průchodu stejnosměrneacuteho elektrickeacuteho proudu za určitou dobu
m = A middot I middot t kde m ndash hmotnost vyloučeneacute laacutetky
A - konstanta (tzv elektrochemickyacute ekvivalent)
I - elektrickyacute proud
t - čas
Protože elektrickyacute naacuteboj Q = I t můžeme vyacuteraz zkraacuteceně zapsat m = AQ
2 Faradayův zaacutekon formuluje vyacuteraz pro vyacutepočet elektrochemickeacuteho
ekvivalentu A Slovně ho lze vyjaacutedřit větou že laacutetkovaacute množstviacute
vyloučenaacute stejnyacutem naacutebojem jsou chemicky ekvivalentniacute Potom platiacute
FzMAsdot
=
kde M - molaacuterniacute hmotnost
z - počet vyměňovanyacutech elektronů při elektrodoveacutem ději
102
F je Faradayova konstanta (F = 96485104 Cmol-1) kteraacute je čiacuteselně
rovna elektrickeacutemu naacuteboji potřebneacuteho k vyloučeniacute 1z molu laacutetky
Konečnyacute vyacuteraz pro vyacutepočet množstviacute laacutetky přeměněneacute průchodem elektrickeacuteho
proudu po danou dobu lze tedy zapsat ve tvaru
tIFz
Mm sdotsdot=sdot
Poznaacutemka je zaacutesadně důležiteacute dosadit do vzorce veličiny ve spraacutevnyacutech jednotkaacutech
Požadujeme-li vyacutesledek m [g] pak musiacuteme dosazovat I [A] t [s]
Přiacuteklad Kolik g Cu se vyloučiacute na katodě při rafinaci mědi průchodem proudu 1 A po dobu 300 s
Řešeniacute Protože na přeměnu jednoho iontu Cu2+ na čistou měď potřebujeme vyměnit 2 elektrony (viz kap
22 z = 2) dostaneme po dosazeniacute (relativniacute atomovaacute hmotnost mědi je 6354) do vztahu pro m
Vyacutesledek m = 0099 asymp 01 g mědi
Vyacutepočet probiacutehaacute automaticky např při spuštěniacute přiloženeacute animace (viz 24 ovlaacutedaacuteniacute je intuitivniacute)
Na zaacutevěr je ještě třeba zmiacutenit že technickyacute (dohodnutyacute) směr proudu (fyzika
elektrotechnika) je vždy od kladneacuteho k zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje a je tedy opačnyacute než
pohyb elektronů
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
Všechny animace použiteacute k doplněniacute toto textu jsou k dispozici zde
httpgoogleiastateedusearchq=cachendvLO9akz9cJwwwchemiastateedugro
upGreenbowesectionsprojectfolderanimationsindexhtm+electrolysisampoutput=xml_
no_dtdampclient=default_frontendampproxystylesheet=default_frontendampie=UTF-
8ampaccess=pampoe=ISO-8859-1
Ostatniacute informace potřebneacute k hlubšiacutemu pochopeniacute pojmu elektrolyacuteza najde čtenaacuteř
např v zaacutekladniacute učebnici fyzikaacutelniacute chemie
httpwwwvschtczfchczpomuckyBREVALLpdf
2
3
Obsah
Uacutevod helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4
Esterifikace helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 5
Švandovaacute Veronika
Přiacuterodniacute laacutetky ndash vitaminy helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 15
Štosovaacute Taťaacutena
Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26
Štosovaacute Taťaacutena
Naacutevykoveacute laacutetky helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 35
Kameniacuteček Jiřiacute
Vyacuteroba cukru helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 50
Praacutešilovaacute Jana Kameniacuteček Jiřiacute
Makromolekulaacuterniacute laacutetkyhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 64
Husaacuterek Josef
Vyacutebušniny helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 85
Kameniacuteček Jiřiacute
Elektrolyacuteza helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 96
Šindelaacuteř Zdeněk
4
Uacutevod
Předklaacutedanaacute publikace Vybranaacute teacutemata pro vyacuteuku chemie vznikla v raacutemci
projektu č CZ 1072200150324 bdquoInovace profesniacute přiacutepravy budouciacutech učitelů
chemieldquo jako soubor teacutematickyacutech učebniacutech textů z oboru chemie pro žaacuteky středniacutech
škol ke kteryacutem jsou zpracovaacuteny PowerPointoveacute prezentace pro učitele Vyacuteukoveacute
materiaacutely jsou koncipovaacuteny tak aby byly použitelneacute přiacutemo ve vyacuteuce chemie na
středniacutech školaacutech Vlastniacute učebniacute text pro žaacuteky doplňujiacute petitem psaneacute metodickeacute
poznaacutemky pro učitele a rozšiřujiacuteciacute učivo
Zpracovanaacute teacutemata Esterifikace Přiacuterodniacute laacutetky Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy Naacutevykoveacute laacutetky Vyacuteroba
cukru Makromolekulaacuterniacute laacutetky a syntetickeacute polymery Vyacutebušniny Elektrolyacuteza
Jistaacute heterogenita zvolenyacutech teacutemat z různyacutech oblastiacute chemie je daacutena
skutečnostiacute že před jejich zpracovaacuteniacutem byl proveden průzkum mezi učiteli chemie
jehož ciacutelem bylo zjistit ktereacute kapitoly či problematiku z oboru chemie by chtěli miacutet
vyučujiacuteciacute k dispozici v noveacutem zpracovaacuteniacute ať už z důvodu jejich neuspokojiveacuteho či
zastaraleacuteho stavu v dostupnyacutech učebniciacutech nebo dokonce pro jejich uacuteplnou absenci
přičemž jde o velice zaacutevažnaacute a v současnosti aktuaacutelniacute teacutemata (např naacutevykoveacute laacutetky
biochemickeacute procesy aj) V učebniacutem textu jsou zastoupena takeacute přiacuterodovědnaacute
integrovanaacute teacutemata v nichž je kladen důraz na mezipředmětoveacute vztahy kteraacute se
však na školaacutech mnohdy probiacuterajiacute izolovaně ve fyzice a v chemii bez uvedeniacute
souvislostiacute (např Elektrolyacuteza)
Věřiacuteme že publikace přispěje ke zkvalitněniacute a inovaci vyacuteuky řady kapitol chemie
a doufaacuteme že se stane dobryacutem pomocniacutekem jak pro studenty ndash budouciacute učitele
chemie tak i učitele ve školskeacute praxi
Olomouc zaacuteřiacute 2012
Autoři
5
ESTERIFIKACE
Text zpracovala Mgr Veronika Švandovaacute
Osnova 1 Zaacutekladniacute pojmy
11 Estery karboxylovyacutech kyselin
12 Esterifikace karboxylovyacutech kyselin
2 Přiacuteklady a chemickyacute pokus
21 Přiacuteklady na procvičeniacute
22 Chemickyacute pokus ndash přiacuteprava ethylesteru kyseliny octoveacute
3 Mechanismus esterifikace
4 Reakce esterů
5 Opakovaciacute cvičeniacute
6 Řešeniacute uacuteloh
61 Řešeniacute uacutelohy 21
62 Řešeniacute praktickeacuteho uacutekolu z 22
63 Řešeniacute opakovaciacuteho cvičeniacute
7 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
71 Estery anorganickyacutech kyselin
72 Poznaacutemky k chemickeacutemu pokusu
73 Charakteristickeacute vůně esterů
74 Alkalickaacute hydrolyacuteza esteru (zmyacutedelněniacute)
8 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
6
1 Zaacutekladniacute pojmy
11 Estery karboxylovyacutech kyselin
Estery1 karboxylovyacutech kyselin jsou vyacuteznamnou skupinou organickyacutech laacutetek
patřiacute mezi funkčniacute derivaacutety karboxylovyacutech kyselin Řada z nich jsou vyacuteznamneacute
přiacuterodniacute laacutetky ndash tvořiacute napřiacuteklad tuky oleje a vosky Některeacute estery majiacute praktickyacute
vyacuteznam použiacutevajiacute se jako esence do potravin na vyacuterobu leacutečiv nebo rozpouštědel
Estery se nejčastěji připravujiacute reakciacute kterou nazyacutevaacuteme esterifikace
12 Esterifikace karboxylovyacutech kyselin
Esterifikace karboxyloveacute kyseliny je reakce karboxyloveacute kyseliny a alkoholu
kterou vznikaacute ester a voda Reakce probiacutehaacute v kyseleacutem prostřediacute ndash provaacutediacute se za
přiacutedavku silneacute anorganickeacute kyseliny (maacute funkci katalyzaacutetoru) nejčastěji kyseliny
siacuteroveacute Jednaacute se o rovnovaacutežnou reakci
C
O
OHR1+ OH R2
C
O
OR1R2 OH2
kyselina alkohol ester
H+
+
Ze zaacutepisu reakce je zřejmeacute že kysliacutekovyacute atom ve vznikleacutem esteru (ve scheacutematu
vyznačenyacute raacutemečkem) pochaacuteziacute z molekuly alkoholu Tento fakt byl prokaacutezaacuten
experimentaacutelně Reakce byla uskutečněna s alkoholem obsahujiacuteciacutem radioaktivniacute
izotop kysliacuteku a zjišťovalo se kteryacute z produktů reakce bude radioaktivniacute Ukaacutezalo se
že radioaktivniacute laacutetkou byl ester Primaacuterniacute alkoholy tvořiacute estery snadněji než
sekundaacuterniacute Estery terciaacuterniacutech alkoholů se tiacutemto způsobem nepřipravujiacute2
Esterifikace je rovnovaacutežnaacute (vratnaacute) reakce Pokud chceme zvyacutešit vyacutetěžek
reakce musiacuteme rovnovaacutehu reakce porušovat odstraňovaacuteniacutem vznikleacuteho esteru nebo
vody z reakčniacute směsi Rovnovaacutehu je možneacute posunout ve prospěch esteru takeacute tak
1 Mluviacuteme-li v tomto vyacuteukoveacutem textu o bdquoesterechldquo či bdquoesterifikacildquo maacuteme na mysli estery karboxylovyacutech
kyselin (neniacute-li v textu řečeno jinak) Kromě těchto esterů existujiacute takeacute estery anorganickyacutech kyselin
ktereacute vznikajiacute rovněž esterifikaciacute - viacutece viz Doplňujiacuteciacute informace pro učitele kap 7 2 Pro synteacutezu esterů terciaacuterniacutech alkoholů se miacutesto karboxyloveacute kyseliny použiacutevajiacute acylchloridy
(k reakčniacute směsi se přidaacutevaacute pyridin) Vedlejšiacutem produktem reakce je chlorovodiacutek
7
že jednu z vyacutechoziacutech laacutetek použijeme v nadbytku Zpětnou reakciacute k esterifikaci je tzv
kyselaacute hydrolyacuteza1
2 Přiacuteklady a chemickyacute pokus 21 Přiacuteklady na procvičeniacute
Napiš produkty naacutesledujiacuteciacutech reakciacute a pojmenuj je
a) b)
22 Pokus ndash přiacuteprava ethylesteru kyseliny octoveacute
Chemikaacutelie ethanol (F) kyselina octovaacute (C) konc kyselina siacuterovaacute (C) uhličitan
sodnyacute (Xi)
Postup Ve zkumavce smiacutechaacuteme 3 ml kyseliny octoveacute a 3 ml ethanolu Ke vznikleacute
směsi opatrně přidaacuteme asi 05 ndash1 ml koncentrovaneacute kyseliny siacuteroveacute Obsah
zkumavky promiacutechaacuteme vylejeme na hodinoveacute skliacutečko a nakonec přisypeme pevnyacute
uhličitan sodnyacute2
Praktickyacute uacutekol
a) Zapiš rovnici reakce
b) Porovnej vůni kyseliny octoveacute a vznikleacuteho esteru
c) V literatuře vyhledej praktickeacute využitiacute vznikleacuteho esteru
d) Proč mysliacuteš že přidaacutevaacuteme do reakčniacute směsi uhličitan sodnyacute
e) Vzniklyacute ester může byacutet pro člověka smrtelnou laacutetkou Smrtelnaacute daacutevka pro
člověka je asi 05 g na každyacute kilogram tělesneacute hmotnosti Jakeacute by bylo
smrtelneacute množstviacute (v gramech) esteru při tveacute hmotnosti Vypočiacutetej i jeho
objem (hustota ethylesteru kyseliny octoveacute je ρ = 1045 gcm3)
1 Viz kapitola 4 2 Dalšiacute možnosti provedeniacute pokusu viz Doplňujiacuteciacute informace pro učitele kap 7
OH CH2 CH3C
O
OHHH
+
+
C
O
OHCH3 +H
+
H O CH2 CH2 CH3
8
f) Na internetu vyhledej bezpečnostniacute list daneacuteho esteru Jakyacutemi piacutesmennyacutemi
symboly označujeme jeho nebezpečneacute vlastnosti a jak tyto vlastnosti
vyjaacutedřiacuteme slovy
Poznaacutemka Řada dalšiacutech esterů jsou kapaliny
přiacutejemneacute vůně a použiacutevajiacute se v potravinaacuteřstviacute jako
vonneacute a chuťoveacute přiacutesady Napřiacuteklad ethylester
kyseliny mravenčiacute se použiacutevaacute jako rumovaacute esence
jako ananasovaacute esence (viz obr 1) se použiacutevaacute
ethylester kyseliny maacuteselneacute1 Obr 1 Ilustračniacute přiacuteklad
3 Mechanismus esterifikace Mechanismus esterifikace je možneacute vyjaacutedřit souborem rovnovaacutežnyacutech reakciacute
C
O
R1 O H C+O
R1O H
H
C
O
R1 O H
H
O+
R2H
CO
R1 O+ HH
OR2
H
OH2-C+O
R1H
OR2
H+
- H+
C
O
R1 O R2
R2
O
H
Prvniacutem krokem esterifikace je protonizace karboxyloveacute skupiny kyseliny
Dochaacuteziacute tak ke zvyacutešeniacute elektronoveacuteho deficitu na karboxyloveacutem uhliacuteku a tiacutem
k usnadněniacute nukleofilniacuteho ataku molekulou alkoholu
V dalšiacutem nejpomalejšiacutem kroku reakce dochaacuteziacute ke vzniku vazby mezi atomem
kysliacuteku alkoholu a atomem uhliacuteku karboxyloveacute skupiny Nakonec dochaacuteziacute k odštěpeniacute
protonu a molekuly vody za vzniku esteru
Z hlediska typu reakce je esterifikace substituciacute nukleofilniacute (SN) kteraacute probiacutehaacute
adičně-eliminačniacutem mechanismem
1 Přehled charakteristickyacutech vůniacute dalšiacutech esterů uveden v kap 7
9
4 Reakce esterů Jak již bylo uvedeno esterifikace je rovnovaacutežnaacute reakce reakce zpětnaacute se
nazyacutevaacute kyselaacute hydrolyacuteza esteru Při teacuteto reakci vznikaacute opět karboxylovaacute kyselina a
alkohol
Estery lze hydrolyzovat i v přiacutetomnosti silnyacutech zaacutesad (tzv alkalickaacute hydrolyacuteza)
vznikaacute však alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
CH3 CO
O CH2 CH3
+ NaOH CH3 CO
O Na
+ CH3 CH2 OH
5 Opakovaciacute cvičeniacute
1) Co je to esterifikace Jakeacute jsou vyacutechoziacute laacutetky a produkty teacuteto reakce Za
jakyacutech podmiacutenek může reakce probiacutehat
2) Kteryacute z naacutesledujiacuteciacutech alkoholů bude podleacutehat esterifikaci nejsnadněji
a) b) c)
3) Jak se nazyacutevaacute zpětnaacute reakce esterifikace
4) Estery majiacute širokeacute uplatněniacute v potravinaacuteřstviacute Jakeacute
5) Produktem naacutesledujiacuteciacute esterifikace bude
C
O
OHCH2CH3 OH CH2 CH3+H
+
a) propylester kyseliny octoveacute
b) ethylester kyseliny octoveacute
c) ethylester kyseliny propionoveacute
6) Zapiš rovnici esterifikace jejiacutemž produktem je ethylester kyseliny benzooveacute
7) Co je produktem alkalickeacute hydrolyacutezy esteru
8) V jedneacute zkumavce smiacutechaacuteme stejnyacute objem ethanolu a kyseliny octoveacute ve
druheacute zkumavce smiacutesiacuteme stejnyacute objem octanu ethylnateacuteho a destilovaneacute
vody Do každeacute zkumavky přidaacuteme několik kapek koncentrovaneacute kyseliny
siacuteroveacute a obsah zkumavek protřepeme Jakeacute změny nastanou v jednotlivyacutech
zkumavkaacutech
CH3
C OHCH3
CH3CH3 CH2 OHCH3 CH OH
CH3
10
a) Obsah obou zkumavek se nezměniacute nedojde k žaacutedneacute reakci
b) V obou zkumavkaacutech vznikne směs ethanolu kyseliny octoveacute ethyl-
acetaacutetu a vody
c) V prvniacute zkumavce bude směs ethyl-acetaacutetu a vody ve druheacute směs
ethanolu a kyseliny octoveacute
d) Obsah druheacute zkumavky se nezměniacute v prvniacute zkumavce dojde
k esterifikaci a vznikne tam směs octanu ethylnateacuteho a vody
6 Řešeniacute uacuteloh
61 Řešeniacute uacutelohy 21 a) ethylester kyseliny mravenčiacute (mravenčan ethylnatyacute ethyl-methanoaacutet ethyl-
formiaacutet) a voda
C
O
OH CH2 CH3 OH2+ b) propylester kyseliny octoveacute (octan propylnatyacute propyl-ethanoaacutet propyl-acetaacutet)
a voda
C
O
OCH3 CH2 CH2 CH3 OH2+ 62 Řešeniacute praktickeacuteho uacutekolu z 22
a)
b) Vůně vznikleacuteho esteru připomiacutenaacute odlakovač na nehty lak na nehty či
modelaacuteřskeacute lepidlo
c) Ethylester kyseliny octoveacute se použiacutevaacute v laboratořiacutech jako rozpouštědlo
d) Uhličitan sodnyacute se přidaacutevaacute do reakce proto aby zreagoval zbytek kyseliny
octoveacute (a siacuteroveacute) kteryacute by negativně ovlivňoval vůni vznikleacuteho produktu
e) Např při hmotnosti člověka m = 60 kg je smrtelnaacute daacutevka ndash lethal dose rArr
mLD = 30 g o objemu V = m ρ = 30 1045 = 2871 cm3
Smrtelnaacute daacutevka pro šedesaacutetikiloveacuteho člověka by byla 287 cm3
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
11
f) Bezpečnostniacute list ethylesteru kyseliny octoveacute je napřiacuteklad na internetoveacutem
odkazu httpwwwmach-chemikalieczdownloadphpid=96 Ethylester
kyseliny octoveacute patřiacute mezi laacutetky vysoce hořlaveacute (F) a draacuteždiveacute (Xi)
63 Řešeniacute opakovaciacuteho cvičeniacute (kap 5) 1) Esterifikace je reakce kterou se připravujiacute estery vedlejšiacutem produktem je
voda Vyacutechoziacutemi laacutetkami pro tuto reakci jsou alkohol a karboxylovaacute kyselina
reakce musiacute probiacutehat v prostřediacute silneacute kyseliny
2) b)
3) kyselaacute hydrolyacuteza
4) Řada esterů se použiacutevaacute v potravinaacuteřstviacute jako vonneacute a přiacutechuťoveacute přiacutesady
5) c)
6)
7) alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
8) c)
reakce probiacutehajiacuteciacute v prvniacute zkumavce
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
reakce probiacutehajiacuteciacute ve druheacute zkumavce
H+
C
O
OCH3 CH2 CH3 OH2+ OH CH2 CH3C
O
OHCH3 +
7 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele 71 Estery anorganickyacutech kyselin
Kromě esterů karboxylovyacutech kyselin tj organickyacutech existujiacute takeacute estery anorganickyacutech
kyselin Esterifikaci anorganickyacutech kyselin můžeme žaacutekům zmiacutenit aby si uvědomili že probiacutehaacute nejen u
organickyacutech kyselin
Reakciacute kyseliny boriteacute s methanolem nebo ethanolem v kyseleacutem prostřediacute vznikajiacute estery kyseliny boriteacute Uvedenou reakci jejiacutež provedeniacute je velmi jednoducheacute lze použiacutet i pro odlišeniacute
C
O
OHC
O
O CH2 CH3OH CH2 CH3+H
+
OH2+
12
methanolu od ethanolu Ve směsi metanol - kyselina boritaacute se tvořiacute ester i bez přiacutedavku kyseliny
siacuteroveacute a ester hořiacute zeleně Ve směsi ethanol - kyselina boritaacute bez přiacutedavku H2SO4 se ester netvořiacute tak
rychle po zapaacuteleniacute reakčniacute směsi je plamen oranžovyacute Po okyseleniacute teacuteto reakčniacute směsi konc H2SO4
vznikaacute triethylester kyseliny boriteacute kteryacute hořiacute takeacute zelenyacutem plamenem
B
OHOH
OH
B
OO
O
CH3
CH3
CH3
+ CH3 OH3 + OH23
Estery kyseliny dusičneacute se použiacutevajiacute jako vyacutebušniny Nitroglycerin ester kyseliny dusičneacute a
glycerolu je nejdůležitějšiacute součaacutestiacute dynamitu Použiacutevaacute se takeacute v leacutekařstviacute jako prostředek pro zklidněniacute
srdečniacutech arytmiiacute a snižovaacuteniacute krevniacuteho tlaku
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3 H2SO4
- 3 H2O
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2 Ester kyseliny dusičneacute a celulosy ndash nitrocelulosa je znaacutemaacute vyacutebušnina
72 Poznaacutemky k chemickeacutemu pokusu (viz 22)
Pokud by vůně vznikleacuteho esteru nebyla vyacuteraznaacute lze zkumavku s reakčniacute směsiacute ještě před
jejiacutem vylitiacutem na hodinoveacute skliacutečko zahřiacutevat (je nutneacute dbaacutet na bezpečnost žaacuteků ndash předevšiacutem braacutet
v uacutevahu možneacute vystřiacuteknutiacute směsi a dodržovat tedy bezpečnyacute odstup od žaacuteků použiacutet ochrannyacute štiacutet)
Pro přiacutepravu většiacuteho množstviacute esteru je vhodneacute použiacutet zpětnyacute chladič Do baňky s 6 ml
kyseliny octoveacute přidaacuteme 5 ml ethanolu Na obličej si nasadiacuteme ochrannyacute štiacutet Opatrně za chlazeniacute
proudem vody přilijeme 6-7 ml konc kyseliny siacuteroveacute Baňku uzavřeme zaacutetkou s jednoduchyacutem
zpětnyacutem chladičem (min 60 cm dlouhaacute skleněnaacute trubička) (viz obr2) a opatrně zahřiacutevaacuteme 7 ndash 10 min
na vodniacute laacutezni
Obr 2 Esterifikace za použitiacute jednoducheacuteho zpětneacuteho chladiče
13
Potom zaměniacuteme zpětnyacute chladič za vzdušnyacute sestupnyacute a oddestilujeme asi 5 ml kapaliny Přisypeme
1 lžičku uhličitanu sodneacuteho kteryacute vytvořiacute oddělenou vrstvu nemiacutesitelnou s vodou nebo můžeme
reakčniacute směs ihned po ukončeniacute zahřiacutevaacuteniacute pod zpětnyacutem chladičem vylit do kaacutedinky s nasycenyacutem
roztokem chloridu sodneacuteho ve vodě čiacutemž se vysoliacute ethylester kyseliny octoveacute
73 Charakteristickeacute vůně esterů
Alkohol Kyselina Ester Vůně
methanol k salicylovaacute methylester kyseliny salicyloveacute karamel
methanol k maacuteselnaacute methylester kyseliny maacuteselneacute ananas
ethanol k maacuteselnaacute ethylester kyseliny maacuteselneacute broskve
ethanol k benzoovaacute ethylester kyseliny benzooveacute karafiaacutety
ethanol k mravenčiacute ethylester kyseliny mravenčiacute rum
ethanol k octovaacute ethylester kyseliny octoveacute rozpouštědla
butan-1-ol k octovaacute butylester kyseliny octoveacute ovoce
butan-1-ol k propionovaacute butylester kyseliny propionoveacute rum
pentan-1-ol k benzoovaacute pentylester kyseliny benzooveacute ambra
pentan-1-ol k octovaacute pentylester kyseliny octoveacute ovoce
pentan-1-ol k salicylovaacute pentylester kyseliny salicyloveacute orchideje
petan-1-ol k maacuteselnaacute pentylester kyseliny maacuteselneacute meruňky
oktan-1-ol k octovaacute oktylester kyseliny octoveacute pomeranče
74 Alkalickaacute hydrolyacuteza esteru (zmyacutedelněniacute)
Alkalickaacute hydrolyacuteza esterů patřiacute mezi průmyslově vyacuteznamneacute reakce ndash využiacutevaacute se při vyacuterobě myacutedel
Zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu myacutedel jsou tuky jejichž hlavniacute součaacutest tvořiacute praacutevě estery vyššiacutech
mastnyacutech kyselin s glycerolem (např kyseliny stearovaacute palmitovaacute olejovaacute atd)
8 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Mareček A Honza J Chemie pro čtyřletaacute gymnaacutezia 3 diacutel Nakladatelstviacute
Olomouc Olomouc 2000
2 Škoda J Douliacutek P Chemie 8 - učebnice pro zaacutekladniacute školy a viacuteceletaacute gymnaacutezia
Fraus Plzeň 2006
CH2
CH
CH2
O
O
O
OC
OC
OC R
R
R
3 NaOH
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 R CO ONa
tuk glycerol sodneacute myacutedlo
+
14
3 Kovaacuteč J a kol Organickaacute cheacutemia 1 Alfa Bratislava 1992
4 Klouda P Janeczkovaacute A Organickaacute chemie studijniacute text pro SPŠCH
Nakladatelstviacute Pavel Klouda Ostrava 2001
5 Hrnčiar P Organickaacute cheacutemia Slovenskeacute pedagogickeacute nakladatelstvo Bratislava
1990
6 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemie sbiacuterka uacuteloh pro společnou čaacutest maturitniacute zkoušky
Tauris Praha 2001
7 Baacuterta M Jak (ne)vyhodit školu do povětřiacute Horaacutekova chemickaacute kuchařka pro
maleacute i velkeacute experimentaacutetory chemickeacute pokusy pro žaacuteky 8 a 9 třiacuted studenty
středniacutech škol a jejich nadšeneacute učitele Didaktis Brno 2004
8 Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
Univerzita Palackeacuteho v Olomouci Olomouc 2007
9 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemickeacute pokusy pro školu a zaacutejmovou činnost
Prospektrum Praha 2000
Internetoveacute odkazy 10 Rum tuzemaacutek [online 2011-09-15] Dostupneacute z www lthttpwwwla-vinczrum-
tuzemak-05l-375p20782gt
11 Ananas plod ananasovniacuteku chocholateacuteho [online 2011-09-15] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiSouborPineapple_and_cross_sectionjpggt
12 Nitroglycerin [online 2012-04-11] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiNitroglyceringt
15
PŘIacuteRODNIacute LAacuteTKY ndash VITAMINY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky přiacuterodniacutech laacutetek
2 Vitaminy
Přehled vybranyacutech vitaminů
21 Vitamin A ndash retinol
22 Vitamin B1 ndash thiamin
23 Vitamin B2 ndash riboflavin
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety
25 Vitamin B12 ndash kobalamin
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute
27 Vitamin D ndash kalciferoly
28 Vitamin E ndash tokoferoly
3 Zaacutevěr
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
16
1 Přiacuterodniacute laacutetky
Za přiacuterodniacute laacutetky se považujiacute organickeacute sloučeniny ktereacute jsou produkty
chemickyacutech reakciacute probiacutehajiacuteciacutech v buňkaacutech Některeacute z přiacuterodniacutech laacutetek jsou
jednoducheacute organickeacute sloučeniny jineacute naopak velmi složiteacute makromolekulaacuterniacute laacutetky
Přiacuterodniacute laacutetky se zpravidla děliacute do skupin podle sveacuteho chemickeacuteho složeniacute a
struktury nebo podle funkciacute ktereacute plniacute v živeacutem organismu Rozlišujeme tedy tzv
energetickeacute živiny (lipidy sacharidy proteiny) biokatalyzaacutetory (vitaminy enzymy
hormony) daacutele nukleoveacute kyseliny a alkaloidy
2 Vitaminy
Vitaminy jsou organickeacute sloučeniny ktereacute již v malyacutech koncentraciacutech ovlivňujiacute
průběh některyacutech chemickyacutech dějů v živeacutem organismu Vyacuteznam vitaminů spočiacutevaacute v
tom že tvořiacute nezbytnou součaacutest enzymů Z chemickeacuteho hlediska patřiacute vitaminy k
různyacutem druhům sloučenin proto je neniacute možneacute dělit podle struktury Z tohoto důvodu
se děliacute nejčastěji podle rozpustnosti a to na vitaminy rozpustneacute ve vodě (hydrofilniacute) a
vitaminy rozpustneacute v tuciacutech (lipofilniacute) Toto rozděleniacute naviacutec koresponduje
s charakteristickyacutemi vlastnostmi jednotlivyacutech vitaminů Napřiacuteklad hydrofilniacute vitaminy
nedokaacuteže organismus skladovat proto se při nadbytečneacutem přiacutejmu vylučujiacute močiacute
Lipofilniacute vitaminy jsou v organismu skladovatelneacute Jejich nadbytečnyacute přiacutejem může
veacutest k hypervitaminoacutezaacutem ktereacute mohou vyvolat vaacutežneacute poruchy (zejmeacutena u vitaminů A
a D)
Před objasněniacutem struktury vitaminů bylo zavedeno jejich označovaacuteniacute piacutesmeny abecedy Vitaminy se stejnyacutemi nebo podobnyacutemi fyziologickyacutemi uacutečinky byly
odlišovaacuteny čiacuteselnyacutemi indexy Později byly použiacutevaacuteny triviaacutelniacute naacutezvy Dnes se
většinou upřednostňujiacute naacutezvy odvozeneacute od chemickeacuteho složeniacute jednotlivyacutech
vitaminů Označovaacuteniacute piacutesmeny staacutele přežiacutevaacute zejmeacutena v leacutekařskeacute praxi a
potravinaacuteřstviacute
17
EE
AA DD
KKEE
AA DD
KK
Vitaminy rozpustneacute ve vodě
Do teacuteto skupiny řadiacuteme předevšiacutem skupinu vitaminů B (B1 ndash thiamin B2 ndash riboflavin
B5 ndash kyselina pantotenovaacute B6 ndash pyridoxin atd) vitamin C (kyselina L-askorbovaacute) a
vitamin H (biotin)
Obr 1 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech ve vodě
Vitaminy rozpustneacute v tuciacutech
Do teacuteto skupiny řadiacuteme vitamin A (retinol) vitamin D (skupina laacutetek označovanyacutech
jako kalciferoly) vitamin E (skupina laacutetek označovanaacute jako tokoferoly) a vitamin K
(existuje opět v různyacutech formaacutech jako fylochinon K1 farnochinon K2 atd)
Obr 2 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech v tuciacutech
Vitaminy si živočišnyacute organismus většinou až na vyacutejimky nedovede saacutem vytvořit
Z tohoto důvodu jsou lideacute i ostatniacute živočichoveacute odkaacutezaniacute na jejich přiacutejem v potravě
Přiacutetomnost a vhodnaacute koncentrace vitaminů v těle jsou nezbytneacute předevšiacutem pro
spraacutevnyacute růst a vyacutevoj jedince Nepřiacutetomnost některeacuteho vitaminu v těle se projevuje
vaacutežnyacutemi fyziologickyacutemi poruchami a onemocněniacutemi ktereacute se obecně označujiacute jako
avitaminosa Typickaacute avitaminosa se vyskytuje v našich podmiacutenkaacutech poměrně
B H
C
18
vzaacutecně Častějšiacute jsou onemocněniacute z nedostatečneacuteho množstviacute vitamiacutenu tzv
hypovitaminosa kteraacute maacute miacuternějšiacute průběh než avitaminosa Naopak nadbytečneacute
množstviacute některeacuteho vitaminu v těle může způsobit hypervitaminosu
Přehled vybranyacutech vitaminů
V teacuteto kapitole jsou podrobněji popsaacuteny nejvyacuteznamnějšiacute vitaminy
21 Vitamin A ndash retinol z chemickeacuteho hlediska se jednaacute o skupinu podobnyacutech
laacutetek patřiacuteciacute mezi tetraterpeny Vitamin A stimuluje růst živočišnyacutech buněk spraacutevnyacute
vyacutevoj kosterniacutech tkaacuteniacute a normaacutelniacute reprodukci Je velice důležityacute při zrakoveacutem vjemu
Denniacute daacutevka pro člověka je 1 mg
Dobryacutem zdrojem je zelenina a ovoce (mrkev špenaacutet petržel rajčata) rybiacute tuk
maacuteslo žloutek jaacutetra Avitaminosa se projevuje šeroslepostiacute zastaveniacutem růstu a
degeneraciacute reprodukčniacutech orgaacutenů Dlouhotrvajiacuteciacute nedostatek vyvolaacutevaacute vypadaacutevaacuteniacute
vlasů krvaacuteceniacute z nosu bolesti kloubů Zaacutesoba vitaminu A je jedniacutem
z faktorů přirozeneacute ochrany organismu před zhoubnyacutem bujeniacutem
22 Vitamin B1 ndash thiamin tvořiacute kofaktor řady enzymů Je syntetizovaacuten střevniacutemi
bakteriemi Rozklaacutedaacute se v alkalickeacutem prostřediacute Průměrnaacute denniacute spotřeba pro
člověka je asi 14 mg Nejdůležitějšiacutemi zdroji je celozrnnaacute mouka luštěniny droždiacute
žloutek vnitřnosti a hověziacute maso Avitaminosa je znaacutema jako nemoc beri-beri (osoby
živeneacute převaacutežně loupanou ryacuteži) Přiacuteznaky nemoci jsou rozmaniteacute od ztraacutety
hmotnosti přes poruchy nervoveacuteho systeacutemu až po svalovou slabost
Obr 3 Ilustračniacute obraacutezky možnyacutech zdrojů vitaminu A zleva komerčniacute tobolky obsahujiacuteciacute rybiacute tuk špenaacutet maacuteslo
19
N
NCH2
N
S CH2CH2
OH
CH3
CH3 NH2
23 Vitamin B2 ndash riboflavin je opět součaacutestiacute kofaktorů řady enzymů Velmi citlivyacute na
světlo Jeho denniacute potřeba pro člověka činiacute 2 mg Zdrojem je listovaacute zelenina rajčata
obilniacute slupky mleacuteko žloutek vnitřnosti Avitaminosa se projevuje zaacutenětlivyacutemi
změnami sliznic a kůže změnami očniacute rohovky poruchami růstu a nervovyacutemi
poruchami
N
NNH
N
OH
OH OH
OH
CH3
CH3
O
O Obr 6 Chemickyacute vzorec vitaminu B2
Obr 5 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B1 zleva droždiacute obilneacute klasy hověziacute maso
Obr 4 Chemickyacute vzorec vitaminu B1
20
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety pyridoxol (pyridoxin) pyridoxal a pyridoxamin jsou to kofaktory enzymů uplatňujiacuteciacutech se při metabolismu
aminokyselin Denniacute daacutevka pro člověka je asi 2 mg Jsou hojně zastoupeneacute zejmeacutena
v mase jaacutetrech droždiacute listoveacute zelenině celozrnneacute mouce Pyridoxol je v rostlinaacutech
ostatniacute v živočišnyacutech tkaacuteniacutech Snadno se rozklaacutedajiacute světlem a teplem Nedostatek je
vzaacutecnyacute a způsobuje předevšiacutem nervoveacute poruchy
25 Vitamin B12 ndash kobalamin jednaacute se o kofaktory enzymů podiacutelejiacuteciacutech se na
biosynteacuteze nukleovyacutech kyselin a metabolismu aminokyselin a biacutelkovin Jsou nezbytneacute
pro tvorbu krve a to zejmeacutena pro tvorbu červenyacutech krvinek Denniacute potřeba u člověka
se pohybuje kolem 3 mg Vyacuteznamnyacutem zdrojem jsou vnitřnosti předevšiacutem jaacutetra
Nedostatek B12 je přiacutečinou vaacutežneacute až smrtelneacute nemoci ndash perniciosniacute anemie
(nedostatek červenyacutech krvinek spojeneacute s neurologickyacutemi komplikacemi)
Obr 7 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B zleva obilniny mleacuteko a čerstvyacute syacuter droždiacute
21
NN
N N
N N
Co+
OHO
NH2
NH2
O
H
O
NH2
O
NH2O
O
OH
OH
O
NH
H OP
OH
OO
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute tvořiacute důležityacute redoxniacute systeacutem kteryacute při
biochemickyacutech reakciacutech vystupuje jako neenzymovyacute přenašeč vodiacuteku Rozklaacutedaacute se
vzdušnyacutem kysliacutekem Daacutele je kofaktorem některyacutech enzymů uacutečastniacute se obrannyacutech
mechanismů vůči chorobaacutem a jinyacutem poškozeniacutem Patřiacute mezi zachytaacutevače volnyacutech
radikaacutelů ale naopak v přiacutetomnosti Fe3+ zvyšuje jejich tvorbu Proto je třeba jeho
přiacutevod do těla regulovat Doporučenaacute denniacute daacutevka pro člověka je 50-60 mg
Vitamin C je rozšiacuteřen v rostlinaacutech nejviacutece v šiacutepciacutech černeacutem rybiacutezu zeleneacute
paprice citronech a pomerančiacutech Při nedostatku nejprve vysychaacute kůže člověk
Obr 8 Chemickyacute vzorec vitaminu B12
Obr 9 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B12 zleva tepelně upravenaacute jaacutetra mleacuteko
22
hubne maacute pocit uacutenavy a později se projevujiacute přiacuteznaky kurdějiacute - podkožniacute krvaacuteceniacute
krvaacuteceniacute daacutesniacute vypadaacutevaacuteniacute zubů naacutechylnost k infekciacutem
27 Vitamin D ndash steroidniacute hormonaacutelniacute prekurzory ndash kalciferoly vznikajiacute ozaacuteřeniacutem
nenasycenyacutech sterolů UV zaacuteřeniacutem U lidiacute se tvořiacute zejmeacutena v kůži Regulujiacute
metabolismus vaacutepniacuteku Svyacutemi uacutečinky připomiacutenajiacute hormony Netvořiacute kofaktory
Velikost denniacute daacutevky zaacutevisiacute na věku a intenzitě ozařovaacuteniacute pokožky Zdrojem
provitaminů D jsou kvasnice některeacute oleje a žloutek Vitaminy D jsou ve většiacute miacuteře
obsaženy v jaterniacutech tuciacutech maacutesle a mleacuteku Nedostatek vitaminu D vyvolaacutevaacute poruchy
metabolismu vaacutepniacuteku a fosforu ktereacute vede k onemocněniacute zvaneacutemu rachitis (křivice)
Obr 10 Chemickyacute vzorec vitaminu C
Obr 11 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu C zleva paprika citrusoveacute plody šiacutepky
Obr 12 Chemickyacute vzorec vitaminu D
23
2288 Vitamin E - tokoferoly - vyacuteznam neniacute zatiacutem přesně znaacutem Všeobecně se miacuteniacute
že chraacuteniacute lipidy před oxidaciacute zejmeacutena pak lipidy buněčnyacutech membraacuten Poškozeniacute
lipidů vyvolaacutevajiacute hlavně volneacute radikaacutely a tokoferoly tyto volneacute radikaacutely zachycujiacute Teacuteto
vlastnosti se využiacutevaacute i při stabilizaci tuků a olejů v průmyslu Denniacute daacutevka pro člověka
se pohybuje v rozmeziacute 15-20 mg Hlavniacute zdroje jsou rostlinneacute oleje olej z obilnyacutech
kliacutečků zelenina luštěniny maacuteslo a vejce Nejsou v rybiacutem tuku
Obr 13 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu D zleva vařenaacute vejce plaacutetek lososa
Obr 14 Chemickyacute vzorec vitaminu E
24
3 Zaacutevěr
Vitaminy jsou nezbytnou součaacutestiacute lidskeacuteho těla a jsou nesmiacuterně důležiteacute aby
organismus mohl spraacutevně fungovat a byl chraacuteněnyacute vůči různyacutem onemocněniacutem Vyššiacute
potřeba vitaminů se projevuje napřiacuteklad po nemoci při většiacute psychickeacute nebo fyzickeacute
zaacutetěži při oslabeneacutem imunitniacutem systeacutemu těhotenstviacute nebo u dětiacute a staršiacutech lidiacute
Jedniacutem z alternativniacutech zdrojů vitaminů jsou různeacute potravinoveacute doplňky
V žaacutedneacutem přiacutepadě by však neměly byacutet naacutehražkou klasickeacute stravy protože
v potravinaacutech jsou kromě vitaminů takeacute pro tělo důležiteacute živiny Konzumovat by se
měly všechny druhy potravin s obsahem jak vitaminů a mineraacutelniacutech laacutetek tak
biacutelkovin sacharidů a tuků
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 wwwwikiskriptaeuindexphpEnzyacutemy_-_Cvičenie
5 orionchemimunicz14-Kinetika-1htm
Obr 15 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu E zleva obilneacute kliacutečky klasy kukuřice
25
6 wwwwikiskriptaeu500px-Schema-koenzymjpg
7 httpfileboxvteduuserschagedorbiol_4684
8 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
9 httphomecaregrouporgclinicalaltmedinteractionsImages
10 httpcswikipediaorgwikiSouborStrukt_vzorec_riboflavinPNG
11 httpcswikipediaorgwikiSouborHydroxocobalaminsvg
12 httpcswikipediaorgwikiSouborL-Ascorbic_acidsvg
13 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
14 httplaveganlocablogspotcom200806corn-sproutshtml
15 httpwwwordinaceczclanekproc-ne-pit-mleko
16 httpwwwdrozdiczclankybezlepkova-dieta
17 httpwwwmojevitaminycz
18 httpwwwdigitalphotoplenphotos-images1633
19 httpnajmamaaktualityskclanok224729kukurica-zdravie-farby-zlata
20 httpprozenybleskczclanekpro-zeny-zdravi-a-hubnuti-
fitness156603zatocte-s-celulitidou-5-5-tipu-proti-pomerancove-kuzihtml
21 httplmatyblogczen1103vejce-a-kraslice
22 httpdomanovaczclanekstihlaafitcitrusy-maji-pri-hubnuti-blahodarny-
ucinekhtml
23 httpwwwwellnesswacomau201102rosehip-tea-rosehip-mask-rosehip-oil-
and-rosehip-lip-balm-a-four-way-rosehip-ritual
24 httpwwwbordeauxcomusblogtagspinach
25 httpwwweducaterercoukpedigree-beef-33-casp
26
ZAacuteKLADNIacute BIOCHEMICKEacute PROCESY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
1 1 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů
1 2 Kategorie metabolismu
2 Katabolickeacute procesy
2 1 Průběh metabolismu v buňce
2 2 Metabolismus sacharidů
2 3 Metabolismus mastnyacutech kyselin
2 4 Metabolismus aminokyselin
3 Anabolickeacute procesy
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
VODIacuteK - H
1p +
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
000
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
--
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
- --
8p +8n
--
--
-- --
--
--
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
- --
6p +6n
--
--
-- --
--
VODIacuteK - H
1p +
-
VODIacuteK - H
1p +
---
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
DUSIacuteK - N
7p +7n
--
--
-- --
--
--
000
1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
11 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů V živeacute buňce probiacutehaacute velkeacute množstviacute chemickyacutech reakciacute Většina z nich se
uskutečňuje současně
Převaacutežnaacute čaacutest biochemickyacutech reakciacute v buňce je součaacutestiacute metabolickyacutech drah ktereacute
na sebe vzaacutejemně navazujiacute a jejichž vyacutesledkem je jeden nebo viacutece produktů
Termiacuten metabolismus můžeme volně přeložit jako laacutetkovaacute vyacuteměna Jednaacute se o
soubor všech chemickyacutech procesů v organismu Mezi zaacutekladniacute biogenniacute prvky patřiacute uhliacutek kysliacutek dusiacutek a vodiacutek
4 Scheacutema atomů jednotlivyacutech biogenniacutech prvků
Z těchto prvků jsou takeacute tvořeny zaacutekladniacute živiny sacharidy lipidy a biacutelkoviny 12 Kategorie metabolismu
Metabolismus se tradičně děliacute na dvě hlavniacute kategorie Katabolismus ndash převažujiacute reakce rozkladneacute (degradačniacute) Živiny a složitějšiacute laacutetky
jsou štěpeny na jednoduššiacute a uvolňuje se energie
Obr 1 Ilustračniacute foto ke katabolickyacutem reakciacutem
Anabolismus ndash převažujiacute reakce syntetickeacute při kteryacutech chemickyacutemi reakcemi
vznikajiacute složitějšiacute biomolekuly z jednoduchyacutech komponent
28
Obr 2 Ilustračniacute foto k anabolickyacutem reakciacutem Katabolickeacute procesy poskytujiacute energii potřebnou k procesům anabolickyacutem Zdrojem
energie pro metabolickeacute reakce je ATP (adenosintrifosfaacutet)
2 Katabolickeacute procesy
Pro ziacuteskaacutevaacuteniacute velkeacuteho množstviacute energie katabolickyacutemi reakcemi jsou
nejvyacutehodnějšiacute tuky (lipidy) Proto si je organismus vytvaacuteřiacute jako zaacutesobniacute formu
energie
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g tuku ziacuteskaacuteme 389 kJ (93 kcal) energie Spalovaacuteniacute je chemickyacute proces rychleacute oxidace kteryacutem se uvolňuje chemickaacute energie
V rozšiacuteřeneacutem nebo přeneseneacutem vyacuteznamu se jednaacute o biochemickyacute proces
přeměňovaacuteniacute živin v pohybovou a tepelnou energii
Dalšiacutem vyacutehodnyacutem zdrojem energie je glukosa Je to naviacutec jedinaacute živina
zpracovaacutevanaacute organismem za vzniku energie i bez přiacutestupu kysliacuteku
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g glukosy ziacuteskaacuteme 17 kJ (41 kcal) energie
Biacutelkoviny jako zdroje energie využiacutevajiacute organismy při zaacutetěžovyacutech stavech
Obr 3 Scheacutema molekuly ATP
29
21 Průběh metabolismu v buňce
Celyacute proces přeměny laacutetek - metabolismu v jedneacute buňce je možneacute rozdělit do
čtyř faacuteziacute probiacutehajiacuteciacute v oddělenyacutech čaacutestech
Extracelulaacuterně (mimo buňku) probiacutehaacute Faacuteze I Traacuteviciacute trakt rarr štěpeniacute živin na zaacutekladniacute složky a jejich transport krviacute
Intracelulaacuterně (v buňce) probiacutehaacute Faacuteze II Štěpeniacute živin na složky citraacutetoveacuteho cyklu rarr uvolněniacute NH3
Faacuteze III Citraacutetovyacute cyklus rarr vznik redukovanyacutech kofaktorů NADH a FHDH2
rarr uvolněniacute CO2
Faacuteze IV Dyacutechaciacute řetězec rarr zpracovaacuteniacute NADH a FADH2 rarr uvolněniacute H2O
rarr uvolněniacute energie rarr oxidativniacute fosforylace
rarr tvorba ATP
NADH reduktasa přesněji NADH ubichinon-reduktasa ndash jednaacute se o velkyacute
enzymatickyacute komplex složenyacute z řady biacutelkovinnyacutech podjednotek
Flavinadenindinukleotid (FAD či FADH2 přiacutepadně riboflavinadenosindifosfaacutet) ndash
jednaacute se o kofaktor neboli niacutezkomolekulaacuterniacute nebiacutelkovinnou čaacutest řady enzymů FAD je
jeho oxidovanaacute forma zatiacutemco FADH2 je jeho forma redukovanaacute
Po přiacutejmu potravy se v traacuteviciacutem traktu jednotliveacute živiny souhrou traacuteviciacutech enzymů
štěpiacute
Z polysacharidů monosacharidy Z lipidů mastneacute kyseliny Z biacutelkovin aminokyseliny 22 Metabolismus sacharidů
Monosacharidy se pomociacute přenašečů dostaacutevajiacute do krve a poteacute do buněk
V buňce se mohou přeměnit na glukosu a ta podleacutehaacute štěpeniacute zvaneacutem glykolysa
tiacutemto procesem vznikaacute acetyl-CoA (aktivovanaacute kyselina octovaacute)
vznikajiacute
vznikajiacute
vznikajiacute
30
Dalšiacute degradace monosacharidů probiacutehaacute v mitochondriiacutech v raacutemci citraacutetoveacuteho
cyklu V reakciacutech cyklu vznikajiacute dvě molekuly CO2 což je konečnyacute produkt
metabolismu uhliacuteku a kysliacuteku z živin
Vodiacutek z živin se takeacute uvolňuje a navaacuteže se na oxidoredukčniacute enzymy
označovaneacute jako pyridinoveacute (NADH) a flavinoveacute (FADH2) dehydrogenasy
Takto vaacutezaneacute vodiacuteky v konečneacute faacutezi vstupujiacute do dyacutechaciacuteho řetězce Zde ztraacutecejiacute
za uvolněniacute energie sveacute elektrony za vzniku čaacutestice (H+) a elektrony se postupně
přenaacutešejiacute až na kysliacutek kteryacute vytvořiacute s H+ molekuly vody Zdrojem kysliacuteku je oxidovanyacute
hemoglobin (oxyhemoglobin) vodiacutek pochaacuteziacute z živin
Uvolněnaacute energie se transformuje v procesu oxidativniacute fosforylace do molekuly
adenosintrifosfaacutetu ndash makroergickeacute sloučeniny bohateacute na energii
Sacharidy (cukry) ndash jsou považovaacuteny za okamžityacute zdroj energie
ndash glukosa je zdrojem energie pro všechny buňky jejiacute staacutelaacute hladina v krvi 44ndash67 mmoll
ndash při zvyacutešeniacute na 10 mmoll se glukosa objevuje v moči
ndash za běžnyacutech podmiacutenek se glukosa z potravy přeměňuje přibližně z 50 na oxid uhličityacute a
vodu (spalovaacuteniacute) 30ndash40 se přestavuje na tuk a 5 se syntetizuje na glykogen
ndash denniacute potřeba glukoacutezy min 160 g denně 300ndash500 g(mozek 120 g svaly v klidu 30ndash100 g)
23 Metabolismus mastnyacutech kyselin
Mastneacute kyseliny vytvořiacute v červenyacutech krvinkaacutech ndash erytrocytech triacylglyceroly
(triglyceridy) ktereacute se zabudujiacute do chylomikronů a přes lymfu proniknou do krve
V krvi se z nich speciaacutelniacutem enzymem zvanyacutem lipasa uvolniacute mastneacute kyseliny ktereacute se
vaacutežiacute na albuminy a poteacute prostupujiacute přes membraacutenu do buněk
Mastneacute kyseliny jsou zpracovaacuteny v β-oxidaci Jednaacute se o cyklus postupneacuteho
odbouraacutevaacuteniacute při němž se postupně odštěpujiacute vždy dvouuhliacutekateacute jednotky z mastneacute
kyseliny ze ktereacute vznikaacute acetyl-CoA Reakce probiacutehaacute v cytosolu mitochondrie
Vzniklyacute acetyl-CoA vstupuje do reakciacute citraacutetoveacuteho cyklu a zbytek mastneacute kyseliny
jejiacutež kostra je kratšiacute o dva uhliacuteky znovu vstupuje do reakce kteraacute vede k odštěpeniacute
dalšiacute dvouuhliacutekateacute jednotky Vyacutesledkem je vysokyacute zisk energie v zaacutevislosti na
velikosti uhliacutekateacute kostry mastneacute kyseliny Scheacutema β-oxidace R-CH2-CH2-CO-S-CoA + HS-CoA rarr R-CO-S-CoA + CH3-CO-S-CoA + H2O
31
Tuky (lipidy) - sloučeniny trojsytneacuteho alkoholu glycerolu s mastnyacutemi kyselinami
Vyacuteznam tuků - umožňujiacute vitamiacutenům A D E K ktereacute jsou lipofilniacute (rozpustneacute v tuciacutech) vstup do
organismu a jejich dalšiacute využitiacute
- jsou zdrojem esenciaacutelniacutech mastnyacutech kyselin
- tvořiacute zaacutesobu energie (v podkožiacute se nachaacuteziacute až 90 tuku)
- jsou součaacutestiacute buněčnyacutech membraacuten (cholesterolu)
Mastneacute kyseliny (MK) ndash jednaacute se o vyššiacute monokarboxyloveacute kyseliny ktereacute se mohou dělit na
1 neesenciaacutelniacute tělo si je dokaacuteže vyrobit samo (z cukrů a tuků živočišneacuteho původu) ty se dajiacute podle
charakteru vazeb daacutele dělit na
a) nasyceneacute - obsahujiacute jednoducheacute vazby mezi atomy uhliacuteku syntetizujiacute se v jaacutetrech
(např kys palmitovaacute ndash obsahuje 16 atomů uhliacuteku v molekule) kys stearovaacute
obsahuje 18 atomů uhliacuteků v molekule)
b) nenasyceneacute - obsahujiacute dvojneacute vazby mezi atomy uhliacuteku jejich vyacuteznamnyacutem zdrojem
je olivovyacute olej (k olejovaacute ndash obsahuje 18 atomů uhliacuteku v molekule)
2 esenciaacutelniacute tělo je samo vytvořit nedokaacuteže musiacute je přijiacutemat v potravě jejich zdrojem jsou zejmeacutena
semena rostlinneacute oleje vlašskeacute ořechy a listovaacute zelenina (kys linolovaacute kys linolenovaacute
kys arachidonovaacute) daacutele ryby a mořštiacute živočichoveacute (kys eikosapentaneovaacute kys dokosahexaenovaacute)
24 Metabolismus aminokyselin
Aminokyseliny se stejnyacutem způsobem jako monosacharidy dostaacutevajiacute
prostřednictviacutem speciaacutelniacutech přenašečů do krve a naacutesledně do buněk Z různorodyacutech
biacutelkovin ziacuteskaacuteme přibližně 20 aminokyselin
Metabolismus aminokyselin je pro jejich vlastniacute různorodou strukturu
komplikovanějšiacute Zaacutekladniacutem rysem přeměny je uvolněniacute jejich aminoskupiny ve formě
škodliveacuteho amoniaku Protože člověk (a primaacuteti) jej nedovedou jednoduše vyloučit
zpracuje se v močovinoveacutem cyklu na netoxickou močovinu Zbyleacute uhliacutekateacute kostry
aminokyselin se různě složityacutemi reakcemi přeměňujiacute na složky citraacutetoveacuteho cyklu Biacutelkoviny (proteiny) ndash patřiacute mezi zaacutekladniacute stavebniacute laacutetky organismu
- biacutelkoviny živeacute hmoty se neustaacutele obnovujiacute (denně cca 300ndash500 g)
- jsou tvořeny aminokyselinami přičemž lidskeacute tělo využiacutevaacute 20 aminokyselin některeacute vytvaacuteřiacute samo
- jednaacute se o vysokomolekulaacuterniacute laacutetky (majiacute velkeacute relativniacute molekuloveacute hmotnosti) se složityacutem
prostorovyacutem uspořaacutedaacuteniacutem
- důsledky nedostatku biacutelkovin
bull chaacutetraacuteniacute těla (marasmus) zpomaleniacute až zastaveniacute růstu aneacutemie sniacuteženiacute odolnosti
narušeniacute vyacutevoje CNS
32
bull kwashiorkar u dětiacute (bdquonafouklaacute břiacuteškaldquo) strava energeticky dostatečnaacute ale chudaacute na
biacutelkoviny zvětšeniacute sleziny jater cirhoacuteza
Vyacutesledkem kompletniacute degradace živin jsou konečneacute produkty metabolismu čtyř
zaacutekladniacutech biogenniacutech prvků C H O N rarr CO2 H2O NH3 (přeměněnyacute na
močovinu) a energie vaacutezanaacute v ATP 3 Anabolickeacute procesy
Při anabolickyacutech procesech se živiny u zdraveacuteho člověka rozklaacutedajiacute na
jednoduššiacute laacutetky Při těchto rekciacutech je ziacuteskaacutevaacutena nejen energie ale čaacutest vzniklyacutech
produktů se využije k obnově tkaacuteniacute nebo tvorbě zaacutesob Napřiacuteklad aminokyseliny se
většinou využijiacute na synteacutezu biacutelkovin podle aktuaacutelniacutech potřeb a přebytek se odbouraacute
Organismus si žaacutedneacute biacutelkoviny do zaacutesob netvořiacute
Naopak glukosu je možno v organismu uchovaacutevat v podobě glykogenu kteryacute se
však vytvaacuteřiacute pouze v jaacutetrech a ve svalech
Hepatocyty (jaterniacute buňky) při vyacuterazneacutem poklesu glykeacutemie doplňujiacute hladinu
glukosy v krvi štěpeniacutem glykogenu Naviacutec jsou schopny syntetizovat glukosu
z glukogenniacutech aminokyselin laktaacutetu a z glycerolu uvolněneacuteho štěpeniacutem
triacylglycerolů
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
Metabolickaacute draacuteha je řada naacuteslednyacutech enzymovyacutech reakciacute vedouciacutech k tvorbě
určiteacuteho produktu Reakčniacute složky meziprodukty a produkty draacutehy jsou označovaacuteny
jako metabolity
1 Metabolickeacute draacutehy jsou nevratneacute Jestliže jsou dva produkty navzaacutejem metabolicky převoditelneacute musiacute byacutet draacuteha
vedouciacute od prveacuteho k druheacutemu produktu odlišnaacute od draacutehy vedouciacute od druheacuteho
produktu k prvniacutemu
2 Každaacute metabolickaacute draacuteha obsahuje časnyacute určujiacuteciacute stupeň Metabolickeacute draacutehy
jsou jako celek nevratneacute ale většina diacutelčiacutech reakciacute probiacutehaacute v bliacutezkosti
rovnovaacutežneacuteho stavu
3 Všechny metabolickeacute draacutehy jsou regulovaneacute
33
4 Metabolickeacute draacutehy probiacutehajiacute v eukaryontniacutech organismech ve specifickyacutech miacutestech
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
Nezbytneacute složky potravy jsou předevšiacutem živiny (lipidy sacharidy proteiny)
vitamiacuteny voda mineraacutelniacute laacutetky vlaacuteknina Jejich optimaacutelniacute procentuaacutelniacute zastoupeniacute
v potravě činiacute cukry 60 tuky 25 biacutelkoviny 15
Obecně lze vyjaacutedřit potřebu přiacutejmu biacutelkovin jako 1 gram na 1 kilogram vaacutehy těla
U dětiacute a těhotnyacutech žen o něco viacutece Rostlinneacute a živočišneacute biacutelkoviny jsou odlišneacute
struktury (esenciaacutelniacute aminokyseliny nejsou v rostlinnyacutech biacutelkovinaacutech) To je tedy
jeden z důvodů proč je vegetariaacutenstviacute nevhodneacute pro děti
Existujiacute vyacutekyvy ve spraacutevneacutem poměru přijiacutemaacuteniacute živin Z těchto vyacutekyvů vyplyacutevajiacute různeacute
patologie hladověniacute podvyacuteživa otylost obezita mentaacutelniacute anorexie a bulimie
Nutričniacute tabulky najdete např na adresehttpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 httpwwwustbonifacembcacusbabernierbiologieModule1Imagesatpjpg
5 httpnd01jxscz951848df6dd214b1_31960153_o2jpg
6 http12912392202isotope
7 httpwwwgoogleczimgresimgurl
8 httpwwwgoogleczimgresimgurl
9 httpwwwprojektalfag6czolygos2gif
10 httpcswikipediaorgwikiSouborFat_structural_formulaepng
11 httpnd01jxscz51188560aec9185e_35721065_o2jpg
34
12 httpwwwwikidocorgimages550-
Metabolism_790px_partly_labeledpngampimgrefurl
13 wwwmojeramaczrama-ideavitaminyjpg DHA (kyselina dokosahexaenovaacute )
ALA (kyselina alfa-linolenovaacute)--omega-3 nenasyceneacute mastneacute kyseliny
14 httpismuniczelportalestudfspsjs07fyziotextych02html
15 httpwwwzdravavyzivaczzdrava-vyziva3jpgampimgrefurl
16 httpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
17 httpwwwnspkaczNSPKA_prirucky2012laboratorni_prirucka_OKBHorlovaW
IAAHhtm
35
NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Uacutevod do problematiky naacutevykovyacutech laacutetek definice drogy rozděleniacute laacutetek
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol
22 Tabaacutek a kouřeniacute
3 Nelegaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu (marihuana hašiš)
32 Halucinogeny (LSD atropin mezkalin)
33 Laacutetky se stimulačniacutem uacutečinkem (kokain amfetaminy aj)
34 Laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem (sedativa-benzodiazepiny barbituraacutety aj)
35 Opiaacutety (morfin heroin aj)
36 Těkaveacute (inhalačniacute) laacutetky (toluen aceton)
4 Zaacutesady prevence a prvniacute pomoci při aplikaci naacutevykoveacute laacutetky
5 Legislativa tyacutekajiacuteciacute se naacutevykovyacutech laacutetek
6 Přehled použiteacute literatury
7 Teacutemata referaacutetů
36
1 Uacutevod
Definice naacutevykoveacute laacutetky (bdquodrogyldquo) jde o aplikaci jakeacutekoliv laacutetky přiacuterodniacuteho či
syntetickeacuteho původu ovlivňujiacuteciacute psychiku člověka a vyvolaacutevajiacuteciacute potřebu
opakovaneacuteho použitiacute (recidivy) takže uživatel se na niacute staacutevaacute zaacutevislyacute (bdquodrogovaacute
zaacutevislostldquo) Vzhledem ke skutečnosti že v posledniacutech letech vidiacuteme zvyacutešenyacute rozsah tohoto fenomeacutenu kteryacute
zasahuje čiacutem daacutel tiacutem mladšiacute skupiny mlaacutedeže se všemi nepřiacuteznivyacutemi důsledky (zdravotniacutemi
ekonomickyacutemi i společenskyacutemi ndash rozvrat osobnosti asociaacutelniacute a protizaacutekonneacute chovaacuteniacute nutnost leacutečby)
je nanejvyacuteš aktuaacutelniacute zavčas varovat žaacuteky ve škole před tiacutemto nebezpečiacutem (tzv toxikomaacutenie)
Na vzniku zaacutevislosti se podiacutelejiacute zejmeacutena tyto faktory
- droga - typ vlastniacute substance působiacuteciacute na psychiku
- člověk - zejmeacutena typ jeho osobnosti (zvyacutešeneacute riziko pro neurotickeacute
nezdrženliveacute nesebejisteacute jedince s absenciacute zaacutejmů a zaacutelib sportu atd)
- prostřediacute - problematickeacute rodinneacute zaacutezemiacute vliv bdquopartyldquo
Většinou při vzniku zaacutevislosti působiacute kombinace vyacuteše uvedenyacutech přiacutečin
Průběh zaacutevislosti
- zprvu jde o zvědavost vyzkoušet si novyacute zaacutežitek zahnat stres uacutenavu
bdquovyřešitldquo probleacutemy s učeniacutem partnerskyacutemi vztahy apod
- postupnyacute naacutevyk na drogu opakovaneacute užiacutevaacuteniacute zvyšujiacuteciacute se tolerance na drogu
(neplatiacute u alkoholu)
- abstinenčniacute přiacuteznaky při vynechaacuteniacute daacutevky (poceniacute třes zvraceniacute průjem hellip)
Psychickaacute zaacutevislost (kouřeniacute) ndash lze překonat silnou vůliacute
Fyzickaacute zaacutevislost (heroin) ndash při absenci drogy těžkeacute zdravotniacute naacutesledky popř
i smrt
- zdravotniacute a sociaacutelniacute konsekvence (rozpad rodiny odchod partnera ztraacuteta
zaměstnaacuteniacute sebevražedneacute pokusy aj)
Je nutneacute nebyacutet nevšiacutemavyacute k jasnyacutem přiacuteznakům počiacutenajiacuteciacute zaacutevislosti ndash změny chovaacuteniacute naacutehleacute
bezdůvodneacute zhoršeniacute prospěchu ztraacuteta zaacutejmů a přaacutetel zaviacuteraacuteniacute se na delšiacute dobu na WC shaacuteněniacute
financiacute (kraacutedeže) modřiny a vpichy na těle hellip
Způsoby aplikace drog
- peroraacutelně (tablety praacutešek roztok) ndash např pervitin extaacuteze
37
- dyacutechaciacutem uacutestrojiacutem (kouřeniacute ndash marihuana šňupaacuteniacute ndash kokain inhalace par ndash
toluen)
- intravenoacutezně (injekčně ndash heroin zvyacutešeneacute riziko přenosu infekciacute chorob ndash
žloutenka AIDS)
- jineacute způsoby (čiacutepky naacuteplasti hellip)
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol bdquoliacutehldquo (chemicky ethanol C2H5OH) Alkohol je staacutetem tolerovanou drogou a lze jej běžně od určiteacuteho věku (18-21 let)
koupit ve formě alkoholickyacutech naacutepojů v obchodech
Pozn Alkoholy obecně obsahujiacute ndashOH skupinu na alifatickeacutem řetězci pozor na zaacuteměnu ethanolu za
methanol CH3OH (možnost vyacuteskytu v různyacutech po domaacutecky paacutelenyacutech produktech) kteryacute je
prudce jedovatyacute ndash při požitiacute hroziacute oslepnutiacute smrt Alkoholismus je historicky jednou
z nejstaršiacutech drogovyacutech zaacutevislostiacute a pokusy o jeho vymyacuteceniacute (viz prohibice v USA Rusku)
vždy vedly pouze k rozmachu černeacuteho trhu
Alkohol působiacute na centraacutelniacute nervovyacute systeacutem a to zpočaacutetku stimulačně daacutele pak
tlumivě
Pro potravinaacuteřskeacute uacutečely se vyraacutebiacute lihovyacutem kvašeniacutem plodin obsahujiacuteciacutech cukr
(melasa z cukroveacute řepy brambory obiliacute různeacute druhy ovoce) za působeniacute enzymu
(zymasa)
C6H12O6 rarr 2 C2H5OH + 2 CO2
Průmyslově se ethanol vyraacutebiacute hydrataciacute ethenu
H2C=CH2 + H2O rarr CH3CH2OH
Pro chemickeacute užitiacute (např jako rozpouštědlo) se alkohol denaturuje tj zaacuteměrně se k němu přidaacutevajiacute
zapaacutechajiacuteciacute laacutetky (např derivaacutety merkaptanů pyridinu methanol benziacuten) aby nebyl poživatelnyacute
100 alkohol nelze ziacuteskat destilačně (s vodou tvořiacute při obsahu 96 tzv azeotropniacute směs kteraacute maacute
konstantniacute teplotu varu) pouze chemicky vaacutezaacuteniacutem vody užitiacutem sikativ (silikagel)
Požiacutevaacuteniacute alkoholu vede k nevratneacutemu poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (jaacutetra ndash cirhoacuteza
žaludek ndash vředy) oslabeniacute imunity poruchaacutem paměti depresiacutem a halucinaciacutem
u těhotnyacutech žen k poškozeniacute plodu Leacutečeniacute alkoholika předpoklaacutedaacute jeho spolupraacuteci a
38
je zdlouhaveacute (uacutestavniacute forma 6 - 12 měsiacuteců) a ne vždy uacutespěšneacute Pro vyleacutečeneacuteho platiacute
100 zaacutekaz alkoholu a doživotniacute bezvyacutejimečnaacute abstinence
Z hlediska konzumace alkoholu rozlišujeme
- abstinenti hellip nepijiacute vůbec či zcela vyacutejimečně v symbolickeacutem množstviacute
- přiacuteležitostniacute konzumenti hellip pijiacute bdquos miacuterouldquo nepravidelně nejsou skoro nikdy opiliacute
- nadměrniacute konzumenti hellip pijiacute trvale přes miacuteru ztraacutecejiacute kontrolu často opiliacute
- alkoholici hellip s chorobnou zaacutevislostiacute ndash nekontrolovatelneacute pitiacute abstinenčniacute přiacuteznaky
Resorpce (odbouraacutevaacuteniacute) alkoholu Odbouraacutevaacuteniacute alkoholu je individuaacutelniacute (u mužů cca 2x rychlejšiacute než u žen zaacutevisiacute i na
hmotnosti osoby) Orientačně lze počiacutetat s odbouraacuteniacutem max 015-02 permil alkoholu v
krvi za hodinu
Vzorec pro vyacutepočet promile alkoholu v krvi permil = mA(g) M (kg) middot k
kde mA hellip hmotnost čisteacuteho alkoholu (g)
M hellip hmotnost člověka (kg)
k koeficient ( 07 pro muže 06 pro ženy)
Vzorovyacute přiacuteklad
Vypočtěte kdy budeme moci sednout za volant vypijeme-li 2 piva 11ordm o obsahu alkoholu 4 obj a
k tomu 3 bdquopanaacutekyldquo vodky po 50 ml 40 alkoholu (hustota ethanolu je ρ = 078 gcm3)
vyacutepočet (přibližně)
a) 2 piva 11deg (4obj ) tzn 1000ml obsahuje cca 40 ml čisteacuteho alkoholu
tj mA = ρ middot V = 078 middot 40 = 312 g
b) 3 bdquopanaacutekyldquo (alkohol 40 obj) tzn 150ml obsahuje 60 ml čisteacuteho alkoholu
tjmA = ρ middot V = 078 middot 60 = 468 g
CELKEM 78 g čisteacuteho alkoholu
V krvi bude naměřeno 78 80 middot 07 = 14 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 80 kg muže)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 7 - 9 hodin ()
78 60 middot 06 = 22 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 60 kg ženu)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 11 - 14 hodin ()
Pozn Uvedenyacute přiacuteklad je pouze ilustračniacute a je nutneacute počiacutetat s časovou rezervou a individuaacutelniacutemi
odchylkami
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 2 - 6
39
22 Tabaacutek a kouřeniacute V současneacute době spolu s alkoholem jedinaacute staacutetem tolerovanaacute droga
Historie kouřeniacute dyacutemky u Indiaacutenů
v Evropě začiacutenaacute od 16 stol největšiacute rozvoj od 2pol 19 stol se seacuteriovou vyacuterobou cigaret
Laacutetky obsaženeacute v tabaacuteku
Hlavniacute roli hraje alkaloid nikotin
3-(1-methylpyrrolidin-2-yl)pyridin
Obr1 Tabaacutek (Nicotiana tabacum)
Nikotin je bezbarvaacute olejovitaacute kapalina rozpustnaacute ve vodě kteraacute na vzduchu hnědne
(oxiduje se na kyselinu nikotinovou) Draacuteždiacute centraacutelniacute nervovou soustavu zvyšuje
krevniacute tlak i sekreci žlaacutez Ve většiacutech daacutevkaacutech působiacute křeče až ochrnutiacute dyacutechaciacuteho
centra a smrt
Dalšiacute laacutetky v tabaacuteku alkaloidy nornikotin anabasin nikotyrin nikotellin hellip a mnoho dalšiacutech
Tabaacutekovyacute kouř daacutele obsahuje toxickeacute zplodiny hořeniacute (aromaacutety CO NOx HCN v cigaretoveacutem papiacuteře
je obsažen radioizotop 210Po)
Jen čaacutest škodlivyacutech laacutetek se zachytiacute na filtru zbytek se dostaacutevaacute do organismu
dyacutechaciacutemi cestami Je prokaacutezaacutena souvislost mezi rakovinou dyacutechaciacutech cest a
kouřeniacutem (varovaacuteniacute na každeacute krabičce cigaret)
Probleacutemem je že kouřeniacute se staacutele posouvaacute do nižšiacutech věkovyacutech skupin a do ženskeacute
populace (cca 13 kuřaacuteků jsou ženy) a negativniacute uacutečinky se bagatelizujiacute (bdquovždyť kouřiacute i
doktořildquohellip)
Způsoby boje proti kouřeniacute
Reklama (moderniacute je nekouřit) osvěta (někdy dost drastickaacute - rentgenoveacute sniacutemky
plic kuřaacuteka) legislativniacute omezeniacute (zaacutekazy kouřeniacute v restauraciacutech zvyšovaacuteniacute ceny)
Terapie
Při odvykaacuteniacute se uplatňuje řiacutezenaacute aplikace nikotinu ve formě žvyacutekačky naacuteplastiacute
elektronickaacute cigareta apod
40
Zaacutevěr
Jde o ošklivyacute zlozvyk jehož se těžce dotyčnyacute (obvykle až po fataacutelniacutech zdravotniacutech
probleacutemech) zbavuje Četnost recidivy je velmi značnaacute
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 6
3 NELEGAacuteLNIacute NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu
Pochaacuteziacute z rostliny Cannabis sativa (konopiacute seteacute) Konopiacute se zneužiacutevaacute nejčastěji
k nelegaacutelniacute vyacuterobě marihuany a hašiše
Konopiacute je původem z Kašmiacuteru je to jedna z nejstaršiacutech kulturniacutech plodin Je užiacutevaacutena k vyacuterobě
pevnyacutech provazů a lan oleje ze semen
Obr 2 Konopiacute seteacute
Uacutečinnou laacutetkou je THC (tetrahydrocannabinol C21H30O2)
Chemicky (-)-(6aR 10aR)-669-trimethyl-3-pentyl-6a7810a-tetrahydro-6H-benzo[c]chromen-1-ol
Marihuana (obsahuje cca 10 THC)
se připravuje fermentačniacutem procesem z mladyacutech listů a květů konopiacute
Na trhu je ve formě zelenošedyacutech sušenyacutech listů nebo slisovanyacutech tyčinek (bdquojiveldquo)
Hašiš (bdquohašldquo bdquokiffldquo bdquolaacutedoldquo s obsahem až 40 THC)
41
je ze samičiacutech květů konopiacute jež obsahujiacute hodně pryskyřice s typickyacutem zaacutepachem
(existujiacute různeacute druhy např charos - čistaacute pryskyřice ganja - z květů bhang - ze
semenhellip) Distribuuje se ve formě hnědyacutech mastnyacutech lisovanyacutech kostek či placek
Aplikace kouřeniacutem cigaret (marihuana) či dyacutemkou (hašiš) možno i peroraacutelně
Přiacuteznaky intoxikace rychlyacute naacutestup uacutečinku (minuty) ndash zrychleniacute tepu sucho v uacutestech
uvolněniacute euforie snoveacute obluzeniacute halucinace trvajiacuteciacute hodiny
Při dlouhodobeacutem pravidelneacutem užiacutevaacuteniacute zpomaleniacute myšleniacute poruchy paměti
schizofrenie riziko zhoubnyacutech naacutedorů dyacutechaciacuteho systeacutemu
Jde pouze o psychickou nikoli fyzickou zaacutevislost (nehroziacute abstinenčniacute syndrom)
Marihuana patřiacute mezi tzv bdquoměkkeacuteldquo drogy ndash otaacutezka bdquopřestupniacute staniceldquo k bdquotvrdyacutemldquo drogaacutem je
nejednoznačnaacute V některyacutech staacutetech (Holandsko Izrael) neniacute marihuana zakaacutezaacutena Řada lidiacute po tom
volaacute i u naacutes Možnost kontrolovaneacuteho leacutečebneacuteho využitiacute (potlačeniacute nevolnosti při chemoterapii
rakoviny roztroušeneacute skleroacutezy parkinsonismu apod)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 7
32 Halucinogeny Tyto laacutetky obecně deformujiacute vniacutemaacuteniacute reality a navozujiacute falešneacute (předevšiacutem zrakoveacute
ale i sluchoveacute čichoveacute) představy Existuje viacutece než 150 rostlin ze kteryacutech lze ziacuteskat halucinogeny Znaacutemy už od starověku (věštiacuterny ndash
Theacuteby Delfy) Děleniacute dle chemickeacuteho složeniacute
a) Indoloveacute derivaacutety (např LSD psilocin harmin)
b) Piperidinoveacute a tropanoveacute laacutetky (atropin skopolamin)
c) Fenylethylaminoveacute derivaacutety (mezkalin)
ad a) LSD = diethylamid kyseliny lysergoveacute ndash obsažen v naacutemelu (parazit na žitě)
LSD Obr 3 Naacutemel
Naacutemel vytvaacuteřiacute parazitniacute houba Paličkovice nachovaacute (viz Obr 3) ve středověku řada otrav bdquoIgnis sacerldquo
(Svatyacute oheň) Od r 1962 Timothy Leary (hnutiacute Hippies) ndash užiacutevaacuteniacute LSD
42
Aplikace ve formě napuštěnyacutech papiacuterků (bdquoblotterldquo)
Uacutečinky Během kraacutetkeacute doby předměty měniacute tvar i barvu zpomaleniacute času
dezorientace fobie
Do teacuteto skupiny drog daacutele patřiacute
Psilocin a psilocybin (obsaženy v houbičce
Lysohlaacutevka kopinataacute ndash viz Obr 4)
Dalšiacute zaacutestupci
Harmin harmalin (Latinskaacute Amerika)
Bufotenin (ropušiacute jed) ibogain (Gabun Afrika)
Obr 4 Lysohlaacutevka
ad b) Atropin ndash v ruliacuteku zlomocneacutem a semenech durmanu Rozšiacuteřeniacute zorniček
Aplikace většinou formou vyacuteluhu Působiacute jako blokaacutetory acetylcholinu (halucinace) Dalšiacute Skopolamin hyoscyamin (obsaženy v bliacutenu) fencyklidin (disociativniacute anestetikum)
ad c) Mezkalin (345-trimethoxyfenylethylamin) v kaktusech (Lophophora Williamsii) Mexiko
Aplikace peroraacutelně i kouřeniacutem uacutečinky podobneacute jako LSD
Všechny drogy teacuteto skupiny působiacute pouze psychickou zaacutevislost
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 8
33 Stimulanty
Jde o přiacuterodniacute (kokain) i syntetickeacute (amfetaminy) laacutetky navozujiacuteciacute stimulačniacute
(povzbudivyacute) uacutečinek odstraněniacute uacutenavy sniacuteženiacute potřeby spaacutenku euforii schopnost
empatie (souciacutetěniacute)
a) Kokain (bdquokoksldquo bdquocrackldquo bdquorockldquo bdquosniacutehldquo) Biacutelyacute praacutešek nahořkleacute chuti patřiacute mezi tropanoveacute alkaloidy
Koka pravaacute (viz Obr 5)
rostlina znaacutema už v řiacuteši Inků v Evropě od 16 stol do r 1903 obsažena i
ve znaacutemeacutem naacutepoji Coca Cola
Aplikace šňupaacuteniacute nosem kouřeniacutem i injekčně
Uacutečinky třes poceniacute sucho v uacutestech rozšiacuteřeniacute zornic zvyacutešeniacute tlaku lesk v očiacutech
paacuteleniacute kůže Vyvolaacutevaacute pocit euforie při předaacutevkovaacuteniacute uacutetlum dyacutechaacuteniacute smrt
Kokain je jednou z nejdražšiacutech tvrdyacutech dog s extreacutemniacute psychickou zaacutevislostiacute
Obr 5 Koka
43
b) Amfetaminy ndash obsahujiacute dusiacutekatyacute atom mimo cyklus
Původně užiacutevaacuteny jako leacutečiva později zjištěny nežaacutedouciacute uacutečinky na psychiku a
naacutevykovost Při delšiacute konzumaci dochaacuteziacute k deformaci osobnosti (bdquoamfetaminovaacute
psychoacutezaldquo) Jde o jeden z nejnebezpečnějšiacutech druhů toxikomaacutenie z hlediska
agresivity a vedlejšiacutech uacutečinků (poškozeniacute ledvin jater) s vysokou psychickou a
čaacutestečně i fyzickou zaacutevislostiacute
Aplikace praacutešek (tablety) injekčně roztok uacutečinky podobneacute kokainu
Zaacutestupci Metamfetamin (bdquopervitinldquo) fenmetrazin MDMA (bdquoextaacutezeldquo)
extaacuteze = N-methyl-34-methylendioxyamphetamin
c) Methylxanthiny Jde o povzbuzujiacuteciacute laacutetky obsaženeacute v kaacutevě kakau čaji Působiacute na svalstvo stimuluje
srdečniacute činnost sekreci žaludečniacutech šťaacutev V malyacutech daacutevkaacutechndashzvyacutešeniacute bdělosti potlačeniacute
uacutenavy většiacute daacutevky (nad 200 mg denně) působiacute nespavost psychickeacute potiacuteže osteoporoacutezu
(odvaacutepněniacute kostiacute)
Nejznaacutemějšiacute zaacutestupce kofein (137-trimethylxanthin)
Kromě kofeinu jsou v kaacutevě a čaji theofylin (13-dimethylxanthin) theobromin (37-dimethylxanthin)
Do teacuteto skupiny daacutele patřiacute
- zaacutevislost kathoveacuteho typu (žvyacutekaacuteniacute listů rostliny Catha edulis rozšiacuteřeno kolem Rudeacuteho moře)
- betel (z palmy Areka obecnaacute obsahuje arekaidin) ndash v Thajsku (červeneacute zbarveniacute jazyka)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 9 10
34 Sedativa
Jde o laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem na centraacutelniacute nervovou soustavu Podporujiacute spaacutenek
navozujiacute zklidněniacute zmiacuterňujiacute uacutezkost Při předaacutevkovaacuteniacute ndash celkovaacute anestezie až smrt
44
a) Barbituraacutety jsou staršiacute skupinou laacutetek a dřiacuteve se užiacutevala jako leacutečiva Pozor ndash už desetinaacutesobek
leacutečebneacute daacutevky může byacutet smrtelnyacute (riziko předaacutevkovaacuteniacute neexistence uacutečinneacuteho
antidota)
Aplikace tablety
Zaacutestupci Veronal (diethylbarbiturovaacute kyselina) Luminal (5-fenyl-5-ethylbarbiturovaacute kys)
Meprobamat Fyzickaacute zaacutevislost nebezpečnyacute abstinenčniacute syndrom
C OC
C OR1
R2O
O
CH2CH3
CH2 CH3
NH2
NH2
O+-2 C2H5OH
NH
NH
R2
R1
O
O
O
močovinadiethylmalonaacutety R1=R2=H kys barbiturovaacute
R1=R2=C2H5 barbital veronal
R1=C2H5 R2=C6H5 luminal fenobarbital b) Benzodiazepiny Novějšiacute preparaacutety - od sedmdesaacutetyacutech let vytlačily předchoziacute z trhu
Vyacutehody menšiacute riziko předaacutevkovaacuteniacute existence uacutečinneacuteho antidota (Flumazenil)
Přiacuteklady Diazepam (Valium)
Flunitrazepam (Rohyphnol Obr 6)
Midazolam (Dormicum)
Způsobujiacute těžkou fyzickou i psychickou zaacutevislost
Užitiacute při předoperačniacute přiacutepravě apod
V posledniacute době se však čiacutem daacutel tiacutem viacutece při leacutečbě
fobiiacute upřednostňuje psychoterapie Obr 6 Rohyphnol
c) Dalšiacute sedativa Přiacuteklady Azapirony (Buspiron) leacutečeniacute dlouhodobyacutech uacutezkostiacute
Cyklopyrolony (Zopiklon) hypnotikum 3 generace proti epilepsii
Imidazopyridin (Zolpidem) svalovaacute relaxace
Mezi sedativa patřiacute takeacute Thaloimid (Contergan) ndash teratogenniacute uacutečinky na plod při užiacutevaacuteniacute v těhotenstviacute
Kava-kava ndash přiacuterodniacute sedativum z pepřovniacuteku opojneacuteho (N Guineia)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 11
45
35 Opiaacutety Jednaacute se o velmi tvrdeacute drogy pochaacutezejiacuteciacute ze šťaacutevy nezralyacutech makovic (opium
morfin) a jejich syntetickeacute derivaacutety (heroin) Morfium bylo znaacutemo jako leacutek tlumiacuteciacute bolest (analgetikum) a bylo využiacutevaacuteno např při ošetřovaacuteniacute
zraněnyacutech vojaacuteků ve vaacutelce
Opium se ziacuteskaacutevaacute z lepkaveacute šťaacutevy nařiacuteznutyacutech makovic kteraacute na vzduchu hnědne
ztuhlaacute se seškrabe dosušiacute a uhněte do cihliček
Obr 7 Maacutek setyacute (Papaver somniferum)
Opium je směs obsahujiacuteciacute desiacutetky alkaloidů fenathrenoveacuteho typu (morfin) a izochinoliacutenoveacuteho typu
(papaverin) Existujiacute různeacute druhy opia (bdquogaliacuteldquo bdquochanduldquo bdquodrossldquo aj)
Aplikace nejviacutece kouřeniacutem v dyacutemkaacutech popř cigaretaacutech řidčeji peroraacutelně Většina
opia se zpracovaacutevaacute na čisteacute alkaloidy
Morfin kodein (methylmorfin) heroin (36-diacetylmorfin)
morfin heroin
Aplikace injekčně vyacutejimečně peroraacutelně
Uacutečinky Jedny z nejtvrdšiacutech drog extreacutemně silnaacute fyzickaacute i psychickaacute zaacutevislost
Projevujiacute se zuacuteženiacutem zorniček (na velikost špendliacutekoveacute hlavičky) po počaacutetečniacute euforii
působiacute poruchy paměti apatii celkovyacute rozvrat osobnosti totaacutelniacute impotenci
46
Těžkyacute abstinenčniacute syndrom vrcholiacute po cca 48 hodinaacutech a připomiacutenaacute silnou chřipku
daacutele zahrnuje zvraceniacute průjem šiacuteleneacute svěděniacute pokožky
Terapie je možnaacute jen uacutestavniacute formou s nevalnou šanciacute na vyleacutečeniacute
Dnes existuje řada syntetickyacutech derivaacutetů laacutetek tohoto typu některeacute z nich majiacute potlačeneacute naacutevykoveacute
uacutečinky a užiacutevajiacute se dokonce i k protidrogoveacute leacutečbě (např metadon)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 12
36 Solvencia (těkaveacute a inhalačniacute laacutetky)
Jde o tzv bdquočichaacuteniacuteldquo tj aplikaci par těkaveacute kapaliny (plynu) do dyacutechaciacuteho uacutestrojiacute
Nejčastěji zneužiacutevaneacute laacutetky
- alifatickeacute uhlovodiacuteky (ethyn propan butan hexan)
- cyklickeacute a aromatickeacute uhlovodiacuteky (cyklopropan toluen xyleny)
- směsi uhlovodiacuteků (benzin nafta)
- halogenderivaacutety (tetrachlormethan chloroform trichlorethylen ethylchlorid
freony)
- kysliacutekateacute derivaacutety (aceton butanon dimethylether methylacetaacutet methyl-terc
butylether MTBE oxid dusnyacute aj) Uacutekol Napište chemickeacute vzorce inhalačniacutech laacutetek
Aplikace čichaacuteniacutem - inhalaciacute par vyacuteše uvedenyacutech laacutetek (tzv bdquosniffing) nosem i uacutesty
Uacutečinky rychlyacute naacutestup ndash euforie zaacutevrať bdquoztraacuteta hmotnostildquo postupneacute upadaacuteniacute do
spaacutenku
Symptomy dilatace zornic slzeniacute vyacutetok z nosu zvraceniacute pokles hmotnosti třes hellip
Důsledky zhoršeniacute paměti pokles inteligence těžkeacute deprese rozpad osobnosti
poruchy krvetvorby nevratneacute poškozeniacute sliznic
Nebezpečiacute
- zadušeniacute např při přetaacutehnutiacute igelitoveacuteho pytliacuteku přes hlavu pro zvyacutešeniacute uacutečinku
- nevratneacuteho poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (ledviny jaacutetra) až smrt při polknutiacute
laacutetky
- jde o jedny z nejlevnějšiacutech a nejdostupnějšiacutech laacutetek ktereacute si každyacute snadno
opatřiacute (bdquodrogy hloupyacutechldquo)
- jednaacute se o silnou psychickou zaacutevislost se sklony k recidivě
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 13
47
4 PREVENCE A PRVNIacute POMOC
Při prevenci je rozhodujiacuteciacute aby se na probleacutem co nejdřiacuteve vůbec přišlo (všiacutemavost
k symptomům toxikomaacutenie)
Typickeacute přiacuteznaky
- naacutehlaacute změna chovaacuteniacute (předraacutežděnost deprese ztraacuteta zaacutejmů)
- zhoršenyacute prospěch ztraacuteta přaacutetel
- uacutebytek hmotnosti zdravotniacute probleacutemy vpichy
- potřeba peněz kraacutedeže střet se zaacutekonem hellip
Prevence
snaha předejiacutet zaacutevislosti zejmeacutena u mladyacutech lidiacute a u rizikovyacutech skupin
- vyacutechova v rodině zaacutejem o diacutetě
- vyacutechova ve škole upozorněniacute na rizika
- sport aktivniacute traacuteveniacute volneacuteho času hellip
Prvniacute pomoc
se nelišiacute od prvniacute pomoci např při nehodě tj je nutno se postarat o zachovaacuteniacute
zaacutekladniacutech životniacutech funkciacute a rychlou leacutekařskou pomoc
Leacutečeniacute
je postaveno na baacutezi dobrovolnosti ndash dlouhodobaacute zaacuteležitost včetně uacutestavniacute leacutečby
riziko recidivy Absolutniacute nutnost_doživotniacute abstinence
Při probleacutemech
V Olomouci existuje P-centrum Lafayettova 9 Olomouc tel 585221983
httpwwwp-centrumcz
p-centrump-centrumcz
5 LEGISLATIVA
Samotneacute užiacutevaacuteniacute drog neniacute trestneacute trestneacute je jejich drženiacute vyacuteroba distribuce
Důležityacute pro policii je pojem tzv bdquomaleacuteholdquo množstviacute zadrženeacute drogy
- při něm jde jen o přestupek s pokutou do 15000 Kč
- při většiacutem množstviacute pak už o trestnyacute čin s možnostiacute vězeniacute až na 5 let
48
Za maleacute množstviacute se považuje např
konopiacute - 5 rostlin marihuana - 15 g sušiny extaacuteze - 4 tablety LSD - 5 papiacuterků
kokain - 1 gram pervitin - 2 gramy
Vybraneacute trestniacute sazby
- za distribuci drog mladistvyacutem až 10 let vězeniacute
- při způsobeniacute těžkeacute uacutejmy na zdraviacute až 15 let
- bdquovařičildquo do 5 let
- za pouheacute neoznaacutemeniacute vyacuteše uvedenyacutech činů hroziacute až 3 roky
Probleacutem
Zaacutekon postihuje zpravidla jen dealery a bdquomenšiacute rybyldquo zatiacutemco velciacute distributoři a
producenti jsou chyceni spiacuteše vyacutejimečně Naviacutec se staacutele objevujiacute noveacute derivaacutety ktereacute
dosud nejsou na seznamech zakaacutezanyacutech laacutetek
Zaacutekony pojednaacutevajiacuteciacute o drogaacutech
č1401961 Sb (trestniacute zaacutekon)
č 2001990 (přestupkovyacute zaacutekon)
č 3321997 (zachaacutezeniacute skladovaacuteniacute likvidace)
č 1671998 (o naacutevykovyacutech laacutetkaacutech)
č 3792005 (prevence toxikomaacutenie)
Vyhlaacuteška č 621989 (seznam psychotropniacutech laacutetek)
Sděleniacute č4621991 (prekurzory omamnyacutech a psychotropniacutech laacutetek)
6 Teacutemata referaacutetů 1 Vznik nebezpečiacute a důsledky toxikomanie analyacuteza přiacutečin
2 Problematika alkoholu sekundaacuterniacute naacutesledky alkohol za volantem
3 Vyacuteroba piva
4 Vyacuteroba viacutena
5 Vyacuteroba destilaacutetů
6 Tabaacutek a kouřeniacute ndash historie pěstovaacuteniacute druhy postup vyacuteroby cigaret
7 Marihuana a hašiš
8 Halucinogeny
9 Stimulancia
49
10 Methylxanthiny
11 Sedativa
12 Opiaacutety
13 Inhalačniacute laacutetky (solvencia)
14 Legislativa - přehled a komentaacuteř platnyacutech zaacutekonů tyacutekajiacuteciacutech se naacutevykovyacutech laacutetek
7 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 M Wenke Farmakologie Avicenum 1986
2 IBečkovaacute PVišňovskyacute Farmakologie drogovyacutech zaacutevislostiacute Karolinum 1999
3 PVišňovskyacute IBečkovaacute Bludnyacute kruh toxikomaacuteniiacute EIA Hradec Kraacuteloveacute 1998
4 MWenke M Mraacutez S Hynie Farmakologie pro leacutekaře Avicenum 1984
5 J Mann Jedy drogy leacuteky Academia Praha 1996
6 wwwmemberstripodcom7EMartinMVdrogyhtml
7 wwwodrogachcz
50
VYacuteROBA CUKRU
Text zpracovali Mgr Jana Praacutešilovaacute a Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru
21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina
22 Chemickeacute složeniacute cukroveacute řepy
3 Vyacuterobniacute etapy
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
32 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
34 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
35 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
36 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech zdrojů
51
1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
Cukr je surovinou kteraacute naacutes doprovaacuteziacute v běžneacutem životě na každeacutem kroku
Mnoziacute z naacutes si hned raacuteno osladiacute čaj či kaacutevu kostkou cukru Pojďme se nyniacute podiacutevat
jak se cukr vyraacutebiacute a kde se kostka cukru vlastně vzala
Nejprve si udělejme kraacutetkou zastaacutevku u historie cukrovarnictviacute na uacutezemiacute Českeacute
republiky
bull v roce 1787 byla založena prvniacute rafinerie (zaacutevod na čištěniacute cukru) v klaacutešteře
na Zbraslavi u Prahy čistil se zde dovaacuteženyacute třtinovyacute cukr
bull v roce 1841 vytvořil ředitel rafinerie v Dačiciacutech prvniacute kostku cukru do teacuteto doby
se v domaacutecnostech použiacutevaly tzv cukroveacute homole
V 19 stoletiacute fungovalo na našem uacutezemiacute přes 150 cukrovarů v současneacute době (rok
2011) u naacutes cukr vyraacutebiacute pouze 7 cukrovarů
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru 21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina Vyacuteroba cukru z cukroveacute třtiny byla znaacutema po celaacute staletiacute V našich krajiacutech však
pro pěstovaacuteniacute teacuteto rostliny nejsou vhodneacute podmiacutenky (pěstuje se v tropickeacutem a
subtropickeacutem paacutesmu) Z miacutestniacutech plodin je pro vyacuterobu cukru vhodnaacute cukrovaacute řepa
Cukrovaacute řepa (Beta vulgaris) Cukrovaacute třtina (Saccharum officinarum)
Obr 1 Cukrovaacute řepa Obr 2 Cukrovaacute třtina - dvouletaacute plodina - cukr se hromadiacute v bulvaacutech - obsah sacharosy 16ndash20 - skladuje se a zpracovaacutevaacute (do 48 h)
- viacuteceletaacute travina - cukr se hromadiacute ve stvolu - obsah sacharosy 13ndash17
52
22 Složeniacute cukroveacute řepy Podrobněji se zaměřiacuteme na cukrovou řepu z niacutež se u naacutes cukr vyraacutebiacute
V bulvaacutech cukroveacute řepy se nachaacuteziacute kromě cukru i dalšiacute laacutetky Jejich obsah vyacuteznamně
ovlivňuje technologickyacute proces a produkci cukru Průměrneacute složeniacute uvaacutediacute Obr 3
5 2
18
75
voda 75
sacharidy 18
dřeň 5
necukerneacute laacutetky 2
Obr 3 Průměrneacute složeniacute cukroveacute řepy Sacharidy Nejdůležitějšiacutem sacharidem a konečnyacutem produktem vyacuteroby je SACHAROSA
Sacharosa patřiacute mezi disacharidy jejiacute molekula je tvořena zbytkem molekuly glukosy
a molekuly fruktosy ktereacute jsou navzaacutejem spojeny glykosidickou vazbou (viz obr 4)
Je to krystalickaacute biacutelaacute laacutetka dobře rozpustnaacute ve vodě Maacute vyacuteraznou sladkou chuť a
použiacutevaacute se jako sladidlo Patřiacute mezi opticky aktivniacute laacutetky a neredukujiacuteciacute sacharidy
Obr 4 Vzorec sacharosy
53
Dřeň Součaacutestiacute dřeně bulvy řepy je celulosa a hemicelulosa (polysacharidy) pektinoveacute
laacutetky1 biacutelkoviny a saponiny2 Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a mohou znesnadňovat
vyacuterobniacute proces způsobujiacute probleacutemy např při filtraci
Necukerneacute laacutetky (šťaacuteva obsahujiacuteciacute necukerneacute laacutetky) Z necukernyacutech laacutetek obsahuje šťaacuteva aminokyseliny amidy biacutelkoviny organickeacute
zaacutesady enzymy soli organickyacutech kyselin (kyseliny mravenčiacute octoveacute šťaveloveacute
citronoveacute) Rozhodujiacuteciacute negativniacute vliv na krystalizaci cukru majiacute mineraacutelniacute laacutetky
(popeloviny)
3 Vyacuterobniacute etapy
Vyacuterobu cukru můžeme rozdělit do několika faacuteziacute
1 Mechanickaacute uacuteprava řepy
2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
6 Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru
1 pektin ndash makromolekulaacuterniacute laacutetka jejiacutemž zaacutekladem jsou sacharidy nachaacuteziacute se např v ovoci
způsobuje rosolovatěniacute ovocnyacutech šťaacutev a zavařenin 2 rostlinnyacute glykosid (derivaacutet sacharidů) tvořiacuteciacute pěnivyacute roztok ve vodě
54
Tab 1 Přehled fyzikaacutelniacutech a chemickyacutech pochodů aplikovanyacutech při vyacuterobě cukru v jednotlivyacutech etapaacutech vyacuteroby
Etapa Fyzikaacutelně-chemickeacute pochody Vstup laacutetek (suroviny) Vyacutestup laacutetek (produkty)
Mechanickaacute uacuteprava řepy bull rozpustnost bull bulvy cukroveacute řepy bull řepneacute řiacutezky
Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy bull koagulace biacutelkovin bull difuacuteze
bull řepneacute řiacutezky bull horkaacute voda
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull vyslazeneacute řepneacute řiacutezky
Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull sraacuteženiacute necukernyacutech laacutetek
bull saturace bull filtrace sraženin
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull Ca(OH)2 bull CO2
bull lehkaacute šťaacuteva bull saturačniacute kaly
Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace
bull lehkaacute šťaacuteva bull těžkaacute šťaacuteva bull I cukrovina
Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
bull odstřeďovaacuteniacute bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace bull vykryacutevaacuteniacute bull filtrace bull adsorpce
bull I cukrovina bull surovyacute cukr bull voda bull Ca(OH)2 bull adsorbent
bull surovyacute cukr bull zelenyacute sirob bull II cukrovina bull zadinovyacute cukr bull melasa bull biacutelaacute cukrovina
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
Ciacutel
bull očištěniacute řepy
bull rozřezaacuteniacute řepy na řiacutezky
Při podzimniacutem vyacuteletu do přiacuterody můžeme na poliacutech vidět zemědělce skliacutezejiacuteciacute
cukrovou řepu Na poliacutech se řepa zbaviacute chraacutestu (zelenyacutech listů) a nahrubo očistiacute od
hliacuteny Po dopraveniacute do cukrovaru je řepa důkladně očištěna vodou od zbyacutevajiacuteciacute hliacuteny
kameniacute piacutesku a kořiacutenků pomociacute řepnyacutech splavů1 a řepnyacutech praček2 Voda z řepy
odkape na třasadlu3 Vyacutetah dopraviacute řepu na automatickou vaacutehu a z niacute putuje řepa do
řezačky4 kteraacute nařeže bulvu na řiacutezky (obr 5 6) s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
Obr 5 Řepneacute řiacutezky Obr 6 Nože řezačky Otaacutezka Proč se řepa porcuje na řiacutezky trojuacutehelniacutekoveacuteho profilu Uacutečelem rozřezaacuteniacute bulvy na řiacutezky je zvětšit povrh (styčnou plochu) řepy pro naacuteslednou difuacutezi cukru z buněk pletiva Trojuacutehelniacutekovyacute profil byl vyhodnocen jako nejvhodnějšiacute tvar pro optimaacutelniacute vyluhovatelnost cukru 3 2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull vyluhovaacuteniacute cukru (sacharosy) z buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků
bull ziacuteskaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Sacharosa se nachaacuteziacute uvnitř buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků Membraacutena buněk
sacharosu volně ven z buňky nepropustiacute proto je nutneacute řiacutezky luhovat horkou vodou
Od 60degC začiacutenajiacute biacutelkoviny membraacuteny buněk koagulovat a ty se tak staacutevajiacute pro cukr
leacutepe propustneacute 1 řepnyacute splav ndash betonovyacute kanaacutel do ktereacuteho je napouštěna voda kteraacute unaacutešiacute řepu k pračce 2 řepnaacute pračka ndash zařiacutezeniacute na odstraněniacute hliacuteny kameniacute a kořiacutenků proti proudu vody je přivaacuteděna řepa kameny a dalšiacute odpad odpadaacutevajiacute ze dna pračky 3 třasadlo ndash kmitajiacuteciacute se siacuteto k odstraněniacute vody 4 řezačka ndash zařiacutezeniacute se sadou nožů rozporcuje řepu na řiacutezky s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
56
Otaacutezka Co je to KOAGULACE Koagulace (shlukovaacuteniacute) je postupneacute uspořaacutedaacutevaacuteniacute jednotlivyacutech čaacutestic do jineacuteho prostoroveacuteho umiacutestěniacute V našem přiacutepadě dochaacuteziacute ke koagulaci biacutelkovin membraacuteny buněk vlivem zvyacutešeneacute teploty Vyzkoušet si koagulaci můžete i doma ndash stačiacute si usmažit vajiacutečka k sniacutedani Vyluhovaacuteniacute řiacutezků se děje v zařiacutezeniacutech zvanyacutech difuzeacutery1 Řiacutezky jsou v nich
přivaacuteděny proti proudu horkeacute vody Řiacutezky nově přivaacuteděneacute do difuzeacuteru jsou
promyacutevaacuteny nejsladšiacute vodou a na řiacutezky zbaveneacute cukru steacutekaacute voda čistaacute čiacutemž jsou
zajištěny optimaacutelniacute podmiacutenky difuacuteze Z difuzeacuteru odteacutekaacute difuacutezniacute šťaacuteva jako nakyslaacute
kapalina tmaveacute barvy Otaacutezka Co je to DIFUacuteZE Tvrdiacuteme-li že laacutetka difunduje pak se jejiacute čaacutestice v roztoku pohybujiacute z miacutest o vyššiacute koncentraci čaacutestic do miacutest s nižšiacute koncentraciacute čaacutestic Po vyluhovaacuteniacute se řiacutezky označujiacute jako vyslazeneacute řiacutezky Ty se daacutele zpracovaacutevajiacute
- sušiacute popř lisujiacute a využiacutevajiacute se jako krmivo nebo v kvasneacutem průmyslu (vyacuteroba
alkoholu)
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull odstraněniacute necukernyacutech laacutetek z difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull ziacuteskaacuteniacute tzv lehkeacute šťaacutevy
Spolu se sacharosou difunduje z buněk i velkeacute množstviacute necukernyacutech laacutetek (viz
složeniacute řepy) Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a ztěžujiacute vyacuterobniacute proces (např krystalizaci
cukru filtraci atd)
Čištěniacute probiacutehaacute ve dvou faacuteziacutech
1 Čeřeniacute difuacutezniacute šťaacutevy
2 Saturace šťaacutevy
Při čeřeniacute se k difuacutezniacute šťaacutevě vyhřaacuteteacute na 90degC přivaacutediacute postupně 15 ndash 2 vaacutepenneacute
mleacuteko - roztok Ca(OH)2 Ca2+ ionty reagujiacute s necukernyacutemi laacutetkami za vzniku
nerozpustnyacutech vaacutepenatyacutech soliacute ktereacute lze naacutesledně odfiltrovat a šťaacutevu tak vyčistit
Přiacuteklad reakci Ca2+ iontů s kyselinou šťavelovou uvaacutediacute naacutesledujiacute rovnice
1 difuzeacuter ndash velkaacute naacutedoba s vyhřiacutevanyacutem plaacuteštěm do ktereacute jsou z jedneacute strany přivaacuteděny řepneacute řiacutezky ze strany druheacute horkaacute voda
57
Ca2+ + (C2O4)2- rarr Ca(COO)2 Obdobnou roli hrajiacute i ionty OH- Neutralizujiacute volneacute kyseliny a s Al3+ Fe3+ Mg2+
ionty reagujiacute za vzniku nerozpustnyacutech hydroxidů ktereacute lze rovněž odfiltrovat
2 Al3+ + 3 Ca(OH)2 rarr 2 Al(OH)3 + 3 Ca2+ Vaacutepenneacute mleacuteko je ke šťaacutevě přidaacutevaacuteno i z dalšiacutech důvodů Pro dalšiacute
technologickyacute proces je třeba neutralizovat kyselou reakci difuacutezniacute šťaacutevy a
v neposledniacute řadě je vaacutepennyacutem mleacutekem šťaacuteva desinfikovaacutena Otaacutezka Co je to NEUTRALIZACE Neutralizace je reakce kyseliny a zaacutesady při niacutež vznikaacute sůl a voda V našem přiacutepadě reaguje vaacutepenneacute mleacuteko (zaacutesada) s kyselinami přirozeně obsaženyacutemi v řepě (viz složeniacute řepy) Daacutele šťaacuteva pokračuje do saturačniacuteho zařiacutezeniacute1 ve ktereacutem probiacutehaacute saturace
oxidem uhličityacutem Saturace se provaacutediacute k odstraněniacute přebytečnyacutech Ca2+ iontů Do
saturačniacuteho zařiacutezeniacute je vhaacuteněn oxid uhličityacute vznikaacute uhličitan vaacutepenatyacute kteryacute lze
odfiltrovat (na kalolisech2 či jinyacutech filtrech) Reakci uvaacutediacute naacutesledujiacuteciacute rovnice
Ca(OH)2 + CO2 rarr CaCO3 + H2O Otaacutezka Co je to SATURACE Saturace neboli syceniacute V našem přiacutepadě nasyceniacute roztoku oxidem uhličityacutem kteryacute reaguje s přebytečnyacutemi Ca2+ ionty v roztoku za vzniku uhličitanu vaacutepenateacuteho Vyacutesledkem etapy je tzv lehkaacute šťaacuteva zbytky sraženin na filtrech se nazyacutevajiacute
saturačniacute kaly 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny Ciacutel
bull zahuštěniacute lehkeacute difuacutezniacute šťaacutevy ke krystalizaci (zisk těžkeacute šťaacutevy)
bull ziacuteskaacuteniacute tzv cukroviny (směs krystalků cukru a matečneacuteho sirobu)
1 saturačniacute zařiacutezeniacute (saturaacutek) ndash vaacutelcovitaacute naacutedoba s miacutechadlem u dna přiacutevodem šťaacutevy přiacutevodem oxidu
uhličiteacuteho a odvodem šťaacutevy V horniacute čaacutesti naacutedoby je komiacuten pro odvod plynů 2 kalolis - filtračniacute lis určenyacute k tlakoveacute filtraci kapalin obsahujiacuteciacute řadu raacutemů s napnutyacutemi plachetkami
Pracuje diskontinuaacutelně (střiacutedavě) Raacutemy s plachetkou zaneseneacute kalem jsou periodicky čištěny zatiacutemco v jineacutem přiacutestroji probiacutehaacute filtrace
58
Lehkaacute šťaacuteva maacute světle žlutou barvu a je teacuteměř zbavena všech nežaacutedouciacutech laacutetek
V roztoku je rozpuštěna sacharosa (přibližně
12-15 ) a již velmi malyacute podiacutel necukernyacutech
laacutetek Sacharosu z roztoku izolujeme
krystalizaciacute Lehkou šťaacutevu je třeba zahustit
ke krystalizaci ndash odpařit přebytečnou vodu
Zahušťovaacuteniacute ke krystalizaci se provaacutediacute ve
vakuovyacutech odparkaacutech1 Objem šťaacutevy se
zmenšiacute přibližně na čtvrtinu původniacuteho
objemu a ziacuteskaacute se tzv těžkaacute šťaacuteva (zahuštěnaacute)
s obsahem 60 cukru
Otaacutezka Co je to ODPAŘOVAacuteNIacute Proč se využiacutevaacute praacutece za sniacuteženeacuteho tlaku Odpařovaacuteniacute patřiacute mezi děliciacute metody laacutetek Rychlost odpařovaacuteniacute a jeho uacutečinnost zaacutevisiacute na velikosti povrchu odpařovaneacuteho roztoku na rychlosti odtahu vzniklyacutech par a předevšiacutem na teplotě a tlaku Teplotu varu roztoku můžeme sniacutežit praacutevě za použitiacute vakua (sniacuteženeacuteho tlaku) Ušetřiacuteme tiacutem energii potřebnou pro zahřiacutevaacuteniacute šťaacutevy
Těžkaacute šťaacuteva je daacutele zahušťovaacutena ve varostrojiacutech2 neboli zrničiacutech Ve
varostrojiacutech se šťaacuteva zahřiacutevaacute a odpařuje se zbytek vody tak dlouho až začne cukr ve
šťaacutevě krystalovat Krystalizace cukru se dokončiacute v zařiacutezeniacutech zvanyacutech krystalizaacutetor Otaacutezka Co je to KRYSTALIZACE Za jakyacutech podmiacutenek vykrystaluje cukr ze šťaacutevy Krystalizace patřiacute mezi zaacutekladniacute chemickeacute operace pomociacute nichž lze oddělit složky směsi bdquoAby mohla sacharosa krystalovat je třeba vytvořit přesycenyacute cukernyacute roztok V technickyacutech cukernyacutech roztociacutech za přiacutetomnosti necukernyacutech laacutetek je rozpustnost sacharosy obvykle vyššiacute Přesycenyacute cukernyacute roztok se připraviacute např tiacutem způsobem že se rychle zchladiacute nasycenyacute roztok technickyacute Z roztoku se ihned nevyloučiacute krystaly cukru a takovyacute roztok pak obsahuje viacutece rozpuštěneacuteho cukru než odpoviacutedaacute nasyceneacutemu roztoku Tento přebytečnyacute cukr vykrystaluje přidajiacute-li se k roztoku krystalky cukru (roztok se očkuje)ldquo [1] 3 5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute Ciacutel
bull odděleniacute krystalů cukru z cukroviny
bull očištěniacute suroveacuteho cukru
1 vakuovaacute odparka - soustava několika seacuteriově zapojenyacutech těles vyhřiacutevanyacutech paacuterou Prvniacute těleso je vyhřiacutevaacuteno parou o teplotě 130degC voda vypařenaacute v prvniacutem tělese se vede do dalšiacuteho tělesa jako tzv bryacutedovaacute paacutera atd Vyacutepary z posledniacute odparky se ochlazujiacute studenou vodou čiacutemž vznikaacute podtlak a tiacutem se snižuje tlak v odparkaacutech 2 varostroj - naacutedoba s trubkovou topnou komorou a miacutechadlem
Obr 7 Soustava odparek
59
bull zpracovaacuteniacute matečneacuteho sirobu na dalšiacute podiacutel cukru
bull přiacuteprava biacuteleacute cukroviny
Krystalky sacharosy je třeba oddělit od matečneacuteho sirobu K tomuto uacutečelu se
využiacutevajiacute odstředivky1 Oddělenyacute cukr maacute žlutavou barvu a je nazyacutevaacuten surovyacutem
cukrem (v obchodech se zdravou vyacuteživou si můžete zakoupit i surovyacute cukr)
Oddělenyacute matečnyacute roztok se nazyacutevaacute zelenyacute sirob
Zelenyacute sirob se zpracuje na meacuteně kvalitniacute (tzv zadinovyacute) cukr a odpadniacutem
produktem je tzv melasa (obr 8) kteraacute ještě obsahuje menšiacute podiacutel cukru a lze ji
využiacutet jako krmivo popř po zkvašeniacute k vyacuterobě lihu
Surovyacute řepnyacute cukr se přiacuteliš nehodiacute k přiacutemeacute spotřebě ndash jeho krystaly jsou žluteacute
a lepiveacute Je třeba je očistit Surovyacute cukr se čistiacute promyacutevaacuteniacutem vodou v odstředivkaacutech
Naacutesleduje filtrace cukerneacuteho roztoku přes bavlněneacute polyamidoveacute či kovoveacute tkaniny a
poreacutezniacute materiaacutely z keramiky
Posledniacute uacutepravou je odbarveniacute cukerneacuteho roztoku K tomuto uacutečelu se využiacutevaacute
metody adsorpce Jako absorbenty jsou využiacutevaacuteny ionexy aktivniacute uhliacute či hlinky
Vyacuteslednyacute cukernyacute roztok s krystalky cukru se nazyacutevaacute biacutelaacute cukrovina
Otaacutezka Co je to ADSORPCE Na jakeacutem principu absorbenty fungujiacute Z fyzikaacutelniacuteho hlediska se jednaacute o poutaacuteniacute laacutetky pomociacute van der Waalsovyacutech sil na povrchu vhodneacuteho adsorbentu (aktivniacute uhliacute silikagel) V přiacutepadě tzv chemisorpce jsou laacutetky poutaacuteny na povrch adsorbentu chemickyacutemi vazbami
Obr 8 Melasa
1 odstředivka (centrifuga) - sestaacutevaacute z dvouplaacutešťoveacute komory vevnitř je buben se siacutetem Do bubnu se napustiacute cukrovina a buben se roztočiacute Vlivem odstřediveacute siacutely prochaacutezejiacute kapky sirobu přes siacuteto bubnu a cukr zůstaacutevaacute uvnitř
60
3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
Biacutelaacute cukrovina se daacutele zpracovaacutevaacute krystalizaciacute na krystalovyacute cukr kostkovyacute
cukr a cukr moučku Dřiacuteve se vyraacuteběly i cukroveacute homole dnes sloužiacute pouze jako
suvenyacuter
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Kapitola 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru byla po dlouhou dobu tajena Prvniacute technologii zpracoval v roce 1764 francouzskyacute chemik Duhamel de Monceau Prvniacute kostkovyacute cukr u naacutes byl vyroben v Dačiciacutech v roce 1841 Patent ziacuteskal roku 1843 ředitel rafinerie J Ch Rada Češtiacute cukrovarniacuteci se nemaacutelo zasloužili o rozvoj rafinace cukru a kvalita našich cukrovarnickyacutech vyacuterobků byla obecně uznaacutevanou normou
bull vzhledem k vysokeacute ceně třtinoveacuteho cukru se cukrovarniacuteci pokoušeli vyrobit cukr z jinyacutech plodin mimo jineacute i z řepy
bull v roce 1829 byl založen prvniacute průmyslovyacute cukrovar v Kostelniacutem Vydřiacute (okres Jindřichův Hradec)
bull v obdobiacute 1831 ndash 1945 nastal boom v zaklaacutedaacuteniacute cukrovarů u naacutes plně fungovalo přes 150 cukrovarů
bull po roce 1990 fungovalo již pouze 60 cukrovarů po roce 2004 zbylo pouhyacutech 10 cukrovarů 7 fungujiacuteciacutech cukrovarů (2011)
bull Odštěpnyacute zaacutevod Opava - Vaacutevrovice bull Ředitelstviacute a zaacutevod Hrušovany nad Jevišovkou bull Cukrovar Dobrovice bull Cukrovar Českeacute Meziřiacutečiacute bull Cukrovar Vrbaacutetky as bull Cukrovar Prosenice bull Litovelskaacute cukrovarna as
Kapitola 2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru Zařazeniacute cukroveacute řepy do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Rodopsida ndash vyššiacute dvouděložneacute rostliny řaacuted Caryophyllales ndash hvozdiacutekotvareacute čeleď Chenopodiaceae ndash mečiacutekoviteacute rod Beta ndash řepa druh Beta vulgaris ndash řepa obecnaacute Zařazeniacute cukroveacute třtiny do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Liliopsida ndash rostliny jednoděložneacute
61
řaacuted Poales ndash lipnicotvareacute čeleď Poaceae ndash lipnicoviteacute rod Saccharum ndash třtina druh Saccharum officinarum ndash třtina cukrovaacute Podkapitola 3 3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Po prvniacute saturaci je odfiltrovaacuten kal buď na zařiacutezeniacutech zvanyacutech kalolis nebo na jinyacutech typech filtračniacutech zařiacutezeniacute Ve šťaacutevě je obsažen i hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute kteryacute se naacuteslednyacutem vyvařeniacutem rozložiacute na uhličitan kteryacute je možno odfiltrovat Děj je zapsaacuten pomociacute naacutesledujiacuteciacute rovnice Ca(HCO3)2 rarr CaCO3 + H2O + CO2 Pro maximaacutelniacute sniacuteženiacute vaacutepenatyacutech iontů v difuacutezniacute šťaacutevě se provaacutediacute druhaacute saturace oxidem uhličityacutem Neodstraniacute-li se vaacutepenateacute soli dokonale odparka se rychle inkrustuje Vaacutepenateacute soli v cukernyacutech šťaacutevaacutech působiacute obtiacuteže při vařeniacute cukrovin zvyšujiacute množstviacute melasy a tiacutem ztraacutety cukru Druhaacute saturace se provaacutediacute při teplotě 95 ndash 98degC a oxidem uhličityacutem se saturuje až do dosaženiacute pH 9 ndash 95 Při druheacute saturaci vznikaacute hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute ten se odstraňuje vyvařovaacuteniacute na tzv vyvařovaacuteku kde se šťaacuteva zahřiacutevaacute na teplotu 100degC Podkapitola 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
Při zahušťovaacuteniacute ve varostrojiacutech se vytvořiacute směs krystalů a matečneacuteho roztoku (sirobu) tzv I cukrovina Přibližně frac34 cukru vykrystalizuje Zbytek cukru zůstaacutevaacute v roztoku Růst krystalů se kontroluje tzv cukroskopem (bdquolupaldquo) popř se využiacutevaacute automatickeacute kontroly elektrickeacute vodivosti Vodivost roztoku klesaacute s rostouciacute koncentraciacute cukru v roztoku Podkapitola 3 5 Ziacuteskaacutevaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
Ziacuteskaacutevaacuteniacute čisteacute cukroviny je mnohem složitějšiacute proces v textu je popsaacuten pouze jednoduše Ve skutečnosti se proces popsanyacute v textu několikraacutet opakuje Cukrovina se několikraacutet čistiacute svařuje nechaacute se krystalovat a odstřeďuje Podkapitola 3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny ndash Vyacuteroba krystaloveacuteho cukru
Biacutelaacute cukrovina se odstřediacute a ziacuteskanyacute krystalovyacute cukr se smiacutechaacute s nasycenyacutem cukernyacutem roztokem za vzniku tzv uměleacute cukroviny Umělaacute cukrovina se odstřediacute vykryacutevaacute parou nebo vodou a ziacuteskaacute se konečnyacute produkt ndash krystalovyacute cukr Krystalovyacute cukr je třeba vysušit K sušeniacute se využiacutevaacute vzduch ohřaacutetyacute na 70degC nebo tzv fluidniacute metoda Při fluidniacute metodě jsou krystalky na roštu zespod profukovaacuteny proudem vzduchu dojde k odstraněniacute vlhkosti ochlazeniacute krystalků a zaacuteroveň odpraacutešeniacute cukru Vysušenyacute cukr krystal se třiacutediacute na siacutetech dle velikosti zrn plniacute se do jutovyacutech nebo papiacuterovyacutech pytlů
Otaacutezka Jakyacute je rozdiacutel mezi krystalovyacutem cukrem a krupicovyacutem cukrem bdquoCukr krystal - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 04 - 02 mm Cukr krupice - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 016 ndash 08 mm a maximaacutelně 5 krystalů cukru maacute velikost nad 1 mmldquo[2]
Vyacuteroba kostkoveacuteho cukru K vyacuterobě kostek se použiacutevaacute kostkovaacute moučka kteraacute vznikla ze speciaacutelně upraveneacute cukroviny nebo netřiacuteděnyacute krystalovyacute cukr Tento materiaacutel se vlhčiacute vodou a cukernyacutem roztokem lisuje se na tyčinky ktereacute se vysušiacute a rozsekajiacute na kostky Možneacute je přiacutemeacute lisovaacuteniacute do formy kostek Vyraacutebějiacute se kostky různyacutech velikostiacute kvaacutedry i kostky ve tvaru karetniacutech symbolů tzv cukr bridž Vyacuteroba moučkoveacuteho cukru Materiaacutelem pro vyacuterobu moučkoveacuteho cukru je krystalovyacute cukr s malyacutemi zrny nebo zbytky kostkoveacuteho cukru Tento cukr se rozdrtiacute na mlyacutenech Mlyacutenice musiacute byacutet umiacutestěna v samostatneacutem objektu mimo ostatniacute čaacutesti cukrovaru nebo alespoň oddělena železnyacutemi vraty Opatřeniacute jsou nutnaacute z důvodu vzniku vyacutebušneacuteho cukerneacuteho prachu
62
Aby se zabraacutenilo tvrdnutiacute a rozpouštěniacute cukerneacute moučky při skladovaacuteniacute přidaacutevaacute se k cukru modifikovanyacute škrob Zrnka škrobu přiacutepadnou vlhkost pojmou Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute V dřiacutevějšiacutech dobaacutech se cukr pro domaacuteciacute použitiacute vyraacuteběl ve formě homoliacute (obr 9) Dnes je již toto zbožiacute vyraacuteběno pouze jako suvenyacuter pro turisty Liteacute homole se vyraacuteběly tak že se horkaacute cukrovina naleacutevala do forem z oceloveacuteho plechu na špičce opatřenyacutech otvorem Forma s cukrovinou se nasadila na hřebiacutek vyčniacutevajiacuteciacute ze dna voziacuteku na kteryacute se homole sklaacutedaly po ztuhnutiacute cukroviny Po ztuhnutiacute se homoly sejmuly ze hřebiacuteků a vložily do homoloveacute odstředivky ve ktereacute se dokonale očistily Dokonale biacutelaacute homole se pak vyrazila z oceloveacute formy a vysušila v sušaacuterně Vysušeneacute homole se očistily ofreacutezovaly u spodu a zabalily do papiacuteru Lisovaneacute homole se vyraacuteběly lisovaacuteniacutem nepatrně ovlhčeneacute moučky v lisu Pak se homole sušily a upravily jako homole liteacute 5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Pelikaacuten M Hřivna L Humpola J Technologie sacharidů Mendelova
zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně Brno 1999 2 Cukrovary a lihovary TTD [online 2011-04-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovaryttdczcaste-otazkycaste-otazkygt 3 Neiser J Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob Vysokoškolskaacute učebnice pro studenty
pedagogickyacutech a přiacuterodovědeckyacutech fakult studijniacuteho oboru 76-12-8 učitelstviacute všeobecně vzdělaacutevaciacutech předmětů Praha 1988
4 Kraus J Novyacute akademickyacute slovniacutek ciziacutech slov kolektiv autorů pod vedeniacutem Jiřiacuteho Krause Academia Praha 2007
5 Andrliacutek K Petrů F Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob SPN Praha 1965 6 Kopřiva J Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute (1 diacutel) SPN Praha 1979 7 Moravskoslezskeacute cukrovary as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwagranaczgt 8 Cukrovar Vrbaacutetky as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovarvrbatkyczgt 9 Hanaacuteckaacute potravinaacuteřskaacute společnost as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwhpsczgt
Zdroje obraacutezků
bull Obraacutezek 3 Cukrovaacute řepa [online 2011-12-2] Dostupneacute z www ltwwwtvujdumczgt
Obr 9 Cukroveacute homole
63
bull Obraacutezek 4 Cukrovaacute třtina [online 2011-2-5] Dostupneacute z www ltwwwspriincorggt
bull Obraacutezek 6 Vzorec sacharosy [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpwwwnejlevnejsidoplnkycznejlevnejsidoplnky5-Zajimavosti6-Sacharidygt
bull Obraacutezek 7 Řepneacute řiacutezky [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=376gt
bull Obraacutezek 8 Nože řezačky [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 9 Kalolis [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 10 Plachetka se saturačniacutem kalem [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpcswikipediaorgwikiKalolisgt
bull Obraacutezek 11 Systeacutem odparek [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 12 Varostroj [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtm
bull Obraacutezek 13 Odstředivka [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=380gt
bull Obraacutezek 14 Melasa [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwnazelenoczbiozdrava-vyziva-2bily-cukr-trtinovy-cukr-nebo-prirodni-sladidlaaspxgt
bull Obraacutezek 15 Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute [online 2011-4-27] Dostupniacute z www lthttpwwwcukrovaryttdczgt
bull Obraacutezek 16 Cukroveacute homole [online 2011-3-26] Dostupneacute z www lthttpjohnmadjackfullerhomesteadcomSugarloafhtmgt
64
MAKROMOLEKULAacuteRNIacute LAacuteTKY SYNTETICKEacute POLYMERY
Text zpracoval RNDr Josef Husaacuterek PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
11 Zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace polymerů
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů 131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
21 Polymerace
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
22 Polykondenzace
23 Polyadice
3 Užitiacute plastů
31 Recyklace odpadů z plastů
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
65
1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
Přiacuterodniacute materiaacutely jako je napřiacuteklad dřevo bavlna vlna kůže a slonovina
použiacutevali lideacute po tisiacutece let Teprve s rozvojem vědy a s naacutestupem moderniacutech
analytickyacutech metod se začali lideacute zajiacutemat o strukturu těchto materiaacutelů a snažili se tyto
dary přiacuterody nahradit podobnyacutemi materiaacutely ktereacute budou miacutet srovnatelneacute užitneacute
vlastnosti Kolem roku 1907 se podařilo Baekelandovi synteticky vyrobit prvniacute umělyacute polymer
kteryacute byl pojmenovaacuten jako bakelit a kteryacute vzaacutepětiacute nalezl vyacuteznamneacute technickeacute využitiacute v elektrotechnice
jako izolant Po dobu naacutesledujiacuteciacutech desetiletiacute se polymery staly středem zaacutejmu mnoha chemiků kteřiacute
připravili noveacute polymery na zaacutekladě synteacutezy malyacutech organickyacutech molekul
Velmi brzy se poznalo že syntetickeacute polymery svyacutemi vlastnostmi mohou
nahradit nejen přiacuterodniacute polymery ale často i materiaacutely kovoveacute keramiku i sklo
S ohledem na skutečnost že se syntetickeacute polymery vyraacutebějiacute z relativně levnyacutech
a dostupnyacutech surovin a že majiacute vyacutehodneacute chemickeacute fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti
vysokou staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute našly využitiacute zejmeacutena
ve stavebnictviacute v elektrotechnice v automobiloveacutem a textilniacutem průmyslu na vyacuterobu
předmětů běžneacute spotřeby obalů lepidel laků a naacutetěrovyacutech hmot Nutno
poznamenat že zmiacuteněnaacute staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute nutiacute
v současneacute době společnost k zodpovědnějšiacutemu použiacutevaacuteniacute a recyklaci vyacuterobků
ze syntetickyacutech polymerů a takeacute k synteacuteze novyacutech typů materiaacutelů ktereacute se po sveacutem
komerčniacutem využitiacute stanou součaacutestiacute přiacuterodniacuteho cyklu a životniacute prostřediacute zatiacutežiacute jen
minimaacutelně
11 Zaacutekladniacute pojmy
Makromolekuly jsou molekuloveacute systeacutemy složeneacute z velkeacuteho počtu atomů
vaacutezanyacutech chemickyacutemi vazbami do dlouhyacutech řetězců Tyto řetězce tvořiacute pravidelně se
opakujiacuteciacute čaacutesti ktereacute nazyacutevaacuteme stavebniacute neboli monomerniacute jednotky Počet
stavebniacutech jednotek vaacutezanyacutech v makromolekule je zpravidla různyacute a uvaacutediacute se pomociacute
polymeračniacuteho stupně (n) kteryacute může miacutet hodnotu 10 až 106 Sloučeniny s niacutezkyacutem
polymeračniacutem stupněm (nlt10) se nazyacutevajiacute oligomery s vyššiacutem polymeračniacutem
stupněm (ngt10) to jsou polymery
66
12 Klasifikace polymerů
Polymery lze rozdělit podle několika kriteacuteriiacute
Podle sveacuteho původu na
a) přiacuterodniacute polymery ndash vznikajiacute v rostlinaacutech či v živočišnyacutech organismech složityacutemi
biochemickyacutemi procesy (např biacutelkoviny polysacharidy nukleoveacute kyseliny)
b) syntetickeacute polymery ndash vyraacutebějiacute se z jednoduchyacutech organickyacutech sloučenin
reakcemi při nichž se velkyacute počet molekul vyacutechoziacutech laacutetek spojuje
v makromolekulu (např polystyren polyethylen bakelit)
Syntetickeacute polymery rozdělujeme
bull podle typu chemickyacutech reakciacute kteryacutemi vznikajiacute na
a) polymery připraveneacute polymeraciacute
b) polymery připraveneacute polykondenzaciacute
c) polymery připraveneacute polyadiciacute
bull podle tvaru makromolekulaacuterniacuteho řetězce na polymery (Obr 1)
a) lineaacuterniacute b) rozvětveneacute
c) plošně zesiacuteťovaneacute
d) prostorově zesiacuteťovaneacute
bull podle struktury a fyzikaacutelniacutech kriteacuteriiacute na
a) termoplasty ndash zahřiacutevaacuteniacutem měknou staacutevajiacute se plastickyacutemi a mohou se opakovaně
tvarovat (např polyethylen polypropylen)
b) termosety ndash přechodně tvaacuterliveacute zahřiacutevaacuteniacutem se chemicky měniacute a tiacutem ztraacutecejiacute
plastičnost majiacute molekulu trojrozměrně zesiacuteťovanou jsou tvrdeacute netavitelneacute
a nerozpustneacute ve většině rozpouštědel (např bakelit)
c) elastomery ndash pružneacute uacutečinkem vnějšiacute siacutely se deformujiacute a poteacute opět zaujiacutemajiacute
původniacute tvar zahřiacutevaacuteniacutem měknou majiacute dlouheacute a velmi maacutelo propojeneacute řetězce
(např syntetickyacute kaučuk)
67
Obr 1 Znaacutezorněniacute makromolekulaacuterniacuteho řetězce polymeru
a) lineaacuterniacuteho b) rozvětveneacuteho c) plošně zesiacuteťovaneacuteho d) prostorově zesiacuteťovaneacuteho
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
Jak bylo již napsaacuteno v předešleacutem textu syntetickeacute polymery se sklaacutedajiacute
ze strukturně složityacutech makromolekul ktereacute většinou tvořiacute atomy uhliacuteku a vodiacuteku
Ve skeletu makromolekuly mohou byacutet takeacute přiacutetomny i jineacute prvky jako jsou napřiacuteklad
kysliacutek dusiacutek siacutera nebo křemiacutek Přiacutetomnost některeacuteho z těchto prvků může vyacuteznamně
ovlivnit vlastnosti syntetickeacuteho polymeru a jeho naacutesledneacute praktickeacute využitiacute
Pro lepšiacute pochopeniacute již tak složiteacute problematiky si nejprve vysvětliacuteme tři zaacutekladniacute
pojmy jako jsou monomer stavebniacute a strukturniacute jednotka
Monomer ndash vyacutechoziacute laacutetka jejiacutež molekuly se mohou spojovat v makromolekuly
Stavebniacute jednotka (mer monomerniacute jednotka) ndash pravidelně se opakujiacuteciacute čaacutest
makromolekuly kteraacute maacute staacutele stejneacute složeniacute
Strukturniacute jednotka ndash představuje nejjednoduššiacute uspořaacutedaacuteniacute stavebniacutech jednotek
ve struktuře makromolekuly
a) b)
c) d)
68
Některeacute makromolekulaacuterniacute laacutetky majiacute totožnou stavebniacute a strukturniacute jednotku
(např polyethylen Scheacutema 1) Tyto makromolekulaacuterniacute laacutetky nazyacutevaacuteme obecně jako
homopolymery Pokud se však strukturniacute jednotka makromolekulaacuterniacutech laacutetek sklaacutedaacute
z odlišnyacutech stavebniacutech jednotek pak se jednaacute o kopolymery (např butadien-
-styrenovyacute kaučuk Scheacutema 2)
Scheacutema 1
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky homopolymeru (polyethylen)
CH2 CH CH CH2 CHCH2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH n + n
buta-13-dien
monomer
styren
monomer
polymerace
n
stavebniacute jednotka stavebniacute jednotka
strukturniacute jednotkabutadien-styrenoveacuteho kaučuku
kopolymer Scheacutema 2
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky kopolymeru (butadien-styrenovyacute kaučuk) 132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
Vztah mezi chemickyacutem složeniacutem strukturou a vlastnostmi laacutetek platiacute jak
pro maleacute organickeacute molekuly tak i pro makromolekulaacuterniacute sloučeniny Jedniacutem
z činitelů ovlivňujiacuteciacutech vlastnosti polymerů je velikost makromolekul Polymery
ktereacute tvořiacute maleacute makromolekuly majiacute nižšiacute polymeračniacute stupeň (n) kratšiacute řetězec
a tiacutem i nižšiacute relativniacute molekulovou hmotnost Při běžneacute teplotě jsou kapalneacute lepkaveacute
rozpustneacute v organickyacutech rozpouštědlech Naopak čiacutem je řetězec delšiacute tiacutem maacute
polymer vyššiacute relativniacute molekulovou hmotnost je pevnějšiacute a leacutepe odolaacutevaacute
rozpouštědlům
CH2 CH2 CH2 CH2
polymeracen n
ethylen
monomer
stavebniacute i strukturniacutejednotka polyethylenu
homopolymer
69
Polymery obecně nejsou chemickaacute individua ale jsou to směsi obsahujiacuteciacute
makromolekuly různyacutech velikostiacute Tato vlastnost vede k pojmu bdquoprůměrnaacute relativniacute
molekulovaacute hmotnostldquo a v zaacutesadě vyjadřuje kvantitativně stupeň polymerace
Mnohem leacutepe tuto skutečnost popisuje tzv distribučniacute křivka kteraacute graficky
vyjadřuje distribuci (rozděleniacute) četnosti molekul s určitou konkreacutetniacute relativniacute
molekulovou hmotnostiacute v daneacute směsi Grafickeacute vyjaacutedřeniacute je na Obr 2
Obr 2 Distribučniacute křivka (převzato z [8])
1 - uacutezkaacute 2 - širokaacute distribučniacute křivka - průměrnaacute relativniacute molekulovaacute hmotnost
V praxi se snažiacuteme o přiacutepravu polymerů s uacutezkou distribučniacute křivkou protože takoveacute
polymery majiacute obvykle lepšiacute užitneacute vlastnosti
Tvar makromolekul určuje rozpustnost v polaacuterniacutech nebo nepolaacuterniacutech
rozpouštědlech a chovaacuteniacute polymeru za zvyacutešeneacute teploty Lineaacuterniacute polymery jsou
při vyššiacute teplotě měkkeacute a rozpustneacute ve většině organickyacutech rozpouštědel
Rozvětveneacute a prostorově zesiacuteťovaneacute polymery se zahřiacutevaacuteniacutem chemicky měniacute
ztraacutecejiacute plastičnost a majiacute omezenou rozpustnost Energie chemickeacute vazby mezi atomy prvků v řetězci patřiacute mezi dalšiacute
vyacuteznamneacute činitele ktereacute určujiacute vlastnosti a použitelnost polymerů Pokud jsou vazby
mezi atomy v řetězci makromolekuly pevneacute energie těchto chemickyacutech vazeb bude
vysokaacute a polymer bude stabilniacute Přiacutekladem mohou byacutet silikony u kteryacutech se
pravidelně střiacutedajiacute v řetězci atomy křemiacuteku a kysliacuteku (Obr 3 energie vazby SindashO je
4441 kJmol) V důsledku vysokeacute energie vazby SindashO budou staacutelejšiacute na rozdiacutel od
70
polymerů složenyacutech jen z atomů uhliacuteku u kteryacutech energie chemickeacute vazby dosahuje
mnohem nižšiacute hodnoty (energie vazby CndashC je 3478 kJmol) Silikony majiacute dobreacute
elektroizolačniacute vlastnosti odolaacutevajiacute extreacutemně vysokyacutem i niacutezkyacutem teplotaacutem a takeacute jsou
vodou nesmaacutečiveacute Těchto vlastnostiacute se využiacutevaacute k vyacuterobě mazaciacutech olejů vazeliacuten
past pro uacutedržbu strojů nebo takeacute k vyacuterobě impregnačniacutech či leštiacuteciacutech přiacutepravků pro
uacutepravu povrchu obuvi sportovniacuteho oblečeniacute karoseacuterie aut apod
Obr 3 Strukturniacute jednotka silikonů
(R = organickyacute uhlovodiacutekovyacute zbytek např ndashCH3 ndashC2H5)
Mezi řetězci makromolekul mohou rovněž působit mezimolekulaacuterniacute siacutely
Přiacutekladem jsou vodiacutekoveacute můstky prostřednictviacutem kteryacutech se zvyšuje soudružnost
polymeru pevnost teplota taacuteniacute nebo odolnost proti rozpouštědlům Vodiacutekoveacute můstky
se nachaacutezejiacute napřiacuteklad u polyamidů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
Chemickeacute reakce kteryacutemi vznikajiacute syntetickeacute polymery se nazyacutevajiacute polyreakce
Podle průběhu se dajiacute dělit na řetězoveacute při kteryacutech dochaacuteziacute k postupneacutemu spojovaacuteniacute
molekul monomerů v dlouheacute řetězce a na stupňoviteacute u kteryacutech se monomery
nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky a ty se pak vzaacutejemně spojujiacute ve velkeacute
makromolekuly V praxi se polyreakce děliacute na polymerace polykondenzace
a polyadice
21 Polymerace
Polymerace je chemickaacute reakce při niacutež se velkyacute počet molekul monomeru
spojuje v makromolekulu syntetickeacuteho polymeru přičemž nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute
produkt Pokud se polyreakce zuacutečastňuje pouze jeden typ monomeru pak hovořiacuteme
o homopolymeraci Naopak kopolymeraciacute se rozumiacute takoveacute polymerace
O Si O Si O
R R
R Rn
71
CH2 CH2 CH2 CH2 n n
při kteryacutech reagujiacute dva a viacutece různyacutech monomerů V obou přiacutepadech je nutneacute
aby vyacutechoziacute laacutetky (monomery) měly přiacutetomnu alespoň jednu dvojnou vazbu
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
Polyethylen
bull zkratka PE
bull Piktogram (bdquorecyklovatelnyacute materiaacutelldquo)
HDPE LDPE
(vysokohustotniacute PE) (niacutezkohustotniacute PE)
(high density PE) (low density PE)
bull vlastnosti biacutelaacute poloprůsvitnaacute na dotek matnaacute pružnaacute a houževnataacute laacutetka
maacute vynikajiacuteciacute elektroizolačniacute vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute
tvarovat na požadovaneacute vyacuterobky
bull použitiacute obaly na potraviny foacutelie naacutedobiacute hračky lahve na chemikaacutelie hadice
izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute na vyacuterobu umělyacutech ceacutev aj
bull monomer ethen (ethylen)
Scheacutema 3 Polymerace ethenu
Polypropylen
bull zkratka PP
bull piktogram
bull vlastnosti podobneacute jako u PE je však pevnějšiacute odolnyacute teplotaacutem do 160 degC
bull použitiacute obalovyacute materiaacutel naacutedobiacute izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute
na vyacuterobu injekčniacutech střiacutekaček a předmětů ktereacute se dajiacute při teplotaacutech nad 60 degC
sterilizovat (zbavovat choroboplodnyacutech zaacuterodků) na vyacuterobu vlaacuteken do provazů
a lan aj
bull monomer propen (propylen)
72
Scheacutema 4
Polymerace propenu Poly(vinylchlorid)
bull zkratka PVC
bull piktogram PVC
bull vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute dobře tepelně tvarovat (měkne při
80degC) odolnyacute vůči kyselinaacutem i hydroxidům
bull použitiacute neměkčenyacute PVC (tzv Novodur) se použiacutevaacute na vyacuterobu vodovodniacutech
trubek tyčiacute či desek měkčenyacute PVC (tzv Novoplast) na vyacuterobu igelitu foacuteliiacute plaacutešťů
do deště hraček filmů ubrusů lahviacute umělyacutech kožešin aj
bull monomer vinylchlorid
Scheacutema 5
Polymerace vinylchloridu
Polystyren
bull zkratka PS
bull piktogram
bull vlastnosti tvrdyacute pevnyacute ale křehkyacute odolaacutevaacute kyselinaacutem a zaacutesadaacutem termoplast
rozpustnyacute v organickyacutech rozpouštědlech (aldehydy ketony benziacuten) zvukovyacute
a niacutezkoteplotniacute izolaacutetor
HC CH2 CH CH2
CH3CH3
n n
HC CH2 CH CH2
Cl Cl
n n
73
bull použitiacute na vyacuterobu spotřebniacuteho zbožiacute obalů hřebenů misek lžiček keliacutemků
od jogurtů pěnovyacute PS jako tepelnyacute popř izolačniacute materiaacutel ve stavebnictviacute
a chladiacuterenstviacute aj
bull monomer styren (vinylbenzen)
Scheacutema 6
Polymerace styrenu Poly(tetrafluoretylen)
bull zkratka PTFE
bull obchodniacute naacutezev Teflon
bull vlastnosti nehořlavyacute nejedovatyacute termoplast chemicky velmi odolnyacute (odolaacutevaacute
i horkeacute lučavce kraacutelovskeacute)
bull použitiacute speciaacutelniacute laboratorniacute technika kostniacute naacutehrady v chirurgii kuchyňskeacute
naacutedobiacute aj
bull monomer tetrafluorethen (tetrafluorethylen)
Scheacutema 7
Polymerace tetrafluorethenu Polybutadienovyacute kaučuk
bull zkratka BR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Buna
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik
HC CH2 CH CH2 n n
F2C CF2 CF2 CF2 n n
74
bull monomer buta-13-dien
bull patřiacute do skupiny syntetickyacutech kaučuků vyraacutebiacute se polymeraciacute konjugovanyacutech
dienů u kteryacutech se v molekule pravidelně střiacutedaacute jednoduchaacute a dvojnaacute vazba
bull syntetickeacute kaučuky jsou zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu pryžiacute nespraacutevně
označovanyacutech jako guma pryž vznikaacute z kaučuku vulkanizaciacute což je děj
při ktereacutem za tepla a v přiacutetomnosti vulkanizačniacuteho činidla (siacutera sirneacute sloučeniny)
dojde ke vzniku polysulfidickyacutech můstků mezi makromolekulami kaučuku
a k tvorbě řiacutedkeacute trojrozměrneacute polymeračniacute siacutetě čiacutem deacutele vulkanizace probiacutehaacute
tiacutem viacutece můstků vznikaacute vyacuteslednaacute pryž je tvrdšiacute a odolnějšiacute proti staacuternutiacute vlivem
vzdušneacute oxidace viz Obr 4
Scheacutema 8
Polymerace buta-13-dienu
Obr 4 Zesiacuteťovanaacute struktura vulkanizovaneacuteho kaučuku (x = 2-6)
bull přiacuterodniacute pryž se vyraacutebiacute vulkanizaciacute krepy kteraacute vznikaacute opakovanyacutem sušeniacutem
a vodniacutem louženiacutem sraženiny z latexoveacuteho mleacuteka a kyseliny mravenčiacute zdrojem
latexoveacuteho mleacuteka je tropickyacute strom Kaučukovniacutek brazilskyacute (Obr 5)
bull po chemickeacute straacutence odpoviacutedaacute přiacuterodniacute kaučuk z kaučukovniacuteku polyisoprenu
v cis-konfiguraci (Obr 6)
CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2nn
CH CH2
S
S
CH2 CH
CH CH2
S
CH2 CH
x
x
x
75
CH2
C C
H3C H
H2C
n
CH2
C C
H3C
HH2C
n
bull Gutaperča je rovněž přiacuterodniacute materiaacutel pochaacutezejiacuteciacute ze stromu Palaquium gutta
chemicky se jednaacute o praktickyacute čistyacute trans-izomer polyisoprenu (Obr 7) kteryacute maacute
mnohem menšiacute pružnost než kaučuk
Obr 5 Odkapaacutevajiacuteciacute latexoveacute mleacuteko z dřeviny kaučukovniacuteku (převzato z [13])
Obr 6 Strukturniacute jednotka přiacuterodniacuteho kaučuku (cis-izomer)
Obr 7 Strukturniacute jednotka gutaperči (trans-izomer)
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
Polymerace ktereacute se uacutečastniacute dva nebo viacutece různyacutech monomerů s naacutesobnou
vazbou označujeme jako kopolymerace Mezi polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
bychom mohli zařadit velkou skupinu laacutetek u kteryacutech vyacuteslednyacute makromolekulaacuterniacute
řetězec obsahuje stavebniacute jednotky obou monomerů v různeacutem pořadiacute nebo poměru
76
Dajiacute se tak vyrobit různeacute syntetickeacute kaučuky (butadien-styrenovyacute kaučuk butadien-
-akrylonitrilovyacute kaučuk aj) s vhodnyacutemi mechanickyacutemi vlastnostmi jako jsou např
pevnost a pružnost
Butadien-styrenovyacute kaučuk
bull zkratka SBR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Kralex Buna S
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik latexů (naacutetěroveacute a spojovaciacute hmoty)
bull monomery buta-13-dien styren (viz Scheacutema 2)
22 Polykondenzace
Polykondenzace je polyreakce při ktereacute dochaacuteziacute k reakci molekul dvou různyacutech
monomerů z nichž každyacute obsahuje nejmeacuteně dvě reaktivniacute funkčniacute skupiny
(např ndashOH) Na rozdiacutel od polymerace maacute stupňovityacute průběh při ktereacutem se
monomery nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky ktereacute se pak vzaacutejemně spojujiacute
v obrovskeacute makromolekuly Ve vyacuterobniacute praxi to představuje značnou vyacutehodu neboť
tak můžeme z reakčniacute směsi kdykoliv izolovat makromolekuly s různou deacutelkou
řetězce a tiacutem i s různyacutemi fyzikaacutelniacutemi vlastnostmi Stupňoviteacute polykondenzačniacute reakce
se od řetězovyacutech polymeračniacutech reakciacute lišiacute i z termodynamickeacuteho hlediska jsou to
obvykle endotermickeacute děje u kteryacutech musiacuteme do reakčniacute soustavy dodaacutevat teplo
Na rozdiacutel od polymerace vznikaacute při polykondenzaci vždy vedlejšiacute produkt jako je
nejčastěji voda amoniak nebo chlorovodiacutek
Mezi polymery vznikajiacuteciacute polykondenzaciacute patřiacute napřiacuteklad polyestery polyamidy
fenolformaldehydoveacute a močovinoformaldehydoveacute pryskyřice
Polyestery se vyraacutebějiacute z dvojsytnyacutech alkoholů a dikarboxylovyacutech kyselin
Použiacutevajiacute se k vyacuterobě textilniacutech materiaacutelů (např tesil terylen) nejčastěji ve směsi
s přiacuterodniacutemi vlaacutekny (vlna bavlna) Tyto materiaacutely jsou pevneacute pružneacute nemačkaveacute
rychle schnouciacute a odolneacute vůči molům i pliacutesniacutem Nevyacutehodou je jejich hořlavost
schopnost nabiacutejet se statickou elektřinou a malaacute schopnost pohlcovat pot
77
Z polyesterů se rovněž zhotovujiacute lana fotografickeacute filmy nebo plastoveacute lahve (PET
Scheacutema 9) Vyacuteznamneacute jsou i polyesteroveacute sklolaminaacutety (polyesteroveacute pryskyřice
vyztuženeacute skelnyacutemi vlaacutekny) neboť majiacute velkou pevnost dobreacute elektroizolačniacute
vlastnosti a odolaacutevajiacute chemikaacuteliiacutem Použiacutevajiacute se k vyacuterobě automobilovyacutech karoseacuteriiacute
letadel střešniacutech krytin potrubiacute v chemickyacutech provozech aj
CH2 CH2 OHHO COOHHOOC
O CH2 CH2 O OC CO
n + n
ethan-12-diol tereftalovaacute kyselina
polykondenzace
poly(ethylen-tereftalaacutet)PET
polyesterifikace
polykondenzace
polyesterifikaceH2O +
n
(2n-1)
Scheacutema 9
Polykondenzace ethan-12-diolu a tereftaloveacute kyseliny Polyamidy jsou dalšiacute vyacuteznamneacute polykondenzaacutety Připravujiacute se polykondenzaciacute
diaminů s dikarboxylovyacutemi kyselinami (např polykondenzaacutet Nylon) nebo polymeraciacute
cyklickyacutech amidů (např polykondenzaacutet Silon na jeho přiacutepravě se podiacutelel slavnyacute
českyacute chemik Otto Wichterle kteryacute je viacutece znaacutem v souvislosti s objevem měkkyacutech
kontaktniacutech očniacutech čoček) Molekuly polyamidů obsahujiacute peptidickou vazbu (Obr 8)
kteraacute se v řetězciacutech pravidelně opakuje tudiacutež můžeme tyto laacutetky považovat za
syntetickou obdobu biacutelkovin
Obr 8 Peptidickaacute vazba
C
O
NH
78
Materiaacutely z polyamidů jsou velmi pevneacute tvrdeacute a maacutelo se opotřebovaacutevajiacute Pro tyto
vlastnosti se použiacutevajiacute k vyacuterobě ozubenyacutech kol a ložisek daacutele k vyacuterobě textilniacutech
vlaacuteken užitkovyacutech předmětů foacuteliiacute aj
Fenolformaldehydoveacute pryskyřice (fenoplasty) jsou ze všech plastů nejdeacutele
znaacutemeacute V roce 1907 připravil L H Baekeland prvniacute fenoplast kondenzaciacute fenolu
s formaldehydem Uvedenaacute polykondenzace může probiacutehat v kyseleacutem i zaacutesaditeacutem
prostřediacute V přiacutepadě kyseleacuteho prostřediacute vznikaacute lineaacuterniacute polykondenzaacutet kteryacute se
nazyacutevaacute Novolak (Scheacutema 10) Je to termoplast kteryacute je rozpustnyacute v řadě
organickyacutech rozpouštědel a použiacutevaacute se k vyacuterobě naacutetěrovyacutech hmot a lepidel
Uskutečniacute-li se kondenzace v zaacutesaditeacutem prostřediacute bude konečnyacutem produktem
nerozpustnaacute a netavitelnaacute pryskyřice znaacutemaacute pod obchodniacutem naacutezvem Bakelit (maacute již
hustě zesiacuteťovanou strukturu) Použiacutevaacute se na vyacuterobu spotřebniacuteho materiaacutelu
a předevšiacutem v elektrotechnice
OH
C
O
H HOH
CH2n
fenol
polykondenzace
H+n H2O +
n
+ n
formaldehyd novolak
Scheacutema 10
Polykondenzace fenolu a formaldehydu
Močovinoformaldehydoveacute pryskyřice (aminoplasty) vznikajiacute polykondenzaciacute
močoviny nebo jejiacutech derivaacutetů s formaldehydem Jsou to bezbarveacute laacutetky ktereacute se dajiacute
libovolně barvit a proto se hojně využiacutevajiacute k vyacuterobě spotřebniacuteho zbožiacute naacutetěrovyacutech
laacutetek tmelů lepidel elektrotechnickyacutech vyacuterobků k obklaacutedaacuteniacute naacutebytku aj V praxi jsou
znaacutemy např pod naacutezvem Umakart (horniacute vrstva)
79
C
O
C
O
H HH2N NH2
C
O
H2N NH2H N CH2
OC
H N CH2
N H
OC
N H
n +polykondenzace
H2O ++
formaldehydmočovinoformaldehydovaacute pryskyřice
močovina n
2 n 2 n
Scheacutema 11
Polykondenzace močoviny a formaldehydu
23 Polyadice
Polyadice je polyreakciacute molekul dvou různyacutech monomerů ktereacute obsahujiacute
odlišnou reaktivniacute funkčniacute skupinu Jeden z monomerů musiacute obsahovat takovou
funkčniacute skupinu kteraacute obsahuje slabě kyselyacute vodiacutek (např ndashOH) kteryacute může
naacutesledně uvolnit Tento vodiacutek se přesune na druhyacute monomer což umožniacute spojeniacute
obou monomerů v jeden celek Polyadice mohou miacutet řetězovyacute i stupňovityacute průběh
při ktereacutem nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute produkt Polyadici si ukaacutežeme na synteacuteze
polyurethanu (Scheacutema 12) Polyurethany jsou materiaacutely lehkeacute a pevneacute použiacutevajiacuteciacute se
k vyacuterobě syntetickyacutech vlaacuteken molitanu naacutehražek kůžiacute a lepidel
Scheacutema 12
Polyadice butan-14-diolu a hexamethylendiisokyanaacutetu
OHO
O O CO CO
(CH2)4 O C N (CH2)6 N C O
(CH2)4 NH (CH2)6 NH
n + n
butan-14-diol hexamethylendiisokyanaacutet
polyadice
polyurethanPUR
n
H
polyadice
80
3 Užitiacute plastů Plasty představujiacute početnou a staacutele se rozšiřujiacuteciacute skupinu materiaacutelů jejichž
podstatu tvořiacute syntetickeacute polymery V zaacutejmu zlepšeniacute některyacutech vlastnostiacute plastů se
k zaacutekladniacutem syntetickyacutem polymerům přidaacutevajiacute různeacute přiacutesady jako jsou pigmenty
(obarvujiacute plasty) stabilizaacutetory (zvyšujiacute životnost plastů) nebo změkčovadla (zlepšujiacute
mechanickeacute vlastnosti plastů)
Jednou z oblastiacute kde plasty zaujiacutemajiacute teacuteměř monopolniacute postaveniacute a doprovaacuteziacute
denně život každeacuteho z naacutes je obalovaacute technika Tyto obaly z plastů postupně
vytlačily klasickeacute materiaacutely jako jsou napřiacuteklad sklo nebo papiacuter Největšiacute uplatněniacute
v tomto smyslu našly polyethylen (PE) polypropylen (PP) polystyren (PS)
poly(ethylen-tereftalaacutet) (PET) a poly(vinylchlorid) (PVC) diacuteky svyacutem zejmeacutena
mechanickyacutem vlastnostem nebo odolnosti k vodě či mikroorganismům Nutno
poznamenat že vyacuterobky z těchto polymerů majiacute tzv kraacutetkyacute životniacute cyklus a staacutevajiacute se
nevyacutehodneacute v okamžiku kdy dosloužiacute Proto jsme staacutele naleacutehavěji nabaacutedaacuteni
k důsledneacutemu třiacuteděniacute odpadů mezi ktereacute vyacuterobky z plastů neodmyslitelně patřiacute
31 Recyklace odpadů z plastů
Recyklaciacute se v tomto slova smyslu rozumiacute vraacuteceniacute plastoveacuteho odpadu
do procesu ve ktereacutem vznikl Lze ji považovat za strategii kteraacute opětovnyacutem
využiacutevaacuteniacutem odpadů šetřiacute přiacuterodniacute zdroje a současně omezuje zatěžovaacuteniacute prostřediacute
škodlivinami Recyklace polymerniacuteho odpadu je dosud v Českeacute republice jen
na niacutezkeacute uacuterovni Uvaacutediacute se že se v současneacute době recykluje něco maacutelo přes 20
vyrobenyacutech plastů Většina polymerniacuteho odpadu tak končiacute na sklaacutedkaacutech kde může
přežiacutevat desetiletiacute bez podstatnyacutech změn Proti teacuteto nelichotiveacute statistice bojujiacute nejen
ekologickaacute hnutiacute ale i uacuteřady ktereacute majiacute danou problematiku v naacuteplni praacutece Pro tyto
uacutečely byla vyrobena řada televizniacutech upoutaacutevek informativniacutech letaacuteků nebo
uspořaacutedaacuteny různeacute soutěže pro žaacuteky a studenty škol ktereacute majiacute oslovit a předevšiacutem
naučit společnost jak naklaacutedat nejen s polymerniacutemi odpady
81
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
Plastoveacute odpady patřiacute do kontejneru žluteacute barvy (Obr 9) Pojmem bdquoplastoveacute
odpadyldquo v tomto přiacutepadě mysliacuteme PET lahve od naacutepojů keliacutemky plastoveacute tašky
saacutečky foacutelie obaly od praciacutech čisticiacutech a kosmetickyacutech přiacutepravků obaly od CD disků
pěnovyacute polystyren a dalšiacute vyacuterobky z plastů (je třeba sledovat naacutelepky na žlutyacutech
kontejnerech neboť zaacuteležiacute na podmiacutenkaacutech a technickeacutem vybaveniacute třiacutediciacutech linek
ve vašem městě) PET lahve se do kontejneru daacutevajiacute sešlaacutepnuteacute s utaacutehnutyacutem viacutečkem
a etiketou (ta bude odstraněna při dotřiacuteďovaacuteniacute) Plastoveacute lahve nesmiacute byacutet v žaacutedneacutem
přiacutepadě znečištěneacute Pokud chceme vytřiacutedit keliacutemky od potravin (např od jogurtů)
nemusiacuteme je vymyacutevat stačiacute jen jejich obsah vyškraacutebnout lžičkou (keliacutemky jsou
vymyacutevaacuteny až při naacutesledneacutem dotřiacuteďovaacuteniacute)
Do kontejnerů na plasty nepatřiacute novoduroveacute trubky guma molitan textil
z umělyacutech vlaacuteken linolea pneumatiky a obaly od nebezpečnyacutech laacutetek
(od motoroveacuteho oleje chemikaacuteliiacute barev)
Průměrnaacute českaacute domaacutecnost vyhodiacute za rok asi 150-200 kg odpadů Pokud
odpady třiacutediacuteme a daacutevaacuteme je do barevnyacutech kontejnerů (žlutyacute kontejner na plasty biacutelyacute
a zelenyacute na sklo modryacute na papiacuter oranžovyacute na naacutepojoveacute kartony) umožniacuteme tak
recyklaci viacutece než třetiny tohoto množstviacute Za rok tak lze vytřiacutedit až 30 kg papiacuteru
25 kg plastů a 15 kg skla
Obr 9 Kontejner na plasty (převzato z [14])
Recyklovaneacute plasty sloužiacute k vyacuterobě napřiacuteklad izolačniacutech tvaacuternic řady stavebniacutech
a zahradniacutech prvků (ploty zatravňovaciacute dlažba protihlukoveacute zaacutebrany či zahradniacute
komposteacutery) fleesovyacutech oděvů z PET (sportovniacute dresy naacutekupniacute tašky aj) pytlů
koberců a spousty dalšiacutech vyacuterobků (Obr 10)
82
a) fleesovyacute oděv b) taška c) sportovniacute dres
Obr 10 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů (a-c převzato z [1415])
Nadějiacute do budoucna jsou tzv biodegradovatelneacute (biologicky rozložitelneacute)
polymery Tyto materiaacutely se mohou ve vhodneacutem prostřediacute vlivem mikroorganismů
rozložit až na vodu a oxid uhličityacute popřiacutepadě na jineacute ekologicky přijatelneacute produkty
V současneacute době se vyraacutebiacute několik syntetickyacutech polymerů ktereacute splňujiacute kriteacuteria
biodegradovatelnosti K nejvyacuteznamnějšiacutem patřiacute kyselina polymleacutečnaacute (PLA) využiacutevanaacute
na vyacuterobu leacutekařskyacutech nitiacute ktereacute se v organismu pacienta samy časem rozložiacute
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Problematika makromolekulaacuterniacutech laacutetek a předevšiacutem syntetickyacutech polymerů nepatřiacute u studentů
gymnaacuteziiacute mezi přiacuteliš obliacutebeneacute pasaacuteže ve vyacuteuce chemie Pro tyto uacutečely vznikl tento text kteryacute maacute
shrnout nejzaacutekladnějšiacute poznatky z teacuteto problematiky a takeacute posloužit jako doprovodnyacute text k tematicky
vytvořeneacute powerpointoveacute prezentaci
Nutno poznamenat že oba dokumenty nemajiacute za uacutekol omezit tvůrčiacute přiacutestup učitele chemie
ve vyacutekladu zpracovaneacute laacutetky naopak je viacutetaacutena jakaacutekoliv improvizace v metodickeacutem či jejiacutem
obsahoveacutem pojetiacute Předevšiacutem by se měl učitel chemie opřiacutet o již zavedeneacute kurikulum ve vzdělaacutevaciacute
oblasti Člověk a přiacuteroda a přizpůsobit vyacuteuku konkreacutetniacutemu učebniacutemu plaacutenu chemie a takeacute ŠVP
gymnaacutezia
Vzhledem k tomu že teacutema plastů je nediacutelnou součaacutestiacute environmentaacutelniacute vyacutechovy
kteraacute se v raacutemci RVP pro gymnaacutezia stala vyacuteznamnyacutem průřezovyacutem teacutematem doporučuje se
vysvětlovat laacutetku v kontextu přiacuterodovědnyacutech i společenskovědniacutech oborů Je tudiacutež žaacutedouciacute aby
studentům nebyly poskytnuty pouze odborneacute informace o chemii plastů ale takeacute fakta souvisejiacuteciacute
s problematikou odpadů jejich třiacuteděniacutem a s opakovanyacutem využitiacutem recyklovatelnyacutech plastů Z tohoto
důvodu se doporučuje využiacutet formy projektoveacute vyacuteuky Projekt může byacutet realizovaacuten v raacutemci jedneacute třiacutedy
83
nebo viacutece třiacuted gymnaacutezia Teacutematem projektu může byacutet napřiacuteklad historie plastů plasty v životě
moderniacuteho člověka bdquoWichterleholdquo kontaktniacute čočky vliv plastů na životniacute prostřediacute plasty jako
konstrukčniacute materiaacutel aneb vyacuterobky z plastoveacuteho odpadu spraacutevneacute třiacuteděniacute odpadů jak se obejiacutet bez
obalů aj Uacutekolem projektu je vytvořeniacute posteru či prezentace kteraacute je společnyacutem diacutelem každeacute
řešitelskeacute skupiny Uacutespěšnaacute realizace takoveacuteho projektu zaacutevisiacute na kreativitě naacutepadech aktivniacute
spolupraacuteci studentů chuti pracovat a spolupodiacutelet se na teacutematu nejen ve vyučovaacuteniacute ale i formou
domaacuteciacute praacutece Rovněž je zapotřebiacute využitiacute školniacute knihovny a internetu učebny popřiacutepadě laboratoře
chemie a takeacute spolupraacutece s vedeniacutem školy i s učiteli fyziky biologie (ekologie) vyacutetvarneacute vyacutechovy aj
Poznaacutemka autora textu k naacutezvům polymerniacutech laacutetek bdquoMezinaacuterodniacute unie pro čistou a aplikovanou
chemii IUPAC nevydaacutevaacute přiacutekazy ani jinaacute praacutevně zaacutevaznaacute nařiacutezeniacute ale jen doporučeniacute jak tvořit
systematickeacute naacutezvy laacutetek včetně polymerů Chemickaacute veřejnost se může rozhodnout zda se bude či
nebude těmito doporučeniacutemi řiacutedit Nomenklaturniacute doporučeniacute IUPAC pro oblast polymerů respektujiacute
skutečnost že polymery jsou běžně pojmenovaacutevaacuteny jednak na zaacutekladě monomerů
ze kteryacutech jsou připravovaacuteny a jednak na zaacutekladě konstitučniacutech skupin obsaženyacutech v jejich
makromolekulaacutech V mnoha přiacutepadech jsou naacutezvy bez kulatyacutech zaacutevorek nepřiacutepustneacute Kulateacute zaacutevorky
se použiacutevajiacute v naacutezvech předevšiacutem k odděleniacute čaacutesti naacutezvu se specifickyacutemi strukturniacutemi znaky aby se
struktura vyjaacutedřila co nejsrozumitelněji Doporučuji čtenaacuteřům tohoto textu prostudovat publikaci autorů
Fikr J a Kahovec J (ref 11) ve ktereacute je stručně a přehledně vysvětleno tvořeniacute naacutezvů organickyacutech
sloučenin i polymerůldquo
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Prokopovaacute I Makromolekulaacuterniacute chemie VŠCHT Praha 2007
2 Duchaacuteček V Prokopovaacute I Dobiaacuteš J Bicheze 15 21 (2006)
3 Duchaacuteček V Bicheze 14 22 (2005)
4 Duchaacuteček V Bicheze 13 232 (2004)
5 Deviacutensky F a kol Organickaacute cheacutemia pre farmaceutov OSVETA Martin 2001
6 Blažek J Fabini J Chemie pro studijniacute obory SOŠ a SOU nechemickeacuteho
zaměřeniacute SPN Praha 1999
7 Duchaacuteček V Zaacutekladniacute pojmy z chemie a technologie polymerů jejich
mezinaacuterodniacute zkratky a obchodniacute naacutezvy VŠCHT Praha 1996
8 Naacutelepa K Stručneacute zaacuteklady chemie a fyziky polymerů UP Olomouc 1993
9 Vaciacutek J a kol Přehled středoškolskeacute chemie SPN Praha 1993
10 Čaacutersky J a kol Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute SPN Praha 1986
11 Fikr J Kahovec J Naacutezvosloviacute organickeacute chemie (3 vyd) Rubico Olomouc
2008
84
Internetoveacute odkazy 12 Šulcovaacute R Přiacuterodovědneacute projekty [online 2011-04-15] Dostupneacute z www
lthttprenasulcovaswebczprirodovedne_projektyPrirodovedne_projektypdfgt
13 Surovyacute kaučuk odkapaacutevajiacuteciacute z kaučukovniacuteku [online 2011-04-11]
Dostupneacute z www
lthttpuploadwikimediaorgwikipediacommonsthumbbb3Latex_drippingJPG
220px-Latex_drippingJPGgt
14 Kontejner na plasty Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08]
Dostupneacute z www lthttpwwwjaktriditczgt
15 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08] Dostupneacute z www
lthttpimgaktualnecentrumcz320303203037-dres-z-pet-lahvijpggt
16 Vohliacutedal J Proč a jak spraacutevně nazyacutevat polymery [online 2012-10-28]
Dostupneacute z www lthttpwwwnaturcunicz~vohlidalmchNazvypolymerudocgt
85
VYacuteBUŠNINY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc Osnova 1 Uacutevod do problematiky vyacutebušnin
11 Historie zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace vyacutebušnin
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin
21 Nitrace
22 Trhaviny
23 Střeliviny
24 Třaskaviny
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Uacutevod 11 Historie zaacutekladniacute pojmy
Vyacutebušniny definujeme obecně jako laacutetky ktereacute jsou schopny velmi rychleacute
(explozivniacute) přeměny během zlomku sekundy Při vyacutebuchu probiacutehaacute chemickaacute reakce
(rozklad laacutetky) a uvolňuje se přitom zpravidla velkeacute množstviacute tepla a různyacutech plynů
(např N2 CO CO2 H2O O2 HCl SO2 aj)
Z historie je znaacutemo že až do konce 80 let 19 stol byl jedinou vyacuteznamnou
vyacutebušninou tzv černyacute střelnyacute prach Jde o jemnou směs draselneacuteho ledku siacutery a
dřevneacuteho uhliacute při explozi probiacutehaacute reakce (zjednodušeno)
2 KNO3 + S + 3 C rarr K2S + N2 + 3 CO2
Vyacuteznamnyacutem mezniacutekem pro vyacuterobu vyacutebušnin byl objev nitračniacutech reakciacute
nitrosloučeniny však byly vesměs velmi nestabilniacute a jejich vyacuteroba i distribuce velmi
problematickaacute (např nitroglycerin snadno nečekaně exploduje i naacuterazem)
Převratnyacutem rokem ve vyacuterobě vyacutebušnin ve velkeacutem byl až r 1869 kdy šveacutedskyacute chemik
Alfreacuted Nobel (zakladatel znaacutemeacute Nobelovy nadace) vyřešil probleacutem stabilizace
nitroglycerinu jeho nasaacuteknutiacutem do vhodneacuteho nosiče (křemelina) Takto upravenyacute
nitroglycerin pak exploduje až po vhodneacute iniciaci např roznětkou Ohromnyacute rozvoj
průmyslu vyacutebušnin nastal v obdobiacute prvniacute a zejmeacutena pak druheacute světoveacute vaacutelky
Každaacute vyacutebušnina je charakterizovaacutena řadou fyzikaacutelně-chemickyacutech parametrů
Mezi nejdůležitějšiacute patřiacute
a) Detonačniacute rychlost v - u běžně použiacutevanyacutech laacutetek ve vojenstviacute byacutevaacute v rozmeziacute
6000ndash8000 ms u průmyslovyacutech trhavin do 5000 ms
b) Uvolněnaacute energie při vyacutebuchu Q ndash s hodnotami dnes většinou nad 900 kcalkg
Např pro vyacuteše uvedenyacute černyacute střelnyacute prach jsou tyto hodnoty v = 400 ms Q = 600-800kcalkg
Mezi zaacutekladniacute požadavky na komerčně vyraacuteběneacute vyacutebušniny patřiacute daacutele fyzikaacutelniacute i chemickaacute stabilita
(staacutelost v teplotniacutem rozmeziacute -30 až +40ordmC) necitlivost k vnějšiacutem podnětům (bezpečnost při
zachaacutezeniacute) dostupnostcena vyacutechoziacutech laacutetek potřebnyacutech k vyacuterobě a bezpečnost vyacuteroby
___________ Přesnějšiacute reakce vyacutebuchu dle Bertholeta 16 KNO3 + 6 S + 13 C rarr 5 K2SO4 + 2 K2CO3 + K2S + 8 N2 + 11CO2
Je-li v lt 330 ms (rychlost zvuku) jde o tzv deflagraci
při v gt 330 ms se pak jednaacute o detonaci
87
12 Klasifikace vyacutebušnin
Vyacutebušniny lze dělit podle různyacutech hledisek
I Podle způsobu použitiacute
a) Trhaviny (maacutelo citliveacute k vyacutebuchu je nutnaacute roznětka) ndash např dynamit
b) Střeliviny (prachy k vyacutestřelu střely z hlavně) ndash např bezdyacutemyacute prach
c) Třaskaviny (citliveacute na naacuteraz jiskru užitiacute jako rozbušky) ndash např azidy
II Podle chemickeacuteho složeniacute
Chemickaacute individua
a) Nitrosloučeniny (obsahujiacute R3C-NO2) ndash např trinitrotoluen TNT
b) Estery HNO3 (s alkoholy R3C-O-NO2) ndash např nitroglycerin
c) Nitraminy (obsahujiacute R2N-NO2) ndash např hexogen
d) Vyacutebušneacute soli kyselin ndash např od HNO3 HClO3 HClO4
e) Sloučeniny azoimidu (obsahujiacute skupinu N3-) ndash např AgN3
f) Ostatniacute (acetylidy fulminaacutety aj)
Směsi (např amatoly TNT + NH4NO3 + hexogen)
III Dle konzistence
- pevneacute (krystalickeacute či praacuteškoviteacute) ndash např kyselina pikrovaacute
- kapalneacute (nitroglycerin)
- polotekuteacute a plastickeacute (Semtex)
____________ Maacuteme na mysli tzv bdquoklasickeacute vyacutebušninyldquo použiacutevaneacute jak k vaacutelečnyacutem tak i k miacuterovyacutem uacutečelům Dnešniacute
vojenstviacute ovšem disponuje i moderniacutemi zbraněmi založenyacutemi na řetězoveacute štěpneacute reakci uranu 235U (atomovaacute bomba) např
235
92U n U 10
23592 + rarr139
56 Ba + 94
36Kr + 3 10 n
popř využiacutevajiacuteciacute spojovaacuteniacute lehčiacutech jader (bdquosleacutevaacuteniacuteldquo jader - vodiacutekovaacute bomba) např
21D + 31T rarr 4
2He + 10n s nebyacutevale mohutnyacutemi uacutečinky (např atomovaacute bomba v Hirošimě měla ekvivalent cca 30 kt TNT)
88
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin 21 Nitrace
Principem nitračniacutech reakciacute je vpravovaacuteniacute funkčniacute skupiny ndashNO2 do molekul
(organickyacutech) laacutetek pomociacute tzv nitračniacute směsi (= směs konc HNO3 + H2SO4)
Vyacuteznam majiacute předevšiacutem aromatickeacute nitroderivaacutety např
C6H6 + 3 HNO3 rarr (135-)(NO2)3C6H3 + 3 H2O
benzen sym-trinitrobenzen Poznaacutemka
Zjednodušenaacute interpretace že kyselina siacuterovaacute pouze bdquovaacuteželdquo vzniklou vodu je nepřesnaacute ndash ve
skutečnosti jde o tzv elektrofilniacute substituci kdy zpočaacutetku probiacutehaacute reakce
HNO3 + 2 H2SO4 rarr NO2+ + H3O+ + 2 HSO4
-
a takto vzniklyacute nitroniovyacute kation je vlastniacutem elektrofilniacutem činidlem atakujiacuteciacutem aromatickeacute jaacutedro
(kyselina siacuterovaacute se tedy uacutečastniacute reakce)
Nitračniacute reakce probiacutehajiacute ochotněji u derivaacutetů benzenu (fenol toluen) přitom je nutno
vziacutet v potaz znaacutemaacute substitučniacute pravidla na aromatickeacutem jaacutedře
- substituenty I třiacutedy jako např ndashCH3 ndashOH řiacutediacute substituci do poloh ortho- para-
- substituenty II třiacutedy jako ndashNO2 řiacutediacute substituci do poloh meta-
Přesneacute složeniacute nitračniacute směsi se voliacute podle typu nitrovaneacute laacutetky a stupně nitrace (u
vyššiacutech nitroderivaacutetů pracujeme zpravidla v přebytku kyseliny dusičneacute)
Vlastniacute reakce probiacutehaacute za intenzivniacuteho miacutechaacuteniacute a chlazeniacute ve specielniacutech kotliacutech
(nitraacutetory) s dvojityacutem plaacuteštěm Při nitraciacutech je nutno dodržovat přiacutesnaacute bezpečnostniacute
pravidla ndash hroziacute např přehřaacutetiacute směsi a naacuteslednyacute vyacutebuch
Přehled nejznaacutemějšiacutech a nejviacutece použiacutevanyacutech nitrolaacutetek a jejich explozivniacutech reakciacute
je uveden v naacutesledujiacuteciacutech kapitolaacutech
22 Trhaviny
Jde o největšiacute skupinu vyacutebušnin poměrně maacutelo citlivyacutech k jednoduchyacutem
podnětům (třeniacute naacuteraz) K detonaci jsou přivaacuteděny pomociacute rozbušky (roznětky
detonaacutetoru) Použiacutevajiacute se jak k uacutečelům miacuterovyacutem (kamenolomy doly tunely) tak i
vaacutelečnyacutem (naacuteplně granaacutetů min bomb)
89
Než probereme nejznaacutemějšiacute zaacutestupce teacuteto skupiny je třeba zdůraznit že
z hlediska terminologie lze jako skutečneacute nitroderivaacutety označovat pouze sloučeniny
majiacuteciacute nitroskupinu vaacutezanou přiacutemo na uhliacutek (obsahujiacute vazbu C ndash NO2)
a) Nitrosloučeniny
Praktickyacute vyacuteznam majiacute pouze aromatickeacute nitrolaacutetky
Nejviacutece použiacutevaneacute sloučeniny
bdquoTritolldquo TNT IUPAC 246-trinitrotoluen ( v = 7400 ms Q = 950 kcalkg) CH3
NO2
O2N NO2
Vyacuteroba Nitraciacute toluenu do 3 stupně
Vlastnosti nažloutleacute jehlice teplota taacuteniacute 80ordmC
Referenčniacute laacutetka pro ekvivalent atomovyacutech bomb (viz str 3) Pozn Během II světoveacute vaacutelky vyraacutebělo Německo cca 4000 tun TNT měsiacutečně
bdquoEkrazitldquo kyselina pikrovaacute IUPAC 246-trinitrofenol (v= 7000ms Q = 1000kcalkg)
NO2
NO2O2N
OH
Vyacuteroba Nitraciacute fenolu do 3 stupně
Vlastnosti Žluteacute krystalky nahořkleacute chuti teplota taacuteniacute 122ordmC tvořiacute soli (vyacutebušnyacute pikraacutet
amonnyacute) Užiacutevaacuten mj do dělostřeleckyacutech granaacutetů
bdquoHexylldquo sym-hexanitrodifenylamin teacutež dipikrylamin
dle IUPAC 246-trinitro-N-(246-trinitrophenyl)anilin ( v = 7100 ms Q = 1040 kcalkg)
NH NO2
O2N
O2NNO2
NO2
O2N
90
Vyacuteroba Kompletniacute nitraciacute difenylaminu
Vlastnosti Žluteacute jehličky viacutece citliveacute k naacuterazu (použiacutevanyacute např jako naacuteplň torpeacuted)
b) Nitroestery
Jednaacute se o sloučeniny s vazbou ndashCH2ndashOndashNO2 vznikajiacuteciacute esterifikačniacute reakciacute např
viacutecesytnyacutech alkoholů s HNO3 Nejznaacutemějšiacute laacutetky
Nitroglycerin (spraacutevně trinitraacutet glycerolu) v = 8000 ms Q = 1500 kcalkg
Nitroglycerin se vyraacutebiacute uacuteplnou nitraciacute glycerolu CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2
H2SO4
- 3 H2O
Vlastnosti Bezbarvaacute jedovataacute viskoacutezniacute kapalina naslaacutedleacute chuti nerozpustnaacute ve vodě
Pozor Hroziacute nebezpečiacute explozivniacuteho rozkladu zahřaacutetiacutem nad 50ordmC či naacuterazem
Vyrobenyacute nitroglycerin se zpracovaacutevaacute na dynamit (nasaacuteklyacute v křemelině v poměru
31) nebo na bezdyacutemyacute střelnyacute prach (viz střeliviny)
Vyacuteroba u naacutes Semtiacuten u Pardubic přiacutesnaacute bezpečnostniacute opatřeniacute (bunkry s lehkyacutemi
střechami omezeniacute ručniacute manipulace)
nitroglycerin ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
4 C3H5(ONO2)3 rarr 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Kromě nitroglyceriacutenu existuje řada nitroesterů dvoj- až čtyřsytnyacutech alkoholů
(glykolů) s podobnyacutemi vlastnostmi
Nejznaacutemějšiacute z nich je tzv pentrit (pentaerythrit-tetranitraacutet) v = 8000 ms Q = 1530 kcalkg
OO2N C
CH2
CH2
CH2
CH2
O NO2
O NO2
O NO2
Na baacutezi pentritu s butadienstyreacutenovyacutem kaučukem jsou založeny tzv plastickeacute
trhaviny (Semtex)
91
Nitrocelulosa (nitraacutet celulosy) v = 7000 ms Q = 950-1025 kcalkg
Nitrocelulosa vznikaacute nitraciacute polysacharidu celulosy (velmi čisteacute) do obsahu cca 14
dusiacuteku (což odpoviacutedaacute bdquotrinitraacutetuldquo celulosy)
Historie 1845 Schoumlnbein ndash nitrace bavlny (bdquostřelnaacute bavlnaldquo)
Nitrocelulosa ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
2 C24H29O9(ONO2)11rarr 36CO2+ 47CO+ 4CH4+ 39H2O+ 2C2H2+ 3HCN+ 72 H2 + 372 N2 + 2NH4HCO3
c) Nitraminy
Jde o sloučeniny obsahujiacuteciacute funkčniacute skupinu =NndashNO2
Jsou znaacutemy jak alifatickeacute tak aromatickeacute i heterocyklickeacute laacutetky tohoto typu
(Daacutele se děliacute na primaacuterniacute R-NH-NO2 a sekundaacuterniacute R1R2-N-NO2)
Nejdůležitějšiacute zaacutestupci
Tetryl (246-trinitrofenyl-methyl-nitramin IUPAC N-methyl-N246-tetranitroanilin) v = 7500 ms Q = 1100 kcalkg
NCH3
NO2
NO2
O2N
O2N
Hexogen (cyklotrimethylentrinitramin IUPAC 135-trinitro-135-triazin) v = 8000 ms Q = 1390 kcalkg
N
N N
NO2
NO2O2N
92
d) Vyacutebušneacute soli kyselin
K vyacutebušnyacutem soliacutem patřiacute zejmeacutena amonneacute soli kyseliny dusičneacute chlorečneacute chloristeacute
(di)chromany a manganistany Vyacutebušneacute soli ndash rovnice vybranyacutech vyacutebušnyacutech reakciacute
NH4NO3 rarr N2 + 2 H2O + frac12 O2 ndash 346 kcalkg
2 NH4ClO3 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 32 O2 ndash 359 kcalkg
2 NH4ClO4 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 52 O2 ndash 266 kcalkg
(NH4)2Cr2O7 rarr Cr2O3 + N2 + 4 H2O ndash 310 kcalkg
2 NH4MnO4 rarr N2 + 2 MnO2 + 4 H2O ndash 280 kcalkg
23 Střeliviny (bdquostřelneacute prachyldquo)
Střeliviny patřiacute mezi vyacutebušneacute směsi sloužiacuteciacute k vystřeleniacute naacuteboje z hlavně
v důsledku mohutneacuteho tlaku plynů vzniklyacutech při explozi Jak již bylo zmiacuteněno
v uacutevodu patři sem i klasickyacute černyacute střelnyacute prach (prvniacute popis R Bacon r 1249)
jehož složeniacute se v čase měnilo a ustaacutelilo se na 75 KNO3 (NaNO3 nelze použiacutet pro
hygroskopičnost) 15 dřevneacuteho uhliacute a 10 siacutery
K vyacuterobě je nutneacute použiacutet jemně praacuteškovaneacute velmi čisteacute komponenty Při
vyacuterobě se suroviny melou miacutesiacute v dřevěnyacutech bubnech zvlhčujiacute a zhutňujiacute a nakonec
lisujiacute mezi měděnyacutemi deskami pod tlakem 30 at vyacuteslednyacute produkt se granuluje nebo
lisuje do vaacutelečků o průměru cca 3 cm Vyacuteroba je velmi nebezpečnaacute ndash snadno může
dojiacutet k explozi vyvolaneacute i např statickou elektřinou Černyacute prach se použiacuteval jako
vyacutemetnaacute naacuteplň roznětka zaacutepalnice s časovyacutem zpožděniacutem apod
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (v = 3800 ndash 7000 ms Q = 700 ndash 950 kcalkg)
Jeho vyacuteroba vychaacuteziacute z nitrocelulosy a nitroglycerinu Probleacutemem při použitiacute byl
obrovskyacute tlak při explozi kteryacute může veacutest až k roztrženiacute hlavně Proto se
nitrocelulosa zpočaacutetku rozpouštěla v organickyacutech rozpouštědlech (ether aceton) po
jejichž odpařeniacute vznikne bdquoblaacutenaldquo hořiacuteciacute pomaleji R 1888 A Nobel navrhl rozpouštět
nitrocelulosu v nitroglycerinu (vznikl tzv bdquobalistitldquo) takže běžnaacute hlaveň děla bdquovydrželaldquo
až 1700 vyacutestřelů přiacutedavkem nitrodiglykolu se vyacutedrž zvyacutešila až přes 10 000 vyacutestřelů
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach je poměrně nestabilniacute jeho stabilitu lze zvyacutešit
přiacutedavkem difenylaminu nebo MgO Vyrobenyacute prach se expeduje ve formě malyacutech
šupinek či destiček nebo se lisuje do tyčinek (viz Obr 1)
Prvniacute velkeacute použitiacute černeacuteho prachu u dělostřelectva se datuje r 1346 v bitvě u Kresčaku Byla zaznamenaacutena řada katastrof (1905 exploze prachu na japonskeacutem křižniacuteku Mikasa 1907
vyacutebuch muničniacuteho skladiště Jena aj)
93
Obr 1 Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (vlevo ndash naacuteplň střely do samopalu vpravo ndash dělostřeleckyacute prach
ve formě slisovaneacute trubičky) Pro naacutezornost na obraacutezku uprostřed kancelaacuteřskaacute sponka
24 Třaskaviny
Do teacuteto skupiny patřiacute celaacute řada různorodyacutech chemickyacutech sloučenin (fulminaacutety
azidy acetylidy) Jde o laacutetky vybuchujiacuteciacute po iniciaci (např zahřaacutetiacutem naacuterazem
elektrickou jiskrou) Sloužiacute jako rozbušky (roznětky) pro hlavniacute naacutelož trhaviny
a) Fulminaacutety Tyto laacutetky se odvozujiacute od kyseliny třaskaveacute (fulminoveacute) |CequivNndashOH kteraacute neniacute znaacutema
volnaacute pouze ve formě soliacute Nejdeacutele znaacutemyacute je fulminaacutet rtuti (bdquotřaskavaacuteldquo rtuť)
Hg(ONC)2 Jde o šedobiacutelou laacutetku maacutelo rozpustnou ve vodě leacutepe v alkoholu
Rovnice vyacutebušneacute reakce Hg(ONC)2 rarr Hg + 2 CO + N2 ndash 357 kcalkg (v = 6500 ms)
Velmi podobneacute vlastnosti maacute i třaskaveacute střiacutebro Ag(ONC) ktereacute je však dražšiacute a
meacuteně užiacutevaneacute
b) Azidy Jsou to soli azoimidu (HN3 těkavaacute jedovataacute kapalina pronikaveacuteho zaacutepachu)
Nejpoužiacutevanějšiacute jsou
Azid olovnatyacute Pb(N3)2 ndash nažloutlaacute laacutetka stabilniacute do 75ordmC meacuteně citlivaacute k naacuterazu viacutece
ke třeniacute
Rovnice rozkladu Pb(N3)2 rarr Pb + 3 N2
Azid střiacutebrnyacute AgN3 maacute podobneacute vlastnosti
Azid měďnatyacute Cu(N3)2 je extreacutemně citlivyacute i na dotyk
94
c) Acetylidy
Tyto třaskaviny se odvozujiacute od ethynu HCequivCH naacutehradou atomů vodiacuteku kovem
Praktickyacute vyacuteznam maacute acetylid měďnyacute Cu-CequivC-Cu a střiacutebrnyacute Ag-CequivC-Ag
Rovnice rozkladu Ag2C2 rarr 2 Ag + 2 C (se vzdušnyacutem kysliacutekem dalšiacute reakce na oxidy)
Jde o krystalickeacute laacutetky nerozpustneacute ve vodě vybuchujiacuteciacute naacuterazem či zahřaacutetiacutem
d) Ostatniacute třaskaviny
Do teacuteto skupiny laacutetek lze zařadit
Tetranitrid tetrasiacutery S4N4 ndash oranžoveacute krystalky vybuchujiacuteciacute naacuterazem zahřaacutetiacutem
Jododusiacutek NI3nNH3 je hnědočervenaacute laacutetka explodujiacuteciacute i pouhyacutem dotykem ()
Peroxosloučeniny (i samotnyacute konc H2O2) např peroxoaceton
CH3
CH3
O O CH3
CH3O O
Bertholetovo třaskaveacute střiacutebro Ag3N citliveacute i na sebemenšiacute mechanickyacute impuls
Pozor Tato laacutetka může vzniknout i při Tollensově reakci (Ag-zrcaacutetko) při vyschnutiacute
obsahu zkumavky - pak hroziacute při čištěniacute zkumavky exploze
3 [Ag(NH3)2]Cl rarr Ag3N + 3 NH4Cl + 2NH3
3 Jednoducheacute ilustračniacute pokusy Všechny daacutele uvedeneacute experimenty je možneacute provaacutedět pouze v digestoři za
asistence a pod odbornyacutem dohledem učitele a za použitiacute ochrannyacutech prostředků
(obličejovyacute štiacutet)
a) Přiacuteprava černeacuteho střelneacuteho prachu a jeho vlastnosti Na papiacuteře důkladně promiacutechaacuteme směs malou lžičku KNO3 půl lžičky jemně praacuteškoveacute siacutery a
čtvrt lžičky rozetřeneacuteho dřevěneacuteho uhliacute Tuto směs nasypeme do železneacute misky na piacutesku a
zapaacuteliacuteme špejliacute Pozorujeme prudkou exotermniacute reakci
95
b) Hořeniacute střelneacute bavlny Střelnaacute bavlna je vlastně nitraacutet celulosy kteryacute lze připravit reakciacute chomaacutečku vaty (1 g)
s nitračniacute směsiacute (10 cm3 konc H2SO4 + 10 cm3 konc HNO3) v kaacutedince po dobu cca 20 min
Obr 2 Hořeniacute nitrocelulosy
Vatu potom vyjmeme propereme vodou a volně usušiacuteme Kousek produktu zapaacuteliacuteme a
pozorujeme jak prudce shořiacute (viz obr 2)
c) Exploze směsi chlorečnanu s praacuteškovou siacuterou (fosforem) Pouhyacutem volnyacutem přesypaacutevaacuteniacutem na papiacuteře bez doteku smiacutechaacuteme malaacute množstviacute (jen na
špičku špachtle) KClO3 a stejneacute množstviacute praacuteškoveacute siacutery (nebo červeneacuteho fosforu) Směs
opatrně zabaliacuteme do tenkeacuteho papiacuteru položiacuteme na pevnou podložku (betonovaacute dlažba) a
uacutederem kladiacutevka přivedeme k explozi
Rovnice vyacutebušneacute reakce 2 KClO3 + 3 S rarr 2 KCl + 3 SO2
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů Literatura Urbaňski T Chemie a technologie vyacutebušnin I ndash III SNTL Praha 1958
Babaacutek Z Vraacutebel Z Chemie ndash vybraneacute kapitoly scrpt VA Brno 1994
Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
UP Olomouc 2007
Internetoveacute odkazy httpcswikipediaorgwikiVC3BDbuC5A1nina
httpwwwjergymhieducz~canovmvybusninvybusninhtm
96
ELEKTROLYacuteZA
Text zpracoval Doc RNDr Zdeněk Šindelaacuteř CSc
Osnova
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
Zaacutekladniacute pojmy
2 Elektrolyacuteza
21 Elektrolyacuteza chloridu zinečnateacuteho a sodneacuteho
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli
23 Faradayovy zaacutekony
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
97
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
11 Zaacutekladniacute pojmy
Elektrochemiiacute rozumiacuteme obor chemie kteryacute se zabyacutevaacute procesy probiacutehajiacuteciacutemi
na rozhraniacute mezi elektrodou a elektrolytem Elektrodou je zpravidla vodič 1 druhu
(kov ndash např měď rtuť železo nikl chrom platina ale i uhliacutek ve formě grafitu) Volba
materiaacutelu elektrody souvisiacute s chemickyacutemi vlastnostmi elektrolytu a se změnami ke
kteryacutem v elektrolytu dochaacuteziacute Elektrolytem je roztok nebo i tavenina laacutetky kteraacute maacute
schopnost disociovat na volneacute ionty Takovou laacutetkou je napřiacuteklad chlorid sodnyacute jehož
vodnyacute roztok nebo jeho tavenina jsou elektrolyty Je to sloučenina ve ktereacute jsou
atomy vaacutezaacuteny chemickou vazbou kteraacute maacute vyacuterazně iontovyacute charakter Elektrolyty
jsou takeacute vodiči elektrickeacuteho proudu a označujeme je jako vodiče 2 druhu
Elektrolytickou disociaci (rozpad laacutetky na ionty v tavenině a ve vodneacutem roztoku)
zapiacutešeme rovniciacute
NaCl rarr Na+ + Cl-
Schopnost laacutetek disociovat v roztoku popisujeme pojmem siacutela elektrolytu
V přiacutepadě NaCl se jednaacute o silnyacute elektrolyt tedy prakticky všechen rozpuštěnyacute chlorid
sodnyacute je ve vodneacutem roztoku disociovaacuten na ionty ktereacute jsou tak od sebe odděleny a
jsou obklopeny molekulami rozpouštědla v našem přiacutepadě molekulami vody
Řiacutekaacuteme že ionty jsou ve vodnyacutech roztociacutech hydratovaacuteny
2 Elektrolyacuteza
Elektrolyacutezu lze chaacutepat jako děj při ktereacutem dochaacuteziacute na elektrodaacutech
vloženyacutech do elektrolytu k chemickyacutem změnaacutem způsobenyacutech průchodem elektrickeacuteho proudu z vnějšiacuteho zdroje V tomto přiacutepadě budeme většinou volit
takoveacute elektrody ktereacute nebudou podleacutehat během procesu změnaacutem (budou chemicky
inertniacute) Na obr 1 je znaacutezorněn schematicky pokus kteryacute naacutem pomůže pochopit
jakeacute děje během elektrolyacutezy probiacutehajiacute
98
Obr 1 Elektrolyzeacuter
Ve scheacutematu vidiacuteme jednotliveacute elektrody ktereacute nesou označeniacute podle toho ke
ktereacutemu poacutelu zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute jsou připojeny V přiacutepadě elektrolyacutezy
je elektroda připojenaacute ke kladneacutemu poacutelu zdroje označovaacutena jako anoda protože k niacute
elektromigraciacute putujiacute ionty opačneacute polarity ndash tedy zaacuteporně nabiteacute anionty Anoda je
elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy oxidace (bez ohledu na polaritu elektrod)
K zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje je připojena katoda ke ktereacute analogicky putujiacute kladně
nabiteacute čaacutestice ndash kationty Katoda je elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy redukce (opět
bez ohledu na polaritu elektrod) Elektromigrace je tedy pohyb nabityacutech čaacutestic
usměrněnyacute vlivem elektrickeacuteho pole
Před zapojeniacutem zdroje jsou koncentrace všech složek elektrolytu v každeacutem
miacutestě roztoku stejneacute (jak viacuteme roztok je homogenniacute směs) Po zapnutiacute zdroje se
začnou ionty v důsledku přiacutetomnosti elektrickeacuteho pole pohybovat k opačně nabiteacute
elektrodě Když dospějiacute až k jejiacutemu povrchu vybijiacute se a produkt se buď vyloučiacute na
přiacuteslušneacute elektrodě přiacutepadně ihned reaguje s dalšiacutemi složkami elektrolytu nebo
přiacutemo s elektrodou V důsledku toho se však sniacutežiacute koncentrace vybiacutejenyacutech iontů
v bliacutezkosti elektrody a přiacutesun novyacutech iontů k elektrodě začiacutenaacute byacutet řiacutezen difuacuteziacute Ionty
difundujiacute do miacutest s nižšiacute koncentraciacute ve snaze obnovit homogenniacute prostřediacute Procesy probiacutehajiacuteciacute v bliacutezkosti elektrod nejsou jednoducheacute a zaacutevisejiacute silně na dalšiacutech faktorech
Jedniacutem z důležityacutech faktorů je zda budeme elektrolyt během elektrolyacutezy miacutechat protože konvekce
(prouděniacute) maacute velkyacute vliv na průběh celeacuteho procesu
99
Velmi důležiteacute je takeacute zda odděliacuteme anodovyacute a katodovyacute prostor přepaacutežkou
kteraacute umožniacute průchod elektrickeacuteho proudu elektrolyzeacuterem a přitom zabraacuteniacute
promiacutechaacutevaacuteniacute vzniklyacutech produktů elektrolyacutezy v bliacutezkosti elektrod Tato přepaacutežka se
nazyacutevaacute diafragma a byacutevaacute to obvykle poreacutezniacute keramickyacute materiaacutel Mohou to byacutet
podle uacutečelu ale různeacute jineacute materiaacutely na baacutezi plastickyacutech hmot polymerniacute gely nebo
napřiacuteklad celofaacuten Jak již bylo řečeno aby mohl elektrolyzeacuterem proteacutekat elektrickyacute proud musiacuteme na elektrody
vložit elektrickeacute napětiacute Minimaacutelniacute napětiacute ktereacute způsobiacute že začne systeacutemem proteacutekat elektrickyacute proud
označujeme jako rozkladneacute napětiacute jeho velikost souvisiacute uacutezce s pojmem elektrochemickyacute člaacutenek
Velikost proudu kteryacute zařiacutezeniacutem prochaacuteziacute zaacutevisiacute rovněž na mnoha faktorech Velkyacute vliv majiacute zejmeacutena
velikost plochy elektrod a koncentrace elektrolytu Velikost proudu vztaženaacute na jednotku plochy
(obvykle cm2) označujeme pojmem proudovaacute hustota [Acm-2] Proudovaacute hustota a složeniacute
(koncentrace) elektrolytu rozhodujiacuteciacutem způsobem ovlivňujiacute konečneacute složeniacute produktů elektrolyacutezy
21 Elektrolyacuteza ZnCl2 a NaCl
Průběh elektrolyacutezy vodneacuteho roztoku chloridu zinečnateacuteho můžeme zapsat
naacutesledovně
katoda Zn2+ + 2 e- rarr Zn
anoda 2 Cl- rarr Cl2 + 2 e-
Produkty procesu jsou plynnyacute chlor a zinek jako volnyacute kov
Elektrolyacuteza však může miacutet i značně komplikovanyacute průběh kteryacute je silně zaacutevislyacute
na podmiacutenkaacutech provedeniacute Přiacutekladem může byacutet elektrolyacuteza chloridu sodneacuteho
Budeme-li při odděleneacutem katodoveacutem a anodoveacutem prostoru v inertniacute atmosfeacuteře
elektrolyzovat taveninu chloridu sodneacuteho ziacuteskaacuteme kovovyacute sodiacutek a plynnyacute chlor
katoda 2 Na+ + 2 e- rarr 2 Na
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
Všimněme si že složeniacute elektrolytu (taveniny) se nijak vyacuteznamně neměniacute
vylučujiacute se ekvivalentniacute množstviacute chloru a sodiacuteku
Při elektrolyacuteze vodneacuteho roztoku NaCl je situace složitějšiacute V přiacutepadě oddělenyacutech
prostorů elektrod bude v katodoveacutem prostoru dochaacutezet k vyredukovaacuteniacute vodiacuteku
protože elektron přenesenyacute na ion sodnyacute přechaacuteziacute ihned na molekulu vody
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2 NaOH + H2
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
100
Při tomto procesu se ale vyacuteznamně měniacute složeniacute elektrolytu postupně miziacute z roztoku
chloridovyacute ion kteryacute je nahrazen aniontem OH- Po vyčerpaacuteniacute chloridovyacutech iontů bude pokračovat elektrolyacuteza za vzniku kysliacuteku z vybiacutejenyacutech iontů
hydroxidovyacutech
anoda 4 OH- rarr 4 OHbull + 4 e- a daacutele 4 OHbull rarr 2 H2O2 rarr 2 H2O + 2 Obull
2 Obull rarr O2
Pokud provedeme elektrolyacutezu na rtuťoveacute elektrodě (-) s oddělenyacutemi
elektrodovyacutemi prostory bude se na katodě pouze redukovat sodiacutek kteryacute se rtutiacute
vytvořiacute amalgaacutem Na anodě se bude opět vylučovat chlor Po vypnutiacute elektrickeacuteho
zdroje se začne z amalgaacutemu vylučovat sodiacutek a reagovat s vodou za vzniku vodiacuteku a
hydroxidu sodneacuteho Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem vodiacuteku na rtuťoveacute
elektrodě Při elektrolyacuteze s neoddělenyacutemi prostory elektrod za miacutechaacuteniacute a chlazeniacute elektrolytu
Primaacuterniacute procesy na elektrodaacutech jsou stejneacute jako v předchoziacutem přiacutepadě ale naacutesleduje reakce
2 NaOH + Cl2 rarr NaCl + NaClO + H2O
Produktem procesu je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlornanu sodneacuteho
Nebudeme-li elektrolyt chladit dojde k disproporcionaci NaClO
3 NaClO rarr 2 NaCl + NaClO3
nebo
6 NaOH + 3 Cl2 rarr 5 NaCl + NaClO3 + 3 H2O
Konečnyacutem produktem je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlorečnanu sodneacuteho
Poznamenejme ještě že elektrolyacutezou roztoků chlorečnanu za silneacuteho chlazeniacute (teplota by
neměla překročit přiacuteliš přes 20degC) s použitiacutem platinovyacutech elektrod ziacuteskaacuteme roztoky chloristanů
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2Na+ + 2OH- + H2
anoda 2 ClO3- rarr 2 ClO3 + 2 e-
2 ClO3 + H2O rarr HClO3 + HClO4
s naacuteslednou neutralizaciacute 2 NaOH + HClO3 + HClO4 rarr NaClO3 + NaClO4 + 2 H2O
Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem platinoveacute elektrody ke kysliacuteku
Při vyššiacutech teplotaacutech dochaacuteziacute k reakci
2 ClO3 + H2O rarr 2 HClO3 + Obull a naacutesledně 2 Obull rarr O2
a na anodě dojde k vylučovaacuteniacute kysliacuteku V tomto přiacutepadě jsou produkty elektrolyacutezy stejneacute jako při
elektrolyacuteze vody okyseleneacute zředěnou kyselinou siacuterovou tj vodiacutek a kysliacutek
101
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli CuSO4
Elektrolyacuteza měďnateacute soli ve vodneacutem roztoku s využitiacutem měděnyacutech elektrod
(anoda i katoda jsou ze stejneacuteho materiaacutelu tedy z mědi) vede k vylučovaacuteniacute mědi na
katodě z roztoku za současneacuteho doplňovaacuteniacute měďnatyacutech iontů z rozpouštěneacute anody
katoda Cu2+ + 2e- rarr Cu
anoda Cu + SO42- rarr Cu2+ + SO4
2- + 2e-
Vyacutesledkem je přenos materiaacutelu anody (suroveacute mědi) na katodu (čistaacute měď)
Tento postup se v praxi využiacutevaacute k elektrolytickeacutemu čištěniacute suroveacute mědi Ziacuteskaacute se tak
kov vysokeacute čistoty
Poznaacutemka pod anodou se usazujiacute anodoveacute kaly (nečistoty v anodě obsaženeacute) ktereacute jsou zdrojem
dalšiacutech prvků ktereacute doprovaacutezejiacute v přiacuterodě měď - zejmeacutena Ag Au platinoveacute kovy Rozkladneacute napětiacute
takoveacuteho roztoku (např CuSO4 slabě okyseleneacuteho kyselinou siacuterovou pro potlačeniacute hydrolytickyacutech
procesů) je velmi niacutezkeacute Virtuaacutelniacute pokus je možno snadno proveacutest nebo simulovat na přiloženeacutem
programu Vaacuteženiacutem elektrod po provedeneacutem experimentu a měřeniacutem času a proudu je naviacutec možno
ověřit platnost Faradayovyacutech zaacutekonů 23 Faradayovy zaacutekony elektrolyacutezy
1 Faradayův zaacutekon vyjadřuje množstviacute (hmotnost) laacutetky kteraacute vznikne při
průchodu stejnosměrneacuteho elektrickeacuteho proudu za určitou dobu
m = A middot I middot t kde m ndash hmotnost vyloučeneacute laacutetky
A - konstanta (tzv elektrochemickyacute ekvivalent)
I - elektrickyacute proud
t - čas
Protože elektrickyacute naacuteboj Q = I t můžeme vyacuteraz zkraacuteceně zapsat m = AQ
2 Faradayův zaacutekon formuluje vyacuteraz pro vyacutepočet elektrochemickeacuteho
ekvivalentu A Slovně ho lze vyjaacutedřit větou že laacutetkovaacute množstviacute
vyloučenaacute stejnyacutem naacutebojem jsou chemicky ekvivalentniacute Potom platiacute
FzMAsdot
=
kde M - molaacuterniacute hmotnost
z - počet vyměňovanyacutech elektronů při elektrodoveacutem ději
102
F je Faradayova konstanta (F = 96485104 Cmol-1) kteraacute je čiacuteselně
rovna elektrickeacutemu naacuteboji potřebneacuteho k vyloučeniacute 1z molu laacutetky
Konečnyacute vyacuteraz pro vyacutepočet množstviacute laacutetky přeměněneacute průchodem elektrickeacuteho
proudu po danou dobu lze tedy zapsat ve tvaru
tIFz
Mm sdotsdot=sdot
Poznaacutemka je zaacutesadně důležiteacute dosadit do vzorce veličiny ve spraacutevnyacutech jednotkaacutech
Požadujeme-li vyacutesledek m [g] pak musiacuteme dosazovat I [A] t [s]
Přiacuteklad Kolik g Cu se vyloučiacute na katodě při rafinaci mědi průchodem proudu 1 A po dobu 300 s
Řešeniacute Protože na přeměnu jednoho iontu Cu2+ na čistou měď potřebujeme vyměnit 2 elektrony (viz kap
22 z = 2) dostaneme po dosazeniacute (relativniacute atomovaacute hmotnost mědi je 6354) do vztahu pro m
Vyacutesledek m = 0099 asymp 01 g mědi
Vyacutepočet probiacutehaacute automaticky např při spuštěniacute přiloženeacute animace (viz 24 ovlaacutedaacuteniacute je intuitivniacute)
Na zaacutevěr je ještě třeba zmiacutenit že technickyacute (dohodnutyacute) směr proudu (fyzika
elektrotechnika) je vždy od kladneacuteho k zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje a je tedy opačnyacute než
pohyb elektronů
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
Všechny animace použiteacute k doplněniacute toto textu jsou k dispozici zde
httpgoogleiastateedusearchq=cachendvLO9akz9cJwwwchemiastateedugro
upGreenbowesectionsprojectfolderanimationsindexhtm+electrolysisampoutput=xml_
no_dtdampclient=default_frontendampproxystylesheet=default_frontendampie=UTF-
8ampaccess=pampoe=ISO-8859-1
Ostatniacute informace potřebneacute k hlubšiacutemu pochopeniacute pojmu elektrolyacuteza najde čtenaacuteř
např v zaacutekladniacute učebnici fyzikaacutelniacute chemie
httpwwwvschtczfchczpomuckyBREVALLpdf
3
Obsah
Uacutevod helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 4
Esterifikace helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 5
Švandovaacute Veronika
Přiacuterodniacute laacutetky ndash vitaminy helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 15
Štosovaacute Taťaacutena
Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26
Štosovaacute Taťaacutena
Naacutevykoveacute laacutetky helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 35
Kameniacuteček Jiřiacute
Vyacuteroba cukru helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 50
Praacutešilovaacute Jana Kameniacuteček Jiřiacute
Makromolekulaacuterniacute laacutetkyhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 64
Husaacuterek Josef
Vyacutebušniny helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 85
Kameniacuteček Jiřiacute
Elektrolyacuteza helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 96
Šindelaacuteř Zdeněk
4
Uacutevod
Předklaacutedanaacute publikace Vybranaacute teacutemata pro vyacuteuku chemie vznikla v raacutemci
projektu č CZ 1072200150324 bdquoInovace profesniacute přiacutepravy budouciacutech učitelů
chemieldquo jako soubor teacutematickyacutech učebniacutech textů z oboru chemie pro žaacuteky středniacutech
škol ke kteryacutem jsou zpracovaacuteny PowerPointoveacute prezentace pro učitele Vyacuteukoveacute
materiaacutely jsou koncipovaacuteny tak aby byly použitelneacute přiacutemo ve vyacuteuce chemie na
středniacutech školaacutech Vlastniacute učebniacute text pro žaacuteky doplňujiacute petitem psaneacute metodickeacute
poznaacutemky pro učitele a rozšiřujiacuteciacute učivo
Zpracovanaacute teacutemata Esterifikace Přiacuterodniacute laacutetky Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy Naacutevykoveacute laacutetky Vyacuteroba
cukru Makromolekulaacuterniacute laacutetky a syntetickeacute polymery Vyacutebušniny Elektrolyacuteza
Jistaacute heterogenita zvolenyacutech teacutemat z různyacutech oblastiacute chemie je daacutena
skutečnostiacute že před jejich zpracovaacuteniacutem byl proveden průzkum mezi učiteli chemie
jehož ciacutelem bylo zjistit ktereacute kapitoly či problematiku z oboru chemie by chtěli miacutet
vyučujiacuteciacute k dispozici v noveacutem zpracovaacuteniacute ať už z důvodu jejich neuspokojiveacuteho či
zastaraleacuteho stavu v dostupnyacutech učebniciacutech nebo dokonce pro jejich uacuteplnou absenci
přičemž jde o velice zaacutevažnaacute a v současnosti aktuaacutelniacute teacutemata (např naacutevykoveacute laacutetky
biochemickeacute procesy aj) V učebniacutem textu jsou zastoupena takeacute přiacuterodovědnaacute
integrovanaacute teacutemata v nichž je kladen důraz na mezipředmětoveacute vztahy kteraacute se
však na školaacutech mnohdy probiacuterajiacute izolovaně ve fyzice a v chemii bez uvedeniacute
souvislostiacute (např Elektrolyacuteza)
Věřiacuteme že publikace přispěje ke zkvalitněniacute a inovaci vyacuteuky řady kapitol chemie
a doufaacuteme že se stane dobryacutem pomocniacutekem jak pro studenty ndash budouciacute učitele
chemie tak i učitele ve školskeacute praxi
Olomouc zaacuteřiacute 2012
Autoři
5
ESTERIFIKACE
Text zpracovala Mgr Veronika Švandovaacute
Osnova 1 Zaacutekladniacute pojmy
11 Estery karboxylovyacutech kyselin
12 Esterifikace karboxylovyacutech kyselin
2 Přiacuteklady a chemickyacute pokus
21 Přiacuteklady na procvičeniacute
22 Chemickyacute pokus ndash přiacuteprava ethylesteru kyseliny octoveacute
3 Mechanismus esterifikace
4 Reakce esterů
5 Opakovaciacute cvičeniacute
6 Řešeniacute uacuteloh
61 Řešeniacute uacutelohy 21
62 Řešeniacute praktickeacuteho uacutekolu z 22
63 Řešeniacute opakovaciacuteho cvičeniacute
7 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
71 Estery anorganickyacutech kyselin
72 Poznaacutemky k chemickeacutemu pokusu
73 Charakteristickeacute vůně esterů
74 Alkalickaacute hydrolyacuteza esteru (zmyacutedelněniacute)
8 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
6
1 Zaacutekladniacute pojmy
11 Estery karboxylovyacutech kyselin
Estery1 karboxylovyacutech kyselin jsou vyacuteznamnou skupinou organickyacutech laacutetek
patřiacute mezi funkčniacute derivaacutety karboxylovyacutech kyselin Řada z nich jsou vyacuteznamneacute
přiacuterodniacute laacutetky ndash tvořiacute napřiacuteklad tuky oleje a vosky Některeacute estery majiacute praktickyacute
vyacuteznam použiacutevajiacute se jako esence do potravin na vyacuterobu leacutečiv nebo rozpouštědel
Estery se nejčastěji připravujiacute reakciacute kterou nazyacutevaacuteme esterifikace
12 Esterifikace karboxylovyacutech kyselin
Esterifikace karboxyloveacute kyseliny je reakce karboxyloveacute kyseliny a alkoholu
kterou vznikaacute ester a voda Reakce probiacutehaacute v kyseleacutem prostřediacute ndash provaacutediacute se za
přiacutedavku silneacute anorganickeacute kyseliny (maacute funkci katalyzaacutetoru) nejčastěji kyseliny
siacuteroveacute Jednaacute se o rovnovaacutežnou reakci
C
O
OHR1+ OH R2
C
O
OR1R2 OH2
kyselina alkohol ester
H+
+
Ze zaacutepisu reakce je zřejmeacute že kysliacutekovyacute atom ve vznikleacutem esteru (ve scheacutematu
vyznačenyacute raacutemečkem) pochaacuteziacute z molekuly alkoholu Tento fakt byl prokaacutezaacuten
experimentaacutelně Reakce byla uskutečněna s alkoholem obsahujiacuteciacutem radioaktivniacute
izotop kysliacuteku a zjišťovalo se kteryacute z produktů reakce bude radioaktivniacute Ukaacutezalo se
že radioaktivniacute laacutetkou byl ester Primaacuterniacute alkoholy tvořiacute estery snadněji než
sekundaacuterniacute Estery terciaacuterniacutech alkoholů se tiacutemto způsobem nepřipravujiacute2
Esterifikace je rovnovaacutežnaacute (vratnaacute) reakce Pokud chceme zvyacutešit vyacutetěžek
reakce musiacuteme rovnovaacutehu reakce porušovat odstraňovaacuteniacutem vznikleacuteho esteru nebo
vody z reakčniacute směsi Rovnovaacutehu je možneacute posunout ve prospěch esteru takeacute tak
1 Mluviacuteme-li v tomto vyacuteukoveacutem textu o bdquoesterechldquo či bdquoesterifikacildquo maacuteme na mysli estery karboxylovyacutech
kyselin (neniacute-li v textu řečeno jinak) Kromě těchto esterů existujiacute takeacute estery anorganickyacutech kyselin
ktereacute vznikajiacute rovněž esterifikaciacute - viacutece viz Doplňujiacuteciacute informace pro učitele kap 7 2 Pro synteacutezu esterů terciaacuterniacutech alkoholů se miacutesto karboxyloveacute kyseliny použiacutevajiacute acylchloridy
(k reakčniacute směsi se přidaacutevaacute pyridin) Vedlejšiacutem produktem reakce je chlorovodiacutek
7
že jednu z vyacutechoziacutech laacutetek použijeme v nadbytku Zpětnou reakciacute k esterifikaci je tzv
kyselaacute hydrolyacuteza1
2 Přiacuteklady a chemickyacute pokus 21 Přiacuteklady na procvičeniacute
Napiš produkty naacutesledujiacuteciacutech reakciacute a pojmenuj je
a) b)
22 Pokus ndash přiacuteprava ethylesteru kyseliny octoveacute
Chemikaacutelie ethanol (F) kyselina octovaacute (C) konc kyselina siacuterovaacute (C) uhličitan
sodnyacute (Xi)
Postup Ve zkumavce smiacutechaacuteme 3 ml kyseliny octoveacute a 3 ml ethanolu Ke vznikleacute
směsi opatrně přidaacuteme asi 05 ndash1 ml koncentrovaneacute kyseliny siacuteroveacute Obsah
zkumavky promiacutechaacuteme vylejeme na hodinoveacute skliacutečko a nakonec přisypeme pevnyacute
uhličitan sodnyacute2
Praktickyacute uacutekol
a) Zapiš rovnici reakce
b) Porovnej vůni kyseliny octoveacute a vznikleacuteho esteru
c) V literatuře vyhledej praktickeacute využitiacute vznikleacuteho esteru
d) Proč mysliacuteš že přidaacutevaacuteme do reakčniacute směsi uhličitan sodnyacute
e) Vzniklyacute ester může byacutet pro člověka smrtelnou laacutetkou Smrtelnaacute daacutevka pro
člověka je asi 05 g na každyacute kilogram tělesneacute hmotnosti Jakeacute by bylo
smrtelneacute množstviacute (v gramech) esteru při tveacute hmotnosti Vypočiacutetej i jeho
objem (hustota ethylesteru kyseliny octoveacute je ρ = 1045 gcm3)
1 Viz kapitola 4 2 Dalšiacute možnosti provedeniacute pokusu viz Doplňujiacuteciacute informace pro učitele kap 7
OH CH2 CH3C
O
OHHH
+
+
C
O
OHCH3 +H
+
H O CH2 CH2 CH3
8
f) Na internetu vyhledej bezpečnostniacute list daneacuteho esteru Jakyacutemi piacutesmennyacutemi
symboly označujeme jeho nebezpečneacute vlastnosti a jak tyto vlastnosti
vyjaacutedřiacuteme slovy
Poznaacutemka Řada dalšiacutech esterů jsou kapaliny
přiacutejemneacute vůně a použiacutevajiacute se v potravinaacuteřstviacute jako
vonneacute a chuťoveacute přiacutesady Napřiacuteklad ethylester
kyseliny mravenčiacute se použiacutevaacute jako rumovaacute esence
jako ananasovaacute esence (viz obr 1) se použiacutevaacute
ethylester kyseliny maacuteselneacute1 Obr 1 Ilustračniacute přiacuteklad
3 Mechanismus esterifikace Mechanismus esterifikace je možneacute vyjaacutedřit souborem rovnovaacutežnyacutech reakciacute
C
O
R1 O H C+O
R1O H
H
C
O
R1 O H
H
O+
R2H
CO
R1 O+ HH
OR2
H
OH2-C+O
R1H
OR2
H+
- H+
C
O
R1 O R2
R2
O
H
Prvniacutem krokem esterifikace je protonizace karboxyloveacute skupiny kyseliny
Dochaacuteziacute tak ke zvyacutešeniacute elektronoveacuteho deficitu na karboxyloveacutem uhliacuteku a tiacutem
k usnadněniacute nukleofilniacuteho ataku molekulou alkoholu
V dalšiacutem nejpomalejšiacutem kroku reakce dochaacuteziacute ke vzniku vazby mezi atomem
kysliacuteku alkoholu a atomem uhliacuteku karboxyloveacute skupiny Nakonec dochaacuteziacute k odštěpeniacute
protonu a molekuly vody za vzniku esteru
Z hlediska typu reakce je esterifikace substituciacute nukleofilniacute (SN) kteraacute probiacutehaacute
adičně-eliminačniacutem mechanismem
1 Přehled charakteristickyacutech vůniacute dalšiacutech esterů uveden v kap 7
9
4 Reakce esterů Jak již bylo uvedeno esterifikace je rovnovaacutežnaacute reakce reakce zpětnaacute se
nazyacutevaacute kyselaacute hydrolyacuteza esteru Při teacuteto reakci vznikaacute opět karboxylovaacute kyselina a
alkohol
Estery lze hydrolyzovat i v přiacutetomnosti silnyacutech zaacutesad (tzv alkalickaacute hydrolyacuteza)
vznikaacute však alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
CH3 CO
O CH2 CH3
+ NaOH CH3 CO
O Na
+ CH3 CH2 OH
5 Opakovaciacute cvičeniacute
1) Co je to esterifikace Jakeacute jsou vyacutechoziacute laacutetky a produkty teacuteto reakce Za
jakyacutech podmiacutenek může reakce probiacutehat
2) Kteryacute z naacutesledujiacuteciacutech alkoholů bude podleacutehat esterifikaci nejsnadněji
a) b) c)
3) Jak se nazyacutevaacute zpětnaacute reakce esterifikace
4) Estery majiacute širokeacute uplatněniacute v potravinaacuteřstviacute Jakeacute
5) Produktem naacutesledujiacuteciacute esterifikace bude
C
O
OHCH2CH3 OH CH2 CH3+H
+
a) propylester kyseliny octoveacute
b) ethylester kyseliny octoveacute
c) ethylester kyseliny propionoveacute
6) Zapiš rovnici esterifikace jejiacutemž produktem je ethylester kyseliny benzooveacute
7) Co je produktem alkalickeacute hydrolyacutezy esteru
8) V jedneacute zkumavce smiacutechaacuteme stejnyacute objem ethanolu a kyseliny octoveacute ve
druheacute zkumavce smiacutesiacuteme stejnyacute objem octanu ethylnateacuteho a destilovaneacute
vody Do každeacute zkumavky přidaacuteme několik kapek koncentrovaneacute kyseliny
siacuteroveacute a obsah zkumavek protřepeme Jakeacute změny nastanou v jednotlivyacutech
zkumavkaacutech
CH3
C OHCH3
CH3CH3 CH2 OHCH3 CH OH
CH3
10
a) Obsah obou zkumavek se nezměniacute nedojde k žaacutedneacute reakci
b) V obou zkumavkaacutech vznikne směs ethanolu kyseliny octoveacute ethyl-
acetaacutetu a vody
c) V prvniacute zkumavce bude směs ethyl-acetaacutetu a vody ve druheacute směs
ethanolu a kyseliny octoveacute
d) Obsah druheacute zkumavky se nezměniacute v prvniacute zkumavce dojde
k esterifikaci a vznikne tam směs octanu ethylnateacuteho a vody
6 Řešeniacute uacuteloh
61 Řešeniacute uacutelohy 21 a) ethylester kyseliny mravenčiacute (mravenčan ethylnatyacute ethyl-methanoaacutet ethyl-
formiaacutet) a voda
C
O
OH CH2 CH3 OH2+ b) propylester kyseliny octoveacute (octan propylnatyacute propyl-ethanoaacutet propyl-acetaacutet)
a voda
C
O
OCH3 CH2 CH2 CH3 OH2+ 62 Řešeniacute praktickeacuteho uacutekolu z 22
a)
b) Vůně vznikleacuteho esteru připomiacutenaacute odlakovač na nehty lak na nehty či
modelaacuteřskeacute lepidlo
c) Ethylester kyseliny octoveacute se použiacutevaacute v laboratořiacutech jako rozpouštědlo
d) Uhličitan sodnyacute se přidaacutevaacute do reakce proto aby zreagoval zbytek kyseliny
octoveacute (a siacuteroveacute) kteryacute by negativně ovlivňoval vůni vznikleacuteho produktu
e) Např při hmotnosti člověka m = 60 kg je smrtelnaacute daacutevka ndash lethal dose rArr
mLD = 30 g o objemu V = m ρ = 30 1045 = 2871 cm3
Smrtelnaacute daacutevka pro šedesaacutetikiloveacuteho člověka by byla 287 cm3
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
11
f) Bezpečnostniacute list ethylesteru kyseliny octoveacute je napřiacuteklad na internetoveacutem
odkazu httpwwwmach-chemikalieczdownloadphpid=96 Ethylester
kyseliny octoveacute patřiacute mezi laacutetky vysoce hořlaveacute (F) a draacuteždiveacute (Xi)
63 Řešeniacute opakovaciacuteho cvičeniacute (kap 5) 1) Esterifikace je reakce kterou se připravujiacute estery vedlejšiacutem produktem je
voda Vyacutechoziacutemi laacutetkami pro tuto reakci jsou alkohol a karboxylovaacute kyselina
reakce musiacute probiacutehat v prostřediacute silneacute kyseliny
2) b)
3) kyselaacute hydrolyacuteza
4) Řada esterů se použiacutevaacute v potravinaacuteřstviacute jako vonneacute a přiacutechuťoveacute přiacutesady
5) c)
6)
7) alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
8) c)
reakce probiacutehajiacuteciacute v prvniacute zkumavce
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
reakce probiacutehajiacuteciacute ve druheacute zkumavce
H+
C
O
OCH3 CH2 CH3 OH2+ OH CH2 CH3C
O
OHCH3 +
7 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele 71 Estery anorganickyacutech kyselin
Kromě esterů karboxylovyacutech kyselin tj organickyacutech existujiacute takeacute estery anorganickyacutech
kyselin Esterifikaci anorganickyacutech kyselin můžeme žaacutekům zmiacutenit aby si uvědomili že probiacutehaacute nejen u
organickyacutech kyselin
Reakciacute kyseliny boriteacute s methanolem nebo ethanolem v kyseleacutem prostřediacute vznikajiacute estery kyseliny boriteacute Uvedenou reakci jejiacutež provedeniacute je velmi jednoducheacute lze použiacutet i pro odlišeniacute
C
O
OHC
O
O CH2 CH3OH CH2 CH3+H
+
OH2+
12
methanolu od ethanolu Ve směsi metanol - kyselina boritaacute se tvořiacute ester i bez přiacutedavku kyseliny
siacuteroveacute a ester hořiacute zeleně Ve směsi ethanol - kyselina boritaacute bez přiacutedavku H2SO4 se ester netvořiacute tak
rychle po zapaacuteleniacute reakčniacute směsi je plamen oranžovyacute Po okyseleniacute teacuteto reakčniacute směsi konc H2SO4
vznikaacute triethylester kyseliny boriteacute kteryacute hořiacute takeacute zelenyacutem plamenem
B
OHOH
OH
B
OO
O
CH3
CH3
CH3
+ CH3 OH3 + OH23
Estery kyseliny dusičneacute se použiacutevajiacute jako vyacutebušniny Nitroglycerin ester kyseliny dusičneacute a
glycerolu je nejdůležitějšiacute součaacutestiacute dynamitu Použiacutevaacute se takeacute v leacutekařstviacute jako prostředek pro zklidněniacute
srdečniacutech arytmiiacute a snižovaacuteniacute krevniacuteho tlaku
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3 H2SO4
- 3 H2O
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2 Ester kyseliny dusičneacute a celulosy ndash nitrocelulosa je znaacutemaacute vyacutebušnina
72 Poznaacutemky k chemickeacutemu pokusu (viz 22)
Pokud by vůně vznikleacuteho esteru nebyla vyacuteraznaacute lze zkumavku s reakčniacute směsiacute ještě před
jejiacutem vylitiacutem na hodinoveacute skliacutečko zahřiacutevat (je nutneacute dbaacutet na bezpečnost žaacuteků ndash předevšiacutem braacutet
v uacutevahu možneacute vystřiacuteknutiacute směsi a dodržovat tedy bezpečnyacute odstup od žaacuteků použiacutet ochrannyacute štiacutet)
Pro přiacutepravu většiacuteho množstviacute esteru je vhodneacute použiacutet zpětnyacute chladič Do baňky s 6 ml
kyseliny octoveacute přidaacuteme 5 ml ethanolu Na obličej si nasadiacuteme ochrannyacute štiacutet Opatrně za chlazeniacute
proudem vody přilijeme 6-7 ml konc kyseliny siacuteroveacute Baňku uzavřeme zaacutetkou s jednoduchyacutem
zpětnyacutem chladičem (min 60 cm dlouhaacute skleněnaacute trubička) (viz obr2) a opatrně zahřiacutevaacuteme 7 ndash 10 min
na vodniacute laacutezni
Obr 2 Esterifikace za použitiacute jednoducheacuteho zpětneacuteho chladiče
13
Potom zaměniacuteme zpětnyacute chladič za vzdušnyacute sestupnyacute a oddestilujeme asi 5 ml kapaliny Přisypeme
1 lžičku uhličitanu sodneacuteho kteryacute vytvořiacute oddělenou vrstvu nemiacutesitelnou s vodou nebo můžeme
reakčniacute směs ihned po ukončeniacute zahřiacutevaacuteniacute pod zpětnyacutem chladičem vylit do kaacutedinky s nasycenyacutem
roztokem chloridu sodneacuteho ve vodě čiacutemž se vysoliacute ethylester kyseliny octoveacute
73 Charakteristickeacute vůně esterů
Alkohol Kyselina Ester Vůně
methanol k salicylovaacute methylester kyseliny salicyloveacute karamel
methanol k maacuteselnaacute methylester kyseliny maacuteselneacute ananas
ethanol k maacuteselnaacute ethylester kyseliny maacuteselneacute broskve
ethanol k benzoovaacute ethylester kyseliny benzooveacute karafiaacutety
ethanol k mravenčiacute ethylester kyseliny mravenčiacute rum
ethanol k octovaacute ethylester kyseliny octoveacute rozpouštědla
butan-1-ol k octovaacute butylester kyseliny octoveacute ovoce
butan-1-ol k propionovaacute butylester kyseliny propionoveacute rum
pentan-1-ol k benzoovaacute pentylester kyseliny benzooveacute ambra
pentan-1-ol k octovaacute pentylester kyseliny octoveacute ovoce
pentan-1-ol k salicylovaacute pentylester kyseliny salicyloveacute orchideje
petan-1-ol k maacuteselnaacute pentylester kyseliny maacuteselneacute meruňky
oktan-1-ol k octovaacute oktylester kyseliny octoveacute pomeranče
74 Alkalickaacute hydrolyacuteza esteru (zmyacutedelněniacute)
Alkalickaacute hydrolyacuteza esterů patřiacute mezi průmyslově vyacuteznamneacute reakce ndash využiacutevaacute se při vyacuterobě myacutedel
Zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu myacutedel jsou tuky jejichž hlavniacute součaacutest tvořiacute praacutevě estery vyššiacutech
mastnyacutech kyselin s glycerolem (např kyseliny stearovaacute palmitovaacute olejovaacute atd)
8 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Mareček A Honza J Chemie pro čtyřletaacute gymnaacutezia 3 diacutel Nakladatelstviacute
Olomouc Olomouc 2000
2 Škoda J Douliacutek P Chemie 8 - učebnice pro zaacutekladniacute školy a viacuteceletaacute gymnaacutezia
Fraus Plzeň 2006
CH2
CH
CH2
O
O
O
OC
OC
OC R
R
R
3 NaOH
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 R CO ONa
tuk glycerol sodneacute myacutedlo
+
14
3 Kovaacuteč J a kol Organickaacute cheacutemia 1 Alfa Bratislava 1992
4 Klouda P Janeczkovaacute A Organickaacute chemie studijniacute text pro SPŠCH
Nakladatelstviacute Pavel Klouda Ostrava 2001
5 Hrnčiar P Organickaacute cheacutemia Slovenskeacute pedagogickeacute nakladatelstvo Bratislava
1990
6 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemie sbiacuterka uacuteloh pro společnou čaacutest maturitniacute zkoušky
Tauris Praha 2001
7 Baacuterta M Jak (ne)vyhodit školu do povětřiacute Horaacutekova chemickaacute kuchařka pro
maleacute i velkeacute experimentaacutetory chemickeacute pokusy pro žaacuteky 8 a 9 třiacuted studenty
středniacutech škol a jejich nadšeneacute učitele Didaktis Brno 2004
8 Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
Univerzita Palackeacuteho v Olomouci Olomouc 2007
9 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemickeacute pokusy pro školu a zaacutejmovou činnost
Prospektrum Praha 2000
Internetoveacute odkazy 10 Rum tuzemaacutek [online 2011-09-15] Dostupneacute z www lthttpwwwla-vinczrum-
tuzemak-05l-375p20782gt
11 Ananas plod ananasovniacuteku chocholateacuteho [online 2011-09-15] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiSouborPineapple_and_cross_sectionjpggt
12 Nitroglycerin [online 2012-04-11] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiNitroglyceringt
15
PŘIacuteRODNIacute LAacuteTKY ndash VITAMINY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky přiacuterodniacutech laacutetek
2 Vitaminy
Přehled vybranyacutech vitaminů
21 Vitamin A ndash retinol
22 Vitamin B1 ndash thiamin
23 Vitamin B2 ndash riboflavin
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety
25 Vitamin B12 ndash kobalamin
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute
27 Vitamin D ndash kalciferoly
28 Vitamin E ndash tokoferoly
3 Zaacutevěr
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
16
1 Přiacuterodniacute laacutetky
Za přiacuterodniacute laacutetky se považujiacute organickeacute sloučeniny ktereacute jsou produkty
chemickyacutech reakciacute probiacutehajiacuteciacutech v buňkaacutech Některeacute z přiacuterodniacutech laacutetek jsou
jednoducheacute organickeacute sloučeniny jineacute naopak velmi složiteacute makromolekulaacuterniacute laacutetky
Přiacuterodniacute laacutetky se zpravidla děliacute do skupin podle sveacuteho chemickeacuteho složeniacute a
struktury nebo podle funkciacute ktereacute plniacute v živeacutem organismu Rozlišujeme tedy tzv
energetickeacute živiny (lipidy sacharidy proteiny) biokatalyzaacutetory (vitaminy enzymy
hormony) daacutele nukleoveacute kyseliny a alkaloidy
2 Vitaminy
Vitaminy jsou organickeacute sloučeniny ktereacute již v malyacutech koncentraciacutech ovlivňujiacute
průběh některyacutech chemickyacutech dějů v živeacutem organismu Vyacuteznam vitaminů spočiacutevaacute v
tom že tvořiacute nezbytnou součaacutest enzymů Z chemickeacuteho hlediska patřiacute vitaminy k
různyacutem druhům sloučenin proto je neniacute možneacute dělit podle struktury Z tohoto důvodu
se děliacute nejčastěji podle rozpustnosti a to na vitaminy rozpustneacute ve vodě (hydrofilniacute) a
vitaminy rozpustneacute v tuciacutech (lipofilniacute) Toto rozděleniacute naviacutec koresponduje
s charakteristickyacutemi vlastnostmi jednotlivyacutech vitaminů Napřiacuteklad hydrofilniacute vitaminy
nedokaacuteže organismus skladovat proto se při nadbytečneacutem přiacutejmu vylučujiacute močiacute
Lipofilniacute vitaminy jsou v organismu skladovatelneacute Jejich nadbytečnyacute přiacutejem může
veacutest k hypervitaminoacutezaacutem ktereacute mohou vyvolat vaacutežneacute poruchy (zejmeacutena u vitaminů A
a D)
Před objasněniacutem struktury vitaminů bylo zavedeno jejich označovaacuteniacute piacutesmeny abecedy Vitaminy se stejnyacutemi nebo podobnyacutemi fyziologickyacutemi uacutečinky byly
odlišovaacuteny čiacuteselnyacutemi indexy Později byly použiacutevaacuteny triviaacutelniacute naacutezvy Dnes se
většinou upřednostňujiacute naacutezvy odvozeneacute od chemickeacuteho složeniacute jednotlivyacutech
vitaminů Označovaacuteniacute piacutesmeny staacutele přežiacutevaacute zejmeacutena v leacutekařskeacute praxi a
potravinaacuteřstviacute
17
EE
AA DD
KKEE
AA DD
KK
Vitaminy rozpustneacute ve vodě
Do teacuteto skupiny řadiacuteme předevšiacutem skupinu vitaminů B (B1 ndash thiamin B2 ndash riboflavin
B5 ndash kyselina pantotenovaacute B6 ndash pyridoxin atd) vitamin C (kyselina L-askorbovaacute) a
vitamin H (biotin)
Obr 1 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech ve vodě
Vitaminy rozpustneacute v tuciacutech
Do teacuteto skupiny řadiacuteme vitamin A (retinol) vitamin D (skupina laacutetek označovanyacutech
jako kalciferoly) vitamin E (skupina laacutetek označovanaacute jako tokoferoly) a vitamin K
(existuje opět v různyacutech formaacutech jako fylochinon K1 farnochinon K2 atd)
Obr 2 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech v tuciacutech
Vitaminy si živočišnyacute organismus většinou až na vyacutejimky nedovede saacutem vytvořit
Z tohoto důvodu jsou lideacute i ostatniacute živočichoveacute odkaacutezaniacute na jejich přiacutejem v potravě
Přiacutetomnost a vhodnaacute koncentrace vitaminů v těle jsou nezbytneacute předevšiacutem pro
spraacutevnyacute růst a vyacutevoj jedince Nepřiacutetomnost některeacuteho vitaminu v těle se projevuje
vaacutežnyacutemi fyziologickyacutemi poruchami a onemocněniacutemi ktereacute se obecně označujiacute jako
avitaminosa Typickaacute avitaminosa se vyskytuje v našich podmiacutenkaacutech poměrně
B H
C
18
vzaacutecně Častějšiacute jsou onemocněniacute z nedostatečneacuteho množstviacute vitamiacutenu tzv
hypovitaminosa kteraacute maacute miacuternějšiacute průběh než avitaminosa Naopak nadbytečneacute
množstviacute některeacuteho vitaminu v těle může způsobit hypervitaminosu
Přehled vybranyacutech vitaminů
V teacuteto kapitole jsou podrobněji popsaacuteny nejvyacuteznamnějšiacute vitaminy
21 Vitamin A ndash retinol z chemickeacuteho hlediska se jednaacute o skupinu podobnyacutech
laacutetek patřiacuteciacute mezi tetraterpeny Vitamin A stimuluje růst živočišnyacutech buněk spraacutevnyacute
vyacutevoj kosterniacutech tkaacuteniacute a normaacutelniacute reprodukci Je velice důležityacute při zrakoveacutem vjemu
Denniacute daacutevka pro člověka je 1 mg
Dobryacutem zdrojem je zelenina a ovoce (mrkev špenaacutet petržel rajčata) rybiacute tuk
maacuteslo žloutek jaacutetra Avitaminosa se projevuje šeroslepostiacute zastaveniacutem růstu a
degeneraciacute reprodukčniacutech orgaacutenů Dlouhotrvajiacuteciacute nedostatek vyvolaacutevaacute vypadaacutevaacuteniacute
vlasů krvaacuteceniacute z nosu bolesti kloubů Zaacutesoba vitaminu A je jedniacutem
z faktorů přirozeneacute ochrany organismu před zhoubnyacutem bujeniacutem
22 Vitamin B1 ndash thiamin tvořiacute kofaktor řady enzymů Je syntetizovaacuten střevniacutemi
bakteriemi Rozklaacutedaacute se v alkalickeacutem prostřediacute Průměrnaacute denniacute spotřeba pro
člověka je asi 14 mg Nejdůležitějšiacutemi zdroji je celozrnnaacute mouka luštěniny droždiacute
žloutek vnitřnosti a hověziacute maso Avitaminosa je znaacutema jako nemoc beri-beri (osoby
živeneacute převaacutežně loupanou ryacuteži) Přiacuteznaky nemoci jsou rozmaniteacute od ztraacutety
hmotnosti přes poruchy nervoveacuteho systeacutemu až po svalovou slabost
Obr 3 Ilustračniacute obraacutezky možnyacutech zdrojů vitaminu A zleva komerčniacute tobolky obsahujiacuteciacute rybiacute tuk špenaacutet maacuteslo
19
N
NCH2
N
S CH2CH2
OH
CH3
CH3 NH2
23 Vitamin B2 ndash riboflavin je opět součaacutestiacute kofaktorů řady enzymů Velmi citlivyacute na
světlo Jeho denniacute potřeba pro člověka činiacute 2 mg Zdrojem je listovaacute zelenina rajčata
obilniacute slupky mleacuteko žloutek vnitřnosti Avitaminosa se projevuje zaacutenětlivyacutemi
změnami sliznic a kůže změnami očniacute rohovky poruchami růstu a nervovyacutemi
poruchami
N
NNH
N
OH
OH OH
OH
CH3
CH3
O
O Obr 6 Chemickyacute vzorec vitaminu B2
Obr 5 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B1 zleva droždiacute obilneacute klasy hověziacute maso
Obr 4 Chemickyacute vzorec vitaminu B1
20
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety pyridoxol (pyridoxin) pyridoxal a pyridoxamin jsou to kofaktory enzymů uplatňujiacuteciacutech se při metabolismu
aminokyselin Denniacute daacutevka pro člověka je asi 2 mg Jsou hojně zastoupeneacute zejmeacutena
v mase jaacutetrech droždiacute listoveacute zelenině celozrnneacute mouce Pyridoxol je v rostlinaacutech
ostatniacute v živočišnyacutech tkaacuteniacutech Snadno se rozklaacutedajiacute světlem a teplem Nedostatek je
vzaacutecnyacute a způsobuje předevšiacutem nervoveacute poruchy
25 Vitamin B12 ndash kobalamin jednaacute se o kofaktory enzymů podiacutelejiacuteciacutech se na
biosynteacuteze nukleovyacutech kyselin a metabolismu aminokyselin a biacutelkovin Jsou nezbytneacute
pro tvorbu krve a to zejmeacutena pro tvorbu červenyacutech krvinek Denniacute potřeba u člověka
se pohybuje kolem 3 mg Vyacuteznamnyacutem zdrojem jsou vnitřnosti předevšiacutem jaacutetra
Nedostatek B12 je přiacutečinou vaacutežneacute až smrtelneacute nemoci ndash perniciosniacute anemie
(nedostatek červenyacutech krvinek spojeneacute s neurologickyacutemi komplikacemi)
Obr 7 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B zleva obilniny mleacuteko a čerstvyacute syacuter droždiacute
21
NN
N N
N N
Co+
OHO
NH2
NH2
O
H
O
NH2
O
NH2O
O
OH
OH
O
NH
H OP
OH
OO
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute tvořiacute důležityacute redoxniacute systeacutem kteryacute při
biochemickyacutech reakciacutech vystupuje jako neenzymovyacute přenašeč vodiacuteku Rozklaacutedaacute se
vzdušnyacutem kysliacutekem Daacutele je kofaktorem některyacutech enzymů uacutečastniacute se obrannyacutech
mechanismů vůči chorobaacutem a jinyacutem poškozeniacutem Patřiacute mezi zachytaacutevače volnyacutech
radikaacutelů ale naopak v přiacutetomnosti Fe3+ zvyšuje jejich tvorbu Proto je třeba jeho
přiacutevod do těla regulovat Doporučenaacute denniacute daacutevka pro člověka je 50-60 mg
Vitamin C je rozšiacuteřen v rostlinaacutech nejviacutece v šiacutepciacutech černeacutem rybiacutezu zeleneacute
paprice citronech a pomerančiacutech Při nedostatku nejprve vysychaacute kůže člověk
Obr 8 Chemickyacute vzorec vitaminu B12
Obr 9 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B12 zleva tepelně upravenaacute jaacutetra mleacuteko
22
hubne maacute pocit uacutenavy a později se projevujiacute přiacuteznaky kurdějiacute - podkožniacute krvaacuteceniacute
krvaacuteceniacute daacutesniacute vypadaacutevaacuteniacute zubů naacutechylnost k infekciacutem
27 Vitamin D ndash steroidniacute hormonaacutelniacute prekurzory ndash kalciferoly vznikajiacute ozaacuteřeniacutem
nenasycenyacutech sterolů UV zaacuteřeniacutem U lidiacute se tvořiacute zejmeacutena v kůži Regulujiacute
metabolismus vaacutepniacuteku Svyacutemi uacutečinky připomiacutenajiacute hormony Netvořiacute kofaktory
Velikost denniacute daacutevky zaacutevisiacute na věku a intenzitě ozařovaacuteniacute pokožky Zdrojem
provitaminů D jsou kvasnice některeacute oleje a žloutek Vitaminy D jsou ve většiacute miacuteře
obsaženy v jaterniacutech tuciacutech maacutesle a mleacuteku Nedostatek vitaminu D vyvolaacutevaacute poruchy
metabolismu vaacutepniacuteku a fosforu ktereacute vede k onemocněniacute zvaneacutemu rachitis (křivice)
Obr 10 Chemickyacute vzorec vitaminu C
Obr 11 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu C zleva paprika citrusoveacute plody šiacutepky
Obr 12 Chemickyacute vzorec vitaminu D
23
2288 Vitamin E - tokoferoly - vyacuteznam neniacute zatiacutem přesně znaacutem Všeobecně se miacuteniacute
že chraacuteniacute lipidy před oxidaciacute zejmeacutena pak lipidy buněčnyacutech membraacuten Poškozeniacute
lipidů vyvolaacutevajiacute hlavně volneacute radikaacutely a tokoferoly tyto volneacute radikaacutely zachycujiacute Teacuteto
vlastnosti se využiacutevaacute i při stabilizaci tuků a olejů v průmyslu Denniacute daacutevka pro člověka
se pohybuje v rozmeziacute 15-20 mg Hlavniacute zdroje jsou rostlinneacute oleje olej z obilnyacutech
kliacutečků zelenina luštěniny maacuteslo a vejce Nejsou v rybiacutem tuku
Obr 13 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu D zleva vařenaacute vejce plaacutetek lososa
Obr 14 Chemickyacute vzorec vitaminu E
24
3 Zaacutevěr
Vitaminy jsou nezbytnou součaacutestiacute lidskeacuteho těla a jsou nesmiacuterně důležiteacute aby
organismus mohl spraacutevně fungovat a byl chraacuteněnyacute vůči různyacutem onemocněniacutem Vyššiacute
potřeba vitaminů se projevuje napřiacuteklad po nemoci při většiacute psychickeacute nebo fyzickeacute
zaacutetěži při oslabeneacutem imunitniacutem systeacutemu těhotenstviacute nebo u dětiacute a staršiacutech lidiacute
Jedniacutem z alternativniacutech zdrojů vitaminů jsou různeacute potravinoveacute doplňky
V žaacutedneacutem přiacutepadě by však neměly byacutet naacutehražkou klasickeacute stravy protože
v potravinaacutech jsou kromě vitaminů takeacute pro tělo důležiteacute živiny Konzumovat by se
měly všechny druhy potravin s obsahem jak vitaminů a mineraacutelniacutech laacutetek tak
biacutelkovin sacharidů a tuků
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 wwwwikiskriptaeuindexphpEnzyacutemy_-_Cvičenie
5 orionchemimunicz14-Kinetika-1htm
Obr 15 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu E zleva obilneacute kliacutečky klasy kukuřice
25
6 wwwwikiskriptaeu500px-Schema-koenzymjpg
7 httpfileboxvteduuserschagedorbiol_4684
8 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
9 httphomecaregrouporgclinicalaltmedinteractionsImages
10 httpcswikipediaorgwikiSouborStrukt_vzorec_riboflavinPNG
11 httpcswikipediaorgwikiSouborHydroxocobalaminsvg
12 httpcswikipediaorgwikiSouborL-Ascorbic_acidsvg
13 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
14 httplaveganlocablogspotcom200806corn-sproutshtml
15 httpwwwordinaceczclanekproc-ne-pit-mleko
16 httpwwwdrozdiczclankybezlepkova-dieta
17 httpwwwmojevitaminycz
18 httpwwwdigitalphotoplenphotos-images1633
19 httpnajmamaaktualityskclanok224729kukurica-zdravie-farby-zlata
20 httpprozenybleskczclanekpro-zeny-zdravi-a-hubnuti-
fitness156603zatocte-s-celulitidou-5-5-tipu-proti-pomerancove-kuzihtml
21 httplmatyblogczen1103vejce-a-kraslice
22 httpdomanovaczclanekstihlaafitcitrusy-maji-pri-hubnuti-blahodarny-
ucinekhtml
23 httpwwwwellnesswacomau201102rosehip-tea-rosehip-mask-rosehip-oil-
and-rosehip-lip-balm-a-four-way-rosehip-ritual
24 httpwwwbordeauxcomusblogtagspinach
25 httpwwweducaterercoukpedigree-beef-33-casp
26
ZAacuteKLADNIacute BIOCHEMICKEacute PROCESY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
1 1 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů
1 2 Kategorie metabolismu
2 Katabolickeacute procesy
2 1 Průběh metabolismu v buňce
2 2 Metabolismus sacharidů
2 3 Metabolismus mastnyacutech kyselin
2 4 Metabolismus aminokyselin
3 Anabolickeacute procesy
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
VODIacuteK - H
1p +
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
000
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
--
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
- --
8p +8n
--
--
-- --
--
--
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
- --
6p +6n
--
--
-- --
--
VODIacuteK - H
1p +
-
VODIacuteK - H
1p +
---
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
DUSIacuteK - N
7p +7n
--
--
-- --
--
--
000
1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
11 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů V živeacute buňce probiacutehaacute velkeacute množstviacute chemickyacutech reakciacute Většina z nich se
uskutečňuje současně
Převaacutežnaacute čaacutest biochemickyacutech reakciacute v buňce je součaacutestiacute metabolickyacutech drah ktereacute
na sebe vzaacutejemně navazujiacute a jejichž vyacutesledkem je jeden nebo viacutece produktů
Termiacuten metabolismus můžeme volně přeložit jako laacutetkovaacute vyacuteměna Jednaacute se o
soubor všech chemickyacutech procesů v organismu Mezi zaacutekladniacute biogenniacute prvky patřiacute uhliacutek kysliacutek dusiacutek a vodiacutek
4 Scheacutema atomů jednotlivyacutech biogenniacutech prvků
Z těchto prvků jsou takeacute tvořeny zaacutekladniacute živiny sacharidy lipidy a biacutelkoviny 12 Kategorie metabolismu
Metabolismus se tradičně děliacute na dvě hlavniacute kategorie Katabolismus ndash převažujiacute reakce rozkladneacute (degradačniacute) Živiny a složitějšiacute laacutetky
jsou štěpeny na jednoduššiacute a uvolňuje se energie
Obr 1 Ilustračniacute foto ke katabolickyacutem reakciacutem
Anabolismus ndash převažujiacute reakce syntetickeacute při kteryacutech chemickyacutemi reakcemi
vznikajiacute složitějšiacute biomolekuly z jednoduchyacutech komponent
28
Obr 2 Ilustračniacute foto k anabolickyacutem reakciacutem Katabolickeacute procesy poskytujiacute energii potřebnou k procesům anabolickyacutem Zdrojem
energie pro metabolickeacute reakce je ATP (adenosintrifosfaacutet)
2 Katabolickeacute procesy
Pro ziacuteskaacutevaacuteniacute velkeacuteho množstviacute energie katabolickyacutemi reakcemi jsou
nejvyacutehodnějšiacute tuky (lipidy) Proto si je organismus vytvaacuteřiacute jako zaacutesobniacute formu
energie
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g tuku ziacuteskaacuteme 389 kJ (93 kcal) energie Spalovaacuteniacute je chemickyacute proces rychleacute oxidace kteryacutem se uvolňuje chemickaacute energie
V rozšiacuteřeneacutem nebo přeneseneacutem vyacuteznamu se jednaacute o biochemickyacute proces
přeměňovaacuteniacute živin v pohybovou a tepelnou energii
Dalšiacutem vyacutehodnyacutem zdrojem energie je glukosa Je to naviacutec jedinaacute živina
zpracovaacutevanaacute organismem za vzniku energie i bez přiacutestupu kysliacuteku
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g glukosy ziacuteskaacuteme 17 kJ (41 kcal) energie
Biacutelkoviny jako zdroje energie využiacutevajiacute organismy při zaacutetěžovyacutech stavech
Obr 3 Scheacutema molekuly ATP
29
21 Průběh metabolismu v buňce
Celyacute proces přeměny laacutetek - metabolismu v jedneacute buňce je možneacute rozdělit do
čtyř faacuteziacute probiacutehajiacuteciacute v oddělenyacutech čaacutestech
Extracelulaacuterně (mimo buňku) probiacutehaacute Faacuteze I Traacuteviciacute trakt rarr štěpeniacute živin na zaacutekladniacute složky a jejich transport krviacute
Intracelulaacuterně (v buňce) probiacutehaacute Faacuteze II Štěpeniacute živin na složky citraacutetoveacuteho cyklu rarr uvolněniacute NH3
Faacuteze III Citraacutetovyacute cyklus rarr vznik redukovanyacutech kofaktorů NADH a FHDH2
rarr uvolněniacute CO2
Faacuteze IV Dyacutechaciacute řetězec rarr zpracovaacuteniacute NADH a FADH2 rarr uvolněniacute H2O
rarr uvolněniacute energie rarr oxidativniacute fosforylace
rarr tvorba ATP
NADH reduktasa přesněji NADH ubichinon-reduktasa ndash jednaacute se o velkyacute
enzymatickyacute komplex složenyacute z řady biacutelkovinnyacutech podjednotek
Flavinadenindinukleotid (FAD či FADH2 přiacutepadně riboflavinadenosindifosfaacutet) ndash
jednaacute se o kofaktor neboli niacutezkomolekulaacuterniacute nebiacutelkovinnou čaacutest řady enzymů FAD je
jeho oxidovanaacute forma zatiacutemco FADH2 je jeho forma redukovanaacute
Po přiacutejmu potravy se v traacuteviciacutem traktu jednotliveacute živiny souhrou traacuteviciacutech enzymů
štěpiacute
Z polysacharidů monosacharidy Z lipidů mastneacute kyseliny Z biacutelkovin aminokyseliny 22 Metabolismus sacharidů
Monosacharidy se pomociacute přenašečů dostaacutevajiacute do krve a poteacute do buněk
V buňce se mohou přeměnit na glukosu a ta podleacutehaacute štěpeniacute zvaneacutem glykolysa
tiacutemto procesem vznikaacute acetyl-CoA (aktivovanaacute kyselina octovaacute)
vznikajiacute
vznikajiacute
vznikajiacute
30
Dalšiacute degradace monosacharidů probiacutehaacute v mitochondriiacutech v raacutemci citraacutetoveacuteho
cyklu V reakciacutech cyklu vznikajiacute dvě molekuly CO2 což je konečnyacute produkt
metabolismu uhliacuteku a kysliacuteku z živin
Vodiacutek z živin se takeacute uvolňuje a navaacuteže se na oxidoredukčniacute enzymy
označovaneacute jako pyridinoveacute (NADH) a flavinoveacute (FADH2) dehydrogenasy
Takto vaacutezaneacute vodiacuteky v konečneacute faacutezi vstupujiacute do dyacutechaciacuteho řetězce Zde ztraacutecejiacute
za uvolněniacute energie sveacute elektrony za vzniku čaacutestice (H+) a elektrony se postupně
přenaacutešejiacute až na kysliacutek kteryacute vytvořiacute s H+ molekuly vody Zdrojem kysliacuteku je oxidovanyacute
hemoglobin (oxyhemoglobin) vodiacutek pochaacuteziacute z živin
Uvolněnaacute energie se transformuje v procesu oxidativniacute fosforylace do molekuly
adenosintrifosfaacutetu ndash makroergickeacute sloučeniny bohateacute na energii
Sacharidy (cukry) ndash jsou považovaacuteny za okamžityacute zdroj energie
ndash glukosa je zdrojem energie pro všechny buňky jejiacute staacutelaacute hladina v krvi 44ndash67 mmoll
ndash při zvyacutešeniacute na 10 mmoll se glukosa objevuje v moči
ndash za běžnyacutech podmiacutenek se glukosa z potravy přeměňuje přibližně z 50 na oxid uhličityacute a
vodu (spalovaacuteniacute) 30ndash40 se přestavuje na tuk a 5 se syntetizuje na glykogen
ndash denniacute potřeba glukoacutezy min 160 g denně 300ndash500 g(mozek 120 g svaly v klidu 30ndash100 g)
23 Metabolismus mastnyacutech kyselin
Mastneacute kyseliny vytvořiacute v červenyacutech krvinkaacutech ndash erytrocytech triacylglyceroly
(triglyceridy) ktereacute se zabudujiacute do chylomikronů a přes lymfu proniknou do krve
V krvi se z nich speciaacutelniacutem enzymem zvanyacutem lipasa uvolniacute mastneacute kyseliny ktereacute se
vaacutežiacute na albuminy a poteacute prostupujiacute přes membraacutenu do buněk
Mastneacute kyseliny jsou zpracovaacuteny v β-oxidaci Jednaacute se o cyklus postupneacuteho
odbouraacutevaacuteniacute při němž se postupně odštěpujiacute vždy dvouuhliacutekateacute jednotky z mastneacute
kyseliny ze ktereacute vznikaacute acetyl-CoA Reakce probiacutehaacute v cytosolu mitochondrie
Vzniklyacute acetyl-CoA vstupuje do reakciacute citraacutetoveacuteho cyklu a zbytek mastneacute kyseliny
jejiacutež kostra je kratšiacute o dva uhliacuteky znovu vstupuje do reakce kteraacute vede k odštěpeniacute
dalšiacute dvouuhliacutekateacute jednotky Vyacutesledkem je vysokyacute zisk energie v zaacutevislosti na
velikosti uhliacutekateacute kostry mastneacute kyseliny Scheacutema β-oxidace R-CH2-CH2-CO-S-CoA + HS-CoA rarr R-CO-S-CoA + CH3-CO-S-CoA + H2O
31
Tuky (lipidy) - sloučeniny trojsytneacuteho alkoholu glycerolu s mastnyacutemi kyselinami
Vyacuteznam tuků - umožňujiacute vitamiacutenům A D E K ktereacute jsou lipofilniacute (rozpustneacute v tuciacutech) vstup do
organismu a jejich dalšiacute využitiacute
- jsou zdrojem esenciaacutelniacutech mastnyacutech kyselin
- tvořiacute zaacutesobu energie (v podkožiacute se nachaacuteziacute až 90 tuku)
- jsou součaacutestiacute buněčnyacutech membraacuten (cholesterolu)
Mastneacute kyseliny (MK) ndash jednaacute se o vyššiacute monokarboxyloveacute kyseliny ktereacute se mohou dělit na
1 neesenciaacutelniacute tělo si je dokaacuteže vyrobit samo (z cukrů a tuků živočišneacuteho původu) ty se dajiacute podle
charakteru vazeb daacutele dělit na
a) nasyceneacute - obsahujiacute jednoducheacute vazby mezi atomy uhliacuteku syntetizujiacute se v jaacutetrech
(např kys palmitovaacute ndash obsahuje 16 atomů uhliacuteku v molekule) kys stearovaacute
obsahuje 18 atomů uhliacuteků v molekule)
b) nenasyceneacute - obsahujiacute dvojneacute vazby mezi atomy uhliacuteku jejich vyacuteznamnyacutem zdrojem
je olivovyacute olej (k olejovaacute ndash obsahuje 18 atomů uhliacuteku v molekule)
2 esenciaacutelniacute tělo je samo vytvořit nedokaacuteže musiacute je přijiacutemat v potravě jejich zdrojem jsou zejmeacutena
semena rostlinneacute oleje vlašskeacute ořechy a listovaacute zelenina (kys linolovaacute kys linolenovaacute
kys arachidonovaacute) daacutele ryby a mořštiacute živočichoveacute (kys eikosapentaneovaacute kys dokosahexaenovaacute)
24 Metabolismus aminokyselin
Aminokyseliny se stejnyacutem způsobem jako monosacharidy dostaacutevajiacute
prostřednictviacutem speciaacutelniacutech přenašečů do krve a naacutesledně do buněk Z různorodyacutech
biacutelkovin ziacuteskaacuteme přibližně 20 aminokyselin
Metabolismus aminokyselin je pro jejich vlastniacute různorodou strukturu
komplikovanějšiacute Zaacutekladniacutem rysem přeměny je uvolněniacute jejich aminoskupiny ve formě
škodliveacuteho amoniaku Protože člověk (a primaacuteti) jej nedovedou jednoduše vyloučit
zpracuje se v močovinoveacutem cyklu na netoxickou močovinu Zbyleacute uhliacutekateacute kostry
aminokyselin se různě složityacutemi reakcemi přeměňujiacute na složky citraacutetoveacuteho cyklu Biacutelkoviny (proteiny) ndash patřiacute mezi zaacutekladniacute stavebniacute laacutetky organismu
- biacutelkoviny živeacute hmoty se neustaacutele obnovujiacute (denně cca 300ndash500 g)
- jsou tvořeny aminokyselinami přičemž lidskeacute tělo využiacutevaacute 20 aminokyselin některeacute vytvaacuteřiacute samo
- jednaacute se o vysokomolekulaacuterniacute laacutetky (majiacute velkeacute relativniacute molekuloveacute hmotnosti) se složityacutem
prostorovyacutem uspořaacutedaacuteniacutem
- důsledky nedostatku biacutelkovin
bull chaacutetraacuteniacute těla (marasmus) zpomaleniacute až zastaveniacute růstu aneacutemie sniacuteženiacute odolnosti
narušeniacute vyacutevoje CNS
32
bull kwashiorkar u dětiacute (bdquonafouklaacute břiacuteškaldquo) strava energeticky dostatečnaacute ale chudaacute na
biacutelkoviny zvětšeniacute sleziny jater cirhoacuteza
Vyacutesledkem kompletniacute degradace živin jsou konečneacute produkty metabolismu čtyř
zaacutekladniacutech biogenniacutech prvků C H O N rarr CO2 H2O NH3 (přeměněnyacute na
močovinu) a energie vaacutezanaacute v ATP 3 Anabolickeacute procesy
Při anabolickyacutech procesech se živiny u zdraveacuteho člověka rozklaacutedajiacute na
jednoduššiacute laacutetky Při těchto rekciacutech je ziacuteskaacutevaacutena nejen energie ale čaacutest vzniklyacutech
produktů se využije k obnově tkaacuteniacute nebo tvorbě zaacutesob Napřiacuteklad aminokyseliny se
většinou využijiacute na synteacutezu biacutelkovin podle aktuaacutelniacutech potřeb a přebytek se odbouraacute
Organismus si žaacutedneacute biacutelkoviny do zaacutesob netvořiacute
Naopak glukosu je možno v organismu uchovaacutevat v podobě glykogenu kteryacute se
však vytvaacuteřiacute pouze v jaacutetrech a ve svalech
Hepatocyty (jaterniacute buňky) při vyacuterazneacutem poklesu glykeacutemie doplňujiacute hladinu
glukosy v krvi štěpeniacutem glykogenu Naviacutec jsou schopny syntetizovat glukosu
z glukogenniacutech aminokyselin laktaacutetu a z glycerolu uvolněneacuteho štěpeniacutem
triacylglycerolů
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
Metabolickaacute draacuteha je řada naacuteslednyacutech enzymovyacutech reakciacute vedouciacutech k tvorbě
určiteacuteho produktu Reakčniacute složky meziprodukty a produkty draacutehy jsou označovaacuteny
jako metabolity
1 Metabolickeacute draacutehy jsou nevratneacute Jestliže jsou dva produkty navzaacutejem metabolicky převoditelneacute musiacute byacutet draacuteha
vedouciacute od prveacuteho k druheacutemu produktu odlišnaacute od draacutehy vedouciacute od druheacuteho
produktu k prvniacutemu
2 Každaacute metabolickaacute draacuteha obsahuje časnyacute určujiacuteciacute stupeň Metabolickeacute draacutehy
jsou jako celek nevratneacute ale většina diacutelčiacutech reakciacute probiacutehaacute v bliacutezkosti
rovnovaacutežneacuteho stavu
3 Všechny metabolickeacute draacutehy jsou regulovaneacute
33
4 Metabolickeacute draacutehy probiacutehajiacute v eukaryontniacutech organismech ve specifickyacutech miacutestech
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
Nezbytneacute složky potravy jsou předevšiacutem živiny (lipidy sacharidy proteiny)
vitamiacuteny voda mineraacutelniacute laacutetky vlaacuteknina Jejich optimaacutelniacute procentuaacutelniacute zastoupeniacute
v potravě činiacute cukry 60 tuky 25 biacutelkoviny 15
Obecně lze vyjaacutedřit potřebu přiacutejmu biacutelkovin jako 1 gram na 1 kilogram vaacutehy těla
U dětiacute a těhotnyacutech žen o něco viacutece Rostlinneacute a živočišneacute biacutelkoviny jsou odlišneacute
struktury (esenciaacutelniacute aminokyseliny nejsou v rostlinnyacutech biacutelkovinaacutech) To je tedy
jeden z důvodů proč je vegetariaacutenstviacute nevhodneacute pro děti
Existujiacute vyacutekyvy ve spraacutevneacutem poměru přijiacutemaacuteniacute živin Z těchto vyacutekyvů vyplyacutevajiacute různeacute
patologie hladověniacute podvyacuteživa otylost obezita mentaacutelniacute anorexie a bulimie
Nutričniacute tabulky najdete např na adresehttpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 httpwwwustbonifacembcacusbabernierbiologieModule1Imagesatpjpg
5 httpnd01jxscz951848df6dd214b1_31960153_o2jpg
6 http12912392202isotope
7 httpwwwgoogleczimgresimgurl
8 httpwwwgoogleczimgresimgurl
9 httpwwwprojektalfag6czolygos2gif
10 httpcswikipediaorgwikiSouborFat_structural_formulaepng
11 httpnd01jxscz51188560aec9185e_35721065_o2jpg
34
12 httpwwwwikidocorgimages550-
Metabolism_790px_partly_labeledpngampimgrefurl
13 wwwmojeramaczrama-ideavitaminyjpg DHA (kyselina dokosahexaenovaacute )
ALA (kyselina alfa-linolenovaacute)--omega-3 nenasyceneacute mastneacute kyseliny
14 httpismuniczelportalestudfspsjs07fyziotextych02html
15 httpwwwzdravavyzivaczzdrava-vyziva3jpgampimgrefurl
16 httpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
17 httpwwwnspkaczNSPKA_prirucky2012laboratorni_prirucka_OKBHorlovaW
IAAHhtm
35
NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Uacutevod do problematiky naacutevykovyacutech laacutetek definice drogy rozděleniacute laacutetek
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol
22 Tabaacutek a kouřeniacute
3 Nelegaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu (marihuana hašiš)
32 Halucinogeny (LSD atropin mezkalin)
33 Laacutetky se stimulačniacutem uacutečinkem (kokain amfetaminy aj)
34 Laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem (sedativa-benzodiazepiny barbituraacutety aj)
35 Opiaacutety (morfin heroin aj)
36 Těkaveacute (inhalačniacute) laacutetky (toluen aceton)
4 Zaacutesady prevence a prvniacute pomoci při aplikaci naacutevykoveacute laacutetky
5 Legislativa tyacutekajiacuteciacute se naacutevykovyacutech laacutetek
6 Přehled použiteacute literatury
7 Teacutemata referaacutetů
36
1 Uacutevod
Definice naacutevykoveacute laacutetky (bdquodrogyldquo) jde o aplikaci jakeacutekoliv laacutetky přiacuterodniacuteho či
syntetickeacuteho původu ovlivňujiacuteciacute psychiku člověka a vyvolaacutevajiacuteciacute potřebu
opakovaneacuteho použitiacute (recidivy) takže uživatel se na niacute staacutevaacute zaacutevislyacute (bdquodrogovaacute
zaacutevislostldquo) Vzhledem ke skutečnosti že v posledniacutech letech vidiacuteme zvyacutešenyacute rozsah tohoto fenomeacutenu kteryacute
zasahuje čiacutem daacutel tiacutem mladšiacute skupiny mlaacutedeže se všemi nepřiacuteznivyacutemi důsledky (zdravotniacutemi
ekonomickyacutemi i společenskyacutemi ndash rozvrat osobnosti asociaacutelniacute a protizaacutekonneacute chovaacuteniacute nutnost leacutečby)
je nanejvyacuteš aktuaacutelniacute zavčas varovat žaacuteky ve škole před tiacutemto nebezpečiacutem (tzv toxikomaacutenie)
Na vzniku zaacutevislosti se podiacutelejiacute zejmeacutena tyto faktory
- droga - typ vlastniacute substance působiacuteciacute na psychiku
- člověk - zejmeacutena typ jeho osobnosti (zvyacutešeneacute riziko pro neurotickeacute
nezdrženliveacute nesebejisteacute jedince s absenciacute zaacutejmů a zaacutelib sportu atd)
- prostřediacute - problematickeacute rodinneacute zaacutezemiacute vliv bdquopartyldquo
Většinou při vzniku zaacutevislosti působiacute kombinace vyacuteše uvedenyacutech přiacutečin
Průběh zaacutevislosti
- zprvu jde o zvědavost vyzkoušet si novyacute zaacutežitek zahnat stres uacutenavu
bdquovyřešitldquo probleacutemy s učeniacutem partnerskyacutemi vztahy apod
- postupnyacute naacutevyk na drogu opakovaneacute užiacutevaacuteniacute zvyšujiacuteciacute se tolerance na drogu
(neplatiacute u alkoholu)
- abstinenčniacute přiacuteznaky při vynechaacuteniacute daacutevky (poceniacute třes zvraceniacute průjem hellip)
Psychickaacute zaacutevislost (kouřeniacute) ndash lze překonat silnou vůliacute
Fyzickaacute zaacutevislost (heroin) ndash při absenci drogy těžkeacute zdravotniacute naacutesledky popř
i smrt
- zdravotniacute a sociaacutelniacute konsekvence (rozpad rodiny odchod partnera ztraacuteta
zaměstnaacuteniacute sebevražedneacute pokusy aj)
Je nutneacute nebyacutet nevšiacutemavyacute k jasnyacutem přiacuteznakům počiacutenajiacuteciacute zaacutevislosti ndash změny chovaacuteniacute naacutehleacute
bezdůvodneacute zhoršeniacute prospěchu ztraacuteta zaacutejmů a přaacutetel zaviacuteraacuteniacute se na delšiacute dobu na WC shaacuteněniacute
financiacute (kraacutedeže) modřiny a vpichy na těle hellip
Způsoby aplikace drog
- peroraacutelně (tablety praacutešek roztok) ndash např pervitin extaacuteze
37
- dyacutechaciacutem uacutestrojiacutem (kouřeniacute ndash marihuana šňupaacuteniacute ndash kokain inhalace par ndash
toluen)
- intravenoacutezně (injekčně ndash heroin zvyacutešeneacute riziko přenosu infekciacute chorob ndash
žloutenka AIDS)
- jineacute způsoby (čiacutepky naacuteplasti hellip)
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol bdquoliacutehldquo (chemicky ethanol C2H5OH) Alkohol je staacutetem tolerovanou drogou a lze jej běžně od určiteacuteho věku (18-21 let)
koupit ve formě alkoholickyacutech naacutepojů v obchodech
Pozn Alkoholy obecně obsahujiacute ndashOH skupinu na alifatickeacutem řetězci pozor na zaacuteměnu ethanolu za
methanol CH3OH (možnost vyacuteskytu v různyacutech po domaacutecky paacutelenyacutech produktech) kteryacute je
prudce jedovatyacute ndash při požitiacute hroziacute oslepnutiacute smrt Alkoholismus je historicky jednou
z nejstaršiacutech drogovyacutech zaacutevislostiacute a pokusy o jeho vymyacuteceniacute (viz prohibice v USA Rusku)
vždy vedly pouze k rozmachu černeacuteho trhu
Alkohol působiacute na centraacutelniacute nervovyacute systeacutem a to zpočaacutetku stimulačně daacutele pak
tlumivě
Pro potravinaacuteřskeacute uacutečely se vyraacutebiacute lihovyacutem kvašeniacutem plodin obsahujiacuteciacutech cukr
(melasa z cukroveacute řepy brambory obiliacute různeacute druhy ovoce) za působeniacute enzymu
(zymasa)
C6H12O6 rarr 2 C2H5OH + 2 CO2
Průmyslově se ethanol vyraacutebiacute hydrataciacute ethenu
H2C=CH2 + H2O rarr CH3CH2OH
Pro chemickeacute užitiacute (např jako rozpouštědlo) se alkohol denaturuje tj zaacuteměrně se k němu přidaacutevajiacute
zapaacutechajiacuteciacute laacutetky (např derivaacutety merkaptanů pyridinu methanol benziacuten) aby nebyl poživatelnyacute
100 alkohol nelze ziacuteskat destilačně (s vodou tvořiacute při obsahu 96 tzv azeotropniacute směs kteraacute maacute
konstantniacute teplotu varu) pouze chemicky vaacutezaacuteniacutem vody užitiacutem sikativ (silikagel)
Požiacutevaacuteniacute alkoholu vede k nevratneacutemu poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (jaacutetra ndash cirhoacuteza
žaludek ndash vředy) oslabeniacute imunity poruchaacutem paměti depresiacutem a halucinaciacutem
u těhotnyacutech žen k poškozeniacute plodu Leacutečeniacute alkoholika předpoklaacutedaacute jeho spolupraacuteci a
38
je zdlouhaveacute (uacutestavniacute forma 6 - 12 měsiacuteců) a ne vždy uacutespěšneacute Pro vyleacutečeneacuteho platiacute
100 zaacutekaz alkoholu a doživotniacute bezvyacutejimečnaacute abstinence
Z hlediska konzumace alkoholu rozlišujeme
- abstinenti hellip nepijiacute vůbec či zcela vyacutejimečně v symbolickeacutem množstviacute
- přiacuteležitostniacute konzumenti hellip pijiacute bdquos miacuterouldquo nepravidelně nejsou skoro nikdy opiliacute
- nadměrniacute konzumenti hellip pijiacute trvale přes miacuteru ztraacutecejiacute kontrolu často opiliacute
- alkoholici hellip s chorobnou zaacutevislostiacute ndash nekontrolovatelneacute pitiacute abstinenčniacute přiacuteznaky
Resorpce (odbouraacutevaacuteniacute) alkoholu Odbouraacutevaacuteniacute alkoholu je individuaacutelniacute (u mužů cca 2x rychlejšiacute než u žen zaacutevisiacute i na
hmotnosti osoby) Orientačně lze počiacutetat s odbouraacuteniacutem max 015-02 permil alkoholu v
krvi za hodinu
Vzorec pro vyacutepočet promile alkoholu v krvi permil = mA(g) M (kg) middot k
kde mA hellip hmotnost čisteacuteho alkoholu (g)
M hellip hmotnost člověka (kg)
k koeficient ( 07 pro muže 06 pro ženy)
Vzorovyacute přiacuteklad
Vypočtěte kdy budeme moci sednout za volant vypijeme-li 2 piva 11ordm o obsahu alkoholu 4 obj a
k tomu 3 bdquopanaacutekyldquo vodky po 50 ml 40 alkoholu (hustota ethanolu je ρ = 078 gcm3)
vyacutepočet (přibližně)
a) 2 piva 11deg (4obj ) tzn 1000ml obsahuje cca 40 ml čisteacuteho alkoholu
tj mA = ρ middot V = 078 middot 40 = 312 g
b) 3 bdquopanaacutekyldquo (alkohol 40 obj) tzn 150ml obsahuje 60 ml čisteacuteho alkoholu
tjmA = ρ middot V = 078 middot 60 = 468 g
CELKEM 78 g čisteacuteho alkoholu
V krvi bude naměřeno 78 80 middot 07 = 14 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 80 kg muže)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 7 - 9 hodin ()
78 60 middot 06 = 22 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 60 kg ženu)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 11 - 14 hodin ()
Pozn Uvedenyacute přiacuteklad je pouze ilustračniacute a je nutneacute počiacutetat s časovou rezervou a individuaacutelniacutemi
odchylkami
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 2 - 6
39
22 Tabaacutek a kouřeniacute V současneacute době spolu s alkoholem jedinaacute staacutetem tolerovanaacute droga
Historie kouřeniacute dyacutemky u Indiaacutenů
v Evropě začiacutenaacute od 16 stol největšiacute rozvoj od 2pol 19 stol se seacuteriovou vyacuterobou cigaret
Laacutetky obsaženeacute v tabaacuteku
Hlavniacute roli hraje alkaloid nikotin
3-(1-methylpyrrolidin-2-yl)pyridin
Obr1 Tabaacutek (Nicotiana tabacum)
Nikotin je bezbarvaacute olejovitaacute kapalina rozpustnaacute ve vodě kteraacute na vzduchu hnědne
(oxiduje se na kyselinu nikotinovou) Draacuteždiacute centraacutelniacute nervovou soustavu zvyšuje
krevniacute tlak i sekreci žlaacutez Ve většiacutech daacutevkaacutech působiacute křeče až ochrnutiacute dyacutechaciacuteho
centra a smrt
Dalšiacute laacutetky v tabaacuteku alkaloidy nornikotin anabasin nikotyrin nikotellin hellip a mnoho dalšiacutech
Tabaacutekovyacute kouř daacutele obsahuje toxickeacute zplodiny hořeniacute (aromaacutety CO NOx HCN v cigaretoveacutem papiacuteře
je obsažen radioizotop 210Po)
Jen čaacutest škodlivyacutech laacutetek se zachytiacute na filtru zbytek se dostaacutevaacute do organismu
dyacutechaciacutemi cestami Je prokaacutezaacutena souvislost mezi rakovinou dyacutechaciacutech cest a
kouřeniacutem (varovaacuteniacute na každeacute krabičce cigaret)
Probleacutemem je že kouřeniacute se staacutele posouvaacute do nižšiacutech věkovyacutech skupin a do ženskeacute
populace (cca 13 kuřaacuteků jsou ženy) a negativniacute uacutečinky se bagatelizujiacute (bdquovždyť kouřiacute i
doktořildquohellip)
Způsoby boje proti kouřeniacute
Reklama (moderniacute je nekouřit) osvěta (někdy dost drastickaacute - rentgenoveacute sniacutemky
plic kuřaacuteka) legislativniacute omezeniacute (zaacutekazy kouřeniacute v restauraciacutech zvyšovaacuteniacute ceny)
Terapie
Při odvykaacuteniacute se uplatňuje řiacutezenaacute aplikace nikotinu ve formě žvyacutekačky naacuteplastiacute
elektronickaacute cigareta apod
40
Zaacutevěr
Jde o ošklivyacute zlozvyk jehož se těžce dotyčnyacute (obvykle až po fataacutelniacutech zdravotniacutech
probleacutemech) zbavuje Četnost recidivy je velmi značnaacute
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 6
3 NELEGAacuteLNIacute NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu
Pochaacuteziacute z rostliny Cannabis sativa (konopiacute seteacute) Konopiacute se zneužiacutevaacute nejčastěji
k nelegaacutelniacute vyacuterobě marihuany a hašiše
Konopiacute je původem z Kašmiacuteru je to jedna z nejstaršiacutech kulturniacutech plodin Je užiacutevaacutena k vyacuterobě
pevnyacutech provazů a lan oleje ze semen
Obr 2 Konopiacute seteacute
Uacutečinnou laacutetkou je THC (tetrahydrocannabinol C21H30O2)
Chemicky (-)-(6aR 10aR)-669-trimethyl-3-pentyl-6a7810a-tetrahydro-6H-benzo[c]chromen-1-ol
Marihuana (obsahuje cca 10 THC)
se připravuje fermentačniacutem procesem z mladyacutech listů a květů konopiacute
Na trhu je ve formě zelenošedyacutech sušenyacutech listů nebo slisovanyacutech tyčinek (bdquojiveldquo)
Hašiš (bdquohašldquo bdquokiffldquo bdquolaacutedoldquo s obsahem až 40 THC)
41
je ze samičiacutech květů konopiacute jež obsahujiacute hodně pryskyřice s typickyacutem zaacutepachem
(existujiacute různeacute druhy např charos - čistaacute pryskyřice ganja - z květů bhang - ze
semenhellip) Distribuuje se ve formě hnědyacutech mastnyacutech lisovanyacutech kostek či placek
Aplikace kouřeniacutem cigaret (marihuana) či dyacutemkou (hašiš) možno i peroraacutelně
Přiacuteznaky intoxikace rychlyacute naacutestup uacutečinku (minuty) ndash zrychleniacute tepu sucho v uacutestech
uvolněniacute euforie snoveacute obluzeniacute halucinace trvajiacuteciacute hodiny
Při dlouhodobeacutem pravidelneacutem užiacutevaacuteniacute zpomaleniacute myšleniacute poruchy paměti
schizofrenie riziko zhoubnyacutech naacutedorů dyacutechaciacuteho systeacutemu
Jde pouze o psychickou nikoli fyzickou zaacutevislost (nehroziacute abstinenčniacute syndrom)
Marihuana patřiacute mezi tzv bdquoměkkeacuteldquo drogy ndash otaacutezka bdquopřestupniacute staniceldquo k bdquotvrdyacutemldquo drogaacutem je
nejednoznačnaacute V některyacutech staacutetech (Holandsko Izrael) neniacute marihuana zakaacutezaacutena Řada lidiacute po tom
volaacute i u naacutes Možnost kontrolovaneacuteho leacutečebneacuteho využitiacute (potlačeniacute nevolnosti při chemoterapii
rakoviny roztroušeneacute skleroacutezy parkinsonismu apod)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 7
32 Halucinogeny Tyto laacutetky obecně deformujiacute vniacutemaacuteniacute reality a navozujiacute falešneacute (předevšiacutem zrakoveacute
ale i sluchoveacute čichoveacute) představy Existuje viacutece než 150 rostlin ze kteryacutech lze ziacuteskat halucinogeny Znaacutemy už od starověku (věštiacuterny ndash
Theacuteby Delfy) Děleniacute dle chemickeacuteho složeniacute
a) Indoloveacute derivaacutety (např LSD psilocin harmin)
b) Piperidinoveacute a tropanoveacute laacutetky (atropin skopolamin)
c) Fenylethylaminoveacute derivaacutety (mezkalin)
ad a) LSD = diethylamid kyseliny lysergoveacute ndash obsažen v naacutemelu (parazit na žitě)
LSD Obr 3 Naacutemel
Naacutemel vytvaacuteřiacute parazitniacute houba Paličkovice nachovaacute (viz Obr 3) ve středověku řada otrav bdquoIgnis sacerldquo
(Svatyacute oheň) Od r 1962 Timothy Leary (hnutiacute Hippies) ndash užiacutevaacuteniacute LSD
42
Aplikace ve formě napuštěnyacutech papiacuterků (bdquoblotterldquo)
Uacutečinky Během kraacutetkeacute doby předměty měniacute tvar i barvu zpomaleniacute času
dezorientace fobie
Do teacuteto skupiny drog daacutele patřiacute
Psilocin a psilocybin (obsaženy v houbičce
Lysohlaacutevka kopinataacute ndash viz Obr 4)
Dalšiacute zaacutestupci
Harmin harmalin (Latinskaacute Amerika)
Bufotenin (ropušiacute jed) ibogain (Gabun Afrika)
Obr 4 Lysohlaacutevka
ad b) Atropin ndash v ruliacuteku zlomocneacutem a semenech durmanu Rozšiacuteřeniacute zorniček
Aplikace většinou formou vyacuteluhu Působiacute jako blokaacutetory acetylcholinu (halucinace) Dalšiacute Skopolamin hyoscyamin (obsaženy v bliacutenu) fencyklidin (disociativniacute anestetikum)
ad c) Mezkalin (345-trimethoxyfenylethylamin) v kaktusech (Lophophora Williamsii) Mexiko
Aplikace peroraacutelně i kouřeniacutem uacutečinky podobneacute jako LSD
Všechny drogy teacuteto skupiny působiacute pouze psychickou zaacutevislost
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 8
33 Stimulanty
Jde o přiacuterodniacute (kokain) i syntetickeacute (amfetaminy) laacutetky navozujiacuteciacute stimulačniacute
(povzbudivyacute) uacutečinek odstraněniacute uacutenavy sniacuteženiacute potřeby spaacutenku euforii schopnost
empatie (souciacutetěniacute)
a) Kokain (bdquokoksldquo bdquocrackldquo bdquorockldquo bdquosniacutehldquo) Biacutelyacute praacutešek nahořkleacute chuti patřiacute mezi tropanoveacute alkaloidy
Koka pravaacute (viz Obr 5)
rostlina znaacutema už v řiacuteši Inků v Evropě od 16 stol do r 1903 obsažena i
ve znaacutemeacutem naacutepoji Coca Cola
Aplikace šňupaacuteniacute nosem kouřeniacutem i injekčně
Uacutečinky třes poceniacute sucho v uacutestech rozšiacuteřeniacute zornic zvyacutešeniacute tlaku lesk v očiacutech
paacuteleniacute kůže Vyvolaacutevaacute pocit euforie při předaacutevkovaacuteniacute uacutetlum dyacutechaacuteniacute smrt
Kokain je jednou z nejdražšiacutech tvrdyacutech dog s extreacutemniacute psychickou zaacutevislostiacute
Obr 5 Koka
43
b) Amfetaminy ndash obsahujiacute dusiacutekatyacute atom mimo cyklus
Původně užiacutevaacuteny jako leacutečiva později zjištěny nežaacutedouciacute uacutečinky na psychiku a
naacutevykovost Při delšiacute konzumaci dochaacuteziacute k deformaci osobnosti (bdquoamfetaminovaacute
psychoacutezaldquo) Jde o jeden z nejnebezpečnějšiacutech druhů toxikomaacutenie z hlediska
agresivity a vedlejšiacutech uacutečinků (poškozeniacute ledvin jater) s vysokou psychickou a
čaacutestečně i fyzickou zaacutevislostiacute
Aplikace praacutešek (tablety) injekčně roztok uacutečinky podobneacute kokainu
Zaacutestupci Metamfetamin (bdquopervitinldquo) fenmetrazin MDMA (bdquoextaacutezeldquo)
extaacuteze = N-methyl-34-methylendioxyamphetamin
c) Methylxanthiny Jde o povzbuzujiacuteciacute laacutetky obsaženeacute v kaacutevě kakau čaji Působiacute na svalstvo stimuluje
srdečniacute činnost sekreci žaludečniacutech šťaacutev V malyacutech daacutevkaacutechndashzvyacutešeniacute bdělosti potlačeniacute
uacutenavy většiacute daacutevky (nad 200 mg denně) působiacute nespavost psychickeacute potiacuteže osteoporoacutezu
(odvaacutepněniacute kostiacute)
Nejznaacutemějšiacute zaacutestupce kofein (137-trimethylxanthin)
Kromě kofeinu jsou v kaacutevě a čaji theofylin (13-dimethylxanthin) theobromin (37-dimethylxanthin)
Do teacuteto skupiny daacutele patřiacute
- zaacutevislost kathoveacuteho typu (žvyacutekaacuteniacute listů rostliny Catha edulis rozšiacuteřeno kolem Rudeacuteho moře)
- betel (z palmy Areka obecnaacute obsahuje arekaidin) ndash v Thajsku (červeneacute zbarveniacute jazyka)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 9 10
34 Sedativa
Jde o laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem na centraacutelniacute nervovou soustavu Podporujiacute spaacutenek
navozujiacute zklidněniacute zmiacuterňujiacute uacutezkost Při předaacutevkovaacuteniacute ndash celkovaacute anestezie až smrt
44
a) Barbituraacutety jsou staršiacute skupinou laacutetek a dřiacuteve se užiacutevala jako leacutečiva Pozor ndash už desetinaacutesobek
leacutečebneacute daacutevky může byacutet smrtelnyacute (riziko předaacutevkovaacuteniacute neexistence uacutečinneacuteho
antidota)
Aplikace tablety
Zaacutestupci Veronal (diethylbarbiturovaacute kyselina) Luminal (5-fenyl-5-ethylbarbiturovaacute kys)
Meprobamat Fyzickaacute zaacutevislost nebezpečnyacute abstinenčniacute syndrom
C OC
C OR1
R2O
O
CH2CH3
CH2 CH3
NH2
NH2
O+-2 C2H5OH
NH
NH
R2
R1
O
O
O
močovinadiethylmalonaacutety R1=R2=H kys barbiturovaacute
R1=R2=C2H5 barbital veronal
R1=C2H5 R2=C6H5 luminal fenobarbital b) Benzodiazepiny Novějšiacute preparaacutety - od sedmdesaacutetyacutech let vytlačily předchoziacute z trhu
Vyacutehody menšiacute riziko předaacutevkovaacuteniacute existence uacutečinneacuteho antidota (Flumazenil)
Přiacuteklady Diazepam (Valium)
Flunitrazepam (Rohyphnol Obr 6)
Midazolam (Dormicum)
Způsobujiacute těžkou fyzickou i psychickou zaacutevislost
Užitiacute při předoperačniacute přiacutepravě apod
V posledniacute době se však čiacutem daacutel tiacutem viacutece při leacutečbě
fobiiacute upřednostňuje psychoterapie Obr 6 Rohyphnol
c) Dalšiacute sedativa Přiacuteklady Azapirony (Buspiron) leacutečeniacute dlouhodobyacutech uacutezkostiacute
Cyklopyrolony (Zopiklon) hypnotikum 3 generace proti epilepsii
Imidazopyridin (Zolpidem) svalovaacute relaxace
Mezi sedativa patřiacute takeacute Thaloimid (Contergan) ndash teratogenniacute uacutečinky na plod při užiacutevaacuteniacute v těhotenstviacute
Kava-kava ndash přiacuterodniacute sedativum z pepřovniacuteku opojneacuteho (N Guineia)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 11
45
35 Opiaacutety Jednaacute se o velmi tvrdeacute drogy pochaacutezejiacuteciacute ze šťaacutevy nezralyacutech makovic (opium
morfin) a jejich syntetickeacute derivaacutety (heroin) Morfium bylo znaacutemo jako leacutek tlumiacuteciacute bolest (analgetikum) a bylo využiacutevaacuteno např při ošetřovaacuteniacute
zraněnyacutech vojaacuteků ve vaacutelce
Opium se ziacuteskaacutevaacute z lepkaveacute šťaacutevy nařiacuteznutyacutech makovic kteraacute na vzduchu hnědne
ztuhlaacute se seškrabe dosušiacute a uhněte do cihliček
Obr 7 Maacutek setyacute (Papaver somniferum)
Opium je směs obsahujiacuteciacute desiacutetky alkaloidů fenathrenoveacuteho typu (morfin) a izochinoliacutenoveacuteho typu
(papaverin) Existujiacute různeacute druhy opia (bdquogaliacuteldquo bdquochanduldquo bdquodrossldquo aj)
Aplikace nejviacutece kouřeniacutem v dyacutemkaacutech popř cigaretaacutech řidčeji peroraacutelně Většina
opia se zpracovaacutevaacute na čisteacute alkaloidy
Morfin kodein (methylmorfin) heroin (36-diacetylmorfin)
morfin heroin
Aplikace injekčně vyacutejimečně peroraacutelně
Uacutečinky Jedny z nejtvrdšiacutech drog extreacutemně silnaacute fyzickaacute i psychickaacute zaacutevislost
Projevujiacute se zuacuteženiacutem zorniček (na velikost špendliacutekoveacute hlavičky) po počaacutetečniacute euforii
působiacute poruchy paměti apatii celkovyacute rozvrat osobnosti totaacutelniacute impotenci
46
Těžkyacute abstinenčniacute syndrom vrcholiacute po cca 48 hodinaacutech a připomiacutenaacute silnou chřipku
daacutele zahrnuje zvraceniacute průjem šiacuteleneacute svěděniacute pokožky
Terapie je možnaacute jen uacutestavniacute formou s nevalnou šanciacute na vyleacutečeniacute
Dnes existuje řada syntetickyacutech derivaacutetů laacutetek tohoto typu některeacute z nich majiacute potlačeneacute naacutevykoveacute
uacutečinky a užiacutevajiacute se dokonce i k protidrogoveacute leacutečbě (např metadon)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 12
36 Solvencia (těkaveacute a inhalačniacute laacutetky)
Jde o tzv bdquočichaacuteniacuteldquo tj aplikaci par těkaveacute kapaliny (plynu) do dyacutechaciacuteho uacutestrojiacute
Nejčastěji zneužiacutevaneacute laacutetky
- alifatickeacute uhlovodiacuteky (ethyn propan butan hexan)
- cyklickeacute a aromatickeacute uhlovodiacuteky (cyklopropan toluen xyleny)
- směsi uhlovodiacuteků (benzin nafta)
- halogenderivaacutety (tetrachlormethan chloroform trichlorethylen ethylchlorid
freony)
- kysliacutekateacute derivaacutety (aceton butanon dimethylether methylacetaacutet methyl-terc
butylether MTBE oxid dusnyacute aj) Uacutekol Napište chemickeacute vzorce inhalačniacutech laacutetek
Aplikace čichaacuteniacutem - inhalaciacute par vyacuteše uvedenyacutech laacutetek (tzv bdquosniffing) nosem i uacutesty
Uacutečinky rychlyacute naacutestup ndash euforie zaacutevrať bdquoztraacuteta hmotnostildquo postupneacute upadaacuteniacute do
spaacutenku
Symptomy dilatace zornic slzeniacute vyacutetok z nosu zvraceniacute pokles hmotnosti třes hellip
Důsledky zhoršeniacute paměti pokles inteligence těžkeacute deprese rozpad osobnosti
poruchy krvetvorby nevratneacute poškozeniacute sliznic
Nebezpečiacute
- zadušeniacute např při přetaacutehnutiacute igelitoveacuteho pytliacuteku přes hlavu pro zvyacutešeniacute uacutečinku
- nevratneacuteho poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (ledviny jaacutetra) až smrt při polknutiacute
laacutetky
- jde o jedny z nejlevnějšiacutech a nejdostupnějšiacutech laacutetek ktereacute si každyacute snadno
opatřiacute (bdquodrogy hloupyacutechldquo)
- jednaacute se o silnou psychickou zaacutevislost se sklony k recidivě
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 13
47
4 PREVENCE A PRVNIacute POMOC
Při prevenci je rozhodujiacuteciacute aby se na probleacutem co nejdřiacuteve vůbec přišlo (všiacutemavost
k symptomům toxikomaacutenie)
Typickeacute přiacuteznaky
- naacutehlaacute změna chovaacuteniacute (předraacutežděnost deprese ztraacuteta zaacutejmů)
- zhoršenyacute prospěch ztraacuteta přaacutetel
- uacutebytek hmotnosti zdravotniacute probleacutemy vpichy
- potřeba peněz kraacutedeže střet se zaacutekonem hellip
Prevence
snaha předejiacutet zaacutevislosti zejmeacutena u mladyacutech lidiacute a u rizikovyacutech skupin
- vyacutechova v rodině zaacutejem o diacutetě
- vyacutechova ve škole upozorněniacute na rizika
- sport aktivniacute traacuteveniacute volneacuteho času hellip
Prvniacute pomoc
se nelišiacute od prvniacute pomoci např při nehodě tj je nutno se postarat o zachovaacuteniacute
zaacutekladniacutech životniacutech funkciacute a rychlou leacutekařskou pomoc
Leacutečeniacute
je postaveno na baacutezi dobrovolnosti ndash dlouhodobaacute zaacuteležitost včetně uacutestavniacute leacutečby
riziko recidivy Absolutniacute nutnost_doživotniacute abstinence
Při probleacutemech
V Olomouci existuje P-centrum Lafayettova 9 Olomouc tel 585221983
httpwwwp-centrumcz
p-centrump-centrumcz
5 LEGISLATIVA
Samotneacute užiacutevaacuteniacute drog neniacute trestneacute trestneacute je jejich drženiacute vyacuteroba distribuce
Důležityacute pro policii je pojem tzv bdquomaleacuteholdquo množstviacute zadrženeacute drogy
- při něm jde jen o přestupek s pokutou do 15000 Kč
- při většiacutem množstviacute pak už o trestnyacute čin s možnostiacute vězeniacute až na 5 let
48
Za maleacute množstviacute se považuje např
konopiacute - 5 rostlin marihuana - 15 g sušiny extaacuteze - 4 tablety LSD - 5 papiacuterků
kokain - 1 gram pervitin - 2 gramy
Vybraneacute trestniacute sazby
- za distribuci drog mladistvyacutem až 10 let vězeniacute
- při způsobeniacute těžkeacute uacutejmy na zdraviacute až 15 let
- bdquovařičildquo do 5 let
- za pouheacute neoznaacutemeniacute vyacuteše uvedenyacutech činů hroziacute až 3 roky
Probleacutem
Zaacutekon postihuje zpravidla jen dealery a bdquomenšiacute rybyldquo zatiacutemco velciacute distributoři a
producenti jsou chyceni spiacuteše vyacutejimečně Naviacutec se staacutele objevujiacute noveacute derivaacutety ktereacute
dosud nejsou na seznamech zakaacutezanyacutech laacutetek
Zaacutekony pojednaacutevajiacuteciacute o drogaacutech
č1401961 Sb (trestniacute zaacutekon)
č 2001990 (přestupkovyacute zaacutekon)
č 3321997 (zachaacutezeniacute skladovaacuteniacute likvidace)
č 1671998 (o naacutevykovyacutech laacutetkaacutech)
č 3792005 (prevence toxikomaacutenie)
Vyhlaacuteška č 621989 (seznam psychotropniacutech laacutetek)
Sděleniacute č4621991 (prekurzory omamnyacutech a psychotropniacutech laacutetek)
6 Teacutemata referaacutetů 1 Vznik nebezpečiacute a důsledky toxikomanie analyacuteza přiacutečin
2 Problematika alkoholu sekundaacuterniacute naacutesledky alkohol za volantem
3 Vyacuteroba piva
4 Vyacuteroba viacutena
5 Vyacuteroba destilaacutetů
6 Tabaacutek a kouřeniacute ndash historie pěstovaacuteniacute druhy postup vyacuteroby cigaret
7 Marihuana a hašiš
8 Halucinogeny
9 Stimulancia
49
10 Methylxanthiny
11 Sedativa
12 Opiaacutety
13 Inhalačniacute laacutetky (solvencia)
14 Legislativa - přehled a komentaacuteř platnyacutech zaacutekonů tyacutekajiacuteciacutech se naacutevykovyacutech laacutetek
7 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 M Wenke Farmakologie Avicenum 1986
2 IBečkovaacute PVišňovskyacute Farmakologie drogovyacutech zaacutevislostiacute Karolinum 1999
3 PVišňovskyacute IBečkovaacute Bludnyacute kruh toxikomaacuteniiacute EIA Hradec Kraacuteloveacute 1998
4 MWenke M Mraacutez S Hynie Farmakologie pro leacutekaře Avicenum 1984
5 J Mann Jedy drogy leacuteky Academia Praha 1996
6 wwwmemberstripodcom7EMartinMVdrogyhtml
7 wwwodrogachcz
50
VYacuteROBA CUKRU
Text zpracovali Mgr Jana Praacutešilovaacute a Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru
21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina
22 Chemickeacute složeniacute cukroveacute řepy
3 Vyacuterobniacute etapy
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
32 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
34 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
35 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
36 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech zdrojů
51
1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
Cukr je surovinou kteraacute naacutes doprovaacuteziacute v běžneacutem životě na každeacutem kroku
Mnoziacute z naacutes si hned raacuteno osladiacute čaj či kaacutevu kostkou cukru Pojďme se nyniacute podiacutevat
jak se cukr vyraacutebiacute a kde se kostka cukru vlastně vzala
Nejprve si udělejme kraacutetkou zastaacutevku u historie cukrovarnictviacute na uacutezemiacute Českeacute
republiky
bull v roce 1787 byla založena prvniacute rafinerie (zaacutevod na čištěniacute cukru) v klaacutešteře
na Zbraslavi u Prahy čistil se zde dovaacuteženyacute třtinovyacute cukr
bull v roce 1841 vytvořil ředitel rafinerie v Dačiciacutech prvniacute kostku cukru do teacuteto doby
se v domaacutecnostech použiacutevaly tzv cukroveacute homole
V 19 stoletiacute fungovalo na našem uacutezemiacute přes 150 cukrovarů v současneacute době (rok
2011) u naacutes cukr vyraacutebiacute pouze 7 cukrovarů
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru 21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina Vyacuteroba cukru z cukroveacute třtiny byla znaacutema po celaacute staletiacute V našich krajiacutech však
pro pěstovaacuteniacute teacuteto rostliny nejsou vhodneacute podmiacutenky (pěstuje se v tropickeacutem a
subtropickeacutem paacutesmu) Z miacutestniacutech plodin je pro vyacuterobu cukru vhodnaacute cukrovaacute řepa
Cukrovaacute řepa (Beta vulgaris) Cukrovaacute třtina (Saccharum officinarum)
Obr 1 Cukrovaacute řepa Obr 2 Cukrovaacute třtina - dvouletaacute plodina - cukr se hromadiacute v bulvaacutech - obsah sacharosy 16ndash20 - skladuje se a zpracovaacutevaacute (do 48 h)
- viacuteceletaacute travina - cukr se hromadiacute ve stvolu - obsah sacharosy 13ndash17
52
22 Složeniacute cukroveacute řepy Podrobněji se zaměřiacuteme na cukrovou řepu z niacutež se u naacutes cukr vyraacutebiacute
V bulvaacutech cukroveacute řepy se nachaacuteziacute kromě cukru i dalšiacute laacutetky Jejich obsah vyacuteznamně
ovlivňuje technologickyacute proces a produkci cukru Průměrneacute složeniacute uvaacutediacute Obr 3
5 2
18
75
voda 75
sacharidy 18
dřeň 5
necukerneacute laacutetky 2
Obr 3 Průměrneacute složeniacute cukroveacute řepy Sacharidy Nejdůležitějšiacutem sacharidem a konečnyacutem produktem vyacuteroby je SACHAROSA
Sacharosa patřiacute mezi disacharidy jejiacute molekula je tvořena zbytkem molekuly glukosy
a molekuly fruktosy ktereacute jsou navzaacutejem spojeny glykosidickou vazbou (viz obr 4)
Je to krystalickaacute biacutelaacute laacutetka dobře rozpustnaacute ve vodě Maacute vyacuteraznou sladkou chuť a
použiacutevaacute se jako sladidlo Patřiacute mezi opticky aktivniacute laacutetky a neredukujiacuteciacute sacharidy
Obr 4 Vzorec sacharosy
53
Dřeň Součaacutestiacute dřeně bulvy řepy je celulosa a hemicelulosa (polysacharidy) pektinoveacute
laacutetky1 biacutelkoviny a saponiny2 Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a mohou znesnadňovat
vyacuterobniacute proces způsobujiacute probleacutemy např při filtraci
Necukerneacute laacutetky (šťaacuteva obsahujiacuteciacute necukerneacute laacutetky) Z necukernyacutech laacutetek obsahuje šťaacuteva aminokyseliny amidy biacutelkoviny organickeacute
zaacutesady enzymy soli organickyacutech kyselin (kyseliny mravenčiacute octoveacute šťaveloveacute
citronoveacute) Rozhodujiacuteciacute negativniacute vliv na krystalizaci cukru majiacute mineraacutelniacute laacutetky
(popeloviny)
3 Vyacuterobniacute etapy
Vyacuterobu cukru můžeme rozdělit do několika faacuteziacute
1 Mechanickaacute uacuteprava řepy
2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
6 Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru
1 pektin ndash makromolekulaacuterniacute laacutetka jejiacutemž zaacutekladem jsou sacharidy nachaacuteziacute se např v ovoci
způsobuje rosolovatěniacute ovocnyacutech šťaacutev a zavařenin 2 rostlinnyacute glykosid (derivaacutet sacharidů) tvořiacuteciacute pěnivyacute roztok ve vodě
54
Tab 1 Přehled fyzikaacutelniacutech a chemickyacutech pochodů aplikovanyacutech při vyacuterobě cukru v jednotlivyacutech etapaacutech vyacuteroby
Etapa Fyzikaacutelně-chemickeacute pochody Vstup laacutetek (suroviny) Vyacutestup laacutetek (produkty)
Mechanickaacute uacuteprava řepy bull rozpustnost bull bulvy cukroveacute řepy bull řepneacute řiacutezky
Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy bull koagulace biacutelkovin bull difuacuteze
bull řepneacute řiacutezky bull horkaacute voda
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull vyslazeneacute řepneacute řiacutezky
Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull sraacuteženiacute necukernyacutech laacutetek
bull saturace bull filtrace sraženin
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull Ca(OH)2 bull CO2
bull lehkaacute šťaacuteva bull saturačniacute kaly
Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace
bull lehkaacute šťaacuteva bull těžkaacute šťaacuteva bull I cukrovina
Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
bull odstřeďovaacuteniacute bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace bull vykryacutevaacuteniacute bull filtrace bull adsorpce
bull I cukrovina bull surovyacute cukr bull voda bull Ca(OH)2 bull adsorbent
bull surovyacute cukr bull zelenyacute sirob bull II cukrovina bull zadinovyacute cukr bull melasa bull biacutelaacute cukrovina
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
Ciacutel
bull očištěniacute řepy
bull rozřezaacuteniacute řepy na řiacutezky
Při podzimniacutem vyacuteletu do přiacuterody můžeme na poliacutech vidět zemědělce skliacutezejiacuteciacute
cukrovou řepu Na poliacutech se řepa zbaviacute chraacutestu (zelenyacutech listů) a nahrubo očistiacute od
hliacuteny Po dopraveniacute do cukrovaru je řepa důkladně očištěna vodou od zbyacutevajiacuteciacute hliacuteny
kameniacute piacutesku a kořiacutenků pomociacute řepnyacutech splavů1 a řepnyacutech praček2 Voda z řepy
odkape na třasadlu3 Vyacutetah dopraviacute řepu na automatickou vaacutehu a z niacute putuje řepa do
řezačky4 kteraacute nařeže bulvu na řiacutezky (obr 5 6) s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
Obr 5 Řepneacute řiacutezky Obr 6 Nože řezačky Otaacutezka Proč se řepa porcuje na řiacutezky trojuacutehelniacutekoveacuteho profilu Uacutečelem rozřezaacuteniacute bulvy na řiacutezky je zvětšit povrh (styčnou plochu) řepy pro naacuteslednou difuacutezi cukru z buněk pletiva Trojuacutehelniacutekovyacute profil byl vyhodnocen jako nejvhodnějšiacute tvar pro optimaacutelniacute vyluhovatelnost cukru 3 2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull vyluhovaacuteniacute cukru (sacharosy) z buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků
bull ziacuteskaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Sacharosa se nachaacuteziacute uvnitř buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků Membraacutena buněk
sacharosu volně ven z buňky nepropustiacute proto je nutneacute řiacutezky luhovat horkou vodou
Od 60degC začiacutenajiacute biacutelkoviny membraacuteny buněk koagulovat a ty se tak staacutevajiacute pro cukr
leacutepe propustneacute 1 řepnyacute splav ndash betonovyacute kanaacutel do ktereacuteho je napouštěna voda kteraacute unaacutešiacute řepu k pračce 2 řepnaacute pračka ndash zařiacutezeniacute na odstraněniacute hliacuteny kameniacute a kořiacutenků proti proudu vody je přivaacuteděna řepa kameny a dalšiacute odpad odpadaacutevajiacute ze dna pračky 3 třasadlo ndash kmitajiacuteciacute se siacuteto k odstraněniacute vody 4 řezačka ndash zařiacutezeniacute se sadou nožů rozporcuje řepu na řiacutezky s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
56
Otaacutezka Co je to KOAGULACE Koagulace (shlukovaacuteniacute) je postupneacute uspořaacutedaacutevaacuteniacute jednotlivyacutech čaacutestic do jineacuteho prostoroveacuteho umiacutestěniacute V našem přiacutepadě dochaacuteziacute ke koagulaci biacutelkovin membraacuteny buněk vlivem zvyacutešeneacute teploty Vyzkoušet si koagulaci můžete i doma ndash stačiacute si usmažit vajiacutečka k sniacutedani Vyluhovaacuteniacute řiacutezků se děje v zařiacutezeniacutech zvanyacutech difuzeacutery1 Řiacutezky jsou v nich
přivaacuteděny proti proudu horkeacute vody Řiacutezky nově přivaacuteděneacute do difuzeacuteru jsou
promyacutevaacuteny nejsladšiacute vodou a na řiacutezky zbaveneacute cukru steacutekaacute voda čistaacute čiacutemž jsou
zajištěny optimaacutelniacute podmiacutenky difuacuteze Z difuzeacuteru odteacutekaacute difuacutezniacute šťaacuteva jako nakyslaacute
kapalina tmaveacute barvy Otaacutezka Co je to DIFUacuteZE Tvrdiacuteme-li že laacutetka difunduje pak se jejiacute čaacutestice v roztoku pohybujiacute z miacutest o vyššiacute koncentraci čaacutestic do miacutest s nižšiacute koncentraciacute čaacutestic Po vyluhovaacuteniacute se řiacutezky označujiacute jako vyslazeneacute řiacutezky Ty se daacutele zpracovaacutevajiacute
- sušiacute popř lisujiacute a využiacutevajiacute se jako krmivo nebo v kvasneacutem průmyslu (vyacuteroba
alkoholu)
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull odstraněniacute necukernyacutech laacutetek z difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull ziacuteskaacuteniacute tzv lehkeacute šťaacutevy
Spolu se sacharosou difunduje z buněk i velkeacute množstviacute necukernyacutech laacutetek (viz
složeniacute řepy) Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a ztěžujiacute vyacuterobniacute proces (např krystalizaci
cukru filtraci atd)
Čištěniacute probiacutehaacute ve dvou faacuteziacutech
1 Čeřeniacute difuacutezniacute šťaacutevy
2 Saturace šťaacutevy
Při čeřeniacute se k difuacutezniacute šťaacutevě vyhřaacuteteacute na 90degC přivaacutediacute postupně 15 ndash 2 vaacutepenneacute
mleacuteko - roztok Ca(OH)2 Ca2+ ionty reagujiacute s necukernyacutemi laacutetkami za vzniku
nerozpustnyacutech vaacutepenatyacutech soliacute ktereacute lze naacutesledně odfiltrovat a šťaacutevu tak vyčistit
Přiacuteklad reakci Ca2+ iontů s kyselinou šťavelovou uvaacutediacute naacutesledujiacute rovnice
1 difuzeacuter ndash velkaacute naacutedoba s vyhřiacutevanyacutem plaacuteštěm do ktereacute jsou z jedneacute strany přivaacuteděny řepneacute řiacutezky ze strany druheacute horkaacute voda
57
Ca2+ + (C2O4)2- rarr Ca(COO)2 Obdobnou roli hrajiacute i ionty OH- Neutralizujiacute volneacute kyseliny a s Al3+ Fe3+ Mg2+
ionty reagujiacute za vzniku nerozpustnyacutech hydroxidů ktereacute lze rovněž odfiltrovat
2 Al3+ + 3 Ca(OH)2 rarr 2 Al(OH)3 + 3 Ca2+ Vaacutepenneacute mleacuteko je ke šťaacutevě přidaacutevaacuteno i z dalšiacutech důvodů Pro dalšiacute
technologickyacute proces je třeba neutralizovat kyselou reakci difuacutezniacute šťaacutevy a
v neposledniacute řadě je vaacutepennyacutem mleacutekem šťaacuteva desinfikovaacutena Otaacutezka Co je to NEUTRALIZACE Neutralizace je reakce kyseliny a zaacutesady při niacutež vznikaacute sůl a voda V našem přiacutepadě reaguje vaacutepenneacute mleacuteko (zaacutesada) s kyselinami přirozeně obsaženyacutemi v řepě (viz složeniacute řepy) Daacutele šťaacuteva pokračuje do saturačniacuteho zařiacutezeniacute1 ve ktereacutem probiacutehaacute saturace
oxidem uhličityacutem Saturace se provaacutediacute k odstraněniacute přebytečnyacutech Ca2+ iontů Do
saturačniacuteho zařiacutezeniacute je vhaacuteněn oxid uhličityacute vznikaacute uhličitan vaacutepenatyacute kteryacute lze
odfiltrovat (na kalolisech2 či jinyacutech filtrech) Reakci uvaacutediacute naacutesledujiacuteciacute rovnice
Ca(OH)2 + CO2 rarr CaCO3 + H2O Otaacutezka Co je to SATURACE Saturace neboli syceniacute V našem přiacutepadě nasyceniacute roztoku oxidem uhličityacutem kteryacute reaguje s přebytečnyacutemi Ca2+ ionty v roztoku za vzniku uhličitanu vaacutepenateacuteho Vyacutesledkem etapy je tzv lehkaacute šťaacuteva zbytky sraženin na filtrech se nazyacutevajiacute
saturačniacute kaly 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny Ciacutel
bull zahuštěniacute lehkeacute difuacutezniacute šťaacutevy ke krystalizaci (zisk těžkeacute šťaacutevy)
bull ziacuteskaacuteniacute tzv cukroviny (směs krystalků cukru a matečneacuteho sirobu)
1 saturačniacute zařiacutezeniacute (saturaacutek) ndash vaacutelcovitaacute naacutedoba s miacutechadlem u dna přiacutevodem šťaacutevy přiacutevodem oxidu
uhličiteacuteho a odvodem šťaacutevy V horniacute čaacutesti naacutedoby je komiacuten pro odvod plynů 2 kalolis - filtračniacute lis určenyacute k tlakoveacute filtraci kapalin obsahujiacuteciacute řadu raacutemů s napnutyacutemi plachetkami
Pracuje diskontinuaacutelně (střiacutedavě) Raacutemy s plachetkou zaneseneacute kalem jsou periodicky čištěny zatiacutemco v jineacutem přiacutestroji probiacutehaacute filtrace
58
Lehkaacute šťaacuteva maacute světle žlutou barvu a je teacuteměř zbavena všech nežaacutedouciacutech laacutetek
V roztoku je rozpuštěna sacharosa (přibližně
12-15 ) a již velmi malyacute podiacutel necukernyacutech
laacutetek Sacharosu z roztoku izolujeme
krystalizaciacute Lehkou šťaacutevu je třeba zahustit
ke krystalizaci ndash odpařit přebytečnou vodu
Zahušťovaacuteniacute ke krystalizaci se provaacutediacute ve
vakuovyacutech odparkaacutech1 Objem šťaacutevy se
zmenšiacute přibližně na čtvrtinu původniacuteho
objemu a ziacuteskaacute se tzv těžkaacute šťaacuteva (zahuštěnaacute)
s obsahem 60 cukru
Otaacutezka Co je to ODPAŘOVAacuteNIacute Proč se využiacutevaacute praacutece za sniacuteženeacuteho tlaku Odpařovaacuteniacute patřiacute mezi děliciacute metody laacutetek Rychlost odpařovaacuteniacute a jeho uacutečinnost zaacutevisiacute na velikosti povrchu odpařovaneacuteho roztoku na rychlosti odtahu vzniklyacutech par a předevšiacutem na teplotě a tlaku Teplotu varu roztoku můžeme sniacutežit praacutevě za použitiacute vakua (sniacuteženeacuteho tlaku) Ušetřiacuteme tiacutem energii potřebnou pro zahřiacutevaacuteniacute šťaacutevy
Těžkaacute šťaacuteva je daacutele zahušťovaacutena ve varostrojiacutech2 neboli zrničiacutech Ve
varostrojiacutech se šťaacuteva zahřiacutevaacute a odpařuje se zbytek vody tak dlouho až začne cukr ve
šťaacutevě krystalovat Krystalizace cukru se dokončiacute v zařiacutezeniacutech zvanyacutech krystalizaacutetor Otaacutezka Co je to KRYSTALIZACE Za jakyacutech podmiacutenek vykrystaluje cukr ze šťaacutevy Krystalizace patřiacute mezi zaacutekladniacute chemickeacute operace pomociacute nichž lze oddělit složky směsi bdquoAby mohla sacharosa krystalovat je třeba vytvořit přesycenyacute cukernyacute roztok V technickyacutech cukernyacutech roztociacutech za přiacutetomnosti necukernyacutech laacutetek je rozpustnost sacharosy obvykle vyššiacute Přesycenyacute cukernyacute roztok se připraviacute např tiacutem způsobem že se rychle zchladiacute nasycenyacute roztok technickyacute Z roztoku se ihned nevyloučiacute krystaly cukru a takovyacute roztok pak obsahuje viacutece rozpuštěneacuteho cukru než odpoviacutedaacute nasyceneacutemu roztoku Tento přebytečnyacute cukr vykrystaluje přidajiacute-li se k roztoku krystalky cukru (roztok se očkuje)ldquo [1] 3 5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute Ciacutel
bull odděleniacute krystalů cukru z cukroviny
bull očištěniacute suroveacuteho cukru
1 vakuovaacute odparka - soustava několika seacuteriově zapojenyacutech těles vyhřiacutevanyacutech paacuterou Prvniacute těleso je vyhřiacutevaacuteno parou o teplotě 130degC voda vypařenaacute v prvniacutem tělese se vede do dalšiacuteho tělesa jako tzv bryacutedovaacute paacutera atd Vyacutepary z posledniacute odparky se ochlazujiacute studenou vodou čiacutemž vznikaacute podtlak a tiacutem se snižuje tlak v odparkaacutech 2 varostroj - naacutedoba s trubkovou topnou komorou a miacutechadlem
Obr 7 Soustava odparek
59
bull zpracovaacuteniacute matečneacuteho sirobu na dalšiacute podiacutel cukru
bull přiacuteprava biacuteleacute cukroviny
Krystalky sacharosy je třeba oddělit od matečneacuteho sirobu K tomuto uacutečelu se
využiacutevajiacute odstředivky1 Oddělenyacute cukr maacute žlutavou barvu a je nazyacutevaacuten surovyacutem
cukrem (v obchodech se zdravou vyacuteživou si můžete zakoupit i surovyacute cukr)
Oddělenyacute matečnyacute roztok se nazyacutevaacute zelenyacute sirob
Zelenyacute sirob se zpracuje na meacuteně kvalitniacute (tzv zadinovyacute) cukr a odpadniacutem
produktem je tzv melasa (obr 8) kteraacute ještě obsahuje menšiacute podiacutel cukru a lze ji
využiacutet jako krmivo popř po zkvašeniacute k vyacuterobě lihu
Surovyacute řepnyacute cukr se přiacuteliš nehodiacute k přiacutemeacute spotřebě ndash jeho krystaly jsou žluteacute
a lepiveacute Je třeba je očistit Surovyacute cukr se čistiacute promyacutevaacuteniacutem vodou v odstředivkaacutech
Naacutesleduje filtrace cukerneacuteho roztoku přes bavlněneacute polyamidoveacute či kovoveacute tkaniny a
poreacutezniacute materiaacutely z keramiky
Posledniacute uacutepravou je odbarveniacute cukerneacuteho roztoku K tomuto uacutečelu se využiacutevaacute
metody adsorpce Jako absorbenty jsou využiacutevaacuteny ionexy aktivniacute uhliacute či hlinky
Vyacuteslednyacute cukernyacute roztok s krystalky cukru se nazyacutevaacute biacutelaacute cukrovina
Otaacutezka Co je to ADSORPCE Na jakeacutem principu absorbenty fungujiacute Z fyzikaacutelniacuteho hlediska se jednaacute o poutaacuteniacute laacutetky pomociacute van der Waalsovyacutech sil na povrchu vhodneacuteho adsorbentu (aktivniacute uhliacute silikagel) V přiacutepadě tzv chemisorpce jsou laacutetky poutaacuteny na povrch adsorbentu chemickyacutemi vazbami
Obr 8 Melasa
1 odstředivka (centrifuga) - sestaacutevaacute z dvouplaacutešťoveacute komory vevnitř je buben se siacutetem Do bubnu se napustiacute cukrovina a buben se roztočiacute Vlivem odstřediveacute siacutely prochaacutezejiacute kapky sirobu přes siacuteto bubnu a cukr zůstaacutevaacute uvnitř
60
3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
Biacutelaacute cukrovina se daacutele zpracovaacutevaacute krystalizaciacute na krystalovyacute cukr kostkovyacute
cukr a cukr moučku Dřiacuteve se vyraacuteběly i cukroveacute homole dnes sloužiacute pouze jako
suvenyacuter
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Kapitola 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru byla po dlouhou dobu tajena Prvniacute technologii zpracoval v roce 1764 francouzskyacute chemik Duhamel de Monceau Prvniacute kostkovyacute cukr u naacutes byl vyroben v Dačiciacutech v roce 1841 Patent ziacuteskal roku 1843 ředitel rafinerie J Ch Rada Češtiacute cukrovarniacuteci se nemaacutelo zasloužili o rozvoj rafinace cukru a kvalita našich cukrovarnickyacutech vyacuterobků byla obecně uznaacutevanou normou
bull vzhledem k vysokeacute ceně třtinoveacuteho cukru se cukrovarniacuteci pokoušeli vyrobit cukr z jinyacutech plodin mimo jineacute i z řepy
bull v roce 1829 byl založen prvniacute průmyslovyacute cukrovar v Kostelniacutem Vydřiacute (okres Jindřichův Hradec)
bull v obdobiacute 1831 ndash 1945 nastal boom v zaklaacutedaacuteniacute cukrovarů u naacutes plně fungovalo přes 150 cukrovarů
bull po roce 1990 fungovalo již pouze 60 cukrovarů po roce 2004 zbylo pouhyacutech 10 cukrovarů 7 fungujiacuteciacutech cukrovarů (2011)
bull Odštěpnyacute zaacutevod Opava - Vaacutevrovice bull Ředitelstviacute a zaacutevod Hrušovany nad Jevišovkou bull Cukrovar Dobrovice bull Cukrovar Českeacute Meziřiacutečiacute bull Cukrovar Vrbaacutetky as bull Cukrovar Prosenice bull Litovelskaacute cukrovarna as
Kapitola 2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru Zařazeniacute cukroveacute řepy do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Rodopsida ndash vyššiacute dvouděložneacute rostliny řaacuted Caryophyllales ndash hvozdiacutekotvareacute čeleď Chenopodiaceae ndash mečiacutekoviteacute rod Beta ndash řepa druh Beta vulgaris ndash řepa obecnaacute Zařazeniacute cukroveacute třtiny do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Liliopsida ndash rostliny jednoděložneacute
61
řaacuted Poales ndash lipnicotvareacute čeleď Poaceae ndash lipnicoviteacute rod Saccharum ndash třtina druh Saccharum officinarum ndash třtina cukrovaacute Podkapitola 3 3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Po prvniacute saturaci je odfiltrovaacuten kal buď na zařiacutezeniacutech zvanyacutech kalolis nebo na jinyacutech typech filtračniacutech zařiacutezeniacute Ve šťaacutevě je obsažen i hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute kteryacute se naacuteslednyacutem vyvařeniacutem rozložiacute na uhličitan kteryacute je možno odfiltrovat Děj je zapsaacuten pomociacute naacutesledujiacuteciacute rovnice Ca(HCO3)2 rarr CaCO3 + H2O + CO2 Pro maximaacutelniacute sniacuteženiacute vaacutepenatyacutech iontů v difuacutezniacute šťaacutevě se provaacutediacute druhaacute saturace oxidem uhličityacutem Neodstraniacute-li se vaacutepenateacute soli dokonale odparka se rychle inkrustuje Vaacutepenateacute soli v cukernyacutech šťaacutevaacutech působiacute obtiacuteže při vařeniacute cukrovin zvyšujiacute množstviacute melasy a tiacutem ztraacutety cukru Druhaacute saturace se provaacutediacute při teplotě 95 ndash 98degC a oxidem uhličityacutem se saturuje až do dosaženiacute pH 9 ndash 95 Při druheacute saturaci vznikaacute hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute ten se odstraňuje vyvařovaacuteniacute na tzv vyvařovaacuteku kde se šťaacuteva zahřiacutevaacute na teplotu 100degC Podkapitola 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
Při zahušťovaacuteniacute ve varostrojiacutech se vytvořiacute směs krystalů a matečneacuteho roztoku (sirobu) tzv I cukrovina Přibližně frac34 cukru vykrystalizuje Zbytek cukru zůstaacutevaacute v roztoku Růst krystalů se kontroluje tzv cukroskopem (bdquolupaldquo) popř se využiacutevaacute automatickeacute kontroly elektrickeacute vodivosti Vodivost roztoku klesaacute s rostouciacute koncentraciacute cukru v roztoku Podkapitola 3 5 Ziacuteskaacutevaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
Ziacuteskaacutevaacuteniacute čisteacute cukroviny je mnohem složitějšiacute proces v textu je popsaacuten pouze jednoduše Ve skutečnosti se proces popsanyacute v textu několikraacutet opakuje Cukrovina se několikraacutet čistiacute svařuje nechaacute se krystalovat a odstřeďuje Podkapitola 3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny ndash Vyacuteroba krystaloveacuteho cukru
Biacutelaacute cukrovina se odstřediacute a ziacuteskanyacute krystalovyacute cukr se smiacutechaacute s nasycenyacutem cukernyacutem roztokem za vzniku tzv uměleacute cukroviny Umělaacute cukrovina se odstřediacute vykryacutevaacute parou nebo vodou a ziacuteskaacute se konečnyacute produkt ndash krystalovyacute cukr Krystalovyacute cukr je třeba vysušit K sušeniacute se využiacutevaacute vzduch ohřaacutetyacute na 70degC nebo tzv fluidniacute metoda Při fluidniacute metodě jsou krystalky na roštu zespod profukovaacuteny proudem vzduchu dojde k odstraněniacute vlhkosti ochlazeniacute krystalků a zaacuteroveň odpraacutešeniacute cukru Vysušenyacute cukr krystal se třiacutediacute na siacutetech dle velikosti zrn plniacute se do jutovyacutech nebo papiacuterovyacutech pytlů
Otaacutezka Jakyacute je rozdiacutel mezi krystalovyacutem cukrem a krupicovyacutem cukrem bdquoCukr krystal - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 04 - 02 mm Cukr krupice - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 016 ndash 08 mm a maximaacutelně 5 krystalů cukru maacute velikost nad 1 mmldquo[2]
Vyacuteroba kostkoveacuteho cukru K vyacuterobě kostek se použiacutevaacute kostkovaacute moučka kteraacute vznikla ze speciaacutelně upraveneacute cukroviny nebo netřiacuteděnyacute krystalovyacute cukr Tento materiaacutel se vlhčiacute vodou a cukernyacutem roztokem lisuje se na tyčinky ktereacute se vysušiacute a rozsekajiacute na kostky Možneacute je přiacutemeacute lisovaacuteniacute do formy kostek Vyraacutebějiacute se kostky různyacutech velikostiacute kvaacutedry i kostky ve tvaru karetniacutech symbolů tzv cukr bridž Vyacuteroba moučkoveacuteho cukru Materiaacutelem pro vyacuterobu moučkoveacuteho cukru je krystalovyacute cukr s malyacutemi zrny nebo zbytky kostkoveacuteho cukru Tento cukr se rozdrtiacute na mlyacutenech Mlyacutenice musiacute byacutet umiacutestěna v samostatneacutem objektu mimo ostatniacute čaacutesti cukrovaru nebo alespoň oddělena železnyacutemi vraty Opatřeniacute jsou nutnaacute z důvodu vzniku vyacutebušneacuteho cukerneacuteho prachu
62
Aby se zabraacutenilo tvrdnutiacute a rozpouštěniacute cukerneacute moučky při skladovaacuteniacute přidaacutevaacute se k cukru modifikovanyacute škrob Zrnka škrobu přiacutepadnou vlhkost pojmou Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute V dřiacutevějšiacutech dobaacutech se cukr pro domaacuteciacute použitiacute vyraacuteběl ve formě homoliacute (obr 9) Dnes je již toto zbožiacute vyraacuteběno pouze jako suvenyacuter pro turisty Liteacute homole se vyraacuteběly tak že se horkaacute cukrovina naleacutevala do forem z oceloveacuteho plechu na špičce opatřenyacutech otvorem Forma s cukrovinou se nasadila na hřebiacutek vyčniacutevajiacuteciacute ze dna voziacuteku na kteryacute se homole sklaacutedaly po ztuhnutiacute cukroviny Po ztuhnutiacute se homoly sejmuly ze hřebiacuteků a vložily do homoloveacute odstředivky ve ktereacute se dokonale očistily Dokonale biacutelaacute homole se pak vyrazila z oceloveacute formy a vysušila v sušaacuterně Vysušeneacute homole se očistily ofreacutezovaly u spodu a zabalily do papiacuteru Lisovaneacute homole se vyraacuteběly lisovaacuteniacutem nepatrně ovlhčeneacute moučky v lisu Pak se homole sušily a upravily jako homole liteacute 5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Pelikaacuten M Hřivna L Humpola J Technologie sacharidů Mendelova
zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně Brno 1999 2 Cukrovary a lihovary TTD [online 2011-04-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovaryttdczcaste-otazkycaste-otazkygt 3 Neiser J Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob Vysokoškolskaacute učebnice pro studenty
pedagogickyacutech a přiacuterodovědeckyacutech fakult studijniacuteho oboru 76-12-8 učitelstviacute všeobecně vzdělaacutevaciacutech předmětů Praha 1988
4 Kraus J Novyacute akademickyacute slovniacutek ciziacutech slov kolektiv autorů pod vedeniacutem Jiřiacuteho Krause Academia Praha 2007
5 Andrliacutek K Petrů F Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob SPN Praha 1965 6 Kopřiva J Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute (1 diacutel) SPN Praha 1979 7 Moravskoslezskeacute cukrovary as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwagranaczgt 8 Cukrovar Vrbaacutetky as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovarvrbatkyczgt 9 Hanaacuteckaacute potravinaacuteřskaacute společnost as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwhpsczgt
Zdroje obraacutezků
bull Obraacutezek 3 Cukrovaacute řepa [online 2011-12-2] Dostupneacute z www ltwwwtvujdumczgt
Obr 9 Cukroveacute homole
63
bull Obraacutezek 4 Cukrovaacute třtina [online 2011-2-5] Dostupneacute z www ltwwwspriincorggt
bull Obraacutezek 6 Vzorec sacharosy [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpwwwnejlevnejsidoplnkycznejlevnejsidoplnky5-Zajimavosti6-Sacharidygt
bull Obraacutezek 7 Řepneacute řiacutezky [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=376gt
bull Obraacutezek 8 Nože řezačky [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 9 Kalolis [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 10 Plachetka se saturačniacutem kalem [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpcswikipediaorgwikiKalolisgt
bull Obraacutezek 11 Systeacutem odparek [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 12 Varostroj [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtm
bull Obraacutezek 13 Odstředivka [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=380gt
bull Obraacutezek 14 Melasa [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwnazelenoczbiozdrava-vyziva-2bily-cukr-trtinovy-cukr-nebo-prirodni-sladidlaaspxgt
bull Obraacutezek 15 Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute [online 2011-4-27] Dostupniacute z www lthttpwwwcukrovaryttdczgt
bull Obraacutezek 16 Cukroveacute homole [online 2011-3-26] Dostupneacute z www lthttpjohnmadjackfullerhomesteadcomSugarloafhtmgt
64
MAKROMOLEKULAacuteRNIacute LAacuteTKY SYNTETICKEacute POLYMERY
Text zpracoval RNDr Josef Husaacuterek PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
11 Zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace polymerů
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů 131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
21 Polymerace
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
22 Polykondenzace
23 Polyadice
3 Užitiacute plastů
31 Recyklace odpadů z plastů
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
65
1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
Přiacuterodniacute materiaacutely jako je napřiacuteklad dřevo bavlna vlna kůže a slonovina
použiacutevali lideacute po tisiacutece let Teprve s rozvojem vědy a s naacutestupem moderniacutech
analytickyacutech metod se začali lideacute zajiacutemat o strukturu těchto materiaacutelů a snažili se tyto
dary přiacuterody nahradit podobnyacutemi materiaacutely ktereacute budou miacutet srovnatelneacute užitneacute
vlastnosti Kolem roku 1907 se podařilo Baekelandovi synteticky vyrobit prvniacute umělyacute polymer
kteryacute byl pojmenovaacuten jako bakelit a kteryacute vzaacutepětiacute nalezl vyacuteznamneacute technickeacute využitiacute v elektrotechnice
jako izolant Po dobu naacutesledujiacuteciacutech desetiletiacute se polymery staly středem zaacutejmu mnoha chemiků kteřiacute
připravili noveacute polymery na zaacutekladě synteacutezy malyacutech organickyacutech molekul
Velmi brzy se poznalo že syntetickeacute polymery svyacutemi vlastnostmi mohou
nahradit nejen přiacuterodniacute polymery ale často i materiaacutely kovoveacute keramiku i sklo
S ohledem na skutečnost že se syntetickeacute polymery vyraacutebějiacute z relativně levnyacutech
a dostupnyacutech surovin a že majiacute vyacutehodneacute chemickeacute fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti
vysokou staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute našly využitiacute zejmeacutena
ve stavebnictviacute v elektrotechnice v automobiloveacutem a textilniacutem průmyslu na vyacuterobu
předmětů běžneacute spotřeby obalů lepidel laků a naacutetěrovyacutech hmot Nutno
poznamenat že zmiacuteněnaacute staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute nutiacute
v současneacute době společnost k zodpovědnějšiacutemu použiacutevaacuteniacute a recyklaci vyacuterobků
ze syntetickyacutech polymerů a takeacute k synteacuteze novyacutech typů materiaacutelů ktereacute se po sveacutem
komerčniacutem využitiacute stanou součaacutestiacute přiacuterodniacuteho cyklu a životniacute prostřediacute zatiacutežiacute jen
minimaacutelně
11 Zaacutekladniacute pojmy
Makromolekuly jsou molekuloveacute systeacutemy složeneacute z velkeacuteho počtu atomů
vaacutezanyacutech chemickyacutemi vazbami do dlouhyacutech řetězců Tyto řetězce tvořiacute pravidelně se
opakujiacuteciacute čaacutesti ktereacute nazyacutevaacuteme stavebniacute neboli monomerniacute jednotky Počet
stavebniacutech jednotek vaacutezanyacutech v makromolekule je zpravidla různyacute a uvaacutediacute se pomociacute
polymeračniacuteho stupně (n) kteryacute může miacutet hodnotu 10 až 106 Sloučeniny s niacutezkyacutem
polymeračniacutem stupněm (nlt10) se nazyacutevajiacute oligomery s vyššiacutem polymeračniacutem
stupněm (ngt10) to jsou polymery
66
12 Klasifikace polymerů
Polymery lze rozdělit podle několika kriteacuteriiacute
Podle sveacuteho původu na
a) přiacuterodniacute polymery ndash vznikajiacute v rostlinaacutech či v živočišnyacutech organismech složityacutemi
biochemickyacutemi procesy (např biacutelkoviny polysacharidy nukleoveacute kyseliny)
b) syntetickeacute polymery ndash vyraacutebějiacute se z jednoduchyacutech organickyacutech sloučenin
reakcemi při nichž se velkyacute počet molekul vyacutechoziacutech laacutetek spojuje
v makromolekulu (např polystyren polyethylen bakelit)
Syntetickeacute polymery rozdělujeme
bull podle typu chemickyacutech reakciacute kteryacutemi vznikajiacute na
a) polymery připraveneacute polymeraciacute
b) polymery připraveneacute polykondenzaciacute
c) polymery připraveneacute polyadiciacute
bull podle tvaru makromolekulaacuterniacuteho řetězce na polymery (Obr 1)
a) lineaacuterniacute b) rozvětveneacute
c) plošně zesiacuteťovaneacute
d) prostorově zesiacuteťovaneacute
bull podle struktury a fyzikaacutelniacutech kriteacuteriiacute na
a) termoplasty ndash zahřiacutevaacuteniacutem měknou staacutevajiacute se plastickyacutemi a mohou se opakovaně
tvarovat (např polyethylen polypropylen)
b) termosety ndash přechodně tvaacuterliveacute zahřiacutevaacuteniacutem se chemicky měniacute a tiacutem ztraacutecejiacute
plastičnost majiacute molekulu trojrozměrně zesiacuteťovanou jsou tvrdeacute netavitelneacute
a nerozpustneacute ve většině rozpouštědel (např bakelit)
c) elastomery ndash pružneacute uacutečinkem vnějšiacute siacutely se deformujiacute a poteacute opět zaujiacutemajiacute
původniacute tvar zahřiacutevaacuteniacutem měknou majiacute dlouheacute a velmi maacutelo propojeneacute řetězce
(např syntetickyacute kaučuk)
67
Obr 1 Znaacutezorněniacute makromolekulaacuterniacuteho řetězce polymeru
a) lineaacuterniacuteho b) rozvětveneacuteho c) plošně zesiacuteťovaneacuteho d) prostorově zesiacuteťovaneacuteho
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
Jak bylo již napsaacuteno v předešleacutem textu syntetickeacute polymery se sklaacutedajiacute
ze strukturně složityacutech makromolekul ktereacute většinou tvořiacute atomy uhliacuteku a vodiacuteku
Ve skeletu makromolekuly mohou byacutet takeacute přiacutetomny i jineacute prvky jako jsou napřiacuteklad
kysliacutek dusiacutek siacutera nebo křemiacutek Přiacutetomnost některeacuteho z těchto prvků může vyacuteznamně
ovlivnit vlastnosti syntetickeacuteho polymeru a jeho naacutesledneacute praktickeacute využitiacute
Pro lepšiacute pochopeniacute již tak složiteacute problematiky si nejprve vysvětliacuteme tři zaacutekladniacute
pojmy jako jsou monomer stavebniacute a strukturniacute jednotka
Monomer ndash vyacutechoziacute laacutetka jejiacutež molekuly se mohou spojovat v makromolekuly
Stavebniacute jednotka (mer monomerniacute jednotka) ndash pravidelně se opakujiacuteciacute čaacutest
makromolekuly kteraacute maacute staacutele stejneacute složeniacute
Strukturniacute jednotka ndash představuje nejjednoduššiacute uspořaacutedaacuteniacute stavebniacutech jednotek
ve struktuře makromolekuly
a) b)
c) d)
68
Některeacute makromolekulaacuterniacute laacutetky majiacute totožnou stavebniacute a strukturniacute jednotku
(např polyethylen Scheacutema 1) Tyto makromolekulaacuterniacute laacutetky nazyacutevaacuteme obecně jako
homopolymery Pokud se však strukturniacute jednotka makromolekulaacuterniacutech laacutetek sklaacutedaacute
z odlišnyacutech stavebniacutech jednotek pak se jednaacute o kopolymery (např butadien-
-styrenovyacute kaučuk Scheacutema 2)
Scheacutema 1
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky homopolymeru (polyethylen)
CH2 CH CH CH2 CHCH2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH n + n
buta-13-dien
monomer
styren
monomer
polymerace
n
stavebniacute jednotka stavebniacute jednotka
strukturniacute jednotkabutadien-styrenoveacuteho kaučuku
kopolymer Scheacutema 2
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky kopolymeru (butadien-styrenovyacute kaučuk) 132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
Vztah mezi chemickyacutem složeniacutem strukturou a vlastnostmi laacutetek platiacute jak
pro maleacute organickeacute molekuly tak i pro makromolekulaacuterniacute sloučeniny Jedniacutem
z činitelů ovlivňujiacuteciacutech vlastnosti polymerů je velikost makromolekul Polymery
ktereacute tvořiacute maleacute makromolekuly majiacute nižšiacute polymeračniacute stupeň (n) kratšiacute řetězec
a tiacutem i nižšiacute relativniacute molekulovou hmotnost Při běžneacute teplotě jsou kapalneacute lepkaveacute
rozpustneacute v organickyacutech rozpouštědlech Naopak čiacutem je řetězec delšiacute tiacutem maacute
polymer vyššiacute relativniacute molekulovou hmotnost je pevnějšiacute a leacutepe odolaacutevaacute
rozpouštědlům
CH2 CH2 CH2 CH2
polymeracen n
ethylen
monomer
stavebniacute i strukturniacutejednotka polyethylenu
homopolymer
69
Polymery obecně nejsou chemickaacute individua ale jsou to směsi obsahujiacuteciacute
makromolekuly různyacutech velikostiacute Tato vlastnost vede k pojmu bdquoprůměrnaacute relativniacute
molekulovaacute hmotnostldquo a v zaacutesadě vyjadřuje kvantitativně stupeň polymerace
Mnohem leacutepe tuto skutečnost popisuje tzv distribučniacute křivka kteraacute graficky
vyjadřuje distribuci (rozděleniacute) četnosti molekul s určitou konkreacutetniacute relativniacute
molekulovou hmotnostiacute v daneacute směsi Grafickeacute vyjaacutedřeniacute je na Obr 2
Obr 2 Distribučniacute křivka (převzato z [8])
1 - uacutezkaacute 2 - širokaacute distribučniacute křivka - průměrnaacute relativniacute molekulovaacute hmotnost
V praxi se snažiacuteme o přiacutepravu polymerů s uacutezkou distribučniacute křivkou protože takoveacute
polymery majiacute obvykle lepšiacute užitneacute vlastnosti
Tvar makromolekul určuje rozpustnost v polaacuterniacutech nebo nepolaacuterniacutech
rozpouštědlech a chovaacuteniacute polymeru za zvyacutešeneacute teploty Lineaacuterniacute polymery jsou
při vyššiacute teplotě měkkeacute a rozpustneacute ve většině organickyacutech rozpouštědel
Rozvětveneacute a prostorově zesiacuteťovaneacute polymery se zahřiacutevaacuteniacutem chemicky měniacute
ztraacutecejiacute plastičnost a majiacute omezenou rozpustnost Energie chemickeacute vazby mezi atomy prvků v řetězci patřiacute mezi dalšiacute
vyacuteznamneacute činitele ktereacute určujiacute vlastnosti a použitelnost polymerů Pokud jsou vazby
mezi atomy v řetězci makromolekuly pevneacute energie těchto chemickyacutech vazeb bude
vysokaacute a polymer bude stabilniacute Přiacutekladem mohou byacutet silikony u kteryacutech se
pravidelně střiacutedajiacute v řetězci atomy křemiacuteku a kysliacuteku (Obr 3 energie vazby SindashO je
4441 kJmol) V důsledku vysokeacute energie vazby SindashO budou staacutelejšiacute na rozdiacutel od
70
polymerů složenyacutech jen z atomů uhliacuteku u kteryacutech energie chemickeacute vazby dosahuje
mnohem nižšiacute hodnoty (energie vazby CndashC je 3478 kJmol) Silikony majiacute dobreacute
elektroizolačniacute vlastnosti odolaacutevajiacute extreacutemně vysokyacutem i niacutezkyacutem teplotaacutem a takeacute jsou
vodou nesmaacutečiveacute Těchto vlastnostiacute se využiacutevaacute k vyacuterobě mazaciacutech olejů vazeliacuten
past pro uacutedržbu strojů nebo takeacute k vyacuterobě impregnačniacutech či leštiacuteciacutech přiacutepravků pro
uacutepravu povrchu obuvi sportovniacuteho oblečeniacute karoseacuterie aut apod
Obr 3 Strukturniacute jednotka silikonů
(R = organickyacute uhlovodiacutekovyacute zbytek např ndashCH3 ndashC2H5)
Mezi řetězci makromolekul mohou rovněž působit mezimolekulaacuterniacute siacutely
Přiacutekladem jsou vodiacutekoveacute můstky prostřednictviacutem kteryacutech se zvyšuje soudružnost
polymeru pevnost teplota taacuteniacute nebo odolnost proti rozpouštědlům Vodiacutekoveacute můstky
se nachaacutezejiacute napřiacuteklad u polyamidů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
Chemickeacute reakce kteryacutemi vznikajiacute syntetickeacute polymery se nazyacutevajiacute polyreakce
Podle průběhu se dajiacute dělit na řetězoveacute při kteryacutech dochaacuteziacute k postupneacutemu spojovaacuteniacute
molekul monomerů v dlouheacute řetězce a na stupňoviteacute u kteryacutech se monomery
nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky a ty se pak vzaacutejemně spojujiacute ve velkeacute
makromolekuly V praxi se polyreakce děliacute na polymerace polykondenzace
a polyadice
21 Polymerace
Polymerace je chemickaacute reakce při niacutež se velkyacute počet molekul monomeru
spojuje v makromolekulu syntetickeacuteho polymeru přičemž nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute
produkt Pokud se polyreakce zuacutečastňuje pouze jeden typ monomeru pak hovořiacuteme
o homopolymeraci Naopak kopolymeraciacute se rozumiacute takoveacute polymerace
O Si O Si O
R R
R Rn
71
CH2 CH2 CH2 CH2 n n
při kteryacutech reagujiacute dva a viacutece různyacutech monomerů V obou přiacutepadech je nutneacute
aby vyacutechoziacute laacutetky (monomery) měly přiacutetomnu alespoň jednu dvojnou vazbu
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
Polyethylen
bull zkratka PE
bull Piktogram (bdquorecyklovatelnyacute materiaacutelldquo)
HDPE LDPE
(vysokohustotniacute PE) (niacutezkohustotniacute PE)
(high density PE) (low density PE)
bull vlastnosti biacutelaacute poloprůsvitnaacute na dotek matnaacute pružnaacute a houževnataacute laacutetka
maacute vynikajiacuteciacute elektroizolačniacute vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute
tvarovat na požadovaneacute vyacuterobky
bull použitiacute obaly na potraviny foacutelie naacutedobiacute hračky lahve na chemikaacutelie hadice
izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute na vyacuterobu umělyacutech ceacutev aj
bull monomer ethen (ethylen)
Scheacutema 3 Polymerace ethenu
Polypropylen
bull zkratka PP
bull piktogram
bull vlastnosti podobneacute jako u PE je však pevnějšiacute odolnyacute teplotaacutem do 160 degC
bull použitiacute obalovyacute materiaacutel naacutedobiacute izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute
na vyacuterobu injekčniacutech střiacutekaček a předmětů ktereacute se dajiacute při teplotaacutech nad 60 degC
sterilizovat (zbavovat choroboplodnyacutech zaacuterodků) na vyacuterobu vlaacuteken do provazů
a lan aj
bull monomer propen (propylen)
72
Scheacutema 4
Polymerace propenu Poly(vinylchlorid)
bull zkratka PVC
bull piktogram PVC
bull vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute dobře tepelně tvarovat (měkne při
80degC) odolnyacute vůči kyselinaacutem i hydroxidům
bull použitiacute neměkčenyacute PVC (tzv Novodur) se použiacutevaacute na vyacuterobu vodovodniacutech
trubek tyčiacute či desek měkčenyacute PVC (tzv Novoplast) na vyacuterobu igelitu foacuteliiacute plaacutešťů
do deště hraček filmů ubrusů lahviacute umělyacutech kožešin aj
bull monomer vinylchlorid
Scheacutema 5
Polymerace vinylchloridu
Polystyren
bull zkratka PS
bull piktogram
bull vlastnosti tvrdyacute pevnyacute ale křehkyacute odolaacutevaacute kyselinaacutem a zaacutesadaacutem termoplast
rozpustnyacute v organickyacutech rozpouštědlech (aldehydy ketony benziacuten) zvukovyacute
a niacutezkoteplotniacute izolaacutetor
HC CH2 CH CH2
CH3CH3
n n
HC CH2 CH CH2
Cl Cl
n n
73
bull použitiacute na vyacuterobu spotřebniacuteho zbožiacute obalů hřebenů misek lžiček keliacutemků
od jogurtů pěnovyacute PS jako tepelnyacute popř izolačniacute materiaacutel ve stavebnictviacute
a chladiacuterenstviacute aj
bull monomer styren (vinylbenzen)
Scheacutema 6
Polymerace styrenu Poly(tetrafluoretylen)
bull zkratka PTFE
bull obchodniacute naacutezev Teflon
bull vlastnosti nehořlavyacute nejedovatyacute termoplast chemicky velmi odolnyacute (odolaacutevaacute
i horkeacute lučavce kraacutelovskeacute)
bull použitiacute speciaacutelniacute laboratorniacute technika kostniacute naacutehrady v chirurgii kuchyňskeacute
naacutedobiacute aj
bull monomer tetrafluorethen (tetrafluorethylen)
Scheacutema 7
Polymerace tetrafluorethenu Polybutadienovyacute kaučuk
bull zkratka BR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Buna
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik
HC CH2 CH CH2 n n
F2C CF2 CF2 CF2 n n
74
bull monomer buta-13-dien
bull patřiacute do skupiny syntetickyacutech kaučuků vyraacutebiacute se polymeraciacute konjugovanyacutech
dienů u kteryacutech se v molekule pravidelně střiacutedaacute jednoduchaacute a dvojnaacute vazba
bull syntetickeacute kaučuky jsou zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu pryžiacute nespraacutevně
označovanyacutech jako guma pryž vznikaacute z kaučuku vulkanizaciacute což je děj
při ktereacutem za tepla a v přiacutetomnosti vulkanizačniacuteho činidla (siacutera sirneacute sloučeniny)
dojde ke vzniku polysulfidickyacutech můstků mezi makromolekulami kaučuku
a k tvorbě řiacutedkeacute trojrozměrneacute polymeračniacute siacutetě čiacutem deacutele vulkanizace probiacutehaacute
tiacutem viacutece můstků vznikaacute vyacuteslednaacute pryž je tvrdšiacute a odolnějšiacute proti staacuternutiacute vlivem
vzdušneacute oxidace viz Obr 4
Scheacutema 8
Polymerace buta-13-dienu
Obr 4 Zesiacuteťovanaacute struktura vulkanizovaneacuteho kaučuku (x = 2-6)
bull přiacuterodniacute pryž se vyraacutebiacute vulkanizaciacute krepy kteraacute vznikaacute opakovanyacutem sušeniacutem
a vodniacutem louženiacutem sraženiny z latexoveacuteho mleacuteka a kyseliny mravenčiacute zdrojem
latexoveacuteho mleacuteka je tropickyacute strom Kaučukovniacutek brazilskyacute (Obr 5)
bull po chemickeacute straacutence odpoviacutedaacute přiacuterodniacute kaučuk z kaučukovniacuteku polyisoprenu
v cis-konfiguraci (Obr 6)
CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2nn
CH CH2
S
S
CH2 CH
CH CH2
S
CH2 CH
x
x
x
75
CH2
C C
H3C H
H2C
n
CH2
C C
H3C
HH2C
n
bull Gutaperča je rovněž přiacuterodniacute materiaacutel pochaacutezejiacuteciacute ze stromu Palaquium gutta
chemicky se jednaacute o praktickyacute čistyacute trans-izomer polyisoprenu (Obr 7) kteryacute maacute
mnohem menšiacute pružnost než kaučuk
Obr 5 Odkapaacutevajiacuteciacute latexoveacute mleacuteko z dřeviny kaučukovniacuteku (převzato z [13])
Obr 6 Strukturniacute jednotka přiacuterodniacuteho kaučuku (cis-izomer)
Obr 7 Strukturniacute jednotka gutaperči (trans-izomer)
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
Polymerace ktereacute se uacutečastniacute dva nebo viacutece různyacutech monomerů s naacutesobnou
vazbou označujeme jako kopolymerace Mezi polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
bychom mohli zařadit velkou skupinu laacutetek u kteryacutech vyacuteslednyacute makromolekulaacuterniacute
řetězec obsahuje stavebniacute jednotky obou monomerů v různeacutem pořadiacute nebo poměru
76
Dajiacute se tak vyrobit různeacute syntetickeacute kaučuky (butadien-styrenovyacute kaučuk butadien-
-akrylonitrilovyacute kaučuk aj) s vhodnyacutemi mechanickyacutemi vlastnostmi jako jsou např
pevnost a pružnost
Butadien-styrenovyacute kaučuk
bull zkratka SBR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Kralex Buna S
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik latexů (naacutetěroveacute a spojovaciacute hmoty)
bull monomery buta-13-dien styren (viz Scheacutema 2)
22 Polykondenzace
Polykondenzace je polyreakce při ktereacute dochaacuteziacute k reakci molekul dvou různyacutech
monomerů z nichž každyacute obsahuje nejmeacuteně dvě reaktivniacute funkčniacute skupiny
(např ndashOH) Na rozdiacutel od polymerace maacute stupňovityacute průběh při ktereacutem se
monomery nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky ktereacute se pak vzaacutejemně spojujiacute
v obrovskeacute makromolekuly Ve vyacuterobniacute praxi to představuje značnou vyacutehodu neboť
tak můžeme z reakčniacute směsi kdykoliv izolovat makromolekuly s různou deacutelkou
řetězce a tiacutem i s různyacutemi fyzikaacutelniacutemi vlastnostmi Stupňoviteacute polykondenzačniacute reakce
se od řetězovyacutech polymeračniacutech reakciacute lišiacute i z termodynamickeacuteho hlediska jsou to
obvykle endotermickeacute děje u kteryacutech musiacuteme do reakčniacute soustavy dodaacutevat teplo
Na rozdiacutel od polymerace vznikaacute při polykondenzaci vždy vedlejšiacute produkt jako je
nejčastěji voda amoniak nebo chlorovodiacutek
Mezi polymery vznikajiacuteciacute polykondenzaciacute patřiacute napřiacuteklad polyestery polyamidy
fenolformaldehydoveacute a močovinoformaldehydoveacute pryskyřice
Polyestery se vyraacutebějiacute z dvojsytnyacutech alkoholů a dikarboxylovyacutech kyselin
Použiacutevajiacute se k vyacuterobě textilniacutech materiaacutelů (např tesil terylen) nejčastěji ve směsi
s přiacuterodniacutemi vlaacutekny (vlna bavlna) Tyto materiaacutely jsou pevneacute pružneacute nemačkaveacute
rychle schnouciacute a odolneacute vůči molům i pliacutesniacutem Nevyacutehodou je jejich hořlavost
schopnost nabiacutejet se statickou elektřinou a malaacute schopnost pohlcovat pot
77
Z polyesterů se rovněž zhotovujiacute lana fotografickeacute filmy nebo plastoveacute lahve (PET
Scheacutema 9) Vyacuteznamneacute jsou i polyesteroveacute sklolaminaacutety (polyesteroveacute pryskyřice
vyztuženeacute skelnyacutemi vlaacutekny) neboť majiacute velkou pevnost dobreacute elektroizolačniacute
vlastnosti a odolaacutevajiacute chemikaacuteliiacutem Použiacutevajiacute se k vyacuterobě automobilovyacutech karoseacuteriiacute
letadel střešniacutech krytin potrubiacute v chemickyacutech provozech aj
CH2 CH2 OHHO COOHHOOC
O CH2 CH2 O OC CO
n + n
ethan-12-diol tereftalovaacute kyselina
polykondenzace
poly(ethylen-tereftalaacutet)PET
polyesterifikace
polykondenzace
polyesterifikaceH2O +
n
(2n-1)
Scheacutema 9
Polykondenzace ethan-12-diolu a tereftaloveacute kyseliny Polyamidy jsou dalšiacute vyacuteznamneacute polykondenzaacutety Připravujiacute se polykondenzaciacute
diaminů s dikarboxylovyacutemi kyselinami (např polykondenzaacutet Nylon) nebo polymeraciacute
cyklickyacutech amidů (např polykondenzaacutet Silon na jeho přiacutepravě se podiacutelel slavnyacute
českyacute chemik Otto Wichterle kteryacute je viacutece znaacutem v souvislosti s objevem měkkyacutech
kontaktniacutech očniacutech čoček) Molekuly polyamidů obsahujiacute peptidickou vazbu (Obr 8)
kteraacute se v řetězciacutech pravidelně opakuje tudiacutež můžeme tyto laacutetky považovat za
syntetickou obdobu biacutelkovin
Obr 8 Peptidickaacute vazba
C
O
NH
78
Materiaacutely z polyamidů jsou velmi pevneacute tvrdeacute a maacutelo se opotřebovaacutevajiacute Pro tyto
vlastnosti se použiacutevajiacute k vyacuterobě ozubenyacutech kol a ložisek daacutele k vyacuterobě textilniacutech
vlaacuteken užitkovyacutech předmětů foacuteliiacute aj
Fenolformaldehydoveacute pryskyřice (fenoplasty) jsou ze všech plastů nejdeacutele
znaacutemeacute V roce 1907 připravil L H Baekeland prvniacute fenoplast kondenzaciacute fenolu
s formaldehydem Uvedenaacute polykondenzace může probiacutehat v kyseleacutem i zaacutesaditeacutem
prostřediacute V přiacutepadě kyseleacuteho prostřediacute vznikaacute lineaacuterniacute polykondenzaacutet kteryacute se
nazyacutevaacute Novolak (Scheacutema 10) Je to termoplast kteryacute je rozpustnyacute v řadě
organickyacutech rozpouštědel a použiacutevaacute se k vyacuterobě naacutetěrovyacutech hmot a lepidel
Uskutečniacute-li se kondenzace v zaacutesaditeacutem prostřediacute bude konečnyacutem produktem
nerozpustnaacute a netavitelnaacute pryskyřice znaacutemaacute pod obchodniacutem naacutezvem Bakelit (maacute již
hustě zesiacuteťovanou strukturu) Použiacutevaacute se na vyacuterobu spotřebniacuteho materiaacutelu
a předevšiacutem v elektrotechnice
OH
C
O
H HOH
CH2n
fenol
polykondenzace
H+n H2O +
n
+ n
formaldehyd novolak
Scheacutema 10
Polykondenzace fenolu a formaldehydu
Močovinoformaldehydoveacute pryskyřice (aminoplasty) vznikajiacute polykondenzaciacute
močoviny nebo jejiacutech derivaacutetů s formaldehydem Jsou to bezbarveacute laacutetky ktereacute se dajiacute
libovolně barvit a proto se hojně využiacutevajiacute k vyacuterobě spotřebniacuteho zbožiacute naacutetěrovyacutech
laacutetek tmelů lepidel elektrotechnickyacutech vyacuterobků k obklaacutedaacuteniacute naacutebytku aj V praxi jsou
znaacutemy např pod naacutezvem Umakart (horniacute vrstva)
79
C
O
C
O
H HH2N NH2
C
O
H2N NH2H N CH2
OC
H N CH2
N H
OC
N H
n +polykondenzace
H2O ++
formaldehydmočovinoformaldehydovaacute pryskyřice
močovina n
2 n 2 n
Scheacutema 11
Polykondenzace močoviny a formaldehydu
23 Polyadice
Polyadice je polyreakciacute molekul dvou různyacutech monomerů ktereacute obsahujiacute
odlišnou reaktivniacute funkčniacute skupinu Jeden z monomerů musiacute obsahovat takovou
funkčniacute skupinu kteraacute obsahuje slabě kyselyacute vodiacutek (např ndashOH) kteryacute může
naacutesledně uvolnit Tento vodiacutek se přesune na druhyacute monomer což umožniacute spojeniacute
obou monomerů v jeden celek Polyadice mohou miacutet řetězovyacute i stupňovityacute průběh
při ktereacutem nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute produkt Polyadici si ukaacutežeme na synteacuteze
polyurethanu (Scheacutema 12) Polyurethany jsou materiaacutely lehkeacute a pevneacute použiacutevajiacuteciacute se
k vyacuterobě syntetickyacutech vlaacuteken molitanu naacutehražek kůžiacute a lepidel
Scheacutema 12
Polyadice butan-14-diolu a hexamethylendiisokyanaacutetu
OHO
O O CO CO
(CH2)4 O C N (CH2)6 N C O
(CH2)4 NH (CH2)6 NH
n + n
butan-14-diol hexamethylendiisokyanaacutet
polyadice
polyurethanPUR
n
H
polyadice
80
3 Užitiacute plastů Plasty představujiacute početnou a staacutele se rozšiřujiacuteciacute skupinu materiaacutelů jejichž
podstatu tvořiacute syntetickeacute polymery V zaacutejmu zlepšeniacute některyacutech vlastnostiacute plastů se
k zaacutekladniacutem syntetickyacutem polymerům přidaacutevajiacute různeacute přiacutesady jako jsou pigmenty
(obarvujiacute plasty) stabilizaacutetory (zvyšujiacute životnost plastů) nebo změkčovadla (zlepšujiacute
mechanickeacute vlastnosti plastů)
Jednou z oblastiacute kde plasty zaujiacutemajiacute teacuteměř monopolniacute postaveniacute a doprovaacuteziacute
denně život každeacuteho z naacutes je obalovaacute technika Tyto obaly z plastů postupně
vytlačily klasickeacute materiaacutely jako jsou napřiacuteklad sklo nebo papiacuter Největšiacute uplatněniacute
v tomto smyslu našly polyethylen (PE) polypropylen (PP) polystyren (PS)
poly(ethylen-tereftalaacutet) (PET) a poly(vinylchlorid) (PVC) diacuteky svyacutem zejmeacutena
mechanickyacutem vlastnostem nebo odolnosti k vodě či mikroorganismům Nutno
poznamenat že vyacuterobky z těchto polymerů majiacute tzv kraacutetkyacute životniacute cyklus a staacutevajiacute se
nevyacutehodneacute v okamžiku kdy dosloužiacute Proto jsme staacutele naleacutehavěji nabaacutedaacuteni
k důsledneacutemu třiacuteděniacute odpadů mezi ktereacute vyacuterobky z plastů neodmyslitelně patřiacute
31 Recyklace odpadů z plastů
Recyklaciacute se v tomto slova smyslu rozumiacute vraacuteceniacute plastoveacuteho odpadu
do procesu ve ktereacutem vznikl Lze ji považovat za strategii kteraacute opětovnyacutem
využiacutevaacuteniacutem odpadů šetřiacute přiacuterodniacute zdroje a současně omezuje zatěžovaacuteniacute prostřediacute
škodlivinami Recyklace polymerniacuteho odpadu je dosud v Českeacute republice jen
na niacutezkeacute uacuterovni Uvaacutediacute se že se v současneacute době recykluje něco maacutelo přes 20
vyrobenyacutech plastů Většina polymerniacuteho odpadu tak končiacute na sklaacutedkaacutech kde může
přežiacutevat desetiletiacute bez podstatnyacutech změn Proti teacuteto nelichotiveacute statistice bojujiacute nejen
ekologickaacute hnutiacute ale i uacuteřady ktereacute majiacute danou problematiku v naacuteplni praacutece Pro tyto
uacutečely byla vyrobena řada televizniacutech upoutaacutevek informativniacutech letaacuteků nebo
uspořaacutedaacuteny různeacute soutěže pro žaacuteky a studenty škol ktereacute majiacute oslovit a předevšiacutem
naučit společnost jak naklaacutedat nejen s polymerniacutemi odpady
81
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
Plastoveacute odpady patřiacute do kontejneru žluteacute barvy (Obr 9) Pojmem bdquoplastoveacute
odpadyldquo v tomto přiacutepadě mysliacuteme PET lahve od naacutepojů keliacutemky plastoveacute tašky
saacutečky foacutelie obaly od praciacutech čisticiacutech a kosmetickyacutech přiacutepravků obaly od CD disků
pěnovyacute polystyren a dalšiacute vyacuterobky z plastů (je třeba sledovat naacutelepky na žlutyacutech
kontejnerech neboť zaacuteležiacute na podmiacutenkaacutech a technickeacutem vybaveniacute třiacutediciacutech linek
ve vašem městě) PET lahve se do kontejneru daacutevajiacute sešlaacutepnuteacute s utaacutehnutyacutem viacutečkem
a etiketou (ta bude odstraněna při dotřiacuteďovaacuteniacute) Plastoveacute lahve nesmiacute byacutet v žaacutedneacutem
přiacutepadě znečištěneacute Pokud chceme vytřiacutedit keliacutemky od potravin (např od jogurtů)
nemusiacuteme je vymyacutevat stačiacute jen jejich obsah vyškraacutebnout lžičkou (keliacutemky jsou
vymyacutevaacuteny až při naacutesledneacutem dotřiacuteďovaacuteniacute)
Do kontejnerů na plasty nepatřiacute novoduroveacute trubky guma molitan textil
z umělyacutech vlaacuteken linolea pneumatiky a obaly od nebezpečnyacutech laacutetek
(od motoroveacuteho oleje chemikaacuteliiacute barev)
Průměrnaacute českaacute domaacutecnost vyhodiacute za rok asi 150-200 kg odpadů Pokud
odpady třiacutediacuteme a daacutevaacuteme je do barevnyacutech kontejnerů (žlutyacute kontejner na plasty biacutelyacute
a zelenyacute na sklo modryacute na papiacuter oranžovyacute na naacutepojoveacute kartony) umožniacuteme tak
recyklaci viacutece než třetiny tohoto množstviacute Za rok tak lze vytřiacutedit až 30 kg papiacuteru
25 kg plastů a 15 kg skla
Obr 9 Kontejner na plasty (převzato z [14])
Recyklovaneacute plasty sloužiacute k vyacuterobě napřiacuteklad izolačniacutech tvaacuternic řady stavebniacutech
a zahradniacutech prvků (ploty zatravňovaciacute dlažba protihlukoveacute zaacutebrany či zahradniacute
komposteacutery) fleesovyacutech oděvů z PET (sportovniacute dresy naacutekupniacute tašky aj) pytlů
koberců a spousty dalšiacutech vyacuterobků (Obr 10)
82
a) fleesovyacute oděv b) taška c) sportovniacute dres
Obr 10 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů (a-c převzato z [1415])
Nadějiacute do budoucna jsou tzv biodegradovatelneacute (biologicky rozložitelneacute)
polymery Tyto materiaacutely se mohou ve vhodneacutem prostřediacute vlivem mikroorganismů
rozložit až na vodu a oxid uhličityacute popřiacutepadě na jineacute ekologicky přijatelneacute produkty
V současneacute době se vyraacutebiacute několik syntetickyacutech polymerů ktereacute splňujiacute kriteacuteria
biodegradovatelnosti K nejvyacuteznamnějšiacutem patřiacute kyselina polymleacutečnaacute (PLA) využiacutevanaacute
na vyacuterobu leacutekařskyacutech nitiacute ktereacute se v organismu pacienta samy časem rozložiacute
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Problematika makromolekulaacuterniacutech laacutetek a předevšiacutem syntetickyacutech polymerů nepatřiacute u studentů
gymnaacuteziiacute mezi přiacuteliš obliacutebeneacute pasaacuteže ve vyacuteuce chemie Pro tyto uacutečely vznikl tento text kteryacute maacute
shrnout nejzaacutekladnějšiacute poznatky z teacuteto problematiky a takeacute posloužit jako doprovodnyacute text k tematicky
vytvořeneacute powerpointoveacute prezentaci
Nutno poznamenat že oba dokumenty nemajiacute za uacutekol omezit tvůrčiacute přiacutestup učitele chemie
ve vyacutekladu zpracovaneacute laacutetky naopak je viacutetaacutena jakaacutekoliv improvizace v metodickeacutem či jejiacutem
obsahoveacutem pojetiacute Předevšiacutem by se měl učitel chemie opřiacutet o již zavedeneacute kurikulum ve vzdělaacutevaciacute
oblasti Člověk a přiacuteroda a přizpůsobit vyacuteuku konkreacutetniacutemu učebniacutemu plaacutenu chemie a takeacute ŠVP
gymnaacutezia
Vzhledem k tomu že teacutema plastů je nediacutelnou součaacutestiacute environmentaacutelniacute vyacutechovy
kteraacute se v raacutemci RVP pro gymnaacutezia stala vyacuteznamnyacutem průřezovyacutem teacutematem doporučuje se
vysvětlovat laacutetku v kontextu přiacuterodovědnyacutech i společenskovědniacutech oborů Je tudiacutež žaacutedouciacute aby
studentům nebyly poskytnuty pouze odborneacute informace o chemii plastů ale takeacute fakta souvisejiacuteciacute
s problematikou odpadů jejich třiacuteděniacutem a s opakovanyacutem využitiacutem recyklovatelnyacutech plastů Z tohoto
důvodu se doporučuje využiacutet formy projektoveacute vyacuteuky Projekt může byacutet realizovaacuten v raacutemci jedneacute třiacutedy
83
nebo viacutece třiacuted gymnaacutezia Teacutematem projektu může byacutet napřiacuteklad historie plastů plasty v životě
moderniacuteho člověka bdquoWichterleholdquo kontaktniacute čočky vliv plastů na životniacute prostřediacute plasty jako
konstrukčniacute materiaacutel aneb vyacuterobky z plastoveacuteho odpadu spraacutevneacute třiacuteděniacute odpadů jak se obejiacutet bez
obalů aj Uacutekolem projektu je vytvořeniacute posteru či prezentace kteraacute je společnyacutem diacutelem každeacute
řešitelskeacute skupiny Uacutespěšnaacute realizace takoveacuteho projektu zaacutevisiacute na kreativitě naacutepadech aktivniacute
spolupraacuteci studentů chuti pracovat a spolupodiacutelet se na teacutematu nejen ve vyučovaacuteniacute ale i formou
domaacuteciacute praacutece Rovněž je zapotřebiacute využitiacute školniacute knihovny a internetu učebny popřiacutepadě laboratoře
chemie a takeacute spolupraacutece s vedeniacutem školy i s učiteli fyziky biologie (ekologie) vyacutetvarneacute vyacutechovy aj
Poznaacutemka autora textu k naacutezvům polymerniacutech laacutetek bdquoMezinaacuterodniacute unie pro čistou a aplikovanou
chemii IUPAC nevydaacutevaacute přiacutekazy ani jinaacute praacutevně zaacutevaznaacute nařiacutezeniacute ale jen doporučeniacute jak tvořit
systematickeacute naacutezvy laacutetek včetně polymerů Chemickaacute veřejnost se může rozhodnout zda se bude či
nebude těmito doporučeniacutemi řiacutedit Nomenklaturniacute doporučeniacute IUPAC pro oblast polymerů respektujiacute
skutečnost že polymery jsou běžně pojmenovaacutevaacuteny jednak na zaacutekladě monomerů
ze kteryacutech jsou připravovaacuteny a jednak na zaacutekladě konstitučniacutech skupin obsaženyacutech v jejich
makromolekulaacutech V mnoha přiacutepadech jsou naacutezvy bez kulatyacutech zaacutevorek nepřiacutepustneacute Kulateacute zaacutevorky
se použiacutevajiacute v naacutezvech předevšiacutem k odděleniacute čaacutesti naacutezvu se specifickyacutemi strukturniacutemi znaky aby se
struktura vyjaacutedřila co nejsrozumitelněji Doporučuji čtenaacuteřům tohoto textu prostudovat publikaci autorů
Fikr J a Kahovec J (ref 11) ve ktereacute je stručně a přehledně vysvětleno tvořeniacute naacutezvů organickyacutech
sloučenin i polymerůldquo
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Prokopovaacute I Makromolekulaacuterniacute chemie VŠCHT Praha 2007
2 Duchaacuteček V Prokopovaacute I Dobiaacuteš J Bicheze 15 21 (2006)
3 Duchaacuteček V Bicheze 14 22 (2005)
4 Duchaacuteček V Bicheze 13 232 (2004)
5 Deviacutensky F a kol Organickaacute cheacutemia pre farmaceutov OSVETA Martin 2001
6 Blažek J Fabini J Chemie pro studijniacute obory SOŠ a SOU nechemickeacuteho
zaměřeniacute SPN Praha 1999
7 Duchaacuteček V Zaacutekladniacute pojmy z chemie a technologie polymerů jejich
mezinaacuterodniacute zkratky a obchodniacute naacutezvy VŠCHT Praha 1996
8 Naacutelepa K Stručneacute zaacuteklady chemie a fyziky polymerů UP Olomouc 1993
9 Vaciacutek J a kol Přehled středoškolskeacute chemie SPN Praha 1993
10 Čaacutersky J a kol Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute SPN Praha 1986
11 Fikr J Kahovec J Naacutezvosloviacute organickeacute chemie (3 vyd) Rubico Olomouc
2008
84
Internetoveacute odkazy 12 Šulcovaacute R Přiacuterodovědneacute projekty [online 2011-04-15] Dostupneacute z www
lthttprenasulcovaswebczprirodovedne_projektyPrirodovedne_projektypdfgt
13 Surovyacute kaučuk odkapaacutevajiacuteciacute z kaučukovniacuteku [online 2011-04-11]
Dostupneacute z www
lthttpuploadwikimediaorgwikipediacommonsthumbbb3Latex_drippingJPG
220px-Latex_drippingJPGgt
14 Kontejner na plasty Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08]
Dostupneacute z www lthttpwwwjaktriditczgt
15 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08] Dostupneacute z www
lthttpimgaktualnecentrumcz320303203037-dres-z-pet-lahvijpggt
16 Vohliacutedal J Proč a jak spraacutevně nazyacutevat polymery [online 2012-10-28]
Dostupneacute z www lthttpwwwnaturcunicz~vohlidalmchNazvypolymerudocgt
85
VYacuteBUŠNINY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc Osnova 1 Uacutevod do problematiky vyacutebušnin
11 Historie zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace vyacutebušnin
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin
21 Nitrace
22 Trhaviny
23 Střeliviny
24 Třaskaviny
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Uacutevod 11 Historie zaacutekladniacute pojmy
Vyacutebušniny definujeme obecně jako laacutetky ktereacute jsou schopny velmi rychleacute
(explozivniacute) přeměny během zlomku sekundy Při vyacutebuchu probiacutehaacute chemickaacute reakce
(rozklad laacutetky) a uvolňuje se přitom zpravidla velkeacute množstviacute tepla a různyacutech plynů
(např N2 CO CO2 H2O O2 HCl SO2 aj)
Z historie je znaacutemo že až do konce 80 let 19 stol byl jedinou vyacuteznamnou
vyacutebušninou tzv černyacute střelnyacute prach Jde o jemnou směs draselneacuteho ledku siacutery a
dřevneacuteho uhliacute při explozi probiacutehaacute reakce (zjednodušeno)
2 KNO3 + S + 3 C rarr K2S + N2 + 3 CO2
Vyacuteznamnyacutem mezniacutekem pro vyacuterobu vyacutebušnin byl objev nitračniacutech reakciacute
nitrosloučeniny však byly vesměs velmi nestabilniacute a jejich vyacuteroba i distribuce velmi
problematickaacute (např nitroglycerin snadno nečekaně exploduje i naacuterazem)
Převratnyacutem rokem ve vyacuterobě vyacutebušnin ve velkeacutem byl až r 1869 kdy šveacutedskyacute chemik
Alfreacuted Nobel (zakladatel znaacutemeacute Nobelovy nadace) vyřešil probleacutem stabilizace
nitroglycerinu jeho nasaacuteknutiacutem do vhodneacuteho nosiče (křemelina) Takto upravenyacute
nitroglycerin pak exploduje až po vhodneacute iniciaci např roznětkou Ohromnyacute rozvoj
průmyslu vyacutebušnin nastal v obdobiacute prvniacute a zejmeacutena pak druheacute světoveacute vaacutelky
Každaacute vyacutebušnina je charakterizovaacutena řadou fyzikaacutelně-chemickyacutech parametrů
Mezi nejdůležitějšiacute patřiacute
a) Detonačniacute rychlost v - u běžně použiacutevanyacutech laacutetek ve vojenstviacute byacutevaacute v rozmeziacute
6000ndash8000 ms u průmyslovyacutech trhavin do 5000 ms
b) Uvolněnaacute energie při vyacutebuchu Q ndash s hodnotami dnes většinou nad 900 kcalkg
Např pro vyacuteše uvedenyacute černyacute střelnyacute prach jsou tyto hodnoty v = 400 ms Q = 600-800kcalkg
Mezi zaacutekladniacute požadavky na komerčně vyraacuteběneacute vyacutebušniny patřiacute daacutele fyzikaacutelniacute i chemickaacute stabilita
(staacutelost v teplotniacutem rozmeziacute -30 až +40ordmC) necitlivost k vnějšiacutem podnětům (bezpečnost při
zachaacutezeniacute) dostupnostcena vyacutechoziacutech laacutetek potřebnyacutech k vyacuterobě a bezpečnost vyacuteroby
___________ Přesnějšiacute reakce vyacutebuchu dle Bertholeta 16 KNO3 + 6 S + 13 C rarr 5 K2SO4 + 2 K2CO3 + K2S + 8 N2 + 11CO2
Je-li v lt 330 ms (rychlost zvuku) jde o tzv deflagraci
při v gt 330 ms se pak jednaacute o detonaci
87
12 Klasifikace vyacutebušnin
Vyacutebušniny lze dělit podle různyacutech hledisek
I Podle způsobu použitiacute
a) Trhaviny (maacutelo citliveacute k vyacutebuchu je nutnaacute roznětka) ndash např dynamit
b) Střeliviny (prachy k vyacutestřelu střely z hlavně) ndash např bezdyacutemyacute prach
c) Třaskaviny (citliveacute na naacuteraz jiskru užitiacute jako rozbušky) ndash např azidy
II Podle chemickeacuteho složeniacute
Chemickaacute individua
a) Nitrosloučeniny (obsahujiacute R3C-NO2) ndash např trinitrotoluen TNT
b) Estery HNO3 (s alkoholy R3C-O-NO2) ndash např nitroglycerin
c) Nitraminy (obsahujiacute R2N-NO2) ndash např hexogen
d) Vyacutebušneacute soli kyselin ndash např od HNO3 HClO3 HClO4
e) Sloučeniny azoimidu (obsahujiacute skupinu N3-) ndash např AgN3
f) Ostatniacute (acetylidy fulminaacutety aj)
Směsi (např amatoly TNT + NH4NO3 + hexogen)
III Dle konzistence
- pevneacute (krystalickeacute či praacuteškoviteacute) ndash např kyselina pikrovaacute
- kapalneacute (nitroglycerin)
- polotekuteacute a plastickeacute (Semtex)
____________ Maacuteme na mysli tzv bdquoklasickeacute vyacutebušninyldquo použiacutevaneacute jak k vaacutelečnyacutem tak i k miacuterovyacutem uacutečelům Dnešniacute
vojenstviacute ovšem disponuje i moderniacutemi zbraněmi založenyacutemi na řetězoveacute štěpneacute reakci uranu 235U (atomovaacute bomba) např
235
92U n U 10
23592 + rarr139
56 Ba + 94
36Kr + 3 10 n
popř využiacutevajiacuteciacute spojovaacuteniacute lehčiacutech jader (bdquosleacutevaacuteniacuteldquo jader - vodiacutekovaacute bomba) např
21D + 31T rarr 4
2He + 10n s nebyacutevale mohutnyacutemi uacutečinky (např atomovaacute bomba v Hirošimě měla ekvivalent cca 30 kt TNT)
88
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin 21 Nitrace
Principem nitračniacutech reakciacute je vpravovaacuteniacute funkčniacute skupiny ndashNO2 do molekul
(organickyacutech) laacutetek pomociacute tzv nitračniacute směsi (= směs konc HNO3 + H2SO4)
Vyacuteznam majiacute předevšiacutem aromatickeacute nitroderivaacutety např
C6H6 + 3 HNO3 rarr (135-)(NO2)3C6H3 + 3 H2O
benzen sym-trinitrobenzen Poznaacutemka
Zjednodušenaacute interpretace že kyselina siacuterovaacute pouze bdquovaacuteželdquo vzniklou vodu je nepřesnaacute ndash ve
skutečnosti jde o tzv elektrofilniacute substituci kdy zpočaacutetku probiacutehaacute reakce
HNO3 + 2 H2SO4 rarr NO2+ + H3O+ + 2 HSO4
-
a takto vzniklyacute nitroniovyacute kation je vlastniacutem elektrofilniacutem činidlem atakujiacuteciacutem aromatickeacute jaacutedro
(kyselina siacuterovaacute se tedy uacutečastniacute reakce)
Nitračniacute reakce probiacutehajiacute ochotněji u derivaacutetů benzenu (fenol toluen) přitom je nutno
vziacutet v potaz znaacutemaacute substitučniacute pravidla na aromatickeacutem jaacutedře
- substituenty I třiacutedy jako např ndashCH3 ndashOH řiacutediacute substituci do poloh ortho- para-
- substituenty II třiacutedy jako ndashNO2 řiacutediacute substituci do poloh meta-
Přesneacute složeniacute nitračniacute směsi se voliacute podle typu nitrovaneacute laacutetky a stupně nitrace (u
vyššiacutech nitroderivaacutetů pracujeme zpravidla v přebytku kyseliny dusičneacute)
Vlastniacute reakce probiacutehaacute za intenzivniacuteho miacutechaacuteniacute a chlazeniacute ve specielniacutech kotliacutech
(nitraacutetory) s dvojityacutem plaacuteštěm Při nitraciacutech je nutno dodržovat přiacutesnaacute bezpečnostniacute
pravidla ndash hroziacute např přehřaacutetiacute směsi a naacuteslednyacute vyacutebuch
Přehled nejznaacutemějšiacutech a nejviacutece použiacutevanyacutech nitrolaacutetek a jejich explozivniacutech reakciacute
je uveden v naacutesledujiacuteciacutech kapitolaacutech
22 Trhaviny
Jde o největšiacute skupinu vyacutebušnin poměrně maacutelo citlivyacutech k jednoduchyacutem
podnětům (třeniacute naacuteraz) K detonaci jsou přivaacuteděny pomociacute rozbušky (roznětky
detonaacutetoru) Použiacutevajiacute se jak k uacutečelům miacuterovyacutem (kamenolomy doly tunely) tak i
vaacutelečnyacutem (naacuteplně granaacutetů min bomb)
89
Než probereme nejznaacutemějšiacute zaacutestupce teacuteto skupiny je třeba zdůraznit že
z hlediska terminologie lze jako skutečneacute nitroderivaacutety označovat pouze sloučeniny
majiacuteciacute nitroskupinu vaacutezanou přiacutemo na uhliacutek (obsahujiacute vazbu C ndash NO2)
a) Nitrosloučeniny
Praktickyacute vyacuteznam majiacute pouze aromatickeacute nitrolaacutetky
Nejviacutece použiacutevaneacute sloučeniny
bdquoTritolldquo TNT IUPAC 246-trinitrotoluen ( v = 7400 ms Q = 950 kcalkg) CH3
NO2
O2N NO2
Vyacuteroba Nitraciacute toluenu do 3 stupně
Vlastnosti nažloutleacute jehlice teplota taacuteniacute 80ordmC
Referenčniacute laacutetka pro ekvivalent atomovyacutech bomb (viz str 3) Pozn Během II světoveacute vaacutelky vyraacutebělo Německo cca 4000 tun TNT měsiacutečně
bdquoEkrazitldquo kyselina pikrovaacute IUPAC 246-trinitrofenol (v= 7000ms Q = 1000kcalkg)
NO2
NO2O2N
OH
Vyacuteroba Nitraciacute fenolu do 3 stupně
Vlastnosti Žluteacute krystalky nahořkleacute chuti teplota taacuteniacute 122ordmC tvořiacute soli (vyacutebušnyacute pikraacutet
amonnyacute) Užiacutevaacuten mj do dělostřeleckyacutech granaacutetů
bdquoHexylldquo sym-hexanitrodifenylamin teacutež dipikrylamin
dle IUPAC 246-trinitro-N-(246-trinitrophenyl)anilin ( v = 7100 ms Q = 1040 kcalkg)
NH NO2
O2N
O2NNO2
NO2
O2N
90
Vyacuteroba Kompletniacute nitraciacute difenylaminu
Vlastnosti Žluteacute jehličky viacutece citliveacute k naacuterazu (použiacutevanyacute např jako naacuteplň torpeacuted)
b) Nitroestery
Jednaacute se o sloučeniny s vazbou ndashCH2ndashOndashNO2 vznikajiacuteciacute esterifikačniacute reakciacute např
viacutecesytnyacutech alkoholů s HNO3 Nejznaacutemějšiacute laacutetky
Nitroglycerin (spraacutevně trinitraacutet glycerolu) v = 8000 ms Q = 1500 kcalkg
Nitroglycerin se vyraacutebiacute uacuteplnou nitraciacute glycerolu CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2
H2SO4
- 3 H2O
Vlastnosti Bezbarvaacute jedovataacute viskoacutezniacute kapalina naslaacutedleacute chuti nerozpustnaacute ve vodě
Pozor Hroziacute nebezpečiacute explozivniacuteho rozkladu zahřaacutetiacutem nad 50ordmC či naacuterazem
Vyrobenyacute nitroglycerin se zpracovaacutevaacute na dynamit (nasaacuteklyacute v křemelině v poměru
31) nebo na bezdyacutemyacute střelnyacute prach (viz střeliviny)
Vyacuteroba u naacutes Semtiacuten u Pardubic přiacutesnaacute bezpečnostniacute opatřeniacute (bunkry s lehkyacutemi
střechami omezeniacute ručniacute manipulace)
nitroglycerin ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
4 C3H5(ONO2)3 rarr 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Kromě nitroglyceriacutenu existuje řada nitroesterů dvoj- až čtyřsytnyacutech alkoholů
(glykolů) s podobnyacutemi vlastnostmi
Nejznaacutemějšiacute z nich je tzv pentrit (pentaerythrit-tetranitraacutet) v = 8000 ms Q = 1530 kcalkg
OO2N C
CH2
CH2
CH2
CH2
O NO2
O NO2
O NO2
Na baacutezi pentritu s butadienstyreacutenovyacutem kaučukem jsou založeny tzv plastickeacute
trhaviny (Semtex)
91
Nitrocelulosa (nitraacutet celulosy) v = 7000 ms Q = 950-1025 kcalkg
Nitrocelulosa vznikaacute nitraciacute polysacharidu celulosy (velmi čisteacute) do obsahu cca 14
dusiacuteku (což odpoviacutedaacute bdquotrinitraacutetuldquo celulosy)
Historie 1845 Schoumlnbein ndash nitrace bavlny (bdquostřelnaacute bavlnaldquo)
Nitrocelulosa ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
2 C24H29O9(ONO2)11rarr 36CO2+ 47CO+ 4CH4+ 39H2O+ 2C2H2+ 3HCN+ 72 H2 + 372 N2 + 2NH4HCO3
c) Nitraminy
Jde o sloučeniny obsahujiacuteciacute funkčniacute skupinu =NndashNO2
Jsou znaacutemy jak alifatickeacute tak aromatickeacute i heterocyklickeacute laacutetky tohoto typu
(Daacutele se děliacute na primaacuterniacute R-NH-NO2 a sekundaacuterniacute R1R2-N-NO2)
Nejdůležitějšiacute zaacutestupci
Tetryl (246-trinitrofenyl-methyl-nitramin IUPAC N-methyl-N246-tetranitroanilin) v = 7500 ms Q = 1100 kcalkg
NCH3
NO2
NO2
O2N
O2N
Hexogen (cyklotrimethylentrinitramin IUPAC 135-trinitro-135-triazin) v = 8000 ms Q = 1390 kcalkg
N
N N
NO2
NO2O2N
92
d) Vyacutebušneacute soli kyselin
K vyacutebušnyacutem soliacutem patřiacute zejmeacutena amonneacute soli kyseliny dusičneacute chlorečneacute chloristeacute
(di)chromany a manganistany Vyacutebušneacute soli ndash rovnice vybranyacutech vyacutebušnyacutech reakciacute
NH4NO3 rarr N2 + 2 H2O + frac12 O2 ndash 346 kcalkg
2 NH4ClO3 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 32 O2 ndash 359 kcalkg
2 NH4ClO4 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 52 O2 ndash 266 kcalkg
(NH4)2Cr2O7 rarr Cr2O3 + N2 + 4 H2O ndash 310 kcalkg
2 NH4MnO4 rarr N2 + 2 MnO2 + 4 H2O ndash 280 kcalkg
23 Střeliviny (bdquostřelneacute prachyldquo)
Střeliviny patřiacute mezi vyacutebušneacute směsi sloužiacuteciacute k vystřeleniacute naacuteboje z hlavně
v důsledku mohutneacuteho tlaku plynů vzniklyacutech při explozi Jak již bylo zmiacuteněno
v uacutevodu patři sem i klasickyacute černyacute střelnyacute prach (prvniacute popis R Bacon r 1249)
jehož složeniacute se v čase měnilo a ustaacutelilo se na 75 KNO3 (NaNO3 nelze použiacutet pro
hygroskopičnost) 15 dřevneacuteho uhliacute a 10 siacutery
K vyacuterobě je nutneacute použiacutet jemně praacuteškovaneacute velmi čisteacute komponenty Při
vyacuterobě se suroviny melou miacutesiacute v dřevěnyacutech bubnech zvlhčujiacute a zhutňujiacute a nakonec
lisujiacute mezi měděnyacutemi deskami pod tlakem 30 at vyacuteslednyacute produkt se granuluje nebo
lisuje do vaacutelečků o průměru cca 3 cm Vyacuteroba je velmi nebezpečnaacute ndash snadno může
dojiacutet k explozi vyvolaneacute i např statickou elektřinou Černyacute prach se použiacuteval jako
vyacutemetnaacute naacuteplň roznětka zaacutepalnice s časovyacutem zpožděniacutem apod
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (v = 3800 ndash 7000 ms Q = 700 ndash 950 kcalkg)
Jeho vyacuteroba vychaacuteziacute z nitrocelulosy a nitroglycerinu Probleacutemem při použitiacute byl
obrovskyacute tlak při explozi kteryacute může veacutest až k roztrženiacute hlavně Proto se
nitrocelulosa zpočaacutetku rozpouštěla v organickyacutech rozpouštědlech (ether aceton) po
jejichž odpařeniacute vznikne bdquoblaacutenaldquo hořiacuteciacute pomaleji R 1888 A Nobel navrhl rozpouštět
nitrocelulosu v nitroglycerinu (vznikl tzv bdquobalistitldquo) takže běžnaacute hlaveň děla bdquovydrželaldquo
až 1700 vyacutestřelů přiacutedavkem nitrodiglykolu se vyacutedrž zvyacutešila až přes 10 000 vyacutestřelů
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach je poměrně nestabilniacute jeho stabilitu lze zvyacutešit
přiacutedavkem difenylaminu nebo MgO Vyrobenyacute prach se expeduje ve formě malyacutech
šupinek či destiček nebo se lisuje do tyčinek (viz Obr 1)
Prvniacute velkeacute použitiacute černeacuteho prachu u dělostřelectva se datuje r 1346 v bitvě u Kresčaku Byla zaznamenaacutena řada katastrof (1905 exploze prachu na japonskeacutem křižniacuteku Mikasa 1907
vyacutebuch muničniacuteho skladiště Jena aj)
93
Obr 1 Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (vlevo ndash naacuteplň střely do samopalu vpravo ndash dělostřeleckyacute prach
ve formě slisovaneacute trubičky) Pro naacutezornost na obraacutezku uprostřed kancelaacuteřskaacute sponka
24 Třaskaviny
Do teacuteto skupiny patřiacute celaacute řada různorodyacutech chemickyacutech sloučenin (fulminaacutety
azidy acetylidy) Jde o laacutetky vybuchujiacuteciacute po iniciaci (např zahřaacutetiacutem naacuterazem
elektrickou jiskrou) Sloužiacute jako rozbušky (roznětky) pro hlavniacute naacutelož trhaviny
a) Fulminaacutety Tyto laacutetky se odvozujiacute od kyseliny třaskaveacute (fulminoveacute) |CequivNndashOH kteraacute neniacute znaacutema
volnaacute pouze ve formě soliacute Nejdeacutele znaacutemyacute je fulminaacutet rtuti (bdquotřaskavaacuteldquo rtuť)
Hg(ONC)2 Jde o šedobiacutelou laacutetku maacutelo rozpustnou ve vodě leacutepe v alkoholu
Rovnice vyacutebušneacute reakce Hg(ONC)2 rarr Hg + 2 CO + N2 ndash 357 kcalkg (v = 6500 ms)
Velmi podobneacute vlastnosti maacute i třaskaveacute střiacutebro Ag(ONC) ktereacute je však dražšiacute a
meacuteně užiacutevaneacute
b) Azidy Jsou to soli azoimidu (HN3 těkavaacute jedovataacute kapalina pronikaveacuteho zaacutepachu)
Nejpoužiacutevanějšiacute jsou
Azid olovnatyacute Pb(N3)2 ndash nažloutlaacute laacutetka stabilniacute do 75ordmC meacuteně citlivaacute k naacuterazu viacutece
ke třeniacute
Rovnice rozkladu Pb(N3)2 rarr Pb + 3 N2
Azid střiacutebrnyacute AgN3 maacute podobneacute vlastnosti
Azid měďnatyacute Cu(N3)2 je extreacutemně citlivyacute i na dotyk
94
c) Acetylidy
Tyto třaskaviny se odvozujiacute od ethynu HCequivCH naacutehradou atomů vodiacuteku kovem
Praktickyacute vyacuteznam maacute acetylid měďnyacute Cu-CequivC-Cu a střiacutebrnyacute Ag-CequivC-Ag
Rovnice rozkladu Ag2C2 rarr 2 Ag + 2 C (se vzdušnyacutem kysliacutekem dalšiacute reakce na oxidy)
Jde o krystalickeacute laacutetky nerozpustneacute ve vodě vybuchujiacuteciacute naacuterazem či zahřaacutetiacutem
d) Ostatniacute třaskaviny
Do teacuteto skupiny laacutetek lze zařadit
Tetranitrid tetrasiacutery S4N4 ndash oranžoveacute krystalky vybuchujiacuteciacute naacuterazem zahřaacutetiacutem
Jododusiacutek NI3nNH3 je hnědočervenaacute laacutetka explodujiacuteciacute i pouhyacutem dotykem ()
Peroxosloučeniny (i samotnyacute konc H2O2) např peroxoaceton
CH3
CH3
O O CH3
CH3O O
Bertholetovo třaskaveacute střiacutebro Ag3N citliveacute i na sebemenšiacute mechanickyacute impuls
Pozor Tato laacutetka může vzniknout i při Tollensově reakci (Ag-zrcaacutetko) při vyschnutiacute
obsahu zkumavky - pak hroziacute při čištěniacute zkumavky exploze
3 [Ag(NH3)2]Cl rarr Ag3N + 3 NH4Cl + 2NH3
3 Jednoducheacute ilustračniacute pokusy Všechny daacutele uvedeneacute experimenty je možneacute provaacutedět pouze v digestoři za
asistence a pod odbornyacutem dohledem učitele a za použitiacute ochrannyacutech prostředků
(obličejovyacute štiacutet)
a) Přiacuteprava černeacuteho střelneacuteho prachu a jeho vlastnosti Na papiacuteře důkladně promiacutechaacuteme směs malou lžičku KNO3 půl lžičky jemně praacuteškoveacute siacutery a
čtvrt lžičky rozetřeneacuteho dřevěneacuteho uhliacute Tuto směs nasypeme do železneacute misky na piacutesku a
zapaacuteliacuteme špejliacute Pozorujeme prudkou exotermniacute reakci
95
b) Hořeniacute střelneacute bavlny Střelnaacute bavlna je vlastně nitraacutet celulosy kteryacute lze připravit reakciacute chomaacutečku vaty (1 g)
s nitračniacute směsiacute (10 cm3 konc H2SO4 + 10 cm3 konc HNO3) v kaacutedince po dobu cca 20 min
Obr 2 Hořeniacute nitrocelulosy
Vatu potom vyjmeme propereme vodou a volně usušiacuteme Kousek produktu zapaacuteliacuteme a
pozorujeme jak prudce shořiacute (viz obr 2)
c) Exploze směsi chlorečnanu s praacuteškovou siacuterou (fosforem) Pouhyacutem volnyacutem přesypaacutevaacuteniacutem na papiacuteře bez doteku smiacutechaacuteme malaacute množstviacute (jen na
špičku špachtle) KClO3 a stejneacute množstviacute praacuteškoveacute siacutery (nebo červeneacuteho fosforu) Směs
opatrně zabaliacuteme do tenkeacuteho papiacuteru položiacuteme na pevnou podložku (betonovaacute dlažba) a
uacutederem kladiacutevka přivedeme k explozi
Rovnice vyacutebušneacute reakce 2 KClO3 + 3 S rarr 2 KCl + 3 SO2
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů Literatura Urbaňski T Chemie a technologie vyacutebušnin I ndash III SNTL Praha 1958
Babaacutek Z Vraacutebel Z Chemie ndash vybraneacute kapitoly scrpt VA Brno 1994
Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
UP Olomouc 2007
Internetoveacute odkazy httpcswikipediaorgwikiVC3BDbuC5A1nina
httpwwwjergymhieducz~canovmvybusninvybusninhtm
96
ELEKTROLYacuteZA
Text zpracoval Doc RNDr Zdeněk Šindelaacuteř CSc
Osnova
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
Zaacutekladniacute pojmy
2 Elektrolyacuteza
21 Elektrolyacuteza chloridu zinečnateacuteho a sodneacuteho
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli
23 Faradayovy zaacutekony
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
97
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
11 Zaacutekladniacute pojmy
Elektrochemiiacute rozumiacuteme obor chemie kteryacute se zabyacutevaacute procesy probiacutehajiacuteciacutemi
na rozhraniacute mezi elektrodou a elektrolytem Elektrodou je zpravidla vodič 1 druhu
(kov ndash např měď rtuť železo nikl chrom platina ale i uhliacutek ve formě grafitu) Volba
materiaacutelu elektrody souvisiacute s chemickyacutemi vlastnostmi elektrolytu a se změnami ke
kteryacutem v elektrolytu dochaacuteziacute Elektrolytem je roztok nebo i tavenina laacutetky kteraacute maacute
schopnost disociovat na volneacute ionty Takovou laacutetkou je napřiacuteklad chlorid sodnyacute jehož
vodnyacute roztok nebo jeho tavenina jsou elektrolyty Je to sloučenina ve ktereacute jsou
atomy vaacutezaacuteny chemickou vazbou kteraacute maacute vyacuterazně iontovyacute charakter Elektrolyty
jsou takeacute vodiči elektrickeacuteho proudu a označujeme je jako vodiče 2 druhu
Elektrolytickou disociaci (rozpad laacutetky na ionty v tavenině a ve vodneacutem roztoku)
zapiacutešeme rovniciacute
NaCl rarr Na+ + Cl-
Schopnost laacutetek disociovat v roztoku popisujeme pojmem siacutela elektrolytu
V přiacutepadě NaCl se jednaacute o silnyacute elektrolyt tedy prakticky všechen rozpuštěnyacute chlorid
sodnyacute je ve vodneacutem roztoku disociovaacuten na ionty ktereacute jsou tak od sebe odděleny a
jsou obklopeny molekulami rozpouštědla v našem přiacutepadě molekulami vody
Řiacutekaacuteme že ionty jsou ve vodnyacutech roztociacutech hydratovaacuteny
2 Elektrolyacuteza
Elektrolyacutezu lze chaacutepat jako děj při ktereacutem dochaacuteziacute na elektrodaacutech
vloženyacutech do elektrolytu k chemickyacutem změnaacutem způsobenyacutech průchodem elektrickeacuteho proudu z vnějšiacuteho zdroje V tomto přiacutepadě budeme většinou volit
takoveacute elektrody ktereacute nebudou podleacutehat během procesu změnaacutem (budou chemicky
inertniacute) Na obr 1 je znaacutezorněn schematicky pokus kteryacute naacutem pomůže pochopit
jakeacute děje během elektrolyacutezy probiacutehajiacute
98
Obr 1 Elektrolyzeacuter
Ve scheacutematu vidiacuteme jednotliveacute elektrody ktereacute nesou označeniacute podle toho ke
ktereacutemu poacutelu zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute jsou připojeny V přiacutepadě elektrolyacutezy
je elektroda připojenaacute ke kladneacutemu poacutelu zdroje označovaacutena jako anoda protože k niacute
elektromigraciacute putujiacute ionty opačneacute polarity ndash tedy zaacuteporně nabiteacute anionty Anoda je
elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy oxidace (bez ohledu na polaritu elektrod)
K zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje je připojena katoda ke ktereacute analogicky putujiacute kladně
nabiteacute čaacutestice ndash kationty Katoda je elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy redukce (opět
bez ohledu na polaritu elektrod) Elektromigrace je tedy pohyb nabityacutech čaacutestic
usměrněnyacute vlivem elektrickeacuteho pole
Před zapojeniacutem zdroje jsou koncentrace všech složek elektrolytu v každeacutem
miacutestě roztoku stejneacute (jak viacuteme roztok je homogenniacute směs) Po zapnutiacute zdroje se
začnou ionty v důsledku přiacutetomnosti elektrickeacuteho pole pohybovat k opačně nabiteacute
elektrodě Když dospějiacute až k jejiacutemu povrchu vybijiacute se a produkt se buď vyloučiacute na
přiacuteslušneacute elektrodě přiacutepadně ihned reaguje s dalšiacutemi složkami elektrolytu nebo
přiacutemo s elektrodou V důsledku toho se však sniacutežiacute koncentrace vybiacutejenyacutech iontů
v bliacutezkosti elektrody a přiacutesun novyacutech iontů k elektrodě začiacutenaacute byacutet řiacutezen difuacuteziacute Ionty
difundujiacute do miacutest s nižšiacute koncentraciacute ve snaze obnovit homogenniacute prostřediacute Procesy probiacutehajiacuteciacute v bliacutezkosti elektrod nejsou jednoducheacute a zaacutevisejiacute silně na dalšiacutech faktorech
Jedniacutem z důležityacutech faktorů je zda budeme elektrolyt během elektrolyacutezy miacutechat protože konvekce
(prouděniacute) maacute velkyacute vliv na průběh celeacuteho procesu
99
Velmi důležiteacute je takeacute zda odděliacuteme anodovyacute a katodovyacute prostor přepaacutežkou
kteraacute umožniacute průchod elektrickeacuteho proudu elektrolyzeacuterem a přitom zabraacuteniacute
promiacutechaacutevaacuteniacute vzniklyacutech produktů elektrolyacutezy v bliacutezkosti elektrod Tato přepaacutežka se
nazyacutevaacute diafragma a byacutevaacute to obvykle poreacutezniacute keramickyacute materiaacutel Mohou to byacutet
podle uacutečelu ale různeacute jineacute materiaacutely na baacutezi plastickyacutech hmot polymerniacute gely nebo
napřiacuteklad celofaacuten Jak již bylo řečeno aby mohl elektrolyzeacuterem proteacutekat elektrickyacute proud musiacuteme na elektrody
vložit elektrickeacute napětiacute Minimaacutelniacute napětiacute ktereacute způsobiacute že začne systeacutemem proteacutekat elektrickyacute proud
označujeme jako rozkladneacute napětiacute jeho velikost souvisiacute uacutezce s pojmem elektrochemickyacute člaacutenek
Velikost proudu kteryacute zařiacutezeniacutem prochaacuteziacute zaacutevisiacute rovněž na mnoha faktorech Velkyacute vliv majiacute zejmeacutena
velikost plochy elektrod a koncentrace elektrolytu Velikost proudu vztaženaacute na jednotku plochy
(obvykle cm2) označujeme pojmem proudovaacute hustota [Acm-2] Proudovaacute hustota a složeniacute
(koncentrace) elektrolytu rozhodujiacuteciacutem způsobem ovlivňujiacute konečneacute složeniacute produktů elektrolyacutezy
21 Elektrolyacuteza ZnCl2 a NaCl
Průběh elektrolyacutezy vodneacuteho roztoku chloridu zinečnateacuteho můžeme zapsat
naacutesledovně
katoda Zn2+ + 2 e- rarr Zn
anoda 2 Cl- rarr Cl2 + 2 e-
Produkty procesu jsou plynnyacute chlor a zinek jako volnyacute kov
Elektrolyacuteza však může miacutet i značně komplikovanyacute průběh kteryacute je silně zaacutevislyacute
na podmiacutenkaacutech provedeniacute Přiacutekladem může byacutet elektrolyacuteza chloridu sodneacuteho
Budeme-li při odděleneacutem katodoveacutem a anodoveacutem prostoru v inertniacute atmosfeacuteře
elektrolyzovat taveninu chloridu sodneacuteho ziacuteskaacuteme kovovyacute sodiacutek a plynnyacute chlor
katoda 2 Na+ + 2 e- rarr 2 Na
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
Všimněme si že složeniacute elektrolytu (taveniny) se nijak vyacuteznamně neměniacute
vylučujiacute se ekvivalentniacute množstviacute chloru a sodiacuteku
Při elektrolyacuteze vodneacuteho roztoku NaCl je situace složitějšiacute V přiacutepadě oddělenyacutech
prostorů elektrod bude v katodoveacutem prostoru dochaacutezet k vyredukovaacuteniacute vodiacuteku
protože elektron přenesenyacute na ion sodnyacute přechaacuteziacute ihned na molekulu vody
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2 NaOH + H2
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
100
Při tomto procesu se ale vyacuteznamně měniacute složeniacute elektrolytu postupně miziacute z roztoku
chloridovyacute ion kteryacute je nahrazen aniontem OH- Po vyčerpaacuteniacute chloridovyacutech iontů bude pokračovat elektrolyacuteza za vzniku kysliacuteku z vybiacutejenyacutech iontů
hydroxidovyacutech
anoda 4 OH- rarr 4 OHbull + 4 e- a daacutele 4 OHbull rarr 2 H2O2 rarr 2 H2O + 2 Obull
2 Obull rarr O2
Pokud provedeme elektrolyacutezu na rtuťoveacute elektrodě (-) s oddělenyacutemi
elektrodovyacutemi prostory bude se na katodě pouze redukovat sodiacutek kteryacute se rtutiacute
vytvořiacute amalgaacutem Na anodě se bude opět vylučovat chlor Po vypnutiacute elektrickeacuteho
zdroje se začne z amalgaacutemu vylučovat sodiacutek a reagovat s vodou za vzniku vodiacuteku a
hydroxidu sodneacuteho Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem vodiacuteku na rtuťoveacute
elektrodě Při elektrolyacuteze s neoddělenyacutemi prostory elektrod za miacutechaacuteniacute a chlazeniacute elektrolytu
Primaacuterniacute procesy na elektrodaacutech jsou stejneacute jako v předchoziacutem přiacutepadě ale naacutesleduje reakce
2 NaOH + Cl2 rarr NaCl + NaClO + H2O
Produktem procesu je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlornanu sodneacuteho
Nebudeme-li elektrolyt chladit dojde k disproporcionaci NaClO
3 NaClO rarr 2 NaCl + NaClO3
nebo
6 NaOH + 3 Cl2 rarr 5 NaCl + NaClO3 + 3 H2O
Konečnyacutem produktem je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlorečnanu sodneacuteho
Poznamenejme ještě že elektrolyacutezou roztoků chlorečnanu za silneacuteho chlazeniacute (teplota by
neměla překročit přiacuteliš přes 20degC) s použitiacutem platinovyacutech elektrod ziacuteskaacuteme roztoky chloristanů
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2Na+ + 2OH- + H2
anoda 2 ClO3- rarr 2 ClO3 + 2 e-
2 ClO3 + H2O rarr HClO3 + HClO4
s naacuteslednou neutralizaciacute 2 NaOH + HClO3 + HClO4 rarr NaClO3 + NaClO4 + 2 H2O
Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem platinoveacute elektrody ke kysliacuteku
Při vyššiacutech teplotaacutech dochaacuteziacute k reakci
2 ClO3 + H2O rarr 2 HClO3 + Obull a naacutesledně 2 Obull rarr O2
a na anodě dojde k vylučovaacuteniacute kysliacuteku V tomto přiacutepadě jsou produkty elektrolyacutezy stejneacute jako při
elektrolyacuteze vody okyseleneacute zředěnou kyselinou siacuterovou tj vodiacutek a kysliacutek
101
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli CuSO4
Elektrolyacuteza měďnateacute soli ve vodneacutem roztoku s využitiacutem měděnyacutech elektrod
(anoda i katoda jsou ze stejneacuteho materiaacutelu tedy z mědi) vede k vylučovaacuteniacute mědi na
katodě z roztoku za současneacuteho doplňovaacuteniacute měďnatyacutech iontů z rozpouštěneacute anody
katoda Cu2+ + 2e- rarr Cu
anoda Cu + SO42- rarr Cu2+ + SO4
2- + 2e-
Vyacutesledkem je přenos materiaacutelu anody (suroveacute mědi) na katodu (čistaacute měď)
Tento postup se v praxi využiacutevaacute k elektrolytickeacutemu čištěniacute suroveacute mědi Ziacuteskaacute se tak
kov vysokeacute čistoty
Poznaacutemka pod anodou se usazujiacute anodoveacute kaly (nečistoty v anodě obsaženeacute) ktereacute jsou zdrojem
dalšiacutech prvků ktereacute doprovaacutezejiacute v přiacuterodě měď - zejmeacutena Ag Au platinoveacute kovy Rozkladneacute napětiacute
takoveacuteho roztoku (např CuSO4 slabě okyseleneacuteho kyselinou siacuterovou pro potlačeniacute hydrolytickyacutech
procesů) je velmi niacutezkeacute Virtuaacutelniacute pokus je možno snadno proveacutest nebo simulovat na přiloženeacutem
programu Vaacuteženiacutem elektrod po provedeneacutem experimentu a měřeniacutem času a proudu je naviacutec možno
ověřit platnost Faradayovyacutech zaacutekonů 23 Faradayovy zaacutekony elektrolyacutezy
1 Faradayův zaacutekon vyjadřuje množstviacute (hmotnost) laacutetky kteraacute vznikne při
průchodu stejnosměrneacuteho elektrickeacuteho proudu za určitou dobu
m = A middot I middot t kde m ndash hmotnost vyloučeneacute laacutetky
A - konstanta (tzv elektrochemickyacute ekvivalent)
I - elektrickyacute proud
t - čas
Protože elektrickyacute naacuteboj Q = I t můžeme vyacuteraz zkraacuteceně zapsat m = AQ
2 Faradayův zaacutekon formuluje vyacuteraz pro vyacutepočet elektrochemickeacuteho
ekvivalentu A Slovně ho lze vyjaacutedřit větou že laacutetkovaacute množstviacute
vyloučenaacute stejnyacutem naacutebojem jsou chemicky ekvivalentniacute Potom platiacute
FzMAsdot
=
kde M - molaacuterniacute hmotnost
z - počet vyměňovanyacutech elektronů při elektrodoveacutem ději
102
F je Faradayova konstanta (F = 96485104 Cmol-1) kteraacute je čiacuteselně
rovna elektrickeacutemu naacuteboji potřebneacuteho k vyloučeniacute 1z molu laacutetky
Konečnyacute vyacuteraz pro vyacutepočet množstviacute laacutetky přeměněneacute průchodem elektrickeacuteho
proudu po danou dobu lze tedy zapsat ve tvaru
tIFz
Mm sdotsdot=sdot
Poznaacutemka je zaacutesadně důležiteacute dosadit do vzorce veličiny ve spraacutevnyacutech jednotkaacutech
Požadujeme-li vyacutesledek m [g] pak musiacuteme dosazovat I [A] t [s]
Přiacuteklad Kolik g Cu se vyloučiacute na katodě při rafinaci mědi průchodem proudu 1 A po dobu 300 s
Řešeniacute Protože na přeměnu jednoho iontu Cu2+ na čistou měď potřebujeme vyměnit 2 elektrony (viz kap
22 z = 2) dostaneme po dosazeniacute (relativniacute atomovaacute hmotnost mědi je 6354) do vztahu pro m
Vyacutesledek m = 0099 asymp 01 g mědi
Vyacutepočet probiacutehaacute automaticky např při spuštěniacute přiloženeacute animace (viz 24 ovlaacutedaacuteniacute je intuitivniacute)
Na zaacutevěr je ještě třeba zmiacutenit že technickyacute (dohodnutyacute) směr proudu (fyzika
elektrotechnika) je vždy od kladneacuteho k zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje a je tedy opačnyacute než
pohyb elektronů
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
Všechny animace použiteacute k doplněniacute toto textu jsou k dispozici zde
httpgoogleiastateedusearchq=cachendvLO9akz9cJwwwchemiastateedugro
upGreenbowesectionsprojectfolderanimationsindexhtm+electrolysisampoutput=xml_
no_dtdampclient=default_frontendampproxystylesheet=default_frontendampie=UTF-
8ampaccess=pampoe=ISO-8859-1
Ostatniacute informace potřebneacute k hlubšiacutemu pochopeniacute pojmu elektrolyacuteza najde čtenaacuteř
např v zaacutekladniacute učebnici fyzikaacutelniacute chemie
httpwwwvschtczfchczpomuckyBREVALLpdf
4
Uacutevod
Předklaacutedanaacute publikace Vybranaacute teacutemata pro vyacuteuku chemie vznikla v raacutemci
projektu č CZ 1072200150324 bdquoInovace profesniacute přiacutepravy budouciacutech učitelů
chemieldquo jako soubor teacutematickyacutech učebniacutech textů z oboru chemie pro žaacuteky středniacutech
škol ke kteryacutem jsou zpracovaacuteny PowerPointoveacute prezentace pro učitele Vyacuteukoveacute
materiaacutely jsou koncipovaacuteny tak aby byly použitelneacute přiacutemo ve vyacuteuce chemie na
středniacutech školaacutech Vlastniacute učebniacute text pro žaacuteky doplňujiacute petitem psaneacute metodickeacute
poznaacutemky pro učitele a rozšiřujiacuteciacute učivo
Zpracovanaacute teacutemata Esterifikace Přiacuterodniacute laacutetky Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy Naacutevykoveacute laacutetky Vyacuteroba
cukru Makromolekulaacuterniacute laacutetky a syntetickeacute polymery Vyacutebušniny Elektrolyacuteza
Jistaacute heterogenita zvolenyacutech teacutemat z různyacutech oblastiacute chemie je daacutena
skutečnostiacute že před jejich zpracovaacuteniacutem byl proveden průzkum mezi učiteli chemie
jehož ciacutelem bylo zjistit ktereacute kapitoly či problematiku z oboru chemie by chtěli miacutet
vyučujiacuteciacute k dispozici v noveacutem zpracovaacuteniacute ať už z důvodu jejich neuspokojiveacuteho či
zastaraleacuteho stavu v dostupnyacutech učebniciacutech nebo dokonce pro jejich uacuteplnou absenci
přičemž jde o velice zaacutevažnaacute a v současnosti aktuaacutelniacute teacutemata (např naacutevykoveacute laacutetky
biochemickeacute procesy aj) V učebniacutem textu jsou zastoupena takeacute přiacuterodovědnaacute
integrovanaacute teacutemata v nichž je kladen důraz na mezipředmětoveacute vztahy kteraacute se
však na školaacutech mnohdy probiacuterajiacute izolovaně ve fyzice a v chemii bez uvedeniacute
souvislostiacute (např Elektrolyacuteza)
Věřiacuteme že publikace přispěje ke zkvalitněniacute a inovaci vyacuteuky řady kapitol chemie
a doufaacuteme že se stane dobryacutem pomocniacutekem jak pro studenty ndash budouciacute učitele
chemie tak i učitele ve školskeacute praxi
Olomouc zaacuteřiacute 2012
Autoři
5
ESTERIFIKACE
Text zpracovala Mgr Veronika Švandovaacute
Osnova 1 Zaacutekladniacute pojmy
11 Estery karboxylovyacutech kyselin
12 Esterifikace karboxylovyacutech kyselin
2 Přiacuteklady a chemickyacute pokus
21 Přiacuteklady na procvičeniacute
22 Chemickyacute pokus ndash přiacuteprava ethylesteru kyseliny octoveacute
3 Mechanismus esterifikace
4 Reakce esterů
5 Opakovaciacute cvičeniacute
6 Řešeniacute uacuteloh
61 Řešeniacute uacutelohy 21
62 Řešeniacute praktickeacuteho uacutekolu z 22
63 Řešeniacute opakovaciacuteho cvičeniacute
7 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
71 Estery anorganickyacutech kyselin
72 Poznaacutemky k chemickeacutemu pokusu
73 Charakteristickeacute vůně esterů
74 Alkalickaacute hydrolyacuteza esteru (zmyacutedelněniacute)
8 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
6
1 Zaacutekladniacute pojmy
11 Estery karboxylovyacutech kyselin
Estery1 karboxylovyacutech kyselin jsou vyacuteznamnou skupinou organickyacutech laacutetek
patřiacute mezi funkčniacute derivaacutety karboxylovyacutech kyselin Řada z nich jsou vyacuteznamneacute
přiacuterodniacute laacutetky ndash tvořiacute napřiacuteklad tuky oleje a vosky Některeacute estery majiacute praktickyacute
vyacuteznam použiacutevajiacute se jako esence do potravin na vyacuterobu leacutečiv nebo rozpouštědel
Estery se nejčastěji připravujiacute reakciacute kterou nazyacutevaacuteme esterifikace
12 Esterifikace karboxylovyacutech kyselin
Esterifikace karboxyloveacute kyseliny je reakce karboxyloveacute kyseliny a alkoholu
kterou vznikaacute ester a voda Reakce probiacutehaacute v kyseleacutem prostřediacute ndash provaacutediacute se za
přiacutedavku silneacute anorganickeacute kyseliny (maacute funkci katalyzaacutetoru) nejčastěji kyseliny
siacuteroveacute Jednaacute se o rovnovaacutežnou reakci
C
O
OHR1+ OH R2
C
O
OR1R2 OH2
kyselina alkohol ester
H+
+
Ze zaacutepisu reakce je zřejmeacute že kysliacutekovyacute atom ve vznikleacutem esteru (ve scheacutematu
vyznačenyacute raacutemečkem) pochaacuteziacute z molekuly alkoholu Tento fakt byl prokaacutezaacuten
experimentaacutelně Reakce byla uskutečněna s alkoholem obsahujiacuteciacutem radioaktivniacute
izotop kysliacuteku a zjišťovalo se kteryacute z produktů reakce bude radioaktivniacute Ukaacutezalo se
že radioaktivniacute laacutetkou byl ester Primaacuterniacute alkoholy tvořiacute estery snadněji než
sekundaacuterniacute Estery terciaacuterniacutech alkoholů se tiacutemto způsobem nepřipravujiacute2
Esterifikace je rovnovaacutežnaacute (vratnaacute) reakce Pokud chceme zvyacutešit vyacutetěžek
reakce musiacuteme rovnovaacutehu reakce porušovat odstraňovaacuteniacutem vznikleacuteho esteru nebo
vody z reakčniacute směsi Rovnovaacutehu je možneacute posunout ve prospěch esteru takeacute tak
1 Mluviacuteme-li v tomto vyacuteukoveacutem textu o bdquoesterechldquo či bdquoesterifikacildquo maacuteme na mysli estery karboxylovyacutech
kyselin (neniacute-li v textu řečeno jinak) Kromě těchto esterů existujiacute takeacute estery anorganickyacutech kyselin
ktereacute vznikajiacute rovněž esterifikaciacute - viacutece viz Doplňujiacuteciacute informace pro učitele kap 7 2 Pro synteacutezu esterů terciaacuterniacutech alkoholů se miacutesto karboxyloveacute kyseliny použiacutevajiacute acylchloridy
(k reakčniacute směsi se přidaacutevaacute pyridin) Vedlejšiacutem produktem reakce je chlorovodiacutek
7
že jednu z vyacutechoziacutech laacutetek použijeme v nadbytku Zpětnou reakciacute k esterifikaci je tzv
kyselaacute hydrolyacuteza1
2 Přiacuteklady a chemickyacute pokus 21 Přiacuteklady na procvičeniacute
Napiš produkty naacutesledujiacuteciacutech reakciacute a pojmenuj je
a) b)
22 Pokus ndash přiacuteprava ethylesteru kyseliny octoveacute
Chemikaacutelie ethanol (F) kyselina octovaacute (C) konc kyselina siacuterovaacute (C) uhličitan
sodnyacute (Xi)
Postup Ve zkumavce smiacutechaacuteme 3 ml kyseliny octoveacute a 3 ml ethanolu Ke vznikleacute
směsi opatrně přidaacuteme asi 05 ndash1 ml koncentrovaneacute kyseliny siacuteroveacute Obsah
zkumavky promiacutechaacuteme vylejeme na hodinoveacute skliacutečko a nakonec přisypeme pevnyacute
uhličitan sodnyacute2
Praktickyacute uacutekol
a) Zapiš rovnici reakce
b) Porovnej vůni kyseliny octoveacute a vznikleacuteho esteru
c) V literatuře vyhledej praktickeacute využitiacute vznikleacuteho esteru
d) Proč mysliacuteš že přidaacutevaacuteme do reakčniacute směsi uhličitan sodnyacute
e) Vzniklyacute ester může byacutet pro člověka smrtelnou laacutetkou Smrtelnaacute daacutevka pro
člověka je asi 05 g na každyacute kilogram tělesneacute hmotnosti Jakeacute by bylo
smrtelneacute množstviacute (v gramech) esteru při tveacute hmotnosti Vypočiacutetej i jeho
objem (hustota ethylesteru kyseliny octoveacute je ρ = 1045 gcm3)
1 Viz kapitola 4 2 Dalšiacute možnosti provedeniacute pokusu viz Doplňujiacuteciacute informace pro učitele kap 7
OH CH2 CH3C
O
OHHH
+
+
C
O
OHCH3 +H
+
H O CH2 CH2 CH3
8
f) Na internetu vyhledej bezpečnostniacute list daneacuteho esteru Jakyacutemi piacutesmennyacutemi
symboly označujeme jeho nebezpečneacute vlastnosti a jak tyto vlastnosti
vyjaacutedřiacuteme slovy
Poznaacutemka Řada dalšiacutech esterů jsou kapaliny
přiacutejemneacute vůně a použiacutevajiacute se v potravinaacuteřstviacute jako
vonneacute a chuťoveacute přiacutesady Napřiacuteklad ethylester
kyseliny mravenčiacute se použiacutevaacute jako rumovaacute esence
jako ananasovaacute esence (viz obr 1) se použiacutevaacute
ethylester kyseliny maacuteselneacute1 Obr 1 Ilustračniacute přiacuteklad
3 Mechanismus esterifikace Mechanismus esterifikace je možneacute vyjaacutedřit souborem rovnovaacutežnyacutech reakciacute
C
O
R1 O H C+O
R1O H
H
C
O
R1 O H
H
O+
R2H
CO
R1 O+ HH
OR2
H
OH2-C+O
R1H
OR2
H+
- H+
C
O
R1 O R2
R2
O
H
Prvniacutem krokem esterifikace je protonizace karboxyloveacute skupiny kyseliny
Dochaacuteziacute tak ke zvyacutešeniacute elektronoveacuteho deficitu na karboxyloveacutem uhliacuteku a tiacutem
k usnadněniacute nukleofilniacuteho ataku molekulou alkoholu
V dalšiacutem nejpomalejšiacutem kroku reakce dochaacuteziacute ke vzniku vazby mezi atomem
kysliacuteku alkoholu a atomem uhliacuteku karboxyloveacute skupiny Nakonec dochaacuteziacute k odštěpeniacute
protonu a molekuly vody za vzniku esteru
Z hlediska typu reakce je esterifikace substituciacute nukleofilniacute (SN) kteraacute probiacutehaacute
adičně-eliminačniacutem mechanismem
1 Přehled charakteristickyacutech vůniacute dalšiacutech esterů uveden v kap 7
9
4 Reakce esterů Jak již bylo uvedeno esterifikace je rovnovaacutežnaacute reakce reakce zpětnaacute se
nazyacutevaacute kyselaacute hydrolyacuteza esteru Při teacuteto reakci vznikaacute opět karboxylovaacute kyselina a
alkohol
Estery lze hydrolyzovat i v přiacutetomnosti silnyacutech zaacutesad (tzv alkalickaacute hydrolyacuteza)
vznikaacute však alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
CH3 CO
O CH2 CH3
+ NaOH CH3 CO
O Na
+ CH3 CH2 OH
5 Opakovaciacute cvičeniacute
1) Co je to esterifikace Jakeacute jsou vyacutechoziacute laacutetky a produkty teacuteto reakce Za
jakyacutech podmiacutenek může reakce probiacutehat
2) Kteryacute z naacutesledujiacuteciacutech alkoholů bude podleacutehat esterifikaci nejsnadněji
a) b) c)
3) Jak se nazyacutevaacute zpětnaacute reakce esterifikace
4) Estery majiacute širokeacute uplatněniacute v potravinaacuteřstviacute Jakeacute
5) Produktem naacutesledujiacuteciacute esterifikace bude
C
O
OHCH2CH3 OH CH2 CH3+H
+
a) propylester kyseliny octoveacute
b) ethylester kyseliny octoveacute
c) ethylester kyseliny propionoveacute
6) Zapiš rovnici esterifikace jejiacutemž produktem je ethylester kyseliny benzooveacute
7) Co je produktem alkalickeacute hydrolyacutezy esteru
8) V jedneacute zkumavce smiacutechaacuteme stejnyacute objem ethanolu a kyseliny octoveacute ve
druheacute zkumavce smiacutesiacuteme stejnyacute objem octanu ethylnateacuteho a destilovaneacute
vody Do každeacute zkumavky přidaacuteme několik kapek koncentrovaneacute kyseliny
siacuteroveacute a obsah zkumavek protřepeme Jakeacute změny nastanou v jednotlivyacutech
zkumavkaacutech
CH3
C OHCH3
CH3CH3 CH2 OHCH3 CH OH
CH3
10
a) Obsah obou zkumavek se nezměniacute nedojde k žaacutedneacute reakci
b) V obou zkumavkaacutech vznikne směs ethanolu kyseliny octoveacute ethyl-
acetaacutetu a vody
c) V prvniacute zkumavce bude směs ethyl-acetaacutetu a vody ve druheacute směs
ethanolu a kyseliny octoveacute
d) Obsah druheacute zkumavky se nezměniacute v prvniacute zkumavce dojde
k esterifikaci a vznikne tam směs octanu ethylnateacuteho a vody
6 Řešeniacute uacuteloh
61 Řešeniacute uacutelohy 21 a) ethylester kyseliny mravenčiacute (mravenčan ethylnatyacute ethyl-methanoaacutet ethyl-
formiaacutet) a voda
C
O
OH CH2 CH3 OH2+ b) propylester kyseliny octoveacute (octan propylnatyacute propyl-ethanoaacutet propyl-acetaacutet)
a voda
C
O
OCH3 CH2 CH2 CH3 OH2+ 62 Řešeniacute praktickeacuteho uacutekolu z 22
a)
b) Vůně vznikleacuteho esteru připomiacutenaacute odlakovač na nehty lak na nehty či
modelaacuteřskeacute lepidlo
c) Ethylester kyseliny octoveacute se použiacutevaacute v laboratořiacutech jako rozpouštědlo
d) Uhličitan sodnyacute se přidaacutevaacute do reakce proto aby zreagoval zbytek kyseliny
octoveacute (a siacuteroveacute) kteryacute by negativně ovlivňoval vůni vznikleacuteho produktu
e) Např při hmotnosti člověka m = 60 kg je smrtelnaacute daacutevka ndash lethal dose rArr
mLD = 30 g o objemu V = m ρ = 30 1045 = 2871 cm3
Smrtelnaacute daacutevka pro šedesaacutetikiloveacuteho člověka by byla 287 cm3
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
11
f) Bezpečnostniacute list ethylesteru kyseliny octoveacute je napřiacuteklad na internetoveacutem
odkazu httpwwwmach-chemikalieczdownloadphpid=96 Ethylester
kyseliny octoveacute patřiacute mezi laacutetky vysoce hořlaveacute (F) a draacuteždiveacute (Xi)
63 Řešeniacute opakovaciacuteho cvičeniacute (kap 5) 1) Esterifikace je reakce kterou se připravujiacute estery vedlejšiacutem produktem je
voda Vyacutechoziacutemi laacutetkami pro tuto reakci jsou alkohol a karboxylovaacute kyselina
reakce musiacute probiacutehat v prostřediacute silneacute kyseliny
2) b)
3) kyselaacute hydrolyacuteza
4) Řada esterů se použiacutevaacute v potravinaacuteřstviacute jako vonneacute a přiacutechuťoveacute přiacutesady
5) c)
6)
7) alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
8) c)
reakce probiacutehajiacuteciacute v prvniacute zkumavce
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
reakce probiacutehajiacuteciacute ve druheacute zkumavce
H+
C
O
OCH3 CH2 CH3 OH2+ OH CH2 CH3C
O
OHCH3 +
7 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele 71 Estery anorganickyacutech kyselin
Kromě esterů karboxylovyacutech kyselin tj organickyacutech existujiacute takeacute estery anorganickyacutech
kyselin Esterifikaci anorganickyacutech kyselin můžeme žaacutekům zmiacutenit aby si uvědomili že probiacutehaacute nejen u
organickyacutech kyselin
Reakciacute kyseliny boriteacute s methanolem nebo ethanolem v kyseleacutem prostřediacute vznikajiacute estery kyseliny boriteacute Uvedenou reakci jejiacutež provedeniacute je velmi jednoducheacute lze použiacutet i pro odlišeniacute
C
O
OHC
O
O CH2 CH3OH CH2 CH3+H
+
OH2+
12
methanolu od ethanolu Ve směsi metanol - kyselina boritaacute se tvořiacute ester i bez přiacutedavku kyseliny
siacuteroveacute a ester hořiacute zeleně Ve směsi ethanol - kyselina boritaacute bez přiacutedavku H2SO4 se ester netvořiacute tak
rychle po zapaacuteleniacute reakčniacute směsi je plamen oranžovyacute Po okyseleniacute teacuteto reakčniacute směsi konc H2SO4
vznikaacute triethylester kyseliny boriteacute kteryacute hořiacute takeacute zelenyacutem plamenem
B
OHOH
OH
B
OO
O
CH3
CH3
CH3
+ CH3 OH3 + OH23
Estery kyseliny dusičneacute se použiacutevajiacute jako vyacutebušniny Nitroglycerin ester kyseliny dusičneacute a
glycerolu je nejdůležitějšiacute součaacutestiacute dynamitu Použiacutevaacute se takeacute v leacutekařstviacute jako prostředek pro zklidněniacute
srdečniacutech arytmiiacute a snižovaacuteniacute krevniacuteho tlaku
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3 H2SO4
- 3 H2O
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2 Ester kyseliny dusičneacute a celulosy ndash nitrocelulosa je znaacutemaacute vyacutebušnina
72 Poznaacutemky k chemickeacutemu pokusu (viz 22)
Pokud by vůně vznikleacuteho esteru nebyla vyacuteraznaacute lze zkumavku s reakčniacute směsiacute ještě před
jejiacutem vylitiacutem na hodinoveacute skliacutečko zahřiacutevat (je nutneacute dbaacutet na bezpečnost žaacuteků ndash předevšiacutem braacutet
v uacutevahu možneacute vystřiacuteknutiacute směsi a dodržovat tedy bezpečnyacute odstup od žaacuteků použiacutet ochrannyacute štiacutet)
Pro přiacutepravu většiacuteho množstviacute esteru je vhodneacute použiacutet zpětnyacute chladič Do baňky s 6 ml
kyseliny octoveacute přidaacuteme 5 ml ethanolu Na obličej si nasadiacuteme ochrannyacute štiacutet Opatrně za chlazeniacute
proudem vody přilijeme 6-7 ml konc kyseliny siacuteroveacute Baňku uzavřeme zaacutetkou s jednoduchyacutem
zpětnyacutem chladičem (min 60 cm dlouhaacute skleněnaacute trubička) (viz obr2) a opatrně zahřiacutevaacuteme 7 ndash 10 min
na vodniacute laacutezni
Obr 2 Esterifikace za použitiacute jednoducheacuteho zpětneacuteho chladiče
13
Potom zaměniacuteme zpětnyacute chladič za vzdušnyacute sestupnyacute a oddestilujeme asi 5 ml kapaliny Přisypeme
1 lžičku uhličitanu sodneacuteho kteryacute vytvořiacute oddělenou vrstvu nemiacutesitelnou s vodou nebo můžeme
reakčniacute směs ihned po ukončeniacute zahřiacutevaacuteniacute pod zpětnyacutem chladičem vylit do kaacutedinky s nasycenyacutem
roztokem chloridu sodneacuteho ve vodě čiacutemž se vysoliacute ethylester kyseliny octoveacute
73 Charakteristickeacute vůně esterů
Alkohol Kyselina Ester Vůně
methanol k salicylovaacute methylester kyseliny salicyloveacute karamel
methanol k maacuteselnaacute methylester kyseliny maacuteselneacute ananas
ethanol k maacuteselnaacute ethylester kyseliny maacuteselneacute broskve
ethanol k benzoovaacute ethylester kyseliny benzooveacute karafiaacutety
ethanol k mravenčiacute ethylester kyseliny mravenčiacute rum
ethanol k octovaacute ethylester kyseliny octoveacute rozpouštědla
butan-1-ol k octovaacute butylester kyseliny octoveacute ovoce
butan-1-ol k propionovaacute butylester kyseliny propionoveacute rum
pentan-1-ol k benzoovaacute pentylester kyseliny benzooveacute ambra
pentan-1-ol k octovaacute pentylester kyseliny octoveacute ovoce
pentan-1-ol k salicylovaacute pentylester kyseliny salicyloveacute orchideje
petan-1-ol k maacuteselnaacute pentylester kyseliny maacuteselneacute meruňky
oktan-1-ol k octovaacute oktylester kyseliny octoveacute pomeranče
74 Alkalickaacute hydrolyacuteza esteru (zmyacutedelněniacute)
Alkalickaacute hydrolyacuteza esterů patřiacute mezi průmyslově vyacuteznamneacute reakce ndash využiacutevaacute se při vyacuterobě myacutedel
Zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu myacutedel jsou tuky jejichž hlavniacute součaacutest tvořiacute praacutevě estery vyššiacutech
mastnyacutech kyselin s glycerolem (např kyseliny stearovaacute palmitovaacute olejovaacute atd)
8 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Mareček A Honza J Chemie pro čtyřletaacute gymnaacutezia 3 diacutel Nakladatelstviacute
Olomouc Olomouc 2000
2 Škoda J Douliacutek P Chemie 8 - učebnice pro zaacutekladniacute školy a viacuteceletaacute gymnaacutezia
Fraus Plzeň 2006
CH2
CH
CH2
O
O
O
OC
OC
OC R
R
R
3 NaOH
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 R CO ONa
tuk glycerol sodneacute myacutedlo
+
14
3 Kovaacuteč J a kol Organickaacute cheacutemia 1 Alfa Bratislava 1992
4 Klouda P Janeczkovaacute A Organickaacute chemie studijniacute text pro SPŠCH
Nakladatelstviacute Pavel Klouda Ostrava 2001
5 Hrnčiar P Organickaacute cheacutemia Slovenskeacute pedagogickeacute nakladatelstvo Bratislava
1990
6 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemie sbiacuterka uacuteloh pro společnou čaacutest maturitniacute zkoušky
Tauris Praha 2001
7 Baacuterta M Jak (ne)vyhodit školu do povětřiacute Horaacutekova chemickaacute kuchařka pro
maleacute i velkeacute experimentaacutetory chemickeacute pokusy pro žaacuteky 8 a 9 třiacuted studenty
středniacutech škol a jejich nadšeneacute učitele Didaktis Brno 2004
8 Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
Univerzita Palackeacuteho v Olomouci Olomouc 2007
9 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemickeacute pokusy pro školu a zaacutejmovou činnost
Prospektrum Praha 2000
Internetoveacute odkazy 10 Rum tuzemaacutek [online 2011-09-15] Dostupneacute z www lthttpwwwla-vinczrum-
tuzemak-05l-375p20782gt
11 Ananas plod ananasovniacuteku chocholateacuteho [online 2011-09-15] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiSouborPineapple_and_cross_sectionjpggt
12 Nitroglycerin [online 2012-04-11] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiNitroglyceringt
15
PŘIacuteRODNIacute LAacuteTKY ndash VITAMINY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky přiacuterodniacutech laacutetek
2 Vitaminy
Přehled vybranyacutech vitaminů
21 Vitamin A ndash retinol
22 Vitamin B1 ndash thiamin
23 Vitamin B2 ndash riboflavin
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety
25 Vitamin B12 ndash kobalamin
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute
27 Vitamin D ndash kalciferoly
28 Vitamin E ndash tokoferoly
3 Zaacutevěr
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
16
1 Přiacuterodniacute laacutetky
Za přiacuterodniacute laacutetky se považujiacute organickeacute sloučeniny ktereacute jsou produkty
chemickyacutech reakciacute probiacutehajiacuteciacutech v buňkaacutech Některeacute z přiacuterodniacutech laacutetek jsou
jednoducheacute organickeacute sloučeniny jineacute naopak velmi složiteacute makromolekulaacuterniacute laacutetky
Přiacuterodniacute laacutetky se zpravidla děliacute do skupin podle sveacuteho chemickeacuteho složeniacute a
struktury nebo podle funkciacute ktereacute plniacute v živeacutem organismu Rozlišujeme tedy tzv
energetickeacute živiny (lipidy sacharidy proteiny) biokatalyzaacutetory (vitaminy enzymy
hormony) daacutele nukleoveacute kyseliny a alkaloidy
2 Vitaminy
Vitaminy jsou organickeacute sloučeniny ktereacute již v malyacutech koncentraciacutech ovlivňujiacute
průběh některyacutech chemickyacutech dějů v živeacutem organismu Vyacuteznam vitaminů spočiacutevaacute v
tom že tvořiacute nezbytnou součaacutest enzymů Z chemickeacuteho hlediska patřiacute vitaminy k
různyacutem druhům sloučenin proto je neniacute možneacute dělit podle struktury Z tohoto důvodu
se děliacute nejčastěji podle rozpustnosti a to na vitaminy rozpustneacute ve vodě (hydrofilniacute) a
vitaminy rozpustneacute v tuciacutech (lipofilniacute) Toto rozděleniacute naviacutec koresponduje
s charakteristickyacutemi vlastnostmi jednotlivyacutech vitaminů Napřiacuteklad hydrofilniacute vitaminy
nedokaacuteže organismus skladovat proto se při nadbytečneacutem přiacutejmu vylučujiacute močiacute
Lipofilniacute vitaminy jsou v organismu skladovatelneacute Jejich nadbytečnyacute přiacutejem může
veacutest k hypervitaminoacutezaacutem ktereacute mohou vyvolat vaacutežneacute poruchy (zejmeacutena u vitaminů A
a D)
Před objasněniacutem struktury vitaminů bylo zavedeno jejich označovaacuteniacute piacutesmeny abecedy Vitaminy se stejnyacutemi nebo podobnyacutemi fyziologickyacutemi uacutečinky byly
odlišovaacuteny čiacuteselnyacutemi indexy Později byly použiacutevaacuteny triviaacutelniacute naacutezvy Dnes se
většinou upřednostňujiacute naacutezvy odvozeneacute od chemickeacuteho složeniacute jednotlivyacutech
vitaminů Označovaacuteniacute piacutesmeny staacutele přežiacutevaacute zejmeacutena v leacutekařskeacute praxi a
potravinaacuteřstviacute
17
EE
AA DD
KKEE
AA DD
KK
Vitaminy rozpustneacute ve vodě
Do teacuteto skupiny řadiacuteme předevšiacutem skupinu vitaminů B (B1 ndash thiamin B2 ndash riboflavin
B5 ndash kyselina pantotenovaacute B6 ndash pyridoxin atd) vitamin C (kyselina L-askorbovaacute) a
vitamin H (biotin)
Obr 1 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech ve vodě
Vitaminy rozpustneacute v tuciacutech
Do teacuteto skupiny řadiacuteme vitamin A (retinol) vitamin D (skupina laacutetek označovanyacutech
jako kalciferoly) vitamin E (skupina laacutetek označovanaacute jako tokoferoly) a vitamin K
(existuje opět v různyacutech formaacutech jako fylochinon K1 farnochinon K2 atd)
Obr 2 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech v tuciacutech
Vitaminy si živočišnyacute organismus většinou až na vyacutejimky nedovede saacutem vytvořit
Z tohoto důvodu jsou lideacute i ostatniacute živočichoveacute odkaacutezaniacute na jejich přiacutejem v potravě
Přiacutetomnost a vhodnaacute koncentrace vitaminů v těle jsou nezbytneacute předevšiacutem pro
spraacutevnyacute růst a vyacutevoj jedince Nepřiacutetomnost některeacuteho vitaminu v těle se projevuje
vaacutežnyacutemi fyziologickyacutemi poruchami a onemocněniacutemi ktereacute se obecně označujiacute jako
avitaminosa Typickaacute avitaminosa se vyskytuje v našich podmiacutenkaacutech poměrně
B H
C
18
vzaacutecně Častějšiacute jsou onemocněniacute z nedostatečneacuteho množstviacute vitamiacutenu tzv
hypovitaminosa kteraacute maacute miacuternějšiacute průběh než avitaminosa Naopak nadbytečneacute
množstviacute některeacuteho vitaminu v těle může způsobit hypervitaminosu
Přehled vybranyacutech vitaminů
V teacuteto kapitole jsou podrobněji popsaacuteny nejvyacuteznamnějšiacute vitaminy
21 Vitamin A ndash retinol z chemickeacuteho hlediska se jednaacute o skupinu podobnyacutech
laacutetek patřiacuteciacute mezi tetraterpeny Vitamin A stimuluje růst živočišnyacutech buněk spraacutevnyacute
vyacutevoj kosterniacutech tkaacuteniacute a normaacutelniacute reprodukci Je velice důležityacute při zrakoveacutem vjemu
Denniacute daacutevka pro člověka je 1 mg
Dobryacutem zdrojem je zelenina a ovoce (mrkev špenaacutet petržel rajčata) rybiacute tuk
maacuteslo žloutek jaacutetra Avitaminosa se projevuje šeroslepostiacute zastaveniacutem růstu a
degeneraciacute reprodukčniacutech orgaacutenů Dlouhotrvajiacuteciacute nedostatek vyvolaacutevaacute vypadaacutevaacuteniacute
vlasů krvaacuteceniacute z nosu bolesti kloubů Zaacutesoba vitaminu A je jedniacutem
z faktorů přirozeneacute ochrany organismu před zhoubnyacutem bujeniacutem
22 Vitamin B1 ndash thiamin tvořiacute kofaktor řady enzymů Je syntetizovaacuten střevniacutemi
bakteriemi Rozklaacutedaacute se v alkalickeacutem prostřediacute Průměrnaacute denniacute spotřeba pro
člověka je asi 14 mg Nejdůležitějšiacutemi zdroji je celozrnnaacute mouka luštěniny droždiacute
žloutek vnitřnosti a hověziacute maso Avitaminosa je znaacutema jako nemoc beri-beri (osoby
živeneacute převaacutežně loupanou ryacuteži) Přiacuteznaky nemoci jsou rozmaniteacute od ztraacutety
hmotnosti přes poruchy nervoveacuteho systeacutemu až po svalovou slabost
Obr 3 Ilustračniacute obraacutezky možnyacutech zdrojů vitaminu A zleva komerčniacute tobolky obsahujiacuteciacute rybiacute tuk špenaacutet maacuteslo
19
N
NCH2
N
S CH2CH2
OH
CH3
CH3 NH2
23 Vitamin B2 ndash riboflavin je opět součaacutestiacute kofaktorů řady enzymů Velmi citlivyacute na
světlo Jeho denniacute potřeba pro člověka činiacute 2 mg Zdrojem je listovaacute zelenina rajčata
obilniacute slupky mleacuteko žloutek vnitřnosti Avitaminosa se projevuje zaacutenětlivyacutemi
změnami sliznic a kůže změnami očniacute rohovky poruchami růstu a nervovyacutemi
poruchami
N
NNH
N
OH
OH OH
OH
CH3
CH3
O
O Obr 6 Chemickyacute vzorec vitaminu B2
Obr 5 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B1 zleva droždiacute obilneacute klasy hověziacute maso
Obr 4 Chemickyacute vzorec vitaminu B1
20
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety pyridoxol (pyridoxin) pyridoxal a pyridoxamin jsou to kofaktory enzymů uplatňujiacuteciacutech se při metabolismu
aminokyselin Denniacute daacutevka pro člověka je asi 2 mg Jsou hojně zastoupeneacute zejmeacutena
v mase jaacutetrech droždiacute listoveacute zelenině celozrnneacute mouce Pyridoxol je v rostlinaacutech
ostatniacute v živočišnyacutech tkaacuteniacutech Snadno se rozklaacutedajiacute světlem a teplem Nedostatek je
vzaacutecnyacute a způsobuje předevšiacutem nervoveacute poruchy
25 Vitamin B12 ndash kobalamin jednaacute se o kofaktory enzymů podiacutelejiacuteciacutech se na
biosynteacuteze nukleovyacutech kyselin a metabolismu aminokyselin a biacutelkovin Jsou nezbytneacute
pro tvorbu krve a to zejmeacutena pro tvorbu červenyacutech krvinek Denniacute potřeba u člověka
se pohybuje kolem 3 mg Vyacuteznamnyacutem zdrojem jsou vnitřnosti předevšiacutem jaacutetra
Nedostatek B12 je přiacutečinou vaacutežneacute až smrtelneacute nemoci ndash perniciosniacute anemie
(nedostatek červenyacutech krvinek spojeneacute s neurologickyacutemi komplikacemi)
Obr 7 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B zleva obilniny mleacuteko a čerstvyacute syacuter droždiacute
21
NN
N N
N N
Co+
OHO
NH2
NH2
O
H
O
NH2
O
NH2O
O
OH
OH
O
NH
H OP
OH
OO
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute tvořiacute důležityacute redoxniacute systeacutem kteryacute při
biochemickyacutech reakciacutech vystupuje jako neenzymovyacute přenašeč vodiacuteku Rozklaacutedaacute se
vzdušnyacutem kysliacutekem Daacutele je kofaktorem některyacutech enzymů uacutečastniacute se obrannyacutech
mechanismů vůči chorobaacutem a jinyacutem poškozeniacutem Patřiacute mezi zachytaacutevače volnyacutech
radikaacutelů ale naopak v přiacutetomnosti Fe3+ zvyšuje jejich tvorbu Proto je třeba jeho
přiacutevod do těla regulovat Doporučenaacute denniacute daacutevka pro člověka je 50-60 mg
Vitamin C je rozšiacuteřen v rostlinaacutech nejviacutece v šiacutepciacutech černeacutem rybiacutezu zeleneacute
paprice citronech a pomerančiacutech Při nedostatku nejprve vysychaacute kůže člověk
Obr 8 Chemickyacute vzorec vitaminu B12
Obr 9 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B12 zleva tepelně upravenaacute jaacutetra mleacuteko
22
hubne maacute pocit uacutenavy a později se projevujiacute přiacuteznaky kurdějiacute - podkožniacute krvaacuteceniacute
krvaacuteceniacute daacutesniacute vypadaacutevaacuteniacute zubů naacutechylnost k infekciacutem
27 Vitamin D ndash steroidniacute hormonaacutelniacute prekurzory ndash kalciferoly vznikajiacute ozaacuteřeniacutem
nenasycenyacutech sterolů UV zaacuteřeniacutem U lidiacute se tvořiacute zejmeacutena v kůži Regulujiacute
metabolismus vaacutepniacuteku Svyacutemi uacutečinky připomiacutenajiacute hormony Netvořiacute kofaktory
Velikost denniacute daacutevky zaacutevisiacute na věku a intenzitě ozařovaacuteniacute pokožky Zdrojem
provitaminů D jsou kvasnice některeacute oleje a žloutek Vitaminy D jsou ve většiacute miacuteře
obsaženy v jaterniacutech tuciacutech maacutesle a mleacuteku Nedostatek vitaminu D vyvolaacutevaacute poruchy
metabolismu vaacutepniacuteku a fosforu ktereacute vede k onemocněniacute zvaneacutemu rachitis (křivice)
Obr 10 Chemickyacute vzorec vitaminu C
Obr 11 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu C zleva paprika citrusoveacute plody šiacutepky
Obr 12 Chemickyacute vzorec vitaminu D
23
2288 Vitamin E - tokoferoly - vyacuteznam neniacute zatiacutem přesně znaacutem Všeobecně se miacuteniacute
že chraacuteniacute lipidy před oxidaciacute zejmeacutena pak lipidy buněčnyacutech membraacuten Poškozeniacute
lipidů vyvolaacutevajiacute hlavně volneacute radikaacutely a tokoferoly tyto volneacute radikaacutely zachycujiacute Teacuteto
vlastnosti se využiacutevaacute i při stabilizaci tuků a olejů v průmyslu Denniacute daacutevka pro člověka
se pohybuje v rozmeziacute 15-20 mg Hlavniacute zdroje jsou rostlinneacute oleje olej z obilnyacutech
kliacutečků zelenina luštěniny maacuteslo a vejce Nejsou v rybiacutem tuku
Obr 13 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu D zleva vařenaacute vejce plaacutetek lososa
Obr 14 Chemickyacute vzorec vitaminu E
24
3 Zaacutevěr
Vitaminy jsou nezbytnou součaacutestiacute lidskeacuteho těla a jsou nesmiacuterně důležiteacute aby
organismus mohl spraacutevně fungovat a byl chraacuteněnyacute vůči různyacutem onemocněniacutem Vyššiacute
potřeba vitaminů se projevuje napřiacuteklad po nemoci při většiacute psychickeacute nebo fyzickeacute
zaacutetěži při oslabeneacutem imunitniacutem systeacutemu těhotenstviacute nebo u dětiacute a staršiacutech lidiacute
Jedniacutem z alternativniacutech zdrojů vitaminů jsou různeacute potravinoveacute doplňky
V žaacutedneacutem přiacutepadě by však neměly byacutet naacutehražkou klasickeacute stravy protože
v potravinaacutech jsou kromě vitaminů takeacute pro tělo důležiteacute živiny Konzumovat by se
měly všechny druhy potravin s obsahem jak vitaminů a mineraacutelniacutech laacutetek tak
biacutelkovin sacharidů a tuků
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 wwwwikiskriptaeuindexphpEnzyacutemy_-_Cvičenie
5 orionchemimunicz14-Kinetika-1htm
Obr 15 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu E zleva obilneacute kliacutečky klasy kukuřice
25
6 wwwwikiskriptaeu500px-Schema-koenzymjpg
7 httpfileboxvteduuserschagedorbiol_4684
8 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
9 httphomecaregrouporgclinicalaltmedinteractionsImages
10 httpcswikipediaorgwikiSouborStrukt_vzorec_riboflavinPNG
11 httpcswikipediaorgwikiSouborHydroxocobalaminsvg
12 httpcswikipediaorgwikiSouborL-Ascorbic_acidsvg
13 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
14 httplaveganlocablogspotcom200806corn-sproutshtml
15 httpwwwordinaceczclanekproc-ne-pit-mleko
16 httpwwwdrozdiczclankybezlepkova-dieta
17 httpwwwmojevitaminycz
18 httpwwwdigitalphotoplenphotos-images1633
19 httpnajmamaaktualityskclanok224729kukurica-zdravie-farby-zlata
20 httpprozenybleskczclanekpro-zeny-zdravi-a-hubnuti-
fitness156603zatocte-s-celulitidou-5-5-tipu-proti-pomerancove-kuzihtml
21 httplmatyblogczen1103vejce-a-kraslice
22 httpdomanovaczclanekstihlaafitcitrusy-maji-pri-hubnuti-blahodarny-
ucinekhtml
23 httpwwwwellnesswacomau201102rosehip-tea-rosehip-mask-rosehip-oil-
and-rosehip-lip-balm-a-four-way-rosehip-ritual
24 httpwwwbordeauxcomusblogtagspinach
25 httpwwweducaterercoukpedigree-beef-33-casp
26
ZAacuteKLADNIacute BIOCHEMICKEacute PROCESY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
1 1 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů
1 2 Kategorie metabolismu
2 Katabolickeacute procesy
2 1 Průběh metabolismu v buňce
2 2 Metabolismus sacharidů
2 3 Metabolismus mastnyacutech kyselin
2 4 Metabolismus aminokyselin
3 Anabolickeacute procesy
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
VODIacuteK - H
1p +
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
000
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
--
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
- --
8p +8n
--
--
-- --
--
--
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
- --
6p +6n
--
--
-- --
--
VODIacuteK - H
1p +
-
VODIacuteK - H
1p +
---
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
DUSIacuteK - N
7p +7n
--
--
-- --
--
--
000
1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
11 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů V živeacute buňce probiacutehaacute velkeacute množstviacute chemickyacutech reakciacute Většina z nich se
uskutečňuje současně
Převaacutežnaacute čaacutest biochemickyacutech reakciacute v buňce je součaacutestiacute metabolickyacutech drah ktereacute
na sebe vzaacutejemně navazujiacute a jejichž vyacutesledkem je jeden nebo viacutece produktů
Termiacuten metabolismus můžeme volně přeložit jako laacutetkovaacute vyacuteměna Jednaacute se o
soubor všech chemickyacutech procesů v organismu Mezi zaacutekladniacute biogenniacute prvky patřiacute uhliacutek kysliacutek dusiacutek a vodiacutek
4 Scheacutema atomů jednotlivyacutech biogenniacutech prvků
Z těchto prvků jsou takeacute tvořeny zaacutekladniacute živiny sacharidy lipidy a biacutelkoviny 12 Kategorie metabolismu
Metabolismus se tradičně děliacute na dvě hlavniacute kategorie Katabolismus ndash převažujiacute reakce rozkladneacute (degradačniacute) Živiny a složitějšiacute laacutetky
jsou štěpeny na jednoduššiacute a uvolňuje se energie
Obr 1 Ilustračniacute foto ke katabolickyacutem reakciacutem
Anabolismus ndash převažujiacute reakce syntetickeacute při kteryacutech chemickyacutemi reakcemi
vznikajiacute složitějšiacute biomolekuly z jednoduchyacutech komponent
28
Obr 2 Ilustračniacute foto k anabolickyacutem reakciacutem Katabolickeacute procesy poskytujiacute energii potřebnou k procesům anabolickyacutem Zdrojem
energie pro metabolickeacute reakce je ATP (adenosintrifosfaacutet)
2 Katabolickeacute procesy
Pro ziacuteskaacutevaacuteniacute velkeacuteho množstviacute energie katabolickyacutemi reakcemi jsou
nejvyacutehodnějšiacute tuky (lipidy) Proto si je organismus vytvaacuteřiacute jako zaacutesobniacute formu
energie
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g tuku ziacuteskaacuteme 389 kJ (93 kcal) energie Spalovaacuteniacute je chemickyacute proces rychleacute oxidace kteryacutem se uvolňuje chemickaacute energie
V rozšiacuteřeneacutem nebo přeneseneacutem vyacuteznamu se jednaacute o biochemickyacute proces
přeměňovaacuteniacute živin v pohybovou a tepelnou energii
Dalšiacutem vyacutehodnyacutem zdrojem energie je glukosa Je to naviacutec jedinaacute živina
zpracovaacutevanaacute organismem za vzniku energie i bez přiacutestupu kysliacuteku
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g glukosy ziacuteskaacuteme 17 kJ (41 kcal) energie
Biacutelkoviny jako zdroje energie využiacutevajiacute organismy při zaacutetěžovyacutech stavech
Obr 3 Scheacutema molekuly ATP
29
21 Průběh metabolismu v buňce
Celyacute proces přeměny laacutetek - metabolismu v jedneacute buňce je možneacute rozdělit do
čtyř faacuteziacute probiacutehajiacuteciacute v oddělenyacutech čaacutestech
Extracelulaacuterně (mimo buňku) probiacutehaacute Faacuteze I Traacuteviciacute trakt rarr štěpeniacute živin na zaacutekladniacute složky a jejich transport krviacute
Intracelulaacuterně (v buňce) probiacutehaacute Faacuteze II Štěpeniacute živin na složky citraacutetoveacuteho cyklu rarr uvolněniacute NH3
Faacuteze III Citraacutetovyacute cyklus rarr vznik redukovanyacutech kofaktorů NADH a FHDH2
rarr uvolněniacute CO2
Faacuteze IV Dyacutechaciacute řetězec rarr zpracovaacuteniacute NADH a FADH2 rarr uvolněniacute H2O
rarr uvolněniacute energie rarr oxidativniacute fosforylace
rarr tvorba ATP
NADH reduktasa přesněji NADH ubichinon-reduktasa ndash jednaacute se o velkyacute
enzymatickyacute komplex složenyacute z řady biacutelkovinnyacutech podjednotek
Flavinadenindinukleotid (FAD či FADH2 přiacutepadně riboflavinadenosindifosfaacutet) ndash
jednaacute se o kofaktor neboli niacutezkomolekulaacuterniacute nebiacutelkovinnou čaacutest řady enzymů FAD je
jeho oxidovanaacute forma zatiacutemco FADH2 je jeho forma redukovanaacute
Po přiacutejmu potravy se v traacuteviciacutem traktu jednotliveacute živiny souhrou traacuteviciacutech enzymů
štěpiacute
Z polysacharidů monosacharidy Z lipidů mastneacute kyseliny Z biacutelkovin aminokyseliny 22 Metabolismus sacharidů
Monosacharidy se pomociacute přenašečů dostaacutevajiacute do krve a poteacute do buněk
V buňce se mohou přeměnit na glukosu a ta podleacutehaacute štěpeniacute zvaneacutem glykolysa
tiacutemto procesem vznikaacute acetyl-CoA (aktivovanaacute kyselina octovaacute)
vznikajiacute
vznikajiacute
vznikajiacute
30
Dalšiacute degradace monosacharidů probiacutehaacute v mitochondriiacutech v raacutemci citraacutetoveacuteho
cyklu V reakciacutech cyklu vznikajiacute dvě molekuly CO2 což je konečnyacute produkt
metabolismu uhliacuteku a kysliacuteku z živin
Vodiacutek z živin se takeacute uvolňuje a navaacuteže se na oxidoredukčniacute enzymy
označovaneacute jako pyridinoveacute (NADH) a flavinoveacute (FADH2) dehydrogenasy
Takto vaacutezaneacute vodiacuteky v konečneacute faacutezi vstupujiacute do dyacutechaciacuteho řetězce Zde ztraacutecejiacute
za uvolněniacute energie sveacute elektrony za vzniku čaacutestice (H+) a elektrony se postupně
přenaacutešejiacute až na kysliacutek kteryacute vytvořiacute s H+ molekuly vody Zdrojem kysliacuteku je oxidovanyacute
hemoglobin (oxyhemoglobin) vodiacutek pochaacuteziacute z živin
Uvolněnaacute energie se transformuje v procesu oxidativniacute fosforylace do molekuly
adenosintrifosfaacutetu ndash makroergickeacute sloučeniny bohateacute na energii
Sacharidy (cukry) ndash jsou považovaacuteny za okamžityacute zdroj energie
ndash glukosa je zdrojem energie pro všechny buňky jejiacute staacutelaacute hladina v krvi 44ndash67 mmoll
ndash při zvyacutešeniacute na 10 mmoll se glukosa objevuje v moči
ndash za běžnyacutech podmiacutenek se glukosa z potravy přeměňuje přibližně z 50 na oxid uhličityacute a
vodu (spalovaacuteniacute) 30ndash40 se přestavuje na tuk a 5 se syntetizuje na glykogen
ndash denniacute potřeba glukoacutezy min 160 g denně 300ndash500 g(mozek 120 g svaly v klidu 30ndash100 g)
23 Metabolismus mastnyacutech kyselin
Mastneacute kyseliny vytvořiacute v červenyacutech krvinkaacutech ndash erytrocytech triacylglyceroly
(triglyceridy) ktereacute se zabudujiacute do chylomikronů a přes lymfu proniknou do krve
V krvi se z nich speciaacutelniacutem enzymem zvanyacutem lipasa uvolniacute mastneacute kyseliny ktereacute se
vaacutežiacute na albuminy a poteacute prostupujiacute přes membraacutenu do buněk
Mastneacute kyseliny jsou zpracovaacuteny v β-oxidaci Jednaacute se o cyklus postupneacuteho
odbouraacutevaacuteniacute při němž se postupně odštěpujiacute vždy dvouuhliacutekateacute jednotky z mastneacute
kyseliny ze ktereacute vznikaacute acetyl-CoA Reakce probiacutehaacute v cytosolu mitochondrie
Vzniklyacute acetyl-CoA vstupuje do reakciacute citraacutetoveacuteho cyklu a zbytek mastneacute kyseliny
jejiacutež kostra je kratšiacute o dva uhliacuteky znovu vstupuje do reakce kteraacute vede k odštěpeniacute
dalšiacute dvouuhliacutekateacute jednotky Vyacutesledkem je vysokyacute zisk energie v zaacutevislosti na
velikosti uhliacutekateacute kostry mastneacute kyseliny Scheacutema β-oxidace R-CH2-CH2-CO-S-CoA + HS-CoA rarr R-CO-S-CoA + CH3-CO-S-CoA + H2O
31
Tuky (lipidy) - sloučeniny trojsytneacuteho alkoholu glycerolu s mastnyacutemi kyselinami
Vyacuteznam tuků - umožňujiacute vitamiacutenům A D E K ktereacute jsou lipofilniacute (rozpustneacute v tuciacutech) vstup do
organismu a jejich dalšiacute využitiacute
- jsou zdrojem esenciaacutelniacutech mastnyacutech kyselin
- tvořiacute zaacutesobu energie (v podkožiacute se nachaacuteziacute až 90 tuku)
- jsou součaacutestiacute buněčnyacutech membraacuten (cholesterolu)
Mastneacute kyseliny (MK) ndash jednaacute se o vyššiacute monokarboxyloveacute kyseliny ktereacute se mohou dělit na
1 neesenciaacutelniacute tělo si je dokaacuteže vyrobit samo (z cukrů a tuků živočišneacuteho původu) ty se dajiacute podle
charakteru vazeb daacutele dělit na
a) nasyceneacute - obsahujiacute jednoducheacute vazby mezi atomy uhliacuteku syntetizujiacute se v jaacutetrech
(např kys palmitovaacute ndash obsahuje 16 atomů uhliacuteku v molekule) kys stearovaacute
obsahuje 18 atomů uhliacuteků v molekule)
b) nenasyceneacute - obsahujiacute dvojneacute vazby mezi atomy uhliacuteku jejich vyacuteznamnyacutem zdrojem
je olivovyacute olej (k olejovaacute ndash obsahuje 18 atomů uhliacuteku v molekule)
2 esenciaacutelniacute tělo je samo vytvořit nedokaacuteže musiacute je přijiacutemat v potravě jejich zdrojem jsou zejmeacutena
semena rostlinneacute oleje vlašskeacute ořechy a listovaacute zelenina (kys linolovaacute kys linolenovaacute
kys arachidonovaacute) daacutele ryby a mořštiacute živočichoveacute (kys eikosapentaneovaacute kys dokosahexaenovaacute)
24 Metabolismus aminokyselin
Aminokyseliny se stejnyacutem způsobem jako monosacharidy dostaacutevajiacute
prostřednictviacutem speciaacutelniacutech přenašečů do krve a naacutesledně do buněk Z různorodyacutech
biacutelkovin ziacuteskaacuteme přibližně 20 aminokyselin
Metabolismus aminokyselin je pro jejich vlastniacute různorodou strukturu
komplikovanějšiacute Zaacutekladniacutem rysem přeměny je uvolněniacute jejich aminoskupiny ve formě
škodliveacuteho amoniaku Protože člověk (a primaacuteti) jej nedovedou jednoduše vyloučit
zpracuje se v močovinoveacutem cyklu na netoxickou močovinu Zbyleacute uhliacutekateacute kostry
aminokyselin se různě složityacutemi reakcemi přeměňujiacute na složky citraacutetoveacuteho cyklu Biacutelkoviny (proteiny) ndash patřiacute mezi zaacutekladniacute stavebniacute laacutetky organismu
- biacutelkoviny živeacute hmoty se neustaacutele obnovujiacute (denně cca 300ndash500 g)
- jsou tvořeny aminokyselinami přičemž lidskeacute tělo využiacutevaacute 20 aminokyselin některeacute vytvaacuteřiacute samo
- jednaacute se o vysokomolekulaacuterniacute laacutetky (majiacute velkeacute relativniacute molekuloveacute hmotnosti) se složityacutem
prostorovyacutem uspořaacutedaacuteniacutem
- důsledky nedostatku biacutelkovin
bull chaacutetraacuteniacute těla (marasmus) zpomaleniacute až zastaveniacute růstu aneacutemie sniacuteženiacute odolnosti
narušeniacute vyacutevoje CNS
32
bull kwashiorkar u dětiacute (bdquonafouklaacute břiacuteškaldquo) strava energeticky dostatečnaacute ale chudaacute na
biacutelkoviny zvětšeniacute sleziny jater cirhoacuteza
Vyacutesledkem kompletniacute degradace živin jsou konečneacute produkty metabolismu čtyř
zaacutekladniacutech biogenniacutech prvků C H O N rarr CO2 H2O NH3 (přeměněnyacute na
močovinu) a energie vaacutezanaacute v ATP 3 Anabolickeacute procesy
Při anabolickyacutech procesech se živiny u zdraveacuteho člověka rozklaacutedajiacute na
jednoduššiacute laacutetky Při těchto rekciacutech je ziacuteskaacutevaacutena nejen energie ale čaacutest vzniklyacutech
produktů se využije k obnově tkaacuteniacute nebo tvorbě zaacutesob Napřiacuteklad aminokyseliny se
většinou využijiacute na synteacutezu biacutelkovin podle aktuaacutelniacutech potřeb a přebytek se odbouraacute
Organismus si žaacutedneacute biacutelkoviny do zaacutesob netvořiacute
Naopak glukosu je možno v organismu uchovaacutevat v podobě glykogenu kteryacute se
však vytvaacuteřiacute pouze v jaacutetrech a ve svalech
Hepatocyty (jaterniacute buňky) při vyacuterazneacutem poklesu glykeacutemie doplňujiacute hladinu
glukosy v krvi štěpeniacutem glykogenu Naviacutec jsou schopny syntetizovat glukosu
z glukogenniacutech aminokyselin laktaacutetu a z glycerolu uvolněneacuteho štěpeniacutem
triacylglycerolů
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
Metabolickaacute draacuteha je řada naacuteslednyacutech enzymovyacutech reakciacute vedouciacutech k tvorbě
určiteacuteho produktu Reakčniacute složky meziprodukty a produkty draacutehy jsou označovaacuteny
jako metabolity
1 Metabolickeacute draacutehy jsou nevratneacute Jestliže jsou dva produkty navzaacutejem metabolicky převoditelneacute musiacute byacutet draacuteha
vedouciacute od prveacuteho k druheacutemu produktu odlišnaacute od draacutehy vedouciacute od druheacuteho
produktu k prvniacutemu
2 Každaacute metabolickaacute draacuteha obsahuje časnyacute určujiacuteciacute stupeň Metabolickeacute draacutehy
jsou jako celek nevratneacute ale většina diacutelčiacutech reakciacute probiacutehaacute v bliacutezkosti
rovnovaacutežneacuteho stavu
3 Všechny metabolickeacute draacutehy jsou regulovaneacute
33
4 Metabolickeacute draacutehy probiacutehajiacute v eukaryontniacutech organismech ve specifickyacutech miacutestech
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
Nezbytneacute složky potravy jsou předevšiacutem živiny (lipidy sacharidy proteiny)
vitamiacuteny voda mineraacutelniacute laacutetky vlaacuteknina Jejich optimaacutelniacute procentuaacutelniacute zastoupeniacute
v potravě činiacute cukry 60 tuky 25 biacutelkoviny 15
Obecně lze vyjaacutedřit potřebu přiacutejmu biacutelkovin jako 1 gram na 1 kilogram vaacutehy těla
U dětiacute a těhotnyacutech žen o něco viacutece Rostlinneacute a živočišneacute biacutelkoviny jsou odlišneacute
struktury (esenciaacutelniacute aminokyseliny nejsou v rostlinnyacutech biacutelkovinaacutech) To je tedy
jeden z důvodů proč je vegetariaacutenstviacute nevhodneacute pro děti
Existujiacute vyacutekyvy ve spraacutevneacutem poměru přijiacutemaacuteniacute živin Z těchto vyacutekyvů vyplyacutevajiacute různeacute
patologie hladověniacute podvyacuteživa otylost obezita mentaacutelniacute anorexie a bulimie
Nutričniacute tabulky najdete např na adresehttpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 httpwwwustbonifacembcacusbabernierbiologieModule1Imagesatpjpg
5 httpnd01jxscz951848df6dd214b1_31960153_o2jpg
6 http12912392202isotope
7 httpwwwgoogleczimgresimgurl
8 httpwwwgoogleczimgresimgurl
9 httpwwwprojektalfag6czolygos2gif
10 httpcswikipediaorgwikiSouborFat_structural_formulaepng
11 httpnd01jxscz51188560aec9185e_35721065_o2jpg
34
12 httpwwwwikidocorgimages550-
Metabolism_790px_partly_labeledpngampimgrefurl
13 wwwmojeramaczrama-ideavitaminyjpg DHA (kyselina dokosahexaenovaacute )
ALA (kyselina alfa-linolenovaacute)--omega-3 nenasyceneacute mastneacute kyseliny
14 httpismuniczelportalestudfspsjs07fyziotextych02html
15 httpwwwzdravavyzivaczzdrava-vyziva3jpgampimgrefurl
16 httpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
17 httpwwwnspkaczNSPKA_prirucky2012laboratorni_prirucka_OKBHorlovaW
IAAHhtm
35
NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Uacutevod do problematiky naacutevykovyacutech laacutetek definice drogy rozděleniacute laacutetek
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol
22 Tabaacutek a kouřeniacute
3 Nelegaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu (marihuana hašiš)
32 Halucinogeny (LSD atropin mezkalin)
33 Laacutetky se stimulačniacutem uacutečinkem (kokain amfetaminy aj)
34 Laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem (sedativa-benzodiazepiny barbituraacutety aj)
35 Opiaacutety (morfin heroin aj)
36 Těkaveacute (inhalačniacute) laacutetky (toluen aceton)
4 Zaacutesady prevence a prvniacute pomoci při aplikaci naacutevykoveacute laacutetky
5 Legislativa tyacutekajiacuteciacute se naacutevykovyacutech laacutetek
6 Přehled použiteacute literatury
7 Teacutemata referaacutetů
36
1 Uacutevod
Definice naacutevykoveacute laacutetky (bdquodrogyldquo) jde o aplikaci jakeacutekoliv laacutetky přiacuterodniacuteho či
syntetickeacuteho původu ovlivňujiacuteciacute psychiku člověka a vyvolaacutevajiacuteciacute potřebu
opakovaneacuteho použitiacute (recidivy) takže uživatel se na niacute staacutevaacute zaacutevislyacute (bdquodrogovaacute
zaacutevislostldquo) Vzhledem ke skutečnosti že v posledniacutech letech vidiacuteme zvyacutešenyacute rozsah tohoto fenomeacutenu kteryacute
zasahuje čiacutem daacutel tiacutem mladšiacute skupiny mlaacutedeže se všemi nepřiacuteznivyacutemi důsledky (zdravotniacutemi
ekonomickyacutemi i společenskyacutemi ndash rozvrat osobnosti asociaacutelniacute a protizaacutekonneacute chovaacuteniacute nutnost leacutečby)
je nanejvyacuteš aktuaacutelniacute zavčas varovat žaacuteky ve škole před tiacutemto nebezpečiacutem (tzv toxikomaacutenie)
Na vzniku zaacutevislosti se podiacutelejiacute zejmeacutena tyto faktory
- droga - typ vlastniacute substance působiacuteciacute na psychiku
- člověk - zejmeacutena typ jeho osobnosti (zvyacutešeneacute riziko pro neurotickeacute
nezdrženliveacute nesebejisteacute jedince s absenciacute zaacutejmů a zaacutelib sportu atd)
- prostřediacute - problematickeacute rodinneacute zaacutezemiacute vliv bdquopartyldquo
Většinou při vzniku zaacutevislosti působiacute kombinace vyacuteše uvedenyacutech přiacutečin
Průběh zaacutevislosti
- zprvu jde o zvědavost vyzkoušet si novyacute zaacutežitek zahnat stres uacutenavu
bdquovyřešitldquo probleacutemy s učeniacutem partnerskyacutemi vztahy apod
- postupnyacute naacutevyk na drogu opakovaneacute užiacutevaacuteniacute zvyšujiacuteciacute se tolerance na drogu
(neplatiacute u alkoholu)
- abstinenčniacute přiacuteznaky při vynechaacuteniacute daacutevky (poceniacute třes zvraceniacute průjem hellip)
Psychickaacute zaacutevislost (kouřeniacute) ndash lze překonat silnou vůliacute
Fyzickaacute zaacutevislost (heroin) ndash při absenci drogy těžkeacute zdravotniacute naacutesledky popř
i smrt
- zdravotniacute a sociaacutelniacute konsekvence (rozpad rodiny odchod partnera ztraacuteta
zaměstnaacuteniacute sebevražedneacute pokusy aj)
Je nutneacute nebyacutet nevšiacutemavyacute k jasnyacutem přiacuteznakům počiacutenajiacuteciacute zaacutevislosti ndash změny chovaacuteniacute naacutehleacute
bezdůvodneacute zhoršeniacute prospěchu ztraacuteta zaacutejmů a přaacutetel zaviacuteraacuteniacute se na delšiacute dobu na WC shaacuteněniacute
financiacute (kraacutedeže) modřiny a vpichy na těle hellip
Způsoby aplikace drog
- peroraacutelně (tablety praacutešek roztok) ndash např pervitin extaacuteze
37
- dyacutechaciacutem uacutestrojiacutem (kouřeniacute ndash marihuana šňupaacuteniacute ndash kokain inhalace par ndash
toluen)
- intravenoacutezně (injekčně ndash heroin zvyacutešeneacute riziko přenosu infekciacute chorob ndash
žloutenka AIDS)
- jineacute způsoby (čiacutepky naacuteplasti hellip)
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol bdquoliacutehldquo (chemicky ethanol C2H5OH) Alkohol je staacutetem tolerovanou drogou a lze jej běžně od určiteacuteho věku (18-21 let)
koupit ve formě alkoholickyacutech naacutepojů v obchodech
Pozn Alkoholy obecně obsahujiacute ndashOH skupinu na alifatickeacutem řetězci pozor na zaacuteměnu ethanolu za
methanol CH3OH (možnost vyacuteskytu v různyacutech po domaacutecky paacutelenyacutech produktech) kteryacute je
prudce jedovatyacute ndash při požitiacute hroziacute oslepnutiacute smrt Alkoholismus je historicky jednou
z nejstaršiacutech drogovyacutech zaacutevislostiacute a pokusy o jeho vymyacuteceniacute (viz prohibice v USA Rusku)
vždy vedly pouze k rozmachu černeacuteho trhu
Alkohol působiacute na centraacutelniacute nervovyacute systeacutem a to zpočaacutetku stimulačně daacutele pak
tlumivě
Pro potravinaacuteřskeacute uacutečely se vyraacutebiacute lihovyacutem kvašeniacutem plodin obsahujiacuteciacutech cukr
(melasa z cukroveacute řepy brambory obiliacute různeacute druhy ovoce) za působeniacute enzymu
(zymasa)
C6H12O6 rarr 2 C2H5OH + 2 CO2
Průmyslově se ethanol vyraacutebiacute hydrataciacute ethenu
H2C=CH2 + H2O rarr CH3CH2OH
Pro chemickeacute užitiacute (např jako rozpouštědlo) se alkohol denaturuje tj zaacuteměrně se k němu přidaacutevajiacute
zapaacutechajiacuteciacute laacutetky (např derivaacutety merkaptanů pyridinu methanol benziacuten) aby nebyl poživatelnyacute
100 alkohol nelze ziacuteskat destilačně (s vodou tvořiacute při obsahu 96 tzv azeotropniacute směs kteraacute maacute
konstantniacute teplotu varu) pouze chemicky vaacutezaacuteniacutem vody užitiacutem sikativ (silikagel)
Požiacutevaacuteniacute alkoholu vede k nevratneacutemu poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (jaacutetra ndash cirhoacuteza
žaludek ndash vředy) oslabeniacute imunity poruchaacutem paměti depresiacutem a halucinaciacutem
u těhotnyacutech žen k poškozeniacute plodu Leacutečeniacute alkoholika předpoklaacutedaacute jeho spolupraacuteci a
38
je zdlouhaveacute (uacutestavniacute forma 6 - 12 měsiacuteců) a ne vždy uacutespěšneacute Pro vyleacutečeneacuteho platiacute
100 zaacutekaz alkoholu a doživotniacute bezvyacutejimečnaacute abstinence
Z hlediska konzumace alkoholu rozlišujeme
- abstinenti hellip nepijiacute vůbec či zcela vyacutejimečně v symbolickeacutem množstviacute
- přiacuteležitostniacute konzumenti hellip pijiacute bdquos miacuterouldquo nepravidelně nejsou skoro nikdy opiliacute
- nadměrniacute konzumenti hellip pijiacute trvale přes miacuteru ztraacutecejiacute kontrolu často opiliacute
- alkoholici hellip s chorobnou zaacutevislostiacute ndash nekontrolovatelneacute pitiacute abstinenčniacute přiacuteznaky
Resorpce (odbouraacutevaacuteniacute) alkoholu Odbouraacutevaacuteniacute alkoholu je individuaacutelniacute (u mužů cca 2x rychlejšiacute než u žen zaacutevisiacute i na
hmotnosti osoby) Orientačně lze počiacutetat s odbouraacuteniacutem max 015-02 permil alkoholu v
krvi za hodinu
Vzorec pro vyacutepočet promile alkoholu v krvi permil = mA(g) M (kg) middot k
kde mA hellip hmotnost čisteacuteho alkoholu (g)
M hellip hmotnost člověka (kg)
k koeficient ( 07 pro muže 06 pro ženy)
Vzorovyacute přiacuteklad
Vypočtěte kdy budeme moci sednout za volant vypijeme-li 2 piva 11ordm o obsahu alkoholu 4 obj a
k tomu 3 bdquopanaacutekyldquo vodky po 50 ml 40 alkoholu (hustota ethanolu je ρ = 078 gcm3)
vyacutepočet (přibližně)
a) 2 piva 11deg (4obj ) tzn 1000ml obsahuje cca 40 ml čisteacuteho alkoholu
tj mA = ρ middot V = 078 middot 40 = 312 g
b) 3 bdquopanaacutekyldquo (alkohol 40 obj) tzn 150ml obsahuje 60 ml čisteacuteho alkoholu
tjmA = ρ middot V = 078 middot 60 = 468 g
CELKEM 78 g čisteacuteho alkoholu
V krvi bude naměřeno 78 80 middot 07 = 14 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 80 kg muže)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 7 - 9 hodin ()
78 60 middot 06 = 22 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 60 kg ženu)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 11 - 14 hodin ()
Pozn Uvedenyacute přiacuteklad je pouze ilustračniacute a je nutneacute počiacutetat s časovou rezervou a individuaacutelniacutemi
odchylkami
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 2 - 6
39
22 Tabaacutek a kouřeniacute V současneacute době spolu s alkoholem jedinaacute staacutetem tolerovanaacute droga
Historie kouřeniacute dyacutemky u Indiaacutenů
v Evropě začiacutenaacute od 16 stol největšiacute rozvoj od 2pol 19 stol se seacuteriovou vyacuterobou cigaret
Laacutetky obsaženeacute v tabaacuteku
Hlavniacute roli hraje alkaloid nikotin
3-(1-methylpyrrolidin-2-yl)pyridin
Obr1 Tabaacutek (Nicotiana tabacum)
Nikotin je bezbarvaacute olejovitaacute kapalina rozpustnaacute ve vodě kteraacute na vzduchu hnědne
(oxiduje se na kyselinu nikotinovou) Draacuteždiacute centraacutelniacute nervovou soustavu zvyšuje
krevniacute tlak i sekreci žlaacutez Ve většiacutech daacutevkaacutech působiacute křeče až ochrnutiacute dyacutechaciacuteho
centra a smrt
Dalšiacute laacutetky v tabaacuteku alkaloidy nornikotin anabasin nikotyrin nikotellin hellip a mnoho dalšiacutech
Tabaacutekovyacute kouř daacutele obsahuje toxickeacute zplodiny hořeniacute (aromaacutety CO NOx HCN v cigaretoveacutem papiacuteře
je obsažen radioizotop 210Po)
Jen čaacutest škodlivyacutech laacutetek se zachytiacute na filtru zbytek se dostaacutevaacute do organismu
dyacutechaciacutemi cestami Je prokaacutezaacutena souvislost mezi rakovinou dyacutechaciacutech cest a
kouřeniacutem (varovaacuteniacute na každeacute krabičce cigaret)
Probleacutemem je že kouřeniacute se staacutele posouvaacute do nižšiacutech věkovyacutech skupin a do ženskeacute
populace (cca 13 kuřaacuteků jsou ženy) a negativniacute uacutečinky se bagatelizujiacute (bdquovždyť kouřiacute i
doktořildquohellip)
Způsoby boje proti kouřeniacute
Reklama (moderniacute je nekouřit) osvěta (někdy dost drastickaacute - rentgenoveacute sniacutemky
plic kuřaacuteka) legislativniacute omezeniacute (zaacutekazy kouřeniacute v restauraciacutech zvyšovaacuteniacute ceny)
Terapie
Při odvykaacuteniacute se uplatňuje řiacutezenaacute aplikace nikotinu ve formě žvyacutekačky naacuteplastiacute
elektronickaacute cigareta apod
40
Zaacutevěr
Jde o ošklivyacute zlozvyk jehož se těžce dotyčnyacute (obvykle až po fataacutelniacutech zdravotniacutech
probleacutemech) zbavuje Četnost recidivy je velmi značnaacute
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 6
3 NELEGAacuteLNIacute NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu
Pochaacuteziacute z rostliny Cannabis sativa (konopiacute seteacute) Konopiacute se zneužiacutevaacute nejčastěji
k nelegaacutelniacute vyacuterobě marihuany a hašiše
Konopiacute je původem z Kašmiacuteru je to jedna z nejstaršiacutech kulturniacutech plodin Je užiacutevaacutena k vyacuterobě
pevnyacutech provazů a lan oleje ze semen
Obr 2 Konopiacute seteacute
Uacutečinnou laacutetkou je THC (tetrahydrocannabinol C21H30O2)
Chemicky (-)-(6aR 10aR)-669-trimethyl-3-pentyl-6a7810a-tetrahydro-6H-benzo[c]chromen-1-ol
Marihuana (obsahuje cca 10 THC)
se připravuje fermentačniacutem procesem z mladyacutech listů a květů konopiacute
Na trhu je ve formě zelenošedyacutech sušenyacutech listů nebo slisovanyacutech tyčinek (bdquojiveldquo)
Hašiš (bdquohašldquo bdquokiffldquo bdquolaacutedoldquo s obsahem až 40 THC)
41
je ze samičiacutech květů konopiacute jež obsahujiacute hodně pryskyřice s typickyacutem zaacutepachem
(existujiacute různeacute druhy např charos - čistaacute pryskyřice ganja - z květů bhang - ze
semenhellip) Distribuuje se ve formě hnědyacutech mastnyacutech lisovanyacutech kostek či placek
Aplikace kouřeniacutem cigaret (marihuana) či dyacutemkou (hašiš) možno i peroraacutelně
Přiacuteznaky intoxikace rychlyacute naacutestup uacutečinku (minuty) ndash zrychleniacute tepu sucho v uacutestech
uvolněniacute euforie snoveacute obluzeniacute halucinace trvajiacuteciacute hodiny
Při dlouhodobeacutem pravidelneacutem užiacutevaacuteniacute zpomaleniacute myšleniacute poruchy paměti
schizofrenie riziko zhoubnyacutech naacutedorů dyacutechaciacuteho systeacutemu
Jde pouze o psychickou nikoli fyzickou zaacutevislost (nehroziacute abstinenčniacute syndrom)
Marihuana patřiacute mezi tzv bdquoměkkeacuteldquo drogy ndash otaacutezka bdquopřestupniacute staniceldquo k bdquotvrdyacutemldquo drogaacutem je
nejednoznačnaacute V některyacutech staacutetech (Holandsko Izrael) neniacute marihuana zakaacutezaacutena Řada lidiacute po tom
volaacute i u naacutes Možnost kontrolovaneacuteho leacutečebneacuteho využitiacute (potlačeniacute nevolnosti při chemoterapii
rakoviny roztroušeneacute skleroacutezy parkinsonismu apod)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 7
32 Halucinogeny Tyto laacutetky obecně deformujiacute vniacutemaacuteniacute reality a navozujiacute falešneacute (předevšiacutem zrakoveacute
ale i sluchoveacute čichoveacute) představy Existuje viacutece než 150 rostlin ze kteryacutech lze ziacuteskat halucinogeny Znaacutemy už od starověku (věštiacuterny ndash
Theacuteby Delfy) Děleniacute dle chemickeacuteho složeniacute
a) Indoloveacute derivaacutety (např LSD psilocin harmin)
b) Piperidinoveacute a tropanoveacute laacutetky (atropin skopolamin)
c) Fenylethylaminoveacute derivaacutety (mezkalin)
ad a) LSD = diethylamid kyseliny lysergoveacute ndash obsažen v naacutemelu (parazit na žitě)
LSD Obr 3 Naacutemel
Naacutemel vytvaacuteřiacute parazitniacute houba Paličkovice nachovaacute (viz Obr 3) ve středověku řada otrav bdquoIgnis sacerldquo
(Svatyacute oheň) Od r 1962 Timothy Leary (hnutiacute Hippies) ndash užiacutevaacuteniacute LSD
42
Aplikace ve formě napuštěnyacutech papiacuterků (bdquoblotterldquo)
Uacutečinky Během kraacutetkeacute doby předměty měniacute tvar i barvu zpomaleniacute času
dezorientace fobie
Do teacuteto skupiny drog daacutele patřiacute
Psilocin a psilocybin (obsaženy v houbičce
Lysohlaacutevka kopinataacute ndash viz Obr 4)
Dalšiacute zaacutestupci
Harmin harmalin (Latinskaacute Amerika)
Bufotenin (ropušiacute jed) ibogain (Gabun Afrika)
Obr 4 Lysohlaacutevka
ad b) Atropin ndash v ruliacuteku zlomocneacutem a semenech durmanu Rozšiacuteřeniacute zorniček
Aplikace většinou formou vyacuteluhu Působiacute jako blokaacutetory acetylcholinu (halucinace) Dalšiacute Skopolamin hyoscyamin (obsaženy v bliacutenu) fencyklidin (disociativniacute anestetikum)
ad c) Mezkalin (345-trimethoxyfenylethylamin) v kaktusech (Lophophora Williamsii) Mexiko
Aplikace peroraacutelně i kouřeniacutem uacutečinky podobneacute jako LSD
Všechny drogy teacuteto skupiny působiacute pouze psychickou zaacutevislost
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 8
33 Stimulanty
Jde o přiacuterodniacute (kokain) i syntetickeacute (amfetaminy) laacutetky navozujiacuteciacute stimulačniacute
(povzbudivyacute) uacutečinek odstraněniacute uacutenavy sniacuteženiacute potřeby spaacutenku euforii schopnost
empatie (souciacutetěniacute)
a) Kokain (bdquokoksldquo bdquocrackldquo bdquorockldquo bdquosniacutehldquo) Biacutelyacute praacutešek nahořkleacute chuti patřiacute mezi tropanoveacute alkaloidy
Koka pravaacute (viz Obr 5)
rostlina znaacutema už v řiacuteši Inků v Evropě od 16 stol do r 1903 obsažena i
ve znaacutemeacutem naacutepoji Coca Cola
Aplikace šňupaacuteniacute nosem kouřeniacutem i injekčně
Uacutečinky třes poceniacute sucho v uacutestech rozšiacuteřeniacute zornic zvyacutešeniacute tlaku lesk v očiacutech
paacuteleniacute kůže Vyvolaacutevaacute pocit euforie při předaacutevkovaacuteniacute uacutetlum dyacutechaacuteniacute smrt
Kokain je jednou z nejdražšiacutech tvrdyacutech dog s extreacutemniacute psychickou zaacutevislostiacute
Obr 5 Koka
43
b) Amfetaminy ndash obsahujiacute dusiacutekatyacute atom mimo cyklus
Původně užiacutevaacuteny jako leacutečiva později zjištěny nežaacutedouciacute uacutečinky na psychiku a
naacutevykovost Při delšiacute konzumaci dochaacuteziacute k deformaci osobnosti (bdquoamfetaminovaacute
psychoacutezaldquo) Jde o jeden z nejnebezpečnějšiacutech druhů toxikomaacutenie z hlediska
agresivity a vedlejšiacutech uacutečinků (poškozeniacute ledvin jater) s vysokou psychickou a
čaacutestečně i fyzickou zaacutevislostiacute
Aplikace praacutešek (tablety) injekčně roztok uacutečinky podobneacute kokainu
Zaacutestupci Metamfetamin (bdquopervitinldquo) fenmetrazin MDMA (bdquoextaacutezeldquo)
extaacuteze = N-methyl-34-methylendioxyamphetamin
c) Methylxanthiny Jde o povzbuzujiacuteciacute laacutetky obsaženeacute v kaacutevě kakau čaji Působiacute na svalstvo stimuluje
srdečniacute činnost sekreci žaludečniacutech šťaacutev V malyacutech daacutevkaacutechndashzvyacutešeniacute bdělosti potlačeniacute
uacutenavy většiacute daacutevky (nad 200 mg denně) působiacute nespavost psychickeacute potiacuteže osteoporoacutezu
(odvaacutepněniacute kostiacute)
Nejznaacutemějšiacute zaacutestupce kofein (137-trimethylxanthin)
Kromě kofeinu jsou v kaacutevě a čaji theofylin (13-dimethylxanthin) theobromin (37-dimethylxanthin)
Do teacuteto skupiny daacutele patřiacute
- zaacutevislost kathoveacuteho typu (žvyacutekaacuteniacute listů rostliny Catha edulis rozšiacuteřeno kolem Rudeacuteho moře)
- betel (z palmy Areka obecnaacute obsahuje arekaidin) ndash v Thajsku (červeneacute zbarveniacute jazyka)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 9 10
34 Sedativa
Jde o laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem na centraacutelniacute nervovou soustavu Podporujiacute spaacutenek
navozujiacute zklidněniacute zmiacuterňujiacute uacutezkost Při předaacutevkovaacuteniacute ndash celkovaacute anestezie až smrt
44
a) Barbituraacutety jsou staršiacute skupinou laacutetek a dřiacuteve se užiacutevala jako leacutečiva Pozor ndash už desetinaacutesobek
leacutečebneacute daacutevky může byacutet smrtelnyacute (riziko předaacutevkovaacuteniacute neexistence uacutečinneacuteho
antidota)
Aplikace tablety
Zaacutestupci Veronal (diethylbarbiturovaacute kyselina) Luminal (5-fenyl-5-ethylbarbiturovaacute kys)
Meprobamat Fyzickaacute zaacutevislost nebezpečnyacute abstinenčniacute syndrom
C OC
C OR1
R2O
O
CH2CH3
CH2 CH3
NH2
NH2
O+-2 C2H5OH
NH
NH
R2
R1
O
O
O
močovinadiethylmalonaacutety R1=R2=H kys barbiturovaacute
R1=R2=C2H5 barbital veronal
R1=C2H5 R2=C6H5 luminal fenobarbital b) Benzodiazepiny Novějšiacute preparaacutety - od sedmdesaacutetyacutech let vytlačily předchoziacute z trhu
Vyacutehody menšiacute riziko předaacutevkovaacuteniacute existence uacutečinneacuteho antidota (Flumazenil)
Přiacuteklady Diazepam (Valium)
Flunitrazepam (Rohyphnol Obr 6)
Midazolam (Dormicum)
Způsobujiacute těžkou fyzickou i psychickou zaacutevislost
Užitiacute při předoperačniacute přiacutepravě apod
V posledniacute době se však čiacutem daacutel tiacutem viacutece při leacutečbě
fobiiacute upřednostňuje psychoterapie Obr 6 Rohyphnol
c) Dalšiacute sedativa Přiacuteklady Azapirony (Buspiron) leacutečeniacute dlouhodobyacutech uacutezkostiacute
Cyklopyrolony (Zopiklon) hypnotikum 3 generace proti epilepsii
Imidazopyridin (Zolpidem) svalovaacute relaxace
Mezi sedativa patřiacute takeacute Thaloimid (Contergan) ndash teratogenniacute uacutečinky na plod při užiacutevaacuteniacute v těhotenstviacute
Kava-kava ndash přiacuterodniacute sedativum z pepřovniacuteku opojneacuteho (N Guineia)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 11
45
35 Opiaacutety Jednaacute se o velmi tvrdeacute drogy pochaacutezejiacuteciacute ze šťaacutevy nezralyacutech makovic (opium
morfin) a jejich syntetickeacute derivaacutety (heroin) Morfium bylo znaacutemo jako leacutek tlumiacuteciacute bolest (analgetikum) a bylo využiacutevaacuteno např při ošetřovaacuteniacute
zraněnyacutech vojaacuteků ve vaacutelce
Opium se ziacuteskaacutevaacute z lepkaveacute šťaacutevy nařiacuteznutyacutech makovic kteraacute na vzduchu hnědne
ztuhlaacute se seškrabe dosušiacute a uhněte do cihliček
Obr 7 Maacutek setyacute (Papaver somniferum)
Opium je směs obsahujiacuteciacute desiacutetky alkaloidů fenathrenoveacuteho typu (morfin) a izochinoliacutenoveacuteho typu
(papaverin) Existujiacute různeacute druhy opia (bdquogaliacuteldquo bdquochanduldquo bdquodrossldquo aj)
Aplikace nejviacutece kouřeniacutem v dyacutemkaacutech popř cigaretaacutech řidčeji peroraacutelně Většina
opia se zpracovaacutevaacute na čisteacute alkaloidy
Morfin kodein (methylmorfin) heroin (36-diacetylmorfin)
morfin heroin
Aplikace injekčně vyacutejimečně peroraacutelně
Uacutečinky Jedny z nejtvrdšiacutech drog extreacutemně silnaacute fyzickaacute i psychickaacute zaacutevislost
Projevujiacute se zuacuteženiacutem zorniček (na velikost špendliacutekoveacute hlavičky) po počaacutetečniacute euforii
působiacute poruchy paměti apatii celkovyacute rozvrat osobnosti totaacutelniacute impotenci
46
Těžkyacute abstinenčniacute syndrom vrcholiacute po cca 48 hodinaacutech a připomiacutenaacute silnou chřipku
daacutele zahrnuje zvraceniacute průjem šiacuteleneacute svěděniacute pokožky
Terapie je možnaacute jen uacutestavniacute formou s nevalnou šanciacute na vyleacutečeniacute
Dnes existuje řada syntetickyacutech derivaacutetů laacutetek tohoto typu některeacute z nich majiacute potlačeneacute naacutevykoveacute
uacutečinky a užiacutevajiacute se dokonce i k protidrogoveacute leacutečbě (např metadon)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 12
36 Solvencia (těkaveacute a inhalačniacute laacutetky)
Jde o tzv bdquočichaacuteniacuteldquo tj aplikaci par těkaveacute kapaliny (plynu) do dyacutechaciacuteho uacutestrojiacute
Nejčastěji zneužiacutevaneacute laacutetky
- alifatickeacute uhlovodiacuteky (ethyn propan butan hexan)
- cyklickeacute a aromatickeacute uhlovodiacuteky (cyklopropan toluen xyleny)
- směsi uhlovodiacuteků (benzin nafta)
- halogenderivaacutety (tetrachlormethan chloroform trichlorethylen ethylchlorid
freony)
- kysliacutekateacute derivaacutety (aceton butanon dimethylether methylacetaacutet methyl-terc
butylether MTBE oxid dusnyacute aj) Uacutekol Napište chemickeacute vzorce inhalačniacutech laacutetek
Aplikace čichaacuteniacutem - inhalaciacute par vyacuteše uvedenyacutech laacutetek (tzv bdquosniffing) nosem i uacutesty
Uacutečinky rychlyacute naacutestup ndash euforie zaacutevrať bdquoztraacuteta hmotnostildquo postupneacute upadaacuteniacute do
spaacutenku
Symptomy dilatace zornic slzeniacute vyacutetok z nosu zvraceniacute pokles hmotnosti třes hellip
Důsledky zhoršeniacute paměti pokles inteligence těžkeacute deprese rozpad osobnosti
poruchy krvetvorby nevratneacute poškozeniacute sliznic
Nebezpečiacute
- zadušeniacute např při přetaacutehnutiacute igelitoveacuteho pytliacuteku přes hlavu pro zvyacutešeniacute uacutečinku
- nevratneacuteho poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (ledviny jaacutetra) až smrt při polknutiacute
laacutetky
- jde o jedny z nejlevnějšiacutech a nejdostupnějšiacutech laacutetek ktereacute si každyacute snadno
opatřiacute (bdquodrogy hloupyacutechldquo)
- jednaacute se o silnou psychickou zaacutevislost se sklony k recidivě
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 13
47
4 PREVENCE A PRVNIacute POMOC
Při prevenci je rozhodujiacuteciacute aby se na probleacutem co nejdřiacuteve vůbec přišlo (všiacutemavost
k symptomům toxikomaacutenie)
Typickeacute přiacuteznaky
- naacutehlaacute změna chovaacuteniacute (předraacutežděnost deprese ztraacuteta zaacutejmů)
- zhoršenyacute prospěch ztraacuteta přaacutetel
- uacutebytek hmotnosti zdravotniacute probleacutemy vpichy
- potřeba peněz kraacutedeže střet se zaacutekonem hellip
Prevence
snaha předejiacutet zaacutevislosti zejmeacutena u mladyacutech lidiacute a u rizikovyacutech skupin
- vyacutechova v rodině zaacutejem o diacutetě
- vyacutechova ve škole upozorněniacute na rizika
- sport aktivniacute traacuteveniacute volneacuteho času hellip
Prvniacute pomoc
se nelišiacute od prvniacute pomoci např při nehodě tj je nutno se postarat o zachovaacuteniacute
zaacutekladniacutech životniacutech funkciacute a rychlou leacutekařskou pomoc
Leacutečeniacute
je postaveno na baacutezi dobrovolnosti ndash dlouhodobaacute zaacuteležitost včetně uacutestavniacute leacutečby
riziko recidivy Absolutniacute nutnost_doživotniacute abstinence
Při probleacutemech
V Olomouci existuje P-centrum Lafayettova 9 Olomouc tel 585221983
httpwwwp-centrumcz
p-centrump-centrumcz
5 LEGISLATIVA
Samotneacute užiacutevaacuteniacute drog neniacute trestneacute trestneacute je jejich drženiacute vyacuteroba distribuce
Důležityacute pro policii je pojem tzv bdquomaleacuteholdquo množstviacute zadrženeacute drogy
- při něm jde jen o přestupek s pokutou do 15000 Kč
- při většiacutem množstviacute pak už o trestnyacute čin s možnostiacute vězeniacute až na 5 let
48
Za maleacute množstviacute se považuje např
konopiacute - 5 rostlin marihuana - 15 g sušiny extaacuteze - 4 tablety LSD - 5 papiacuterků
kokain - 1 gram pervitin - 2 gramy
Vybraneacute trestniacute sazby
- za distribuci drog mladistvyacutem až 10 let vězeniacute
- při způsobeniacute těžkeacute uacutejmy na zdraviacute až 15 let
- bdquovařičildquo do 5 let
- za pouheacute neoznaacutemeniacute vyacuteše uvedenyacutech činů hroziacute až 3 roky
Probleacutem
Zaacutekon postihuje zpravidla jen dealery a bdquomenšiacute rybyldquo zatiacutemco velciacute distributoři a
producenti jsou chyceni spiacuteše vyacutejimečně Naviacutec se staacutele objevujiacute noveacute derivaacutety ktereacute
dosud nejsou na seznamech zakaacutezanyacutech laacutetek
Zaacutekony pojednaacutevajiacuteciacute o drogaacutech
č1401961 Sb (trestniacute zaacutekon)
č 2001990 (přestupkovyacute zaacutekon)
č 3321997 (zachaacutezeniacute skladovaacuteniacute likvidace)
č 1671998 (o naacutevykovyacutech laacutetkaacutech)
č 3792005 (prevence toxikomaacutenie)
Vyhlaacuteška č 621989 (seznam psychotropniacutech laacutetek)
Sděleniacute č4621991 (prekurzory omamnyacutech a psychotropniacutech laacutetek)
6 Teacutemata referaacutetů 1 Vznik nebezpečiacute a důsledky toxikomanie analyacuteza přiacutečin
2 Problematika alkoholu sekundaacuterniacute naacutesledky alkohol za volantem
3 Vyacuteroba piva
4 Vyacuteroba viacutena
5 Vyacuteroba destilaacutetů
6 Tabaacutek a kouřeniacute ndash historie pěstovaacuteniacute druhy postup vyacuteroby cigaret
7 Marihuana a hašiš
8 Halucinogeny
9 Stimulancia
49
10 Methylxanthiny
11 Sedativa
12 Opiaacutety
13 Inhalačniacute laacutetky (solvencia)
14 Legislativa - přehled a komentaacuteř platnyacutech zaacutekonů tyacutekajiacuteciacutech se naacutevykovyacutech laacutetek
7 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 M Wenke Farmakologie Avicenum 1986
2 IBečkovaacute PVišňovskyacute Farmakologie drogovyacutech zaacutevislostiacute Karolinum 1999
3 PVišňovskyacute IBečkovaacute Bludnyacute kruh toxikomaacuteniiacute EIA Hradec Kraacuteloveacute 1998
4 MWenke M Mraacutez S Hynie Farmakologie pro leacutekaře Avicenum 1984
5 J Mann Jedy drogy leacuteky Academia Praha 1996
6 wwwmemberstripodcom7EMartinMVdrogyhtml
7 wwwodrogachcz
50
VYacuteROBA CUKRU
Text zpracovali Mgr Jana Praacutešilovaacute a Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru
21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina
22 Chemickeacute složeniacute cukroveacute řepy
3 Vyacuterobniacute etapy
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
32 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
34 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
35 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
36 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech zdrojů
51
1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
Cukr je surovinou kteraacute naacutes doprovaacuteziacute v běžneacutem životě na každeacutem kroku
Mnoziacute z naacutes si hned raacuteno osladiacute čaj či kaacutevu kostkou cukru Pojďme se nyniacute podiacutevat
jak se cukr vyraacutebiacute a kde se kostka cukru vlastně vzala
Nejprve si udělejme kraacutetkou zastaacutevku u historie cukrovarnictviacute na uacutezemiacute Českeacute
republiky
bull v roce 1787 byla založena prvniacute rafinerie (zaacutevod na čištěniacute cukru) v klaacutešteře
na Zbraslavi u Prahy čistil se zde dovaacuteženyacute třtinovyacute cukr
bull v roce 1841 vytvořil ředitel rafinerie v Dačiciacutech prvniacute kostku cukru do teacuteto doby
se v domaacutecnostech použiacutevaly tzv cukroveacute homole
V 19 stoletiacute fungovalo na našem uacutezemiacute přes 150 cukrovarů v současneacute době (rok
2011) u naacutes cukr vyraacutebiacute pouze 7 cukrovarů
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru 21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina Vyacuteroba cukru z cukroveacute třtiny byla znaacutema po celaacute staletiacute V našich krajiacutech však
pro pěstovaacuteniacute teacuteto rostliny nejsou vhodneacute podmiacutenky (pěstuje se v tropickeacutem a
subtropickeacutem paacutesmu) Z miacutestniacutech plodin je pro vyacuterobu cukru vhodnaacute cukrovaacute řepa
Cukrovaacute řepa (Beta vulgaris) Cukrovaacute třtina (Saccharum officinarum)
Obr 1 Cukrovaacute řepa Obr 2 Cukrovaacute třtina - dvouletaacute plodina - cukr se hromadiacute v bulvaacutech - obsah sacharosy 16ndash20 - skladuje se a zpracovaacutevaacute (do 48 h)
- viacuteceletaacute travina - cukr se hromadiacute ve stvolu - obsah sacharosy 13ndash17
52
22 Složeniacute cukroveacute řepy Podrobněji se zaměřiacuteme na cukrovou řepu z niacutež se u naacutes cukr vyraacutebiacute
V bulvaacutech cukroveacute řepy se nachaacuteziacute kromě cukru i dalšiacute laacutetky Jejich obsah vyacuteznamně
ovlivňuje technologickyacute proces a produkci cukru Průměrneacute složeniacute uvaacutediacute Obr 3
5 2
18
75
voda 75
sacharidy 18
dřeň 5
necukerneacute laacutetky 2
Obr 3 Průměrneacute složeniacute cukroveacute řepy Sacharidy Nejdůležitějšiacutem sacharidem a konečnyacutem produktem vyacuteroby je SACHAROSA
Sacharosa patřiacute mezi disacharidy jejiacute molekula je tvořena zbytkem molekuly glukosy
a molekuly fruktosy ktereacute jsou navzaacutejem spojeny glykosidickou vazbou (viz obr 4)
Je to krystalickaacute biacutelaacute laacutetka dobře rozpustnaacute ve vodě Maacute vyacuteraznou sladkou chuť a
použiacutevaacute se jako sladidlo Patřiacute mezi opticky aktivniacute laacutetky a neredukujiacuteciacute sacharidy
Obr 4 Vzorec sacharosy
53
Dřeň Součaacutestiacute dřeně bulvy řepy je celulosa a hemicelulosa (polysacharidy) pektinoveacute
laacutetky1 biacutelkoviny a saponiny2 Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a mohou znesnadňovat
vyacuterobniacute proces způsobujiacute probleacutemy např při filtraci
Necukerneacute laacutetky (šťaacuteva obsahujiacuteciacute necukerneacute laacutetky) Z necukernyacutech laacutetek obsahuje šťaacuteva aminokyseliny amidy biacutelkoviny organickeacute
zaacutesady enzymy soli organickyacutech kyselin (kyseliny mravenčiacute octoveacute šťaveloveacute
citronoveacute) Rozhodujiacuteciacute negativniacute vliv na krystalizaci cukru majiacute mineraacutelniacute laacutetky
(popeloviny)
3 Vyacuterobniacute etapy
Vyacuterobu cukru můžeme rozdělit do několika faacuteziacute
1 Mechanickaacute uacuteprava řepy
2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
6 Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru
1 pektin ndash makromolekulaacuterniacute laacutetka jejiacutemž zaacutekladem jsou sacharidy nachaacuteziacute se např v ovoci
způsobuje rosolovatěniacute ovocnyacutech šťaacutev a zavařenin 2 rostlinnyacute glykosid (derivaacutet sacharidů) tvořiacuteciacute pěnivyacute roztok ve vodě
54
Tab 1 Přehled fyzikaacutelniacutech a chemickyacutech pochodů aplikovanyacutech při vyacuterobě cukru v jednotlivyacutech etapaacutech vyacuteroby
Etapa Fyzikaacutelně-chemickeacute pochody Vstup laacutetek (suroviny) Vyacutestup laacutetek (produkty)
Mechanickaacute uacuteprava řepy bull rozpustnost bull bulvy cukroveacute řepy bull řepneacute řiacutezky
Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy bull koagulace biacutelkovin bull difuacuteze
bull řepneacute řiacutezky bull horkaacute voda
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull vyslazeneacute řepneacute řiacutezky
Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull sraacuteženiacute necukernyacutech laacutetek
bull saturace bull filtrace sraženin
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull Ca(OH)2 bull CO2
bull lehkaacute šťaacuteva bull saturačniacute kaly
Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace
bull lehkaacute šťaacuteva bull těžkaacute šťaacuteva bull I cukrovina
Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
bull odstřeďovaacuteniacute bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace bull vykryacutevaacuteniacute bull filtrace bull adsorpce
bull I cukrovina bull surovyacute cukr bull voda bull Ca(OH)2 bull adsorbent
bull surovyacute cukr bull zelenyacute sirob bull II cukrovina bull zadinovyacute cukr bull melasa bull biacutelaacute cukrovina
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
Ciacutel
bull očištěniacute řepy
bull rozřezaacuteniacute řepy na řiacutezky
Při podzimniacutem vyacuteletu do přiacuterody můžeme na poliacutech vidět zemědělce skliacutezejiacuteciacute
cukrovou řepu Na poliacutech se řepa zbaviacute chraacutestu (zelenyacutech listů) a nahrubo očistiacute od
hliacuteny Po dopraveniacute do cukrovaru je řepa důkladně očištěna vodou od zbyacutevajiacuteciacute hliacuteny
kameniacute piacutesku a kořiacutenků pomociacute řepnyacutech splavů1 a řepnyacutech praček2 Voda z řepy
odkape na třasadlu3 Vyacutetah dopraviacute řepu na automatickou vaacutehu a z niacute putuje řepa do
řezačky4 kteraacute nařeže bulvu na řiacutezky (obr 5 6) s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
Obr 5 Řepneacute řiacutezky Obr 6 Nože řezačky Otaacutezka Proč se řepa porcuje na řiacutezky trojuacutehelniacutekoveacuteho profilu Uacutečelem rozřezaacuteniacute bulvy na řiacutezky je zvětšit povrh (styčnou plochu) řepy pro naacuteslednou difuacutezi cukru z buněk pletiva Trojuacutehelniacutekovyacute profil byl vyhodnocen jako nejvhodnějšiacute tvar pro optimaacutelniacute vyluhovatelnost cukru 3 2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull vyluhovaacuteniacute cukru (sacharosy) z buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků
bull ziacuteskaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Sacharosa se nachaacuteziacute uvnitř buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků Membraacutena buněk
sacharosu volně ven z buňky nepropustiacute proto je nutneacute řiacutezky luhovat horkou vodou
Od 60degC začiacutenajiacute biacutelkoviny membraacuteny buněk koagulovat a ty se tak staacutevajiacute pro cukr
leacutepe propustneacute 1 řepnyacute splav ndash betonovyacute kanaacutel do ktereacuteho je napouštěna voda kteraacute unaacutešiacute řepu k pračce 2 řepnaacute pračka ndash zařiacutezeniacute na odstraněniacute hliacuteny kameniacute a kořiacutenků proti proudu vody je přivaacuteděna řepa kameny a dalšiacute odpad odpadaacutevajiacute ze dna pračky 3 třasadlo ndash kmitajiacuteciacute se siacuteto k odstraněniacute vody 4 řezačka ndash zařiacutezeniacute se sadou nožů rozporcuje řepu na řiacutezky s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
56
Otaacutezka Co je to KOAGULACE Koagulace (shlukovaacuteniacute) je postupneacute uspořaacutedaacutevaacuteniacute jednotlivyacutech čaacutestic do jineacuteho prostoroveacuteho umiacutestěniacute V našem přiacutepadě dochaacuteziacute ke koagulaci biacutelkovin membraacuteny buněk vlivem zvyacutešeneacute teploty Vyzkoušet si koagulaci můžete i doma ndash stačiacute si usmažit vajiacutečka k sniacutedani Vyluhovaacuteniacute řiacutezků se děje v zařiacutezeniacutech zvanyacutech difuzeacutery1 Řiacutezky jsou v nich
přivaacuteděny proti proudu horkeacute vody Řiacutezky nově přivaacuteděneacute do difuzeacuteru jsou
promyacutevaacuteny nejsladšiacute vodou a na řiacutezky zbaveneacute cukru steacutekaacute voda čistaacute čiacutemž jsou
zajištěny optimaacutelniacute podmiacutenky difuacuteze Z difuzeacuteru odteacutekaacute difuacutezniacute šťaacuteva jako nakyslaacute
kapalina tmaveacute barvy Otaacutezka Co je to DIFUacuteZE Tvrdiacuteme-li že laacutetka difunduje pak se jejiacute čaacutestice v roztoku pohybujiacute z miacutest o vyššiacute koncentraci čaacutestic do miacutest s nižšiacute koncentraciacute čaacutestic Po vyluhovaacuteniacute se řiacutezky označujiacute jako vyslazeneacute řiacutezky Ty se daacutele zpracovaacutevajiacute
- sušiacute popř lisujiacute a využiacutevajiacute se jako krmivo nebo v kvasneacutem průmyslu (vyacuteroba
alkoholu)
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull odstraněniacute necukernyacutech laacutetek z difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull ziacuteskaacuteniacute tzv lehkeacute šťaacutevy
Spolu se sacharosou difunduje z buněk i velkeacute množstviacute necukernyacutech laacutetek (viz
složeniacute řepy) Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a ztěžujiacute vyacuterobniacute proces (např krystalizaci
cukru filtraci atd)
Čištěniacute probiacutehaacute ve dvou faacuteziacutech
1 Čeřeniacute difuacutezniacute šťaacutevy
2 Saturace šťaacutevy
Při čeřeniacute se k difuacutezniacute šťaacutevě vyhřaacuteteacute na 90degC přivaacutediacute postupně 15 ndash 2 vaacutepenneacute
mleacuteko - roztok Ca(OH)2 Ca2+ ionty reagujiacute s necukernyacutemi laacutetkami za vzniku
nerozpustnyacutech vaacutepenatyacutech soliacute ktereacute lze naacutesledně odfiltrovat a šťaacutevu tak vyčistit
Přiacuteklad reakci Ca2+ iontů s kyselinou šťavelovou uvaacutediacute naacutesledujiacute rovnice
1 difuzeacuter ndash velkaacute naacutedoba s vyhřiacutevanyacutem plaacuteštěm do ktereacute jsou z jedneacute strany přivaacuteděny řepneacute řiacutezky ze strany druheacute horkaacute voda
57
Ca2+ + (C2O4)2- rarr Ca(COO)2 Obdobnou roli hrajiacute i ionty OH- Neutralizujiacute volneacute kyseliny a s Al3+ Fe3+ Mg2+
ionty reagujiacute za vzniku nerozpustnyacutech hydroxidů ktereacute lze rovněž odfiltrovat
2 Al3+ + 3 Ca(OH)2 rarr 2 Al(OH)3 + 3 Ca2+ Vaacutepenneacute mleacuteko je ke šťaacutevě přidaacutevaacuteno i z dalšiacutech důvodů Pro dalšiacute
technologickyacute proces je třeba neutralizovat kyselou reakci difuacutezniacute šťaacutevy a
v neposledniacute řadě je vaacutepennyacutem mleacutekem šťaacuteva desinfikovaacutena Otaacutezka Co je to NEUTRALIZACE Neutralizace je reakce kyseliny a zaacutesady při niacutež vznikaacute sůl a voda V našem přiacutepadě reaguje vaacutepenneacute mleacuteko (zaacutesada) s kyselinami přirozeně obsaženyacutemi v řepě (viz složeniacute řepy) Daacutele šťaacuteva pokračuje do saturačniacuteho zařiacutezeniacute1 ve ktereacutem probiacutehaacute saturace
oxidem uhličityacutem Saturace se provaacutediacute k odstraněniacute přebytečnyacutech Ca2+ iontů Do
saturačniacuteho zařiacutezeniacute je vhaacuteněn oxid uhličityacute vznikaacute uhličitan vaacutepenatyacute kteryacute lze
odfiltrovat (na kalolisech2 či jinyacutech filtrech) Reakci uvaacutediacute naacutesledujiacuteciacute rovnice
Ca(OH)2 + CO2 rarr CaCO3 + H2O Otaacutezka Co je to SATURACE Saturace neboli syceniacute V našem přiacutepadě nasyceniacute roztoku oxidem uhličityacutem kteryacute reaguje s přebytečnyacutemi Ca2+ ionty v roztoku za vzniku uhličitanu vaacutepenateacuteho Vyacutesledkem etapy je tzv lehkaacute šťaacuteva zbytky sraženin na filtrech se nazyacutevajiacute
saturačniacute kaly 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny Ciacutel
bull zahuštěniacute lehkeacute difuacutezniacute šťaacutevy ke krystalizaci (zisk těžkeacute šťaacutevy)
bull ziacuteskaacuteniacute tzv cukroviny (směs krystalků cukru a matečneacuteho sirobu)
1 saturačniacute zařiacutezeniacute (saturaacutek) ndash vaacutelcovitaacute naacutedoba s miacutechadlem u dna přiacutevodem šťaacutevy přiacutevodem oxidu
uhličiteacuteho a odvodem šťaacutevy V horniacute čaacutesti naacutedoby je komiacuten pro odvod plynů 2 kalolis - filtračniacute lis určenyacute k tlakoveacute filtraci kapalin obsahujiacuteciacute řadu raacutemů s napnutyacutemi plachetkami
Pracuje diskontinuaacutelně (střiacutedavě) Raacutemy s plachetkou zaneseneacute kalem jsou periodicky čištěny zatiacutemco v jineacutem přiacutestroji probiacutehaacute filtrace
58
Lehkaacute šťaacuteva maacute světle žlutou barvu a je teacuteměř zbavena všech nežaacutedouciacutech laacutetek
V roztoku je rozpuštěna sacharosa (přibližně
12-15 ) a již velmi malyacute podiacutel necukernyacutech
laacutetek Sacharosu z roztoku izolujeme
krystalizaciacute Lehkou šťaacutevu je třeba zahustit
ke krystalizaci ndash odpařit přebytečnou vodu
Zahušťovaacuteniacute ke krystalizaci se provaacutediacute ve
vakuovyacutech odparkaacutech1 Objem šťaacutevy se
zmenšiacute přibližně na čtvrtinu původniacuteho
objemu a ziacuteskaacute se tzv těžkaacute šťaacuteva (zahuštěnaacute)
s obsahem 60 cukru
Otaacutezka Co je to ODPAŘOVAacuteNIacute Proč se využiacutevaacute praacutece za sniacuteženeacuteho tlaku Odpařovaacuteniacute patřiacute mezi děliciacute metody laacutetek Rychlost odpařovaacuteniacute a jeho uacutečinnost zaacutevisiacute na velikosti povrchu odpařovaneacuteho roztoku na rychlosti odtahu vzniklyacutech par a předevšiacutem na teplotě a tlaku Teplotu varu roztoku můžeme sniacutežit praacutevě za použitiacute vakua (sniacuteženeacuteho tlaku) Ušetřiacuteme tiacutem energii potřebnou pro zahřiacutevaacuteniacute šťaacutevy
Těžkaacute šťaacuteva je daacutele zahušťovaacutena ve varostrojiacutech2 neboli zrničiacutech Ve
varostrojiacutech se šťaacuteva zahřiacutevaacute a odpařuje se zbytek vody tak dlouho až začne cukr ve
šťaacutevě krystalovat Krystalizace cukru se dokončiacute v zařiacutezeniacutech zvanyacutech krystalizaacutetor Otaacutezka Co je to KRYSTALIZACE Za jakyacutech podmiacutenek vykrystaluje cukr ze šťaacutevy Krystalizace patřiacute mezi zaacutekladniacute chemickeacute operace pomociacute nichž lze oddělit složky směsi bdquoAby mohla sacharosa krystalovat je třeba vytvořit přesycenyacute cukernyacute roztok V technickyacutech cukernyacutech roztociacutech za přiacutetomnosti necukernyacutech laacutetek je rozpustnost sacharosy obvykle vyššiacute Přesycenyacute cukernyacute roztok se připraviacute např tiacutem způsobem že se rychle zchladiacute nasycenyacute roztok technickyacute Z roztoku se ihned nevyloučiacute krystaly cukru a takovyacute roztok pak obsahuje viacutece rozpuštěneacuteho cukru než odpoviacutedaacute nasyceneacutemu roztoku Tento přebytečnyacute cukr vykrystaluje přidajiacute-li se k roztoku krystalky cukru (roztok se očkuje)ldquo [1] 3 5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute Ciacutel
bull odděleniacute krystalů cukru z cukroviny
bull očištěniacute suroveacuteho cukru
1 vakuovaacute odparka - soustava několika seacuteriově zapojenyacutech těles vyhřiacutevanyacutech paacuterou Prvniacute těleso je vyhřiacutevaacuteno parou o teplotě 130degC voda vypařenaacute v prvniacutem tělese se vede do dalšiacuteho tělesa jako tzv bryacutedovaacute paacutera atd Vyacutepary z posledniacute odparky se ochlazujiacute studenou vodou čiacutemž vznikaacute podtlak a tiacutem se snižuje tlak v odparkaacutech 2 varostroj - naacutedoba s trubkovou topnou komorou a miacutechadlem
Obr 7 Soustava odparek
59
bull zpracovaacuteniacute matečneacuteho sirobu na dalšiacute podiacutel cukru
bull přiacuteprava biacuteleacute cukroviny
Krystalky sacharosy je třeba oddělit od matečneacuteho sirobu K tomuto uacutečelu se
využiacutevajiacute odstředivky1 Oddělenyacute cukr maacute žlutavou barvu a je nazyacutevaacuten surovyacutem
cukrem (v obchodech se zdravou vyacuteživou si můžete zakoupit i surovyacute cukr)
Oddělenyacute matečnyacute roztok se nazyacutevaacute zelenyacute sirob
Zelenyacute sirob se zpracuje na meacuteně kvalitniacute (tzv zadinovyacute) cukr a odpadniacutem
produktem je tzv melasa (obr 8) kteraacute ještě obsahuje menšiacute podiacutel cukru a lze ji
využiacutet jako krmivo popř po zkvašeniacute k vyacuterobě lihu
Surovyacute řepnyacute cukr se přiacuteliš nehodiacute k přiacutemeacute spotřebě ndash jeho krystaly jsou žluteacute
a lepiveacute Je třeba je očistit Surovyacute cukr se čistiacute promyacutevaacuteniacutem vodou v odstředivkaacutech
Naacutesleduje filtrace cukerneacuteho roztoku přes bavlněneacute polyamidoveacute či kovoveacute tkaniny a
poreacutezniacute materiaacutely z keramiky
Posledniacute uacutepravou je odbarveniacute cukerneacuteho roztoku K tomuto uacutečelu se využiacutevaacute
metody adsorpce Jako absorbenty jsou využiacutevaacuteny ionexy aktivniacute uhliacute či hlinky
Vyacuteslednyacute cukernyacute roztok s krystalky cukru se nazyacutevaacute biacutelaacute cukrovina
Otaacutezka Co je to ADSORPCE Na jakeacutem principu absorbenty fungujiacute Z fyzikaacutelniacuteho hlediska se jednaacute o poutaacuteniacute laacutetky pomociacute van der Waalsovyacutech sil na povrchu vhodneacuteho adsorbentu (aktivniacute uhliacute silikagel) V přiacutepadě tzv chemisorpce jsou laacutetky poutaacuteny na povrch adsorbentu chemickyacutemi vazbami
Obr 8 Melasa
1 odstředivka (centrifuga) - sestaacutevaacute z dvouplaacutešťoveacute komory vevnitř je buben se siacutetem Do bubnu se napustiacute cukrovina a buben se roztočiacute Vlivem odstřediveacute siacutely prochaacutezejiacute kapky sirobu přes siacuteto bubnu a cukr zůstaacutevaacute uvnitř
60
3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
Biacutelaacute cukrovina se daacutele zpracovaacutevaacute krystalizaciacute na krystalovyacute cukr kostkovyacute
cukr a cukr moučku Dřiacuteve se vyraacuteběly i cukroveacute homole dnes sloužiacute pouze jako
suvenyacuter
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Kapitola 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru byla po dlouhou dobu tajena Prvniacute technologii zpracoval v roce 1764 francouzskyacute chemik Duhamel de Monceau Prvniacute kostkovyacute cukr u naacutes byl vyroben v Dačiciacutech v roce 1841 Patent ziacuteskal roku 1843 ředitel rafinerie J Ch Rada Češtiacute cukrovarniacuteci se nemaacutelo zasloužili o rozvoj rafinace cukru a kvalita našich cukrovarnickyacutech vyacuterobků byla obecně uznaacutevanou normou
bull vzhledem k vysokeacute ceně třtinoveacuteho cukru se cukrovarniacuteci pokoušeli vyrobit cukr z jinyacutech plodin mimo jineacute i z řepy
bull v roce 1829 byl založen prvniacute průmyslovyacute cukrovar v Kostelniacutem Vydřiacute (okres Jindřichův Hradec)
bull v obdobiacute 1831 ndash 1945 nastal boom v zaklaacutedaacuteniacute cukrovarů u naacutes plně fungovalo přes 150 cukrovarů
bull po roce 1990 fungovalo již pouze 60 cukrovarů po roce 2004 zbylo pouhyacutech 10 cukrovarů 7 fungujiacuteciacutech cukrovarů (2011)
bull Odštěpnyacute zaacutevod Opava - Vaacutevrovice bull Ředitelstviacute a zaacutevod Hrušovany nad Jevišovkou bull Cukrovar Dobrovice bull Cukrovar Českeacute Meziřiacutečiacute bull Cukrovar Vrbaacutetky as bull Cukrovar Prosenice bull Litovelskaacute cukrovarna as
Kapitola 2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru Zařazeniacute cukroveacute řepy do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Rodopsida ndash vyššiacute dvouděložneacute rostliny řaacuted Caryophyllales ndash hvozdiacutekotvareacute čeleď Chenopodiaceae ndash mečiacutekoviteacute rod Beta ndash řepa druh Beta vulgaris ndash řepa obecnaacute Zařazeniacute cukroveacute třtiny do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Liliopsida ndash rostliny jednoděložneacute
61
řaacuted Poales ndash lipnicotvareacute čeleď Poaceae ndash lipnicoviteacute rod Saccharum ndash třtina druh Saccharum officinarum ndash třtina cukrovaacute Podkapitola 3 3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Po prvniacute saturaci je odfiltrovaacuten kal buď na zařiacutezeniacutech zvanyacutech kalolis nebo na jinyacutech typech filtračniacutech zařiacutezeniacute Ve šťaacutevě je obsažen i hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute kteryacute se naacuteslednyacutem vyvařeniacutem rozložiacute na uhličitan kteryacute je možno odfiltrovat Děj je zapsaacuten pomociacute naacutesledujiacuteciacute rovnice Ca(HCO3)2 rarr CaCO3 + H2O + CO2 Pro maximaacutelniacute sniacuteženiacute vaacutepenatyacutech iontů v difuacutezniacute šťaacutevě se provaacutediacute druhaacute saturace oxidem uhličityacutem Neodstraniacute-li se vaacutepenateacute soli dokonale odparka se rychle inkrustuje Vaacutepenateacute soli v cukernyacutech šťaacutevaacutech působiacute obtiacuteže při vařeniacute cukrovin zvyšujiacute množstviacute melasy a tiacutem ztraacutety cukru Druhaacute saturace se provaacutediacute při teplotě 95 ndash 98degC a oxidem uhličityacutem se saturuje až do dosaženiacute pH 9 ndash 95 Při druheacute saturaci vznikaacute hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute ten se odstraňuje vyvařovaacuteniacute na tzv vyvařovaacuteku kde se šťaacuteva zahřiacutevaacute na teplotu 100degC Podkapitola 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
Při zahušťovaacuteniacute ve varostrojiacutech se vytvořiacute směs krystalů a matečneacuteho roztoku (sirobu) tzv I cukrovina Přibližně frac34 cukru vykrystalizuje Zbytek cukru zůstaacutevaacute v roztoku Růst krystalů se kontroluje tzv cukroskopem (bdquolupaldquo) popř se využiacutevaacute automatickeacute kontroly elektrickeacute vodivosti Vodivost roztoku klesaacute s rostouciacute koncentraciacute cukru v roztoku Podkapitola 3 5 Ziacuteskaacutevaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
Ziacuteskaacutevaacuteniacute čisteacute cukroviny je mnohem složitějšiacute proces v textu je popsaacuten pouze jednoduše Ve skutečnosti se proces popsanyacute v textu několikraacutet opakuje Cukrovina se několikraacutet čistiacute svařuje nechaacute se krystalovat a odstřeďuje Podkapitola 3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny ndash Vyacuteroba krystaloveacuteho cukru
Biacutelaacute cukrovina se odstřediacute a ziacuteskanyacute krystalovyacute cukr se smiacutechaacute s nasycenyacutem cukernyacutem roztokem za vzniku tzv uměleacute cukroviny Umělaacute cukrovina se odstřediacute vykryacutevaacute parou nebo vodou a ziacuteskaacute se konečnyacute produkt ndash krystalovyacute cukr Krystalovyacute cukr je třeba vysušit K sušeniacute se využiacutevaacute vzduch ohřaacutetyacute na 70degC nebo tzv fluidniacute metoda Při fluidniacute metodě jsou krystalky na roštu zespod profukovaacuteny proudem vzduchu dojde k odstraněniacute vlhkosti ochlazeniacute krystalků a zaacuteroveň odpraacutešeniacute cukru Vysušenyacute cukr krystal se třiacutediacute na siacutetech dle velikosti zrn plniacute se do jutovyacutech nebo papiacuterovyacutech pytlů
Otaacutezka Jakyacute je rozdiacutel mezi krystalovyacutem cukrem a krupicovyacutem cukrem bdquoCukr krystal - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 04 - 02 mm Cukr krupice - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 016 ndash 08 mm a maximaacutelně 5 krystalů cukru maacute velikost nad 1 mmldquo[2]
Vyacuteroba kostkoveacuteho cukru K vyacuterobě kostek se použiacutevaacute kostkovaacute moučka kteraacute vznikla ze speciaacutelně upraveneacute cukroviny nebo netřiacuteděnyacute krystalovyacute cukr Tento materiaacutel se vlhčiacute vodou a cukernyacutem roztokem lisuje se na tyčinky ktereacute se vysušiacute a rozsekajiacute na kostky Možneacute je přiacutemeacute lisovaacuteniacute do formy kostek Vyraacutebějiacute se kostky různyacutech velikostiacute kvaacutedry i kostky ve tvaru karetniacutech symbolů tzv cukr bridž Vyacuteroba moučkoveacuteho cukru Materiaacutelem pro vyacuterobu moučkoveacuteho cukru je krystalovyacute cukr s malyacutemi zrny nebo zbytky kostkoveacuteho cukru Tento cukr se rozdrtiacute na mlyacutenech Mlyacutenice musiacute byacutet umiacutestěna v samostatneacutem objektu mimo ostatniacute čaacutesti cukrovaru nebo alespoň oddělena železnyacutemi vraty Opatřeniacute jsou nutnaacute z důvodu vzniku vyacutebušneacuteho cukerneacuteho prachu
62
Aby se zabraacutenilo tvrdnutiacute a rozpouštěniacute cukerneacute moučky při skladovaacuteniacute přidaacutevaacute se k cukru modifikovanyacute škrob Zrnka škrobu přiacutepadnou vlhkost pojmou Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute V dřiacutevějšiacutech dobaacutech se cukr pro domaacuteciacute použitiacute vyraacuteběl ve formě homoliacute (obr 9) Dnes je již toto zbožiacute vyraacuteběno pouze jako suvenyacuter pro turisty Liteacute homole se vyraacuteběly tak že se horkaacute cukrovina naleacutevala do forem z oceloveacuteho plechu na špičce opatřenyacutech otvorem Forma s cukrovinou se nasadila na hřebiacutek vyčniacutevajiacuteciacute ze dna voziacuteku na kteryacute se homole sklaacutedaly po ztuhnutiacute cukroviny Po ztuhnutiacute se homoly sejmuly ze hřebiacuteků a vložily do homoloveacute odstředivky ve ktereacute se dokonale očistily Dokonale biacutelaacute homole se pak vyrazila z oceloveacute formy a vysušila v sušaacuterně Vysušeneacute homole se očistily ofreacutezovaly u spodu a zabalily do papiacuteru Lisovaneacute homole se vyraacuteběly lisovaacuteniacutem nepatrně ovlhčeneacute moučky v lisu Pak se homole sušily a upravily jako homole liteacute 5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Pelikaacuten M Hřivna L Humpola J Technologie sacharidů Mendelova
zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně Brno 1999 2 Cukrovary a lihovary TTD [online 2011-04-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovaryttdczcaste-otazkycaste-otazkygt 3 Neiser J Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob Vysokoškolskaacute učebnice pro studenty
pedagogickyacutech a přiacuterodovědeckyacutech fakult studijniacuteho oboru 76-12-8 učitelstviacute všeobecně vzdělaacutevaciacutech předmětů Praha 1988
4 Kraus J Novyacute akademickyacute slovniacutek ciziacutech slov kolektiv autorů pod vedeniacutem Jiřiacuteho Krause Academia Praha 2007
5 Andrliacutek K Petrů F Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob SPN Praha 1965 6 Kopřiva J Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute (1 diacutel) SPN Praha 1979 7 Moravskoslezskeacute cukrovary as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwagranaczgt 8 Cukrovar Vrbaacutetky as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovarvrbatkyczgt 9 Hanaacuteckaacute potravinaacuteřskaacute společnost as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwhpsczgt
Zdroje obraacutezků
bull Obraacutezek 3 Cukrovaacute řepa [online 2011-12-2] Dostupneacute z www ltwwwtvujdumczgt
Obr 9 Cukroveacute homole
63
bull Obraacutezek 4 Cukrovaacute třtina [online 2011-2-5] Dostupneacute z www ltwwwspriincorggt
bull Obraacutezek 6 Vzorec sacharosy [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpwwwnejlevnejsidoplnkycznejlevnejsidoplnky5-Zajimavosti6-Sacharidygt
bull Obraacutezek 7 Řepneacute řiacutezky [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=376gt
bull Obraacutezek 8 Nože řezačky [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 9 Kalolis [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 10 Plachetka se saturačniacutem kalem [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpcswikipediaorgwikiKalolisgt
bull Obraacutezek 11 Systeacutem odparek [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 12 Varostroj [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtm
bull Obraacutezek 13 Odstředivka [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=380gt
bull Obraacutezek 14 Melasa [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwnazelenoczbiozdrava-vyziva-2bily-cukr-trtinovy-cukr-nebo-prirodni-sladidlaaspxgt
bull Obraacutezek 15 Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute [online 2011-4-27] Dostupniacute z www lthttpwwwcukrovaryttdczgt
bull Obraacutezek 16 Cukroveacute homole [online 2011-3-26] Dostupneacute z www lthttpjohnmadjackfullerhomesteadcomSugarloafhtmgt
64
MAKROMOLEKULAacuteRNIacute LAacuteTKY SYNTETICKEacute POLYMERY
Text zpracoval RNDr Josef Husaacuterek PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
11 Zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace polymerů
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů 131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
21 Polymerace
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
22 Polykondenzace
23 Polyadice
3 Užitiacute plastů
31 Recyklace odpadů z plastů
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
65
1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
Přiacuterodniacute materiaacutely jako je napřiacuteklad dřevo bavlna vlna kůže a slonovina
použiacutevali lideacute po tisiacutece let Teprve s rozvojem vědy a s naacutestupem moderniacutech
analytickyacutech metod se začali lideacute zajiacutemat o strukturu těchto materiaacutelů a snažili se tyto
dary přiacuterody nahradit podobnyacutemi materiaacutely ktereacute budou miacutet srovnatelneacute užitneacute
vlastnosti Kolem roku 1907 se podařilo Baekelandovi synteticky vyrobit prvniacute umělyacute polymer
kteryacute byl pojmenovaacuten jako bakelit a kteryacute vzaacutepětiacute nalezl vyacuteznamneacute technickeacute využitiacute v elektrotechnice
jako izolant Po dobu naacutesledujiacuteciacutech desetiletiacute se polymery staly středem zaacutejmu mnoha chemiků kteřiacute
připravili noveacute polymery na zaacutekladě synteacutezy malyacutech organickyacutech molekul
Velmi brzy se poznalo že syntetickeacute polymery svyacutemi vlastnostmi mohou
nahradit nejen přiacuterodniacute polymery ale často i materiaacutely kovoveacute keramiku i sklo
S ohledem na skutečnost že se syntetickeacute polymery vyraacutebějiacute z relativně levnyacutech
a dostupnyacutech surovin a že majiacute vyacutehodneacute chemickeacute fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti
vysokou staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute našly využitiacute zejmeacutena
ve stavebnictviacute v elektrotechnice v automobiloveacutem a textilniacutem průmyslu na vyacuterobu
předmětů běžneacute spotřeby obalů lepidel laků a naacutetěrovyacutech hmot Nutno
poznamenat že zmiacuteněnaacute staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute nutiacute
v současneacute době společnost k zodpovědnějšiacutemu použiacutevaacuteniacute a recyklaci vyacuterobků
ze syntetickyacutech polymerů a takeacute k synteacuteze novyacutech typů materiaacutelů ktereacute se po sveacutem
komerčniacutem využitiacute stanou součaacutestiacute přiacuterodniacuteho cyklu a životniacute prostřediacute zatiacutežiacute jen
minimaacutelně
11 Zaacutekladniacute pojmy
Makromolekuly jsou molekuloveacute systeacutemy složeneacute z velkeacuteho počtu atomů
vaacutezanyacutech chemickyacutemi vazbami do dlouhyacutech řetězců Tyto řetězce tvořiacute pravidelně se
opakujiacuteciacute čaacutesti ktereacute nazyacutevaacuteme stavebniacute neboli monomerniacute jednotky Počet
stavebniacutech jednotek vaacutezanyacutech v makromolekule je zpravidla různyacute a uvaacutediacute se pomociacute
polymeračniacuteho stupně (n) kteryacute může miacutet hodnotu 10 až 106 Sloučeniny s niacutezkyacutem
polymeračniacutem stupněm (nlt10) se nazyacutevajiacute oligomery s vyššiacutem polymeračniacutem
stupněm (ngt10) to jsou polymery
66
12 Klasifikace polymerů
Polymery lze rozdělit podle několika kriteacuteriiacute
Podle sveacuteho původu na
a) přiacuterodniacute polymery ndash vznikajiacute v rostlinaacutech či v živočišnyacutech organismech složityacutemi
biochemickyacutemi procesy (např biacutelkoviny polysacharidy nukleoveacute kyseliny)
b) syntetickeacute polymery ndash vyraacutebějiacute se z jednoduchyacutech organickyacutech sloučenin
reakcemi při nichž se velkyacute počet molekul vyacutechoziacutech laacutetek spojuje
v makromolekulu (např polystyren polyethylen bakelit)
Syntetickeacute polymery rozdělujeme
bull podle typu chemickyacutech reakciacute kteryacutemi vznikajiacute na
a) polymery připraveneacute polymeraciacute
b) polymery připraveneacute polykondenzaciacute
c) polymery připraveneacute polyadiciacute
bull podle tvaru makromolekulaacuterniacuteho řetězce na polymery (Obr 1)
a) lineaacuterniacute b) rozvětveneacute
c) plošně zesiacuteťovaneacute
d) prostorově zesiacuteťovaneacute
bull podle struktury a fyzikaacutelniacutech kriteacuteriiacute na
a) termoplasty ndash zahřiacutevaacuteniacutem měknou staacutevajiacute se plastickyacutemi a mohou se opakovaně
tvarovat (např polyethylen polypropylen)
b) termosety ndash přechodně tvaacuterliveacute zahřiacutevaacuteniacutem se chemicky měniacute a tiacutem ztraacutecejiacute
plastičnost majiacute molekulu trojrozměrně zesiacuteťovanou jsou tvrdeacute netavitelneacute
a nerozpustneacute ve většině rozpouštědel (např bakelit)
c) elastomery ndash pružneacute uacutečinkem vnějšiacute siacutely se deformujiacute a poteacute opět zaujiacutemajiacute
původniacute tvar zahřiacutevaacuteniacutem měknou majiacute dlouheacute a velmi maacutelo propojeneacute řetězce
(např syntetickyacute kaučuk)
67
Obr 1 Znaacutezorněniacute makromolekulaacuterniacuteho řetězce polymeru
a) lineaacuterniacuteho b) rozvětveneacuteho c) plošně zesiacuteťovaneacuteho d) prostorově zesiacuteťovaneacuteho
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
Jak bylo již napsaacuteno v předešleacutem textu syntetickeacute polymery se sklaacutedajiacute
ze strukturně složityacutech makromolekul ktereacute většinou tvořiacute atomy uhliacuteku a vodiacuteku
Ve skeletu makromolekuly mohou byacutet takeacute přiacutetomny i jineacute prvky jako jsou napřiacuteklad
kysliacutek dusiacutek siacutera nebo křemiacutek Přiacutetomnost některeacuteho z těchto prvků může vyacuteznamně
ovlivnit vlastnosti syntetickeacuteho polymeru a jeho naacutesledneacute praktickeacute využitiacute
Pro lepšiacute pochopeniacute již tak složiteacute problematiky si nejprve vysvětliacuteme tři zaacutekladniacute
pojmy jako jsou monomer stavebniacute a strukturniacute jednotka
Monomer ndash vyacutechoziacute laacutetka jejiacutež molekuly se mohou spojovat v makromolekuly
Stavebniacute jednotka (mer monomerniacute jednotka) ndash pravidelně se opakujiacuteciacute čaacutest
makromolekuly kteraacute maacute staacutele stejneacute složeniacute
Strukturniacute jednotka ndash představuje nejjednoduššiacute uspořaacutedaacuteniacute stavebniacutech jednotek
ve struktuře makromolekuly
a) b)
c) d)
68
Některeacute makromolekulaacuterniacute laacutetky majiacute totožnou stavebniacute a strukturniacute jednotku
(např polyethylen Scheacutema 1) Tyto makromolekulaacuterniacute laacutetky nazyacutevaacuteme obecně jako
homopolymery Pokud se však strukturniacute jednotka makromolekulaacuterniacutech laacutetek sklaacutedaacute
z odlišnyacutech stavebniacutech jednotek pak se jednaacute o kopolymery (např butadien-
-styrenovyacute kaučuk Scheacutema 2)
Scheacutema 1
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky homopolymeru (polyethylen)
CH2 CH CH CH2 CHCH2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH n + n
buta-13-dien
monomer
styren
monomer
polymerace
n
stavebniacute jednotka stavebniacute jednotka
strukturniacute jednotkabutadien-styrenoveacuteho kaučuku
kopolymer Scheacutema 2
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky kopolymeru (butadien-styrenovyacute kaučuk) 132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
Vztah mezi chemickyacutem složeniacutem strukturou a vlastnostmi laacutetek platiacute jak
pro maleacute organickeacute molekuly tak i pro makromolekulaacuterniacute sloučeniny Jedniacutem
z činitelů ovlivňujiacuteciacutech vlastnosti polymerů je velikost makromolekul Polymery
ktereacute tvořiacute maleacute makromolekuly majiacute nižšiacute polymeračniacute stupeň (n) kratšiacute řetězec
a tiacutem i nižšiacute relativniacute molekulovou hmotnost Při běžneacute teplotě jsou kapalneacute lepkaveacute
rozpustneacute v organickyacutech rozpouštědlech Naopak čiacutem je řetězec delšiacute tiacutem maacute
polymer vyššiacute relativniacute molekulovou hmotnost je pevnějšiacute a leacutepe odolaacutevaacute
rozpouštědlům
CH2 CH2 CH2 CH2
polymeracen n
ethylen
monomer
stavebniacute i strukturniacutejednotka polyethylenu
homopolymer
69
Polymery obecně nejsou chemickaacute individua ale jsou to směsi obsahujiacuteciacute
makromolekuly různyacutech velikostiacute Tato vlastnost vede k pojmu bdquoprůměrnaacute relativniacute
molekulovaacute hmotnostldquo a v zaacutesadě vyjadřuje kvantitativně stupeň polymerace
Mnohem leacutepe tuto skutečnost popisuje tzv distribučniacute křivka kteraacute graficky
vyjadřuje distribuci (rozděleniacute) četnosti molekul s určitou konkreacutetniacute relativniacute
molekulovou hmotnostiacute v daneacute směsi Grafickeacute vyjaacutedřeniacute je na Obr 2
Obr 2 Distribučniacute křivka (převzato z [8])
1 - uacutezkaacute 2 - širokaacute distribučniacute křivka - průměrnaacute relativniacute molekulovaacute hmotnost
V praxi se snažiacuteme o přiacutepravu polymerů s uacutezkou distribučniacute křivkou protože takoveacute
polymery majiacute obvykle lepšiacute užitneacute vlastnosti
Tvar makromolekul určuje rozpustnost v polaacuterniacutech nebo nepolaacuterniacutech
rozpouštědlech a chovaacuteniacute polymeru za zvyacutešeneacute teploty Lineaacuterniacute polymery jsou
při vyššiacute teplotě měkkeacute a rozpustneacute ve většině organickyacutech rozpouštědel
Rozvětveneacute a prostorově zesiacuteťovaneacute polymery se zahřiacutevaacuteniacutem chemicky měniacute
ztraacutecejiacute plastičnost a majiacute omezenou rozpustnost Energie chemickeacute vazby mezi atomy prvků v řetězci patřiacute mezi dalšiacute
vyacuteznamneacute činitele ktereacute určujiacute vlastnosti a použitelnost polymerů Pokud jsou vazby
mezi atomy v řetězci makromolekuly pevneacute energie těchto chemickyacutech vazeb bude
vysokaacute a polymer bude stabilniacute Přiacutekladem mohou byacutet silikony u kteryacutech se
pravidelně střiacutedajiacute v řetězci atomy křemiacuteku a kysliacuteku (Obr 3 energie vazby SindashO je
4441 kJmol) V důsledku vysokeacute energie vazby SindashO budou staacutelejšiacute na rozdiacutel od
70
polymerů složenyacutech jen z atomů uhliacuteku u kteryacutech energie chemickeacute vazby dosahuje
mnohem nižšiacute hodnoty (energie vazby CndashC je 3478 kJmol) Silikony majiacute dobreacute
elektroizolačniacute vlastnosti odolaacutevajiacute extreacutemně vysokyacutem i niacutezkyacutem teplotaacutem a takeacute jsou
vodou nesmaacutečiveacute Těchto vlastnostiacute se využiacutevaacute k vyacuterobě mazaciacutech olejů vazeliacuten
past pro uacutedržbu strojů nebo takeacute k vyacuterobě impregnačniacutech či leštiacuteciacutech přiacutepravků pro
uacutepravu povrchu obuvi sportovniacuteho oblečeniacute karoseacuterie aut apod
Obr 3 Strukturniacute jednotka silikonů
(R = organickyacute uhlovodiacutekovyacute zbytek např ndashCH3 ndashC2H5)
Mezi řetězci makromolekul mohou rovněž působit mezimolekulaacuterniacute siacutely
Přiacutekladem jsou vodiacutekoveacute můstky prostřednictviacutem kteryacutech se zvyšuje soudružnost
polymeru pevnost teplota taacuteniacute nebo odolnost proti rozpouštědlům Vodiacutekoveacute můstky
se nachaacutezejiacute napřiacuteklad u polyamidů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
Chemickeacute reakce kteryacutemi vznikajiacute syntetickeacute polymery se nazyacutevajiacute polyreakce
Podle průběhu se dajiacute dělit na řetězoveacute při kteryacutech dochaacuteziacute k postupneacutemu spojovaacuteniacute
molekul monomerů v dlouheacute řetězce a na stupňoviteacute u kteryacutech se monomery
nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky a ty se pak vzaacutejemně spojujiacute ve velkeacute
makromolekuly V praxi se polyreakce děliacute na polymerace polykondenzace
a polyadice
21 Polymerace
Polymerace je chemickaacute reakce při niacutež se velkyacute počet molekul monomeru
spojuje v makromolekulu syntetickeacuteho polymeru přičemž nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute
produkt Pokud se polyreakce zuacutečastňuje pouze jeden typ monomeru pak hovořiacuteme
o homopolymeraci Naopak kopolymeraciacute se rozumiacute takoveacute polymerace
O Si O Si O
R R
R Rn
71
CH2 CH2 CH2 CH2 n n
při kteryacutech reagujiacute dva a viacutece různyacutech monomerů V obou přiacutepadech je nutneacute
aby vyacutechoziacute laacutetky (monomery) měly přiacutetomnu alespoň jednu dvojnou vazbu
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
Polyethylen
bull zkratka PE
bull Piktogram (bdquorecyklovatelnyacute materiaacutelldquo)
HDPE LDPE
(vysokohustotniacute PE) (niacutezkohustotniacute PE)
(high density PE) (low density PE)
bull vlastnosti biacutelaacute poloprůsvitnaacute na dotek matnaacute pružnaacute a houževnataacute laacutetka
maacute vynikajiacuteciacute elektroizolačniacute vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute
tvarovat na požadovaneacute vyacuterobky
bull použitiacute obaly na potraviny foacutelie naacutedobiacute hračky lahve na chemikaacutelie hadice
izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute na vyacuterobu umělyacutech ceacutev aj
bull monomer ethen (ethylen)
Scheacutema 3 Polymerace ethenu
Polypropylen
bull zkratka PP
bull piktogram
bull vlastnosti podobneacute jako u PE je však pevnějšiacute odolnyacute teplotaacutem do 160 degC
bull použitiacute obalovyacute materiaacutel naacutedobiacute izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute
na vyacuterobu injekčniacutech střiacutekaček a předmětů ktereacute se dajiacute při teplotaacutech nad 60 degC
sterilizovat (zbavovat choroboplodnyacutech zaacuterodků) na vyacuterobu vlaacuteken do provazů
a lan aj
bull monomer propen (propylen)
72
Scheacutema 4
Polymerace propenu Poly(vinylchlorid)
bull zkratka PVC
bull piktogram PVC
bull vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute dobře tepelně tvarovat (měkne při
80degC) odolnyacute vůči kyselinaacutem i hydroxidům
bull použitiacute neměkčenyacute PVC (tzv Novodur) se použiacutevaacute na vyacuterobu vodovodniacutech
trubek tyčiacute či desek měkčenyacute PVC (tzv Novoplast) na vyacuterobu igelitu foacuteliiacute plaacutešťů
do deště hraček filmů ubrusů lahviacute umělyacutech kožešin aj
bull monomer vinylchlorid
Scheacutema 5
Polymerace vinylchloridu
Polystyren
bull zkratka PS
bull piktogram
bull vlastnosti tvrdyacute pevnyacute ale křehkyacute odolaacutevaacute kyselinaacutem a zaacutesadaacutem termoplast
rozpustnyacute v organickyacutech rozpouštědlech (aldehydy ketony benziacuten) zvukovyacute
a niacutezkoteplotniacute izolaacutetor
HC CH2 CH CH2
CH3CH3
n n
HC CH2 CH CH2
Cl Cl
n n
73
bull použitiacute na vyacuterobu spotřebniacuteho zbožiacute obalů hřebenů misek lžiček keliacutemků
od jogurtů pěnovyacute PS jako tepelnyacute popř izolačniacute materiaacutel ve stavebnictviacute
a chladiacuterenstviacute aj
bull monomer styren (vinylbenzen)
Scheacutema 6
Polymerace styrenu Poly(tetrafluoretylen)
bull zkratka PTFE
bull obchodniacute naacutezev Teflon
bull vlastnosti nehořlavyacute nejedovatyacute termoplast chemicky velmi odolnyacute (odolaacutevaacute
i horkeacute lučavce kraacutelovskeacute)
bull použitiacute speciaacutelniacute laboratorniacute technika kostniacute naacutehrady v chirurgii kuchyňskeacute
naacutedobiacute aj
bull monomer tetrafluorethen (tetrafluorethylen)
Scheacutema 7
Polymerace tetrafluorethenu Polybutadienovyacute kaučuk
bull zkratka BR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Buna
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik
HC CH2 CH CH2 n n
F2C CF2 CF2 CF2 n n
74
bull monomer buta-13-dien
bull patřiacute do skupiny syntetickyacutech kaučuků vyraacutebiacute se polymeraciacute konjugovanyacutech
dienů u kteryacutech se v molekule pravidelně střiacutedaacute jednoduchaacute a dvojnaacute vazba
bull syntetickeacute kaučuky jsou zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu pryžiacute nespraacutevně
označovanyacutech jako guma pryž vznikaacute z kaučuku vulkanizaciacute což je děj
při ktereacutem za tepla a v přiacutetomnosti vulkanizačniacuteho činidla (siacutera sirneacute sloučeniny)
dojde ke vzniku polysulfidickyacutech můstků mezi makromolekulami kaučuku
a k tvorbě řiacutedkeacute trojrozměrneacute polymeračniacute siacutetě čiacutem deacutele vulkanizace probiacutehaacute
tiacutem viacutece můstků vznikaacute vyacuteslednaacute pryž je tvrdšiacute a odolnějšiacute proti staacuternutiacute vlivem
vzdušneacute oxidace viz Obr 4
Scheacutema 8
Polymerace buta-13-dienu
Obr 4 Zesiacuteťovanaacute struktura vulkanizovaneacuteho kaučuku (x = 2-6)
bull přiacuterodniacute pryž se vyraacutebiacute vulkanizaciacute krepy kteraacute vznikaacute opakovanyacutem sušeniacutem
a vodniacutem louženiacutem sraženiny z latexoveacuteho mleacuteka a kyseliny mravenčiacute zdrojem
latexoveacuteho mleacuteka je tropickyacute strom Kaučukovniacutek brazilskyacute (Obr 5)
bull po chemickeacute straacutence odpoviacutedaacute přiacuterodniacute kaučuk z kaučukovniacuteku polyisoprenu
v cis-konfiguraci (Obr 6)
CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2nn
CH CH2
S
S
CH2 CH
CH CH2
S
CH2 CH
x
x
x
75
CH2
C C
H3C H
H2C
n
CH2
C C
H3C
HH2C
n
bull Gutaperča je rovněž přiacuterodniacute materiaacutel pochaacutezejiacuteciacute ze stromu Palaquium gutta
chemicky se jednaacute o praktickyacute čistyacute trans-izomer polyisoprenu (Obr 7) kteryacute maacute
mnohem menšiacute pružnost než kaučuk
Obr 5 Odkapaacutevajiacuteciacute latexoveacute mleacuteko z dřeviny kaučukovniacuteku (převzato z [13])
Obr 6 Strukturniacute jednotka přiacuterodniacuteho kaučuku (cis-izomer)
Obr 7 Strukturniacute jednotka gutaperči (trans-izomer)
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
Polymerace ktereacute se uacutečastniacute dva nebo viacutece různyacutech monomerů s naacutesobnou
vazbou označujeme jako kopolymerace Mezi polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
bychom mohli zařadit velkou skupinu laacutetek u kteryacutech vyacuteslednyacute makromolekulaacuterniacute
řetězec obsahuje stavebniacute jednotky obou monomerů v různeacutem pořadiacute nebo poměru
76
Dajiacute se tak vyrobit různeacute syntetickeacute kaučuky (butadien-styrenovyacute kaučuk butadien-
-akrylonitrilovyacute kaučuk aj) s vhodnyacutemi mechanickyacutemi vlastnostmi jako jsou např
pevnost a pružnost
Butadien-styrenovyacute kaučuk
bull zkratka SBR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Kralex Buna S
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik latexů (naacutetěroveacute a spojovaciacute hmoty)
bull monomery buta-13-dien styren (viz Scheacutema 2)
22 Polykondenzace
Polykondenzace je polyreakce při ktereacute dochaacuteziacute k reakci molekul dvou různyacutech
monomerů z nichž každyacute obsahuje nejmeacuteně dvě reaktivniacute funkčniacute skupiny
(např ndashOH) Na rozdiacutel od polymerace maacute stupňovityacute průběh při ktereacutem se
monomery nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky ktereacute se pak vzaacutejemně spojujiacute
v obrovskeacute makromolekuly Ve vyacuterobniacute praxi to představuje značnou vyacutehodu neboť
tak můžeme z reakčniacute směsi kdykoliv izolovat makromolekuly s různou deacutelkou
řetězce a tiacutem i s různyacutemi fyzikaacutelniacutemi vlastnostmi Stupňoviteacute polykondenzačniacute reakce
se od řetězovyacutech polymeračniacutech reakciacute lišiacute i z termodynamickeacuteho hlediska jsou to
obvykle endotermickeacute děje u kteryacutech musiacuteme do reakčniacute soustavy dodaacutevat teplo
Na rozdiacutel od polymerace vznikaacute při polykondenzaci vždy vedlejšiacute produkt jako je
nejčastěji voda amoniak nebo chlorovodiacutek
Mezi polymery vznikajiacuteciacute polykondenzaciacute patřiacute napřiacuteklad polyestery polyamidy
fenolformaldehydoveacute a močovinoformaldehydoveacute pryskyřice
Polyestery se vyraacutebějiacute z dvojsytnyacutech alkoholů a dikarboxylovyacutech kyselin
Použiacutevajiacute se k vyacuterobě textilniacutech materiaacutelů (např tesil terylen) nejčastěji ve směsi
s přiacuterodniacutemi vlaacutekny (vlna bavlna) Tyto materiaacutely jsou pevneacute pružneacute nemačkaveacute
rychle schnouciacute a odolneacute vůči molům i pliacutesniacutem Nevyacutehodou je jejich hořlavost
schopnost nabiacutejet se statickou elektřinou a malaacute schopnost pohlcovat pot
77
Z polyesterů se rovněž zhotovujiacute lana fotografickeacute filmy nebo plastoveacute lahve (PET
Scheacutema 9) Vyacuteznamneacute jsou i polyesteroveacute sklolaminaacutety (polyesteroveacute pryskyřice
vyztuženeacute skelnyacutemi vlaacutekny) neboť majiacute velkou pevnost dobreacute elektroizolačniacute
vlastnosti a odolaacutevajiacute chemikaacuteliiacutem Použiacutevajiacute se k vyacuterobě automobilovyacutech karoseacuteriiacute
letadel střešniacutech krytin potrubiacute v chemickyacutech provozech aj
CH2 CH2 OHHO COOHHOOC
O CH2 CH2 O OC CO
n + n
ethan-12-diol tereftalovaacute kyselina
polykondenzace
poly(ethylen-tereftalaacutet)PET
polyesterifikace
polykondenzace
polyesterifikaceH2O +
n
(2n-1)
Scheacutema 9
Polykondenzace ethan-12-diolu a tereftaloveacute kyseliny Polyamidy jsou dalšiacute vyacuteznamneacute polykondenzaacutety Připravujiacute se polykondenzaciacute
diaminů s dikarboxylovyacutemi kyselinami (např polykondenzaacutet Nylon) nebo polymeraciacute
cyklickyacutech amidů (např polykondenzaacutet Silon na jeho přiacutepravě se podiacutelel slavnyacute
českyacute chemik Otto Wichterle kteryacute je viacutece znaacutem v souvislosti s objevem měkkyacutech
kontaktniacutech očniacutech čoček) Molekuly polyamidů obsahujiacute peptidickou vazbu (Obr 8)
kteraacute se v řetězciacutech pravidelně opakuje tudiacutež můžeme tyto laacutetky považovat za
syntetickou obdobu biacutelkovin
Obr 8 Peptidickaacute vazba
C
O
NH
78
Materiaacutely z polyamidů jsou velmi pevneacute tvrdeacute a maacutelo se opotřebovaacutevajiacute Pro tyto
vlastnosti se použiacutevajiacute k vyacuterobě ozubenyacutech kol a ložisek daacutele k vyacuterobě textilniacutech
vlaacuteken užitkovyacutech předmětů foacuteliiacute aj
Fenolformaldehydoveacute pryskyřice (fenoplasty) jsou ze všech plastů nejdeacutele
znaacutemeacute V roce 1907 připravil L H Baekeland prvniacute fenoplast kondenzaciacute fenolu
s formaldehydem Uvedenaacute polykondenzace může probiacutehat v kyseleacutem i zaacutesaditeacutem
prostřediacute V přiacutepadě kyseleacuteho prostřediacute vznikaacute lineaacuterniacute polykondenzaacutet kteryacute se
nazyacutevaacute Novolak (Scheacutema 10) Je to termoplast kteryacute je rozpustnyacute v řadě
organickyacutech rozpouštědel a použiacutevaacute se k vyacuterobě naacutetěrovyacutech hmot a lepidel
Uskutečniacute-li se kondenzace v zaacutesaditeacutem prostřediacute bude konečnyacutem produktem
nerozpustnaacute a netavitelnaacute pryskyřice znaacutemaacute pod obchodniacutem naacutezvem Bakelit (maacute již
hustě zesiacuteťovanou strukturu) Použiacutevaacute se na vyacuterobu spotřebniacuteho materiaacutelu
a předevšiacutem v elektrotechnice
OH
C
O
H HOH
CH2n
fenol
polykondenzace
H+n H2O +
n
+ n
formaldehyd novolak
Scheacutema 10
Polykondenzace fenolu a formaldehydu
Močovinoformaldehydoveacute pryskyřice (aminoplasty) vznikajiacute polykondenzaciacute
močoviny nebo jejiacutech derivaacutetů s formaldehydem Jsou to bezbarveacute laacutetky ktereacute se dajiacute
libovolně barvit a proto se hojně využiacutevajiacute k vyacuterobě spotřebniacuteho zbožiacute naacutetěrovyacutech
laacutetek tmelů lepidel elektrotechnickyacutech vyacuterobků k obklaacutedaacuteniacute naacutebytku aj V praxi jsou
znaacutemy např pod naacutezvem Umakart (horniacute vrstva)
79
C
O
C
O
H HH2N NH2
C
O
H2N NH2H N CH2
OC
H N CH2
N H
OC
N H
n +polykondenzace
H2O ++
formaldehydmočovinoformaldehydovaacute pryskyřice
močovina n
2 n 2 n
Scheacutema 11
Polykondenzace močoviny a formaldehydu
23 Polyadice
Polyadice je polyreakciacute molekul dvou různyacutech monomerů ktereacute obsahujiacute
odlišnou reaktivniacute funkčniacute skupinu Jeden z monomerů musiacute obsahovat takovou
funkčniacute skupinu kteraacute obsahuje slabě kyselyacute vodiacutek (např ndashOH) kteryacute může
naacutesledně uvolnit Tento vodiacutek se přesune na druhyacute monomer což umožniacute spojeniacute
obou monomerů v jeden celek Polyadice mohou miacutet řetězovyacute i stupňovityacute průběh
při ktereacutem nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute produkt Polyadici si ukaacutežeme na synteacuteze
polyurethanu (Scheacutema 12) Polyurethany jsou materiaacutely lehkeacute a pevneacute použiacutevajiacuteciacute se
k vyacuterobě syntetickyacutech vlaacuteken molitanu naacutehražek kůžiacute a lepidel
Scheacutema 12
Polyadice butan-14-diolu a hexamethylendiisokyanaacutetu
OHO
O O CO CO
(CH2)4 O C N (CH2)6 N C O
(CH2)4 NH (CH2)6 NH
n + n
butan-14-diol hexamethylendiisokyanaacutet
polyadice
polyurethanPUR
n
H
polyadice
80
3 Užitiacute plastů Plasty představujiacute početnou a staacutele se rozšiřujiacuteciacute skupinu materiaacutelů jejichž
podstatu tvořiacute syntetickeacute polymery V zaacutejmu zlepšeniacute některyacutech vlastnostiacute plastů se
k zaacutekladniacutem syntetickyacutem polymerům přidaacutevajiacute různeacute přiacutesady jako jsou pigmenty
(obarvujiacute plasty) stabilizaacutetory (zvyšujiacute životnost plastů) nebo změkčovadla (zlepšujiacute
mechanickeacute vlastnosti plastů)
Jednou z oblastiacute kde plasty zaujiacutemajiacute teacuteměř monopolniacute postaveniacute a doprovaacuteziacute
denně život každeacuteho z naacutes je obalovaacute technika Tyto obaly z plastů postupně
vytlačily klasickeacute materiaacutely jako jsou napřiacuteklad sklo nebo papiacuter Největšiacute uplatněniacute
v tomto smyslu našly polyethylen (PE) polypropylen (PP) polystyren (PS)
poly(ethylen-tereftalaacutet) (PET) a poly(vinylchlorid) (PVC) diacuteky svyacutem zejmeacutena
mechanickyacutem vlastnostem nebo odolnosti k vodě či mikroorganismům Nutno
poznamenat že vyacuterobky z těchto polymerů majiacute tzv kraacutetkyacute životniacute cyklus a staacutevajiacute se
nevyacutehodneacute v okamžiku kdy dosloužiacute Proto jsme staacutele naleacutehavěji nabaacutedaacuteni
k důsledneacutemu třiacuteděniacute odpadů mezi ktereacute vyacuterobky z plastů neodmyslitelně patřiacute
31 Recyklace odpadů z plastů
Recyklaciacute se v tomto slova smyslu rozumiacute vraacuteceniacute plastoveacuteho odpadu
do procesu ve ktereacutem vznikl Lze ji považovat za strategii kteraacute opětovnyacutem
využiacutevaacuteniacutem odpadů šetřiacute přiacuterodniacute zdroje a současně omezuje zatěžovaacuteniacute prostřediacute
škodlivinami Recyklace polymerniacuteho odpadu je dosud v Českeacute republice jen
na niacutezkeacute uacuterovni Uvaacutediacute se že se v současneacute době recykluje něco maacutelo přes 20
vyrobenyacutech plastů Většina polymerniacuteho odpadu tak končiacute na sklaacutedkaacutech kde může
přežiacutevat desetiletiacute bez podstatnyacutech změn Proti teacuteto nelichotiveacute statistice bojujiacute nejen
ekologickaacute hnutiacute ale i uacuteřady ktereacute majiacute danou problematiku v naacuteplni praacutece Pro tyto
uacutečely byla vyrobena řada televizniacutech upoutaacutevek informativniacutech letaacuteků nebo
uspořaacutedaacuteny různeacute soutěže pro žaacuteky a studenty škol ktereacute majiacute oslovit a předevšiacutem
naučit společnost jak naklaacutedat nejen s polymerniacutemi odpady
81
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
Plastoveacute odpady patřiacute do kontejneru žluteacute barvy (Obr 9) Pojmem bdquoplastoveacute
odpadyldquo v tomto přiacutepadě mysliacuteme PET lahve od naacutepojů keliacutemky plastoveacute tašky
saacutečky foacutelie obaly od praciacutech čisticiacutech a kosmetickyacutech přiacutepravků obaly od CD disků
pěnovyacute polystyren a dalšiacute vyacuterobky z plastů (je třeba sledovat naacutelepky na žlutyacutech
kontejnerech neboť zaacuteležiacute na podmiacutenkaacutech a technickeacutem vybaveniacute třiacutediciacutech linek
ve vašem městě) PET lahve se do kontejneru daacutevajiacute sešlaacutepnuteacute s utaacutehnutyacutem viacutečkem
a etiketou (ta bude odstraněna při dotřiacuteďovaacuteniacute) Plastoveacute lahve nesmiacute byacutet v žaacutedneacutem
přiacutepadě znečištěneacute Pokud chceme vytřiacutedit keliacutemky od potravin (např od jogurtů)
nemusiacuteme je vymyacutevat stačiacute jen jejich obsah vyškraacutebnout lžičkou (keliacutemky jsou
vymyacutevaacuteny až při naacutesledneacutem dotřiacuteďovaacuteniacute)
Do kontejnerů na plasty nepatřiacute novoduroveacute trubky guma molitan textil
z umělyacutech vlaacuteken linolea pneumatiky a obaly od nebezpečnyacutech laacutetek
(od motoroveacuteho oleje chemikaacuteliiacute barev)
Průměrnaacute českaacute domaacutecnost vyhodiacute za rok asi 150-200 kg odpadů Pokud
odpady třiacutediacuteme a daacutevaacuteme je do barevnyacutech kontejnerů (žlutyacute kontejner na plasty biacutelyacute
a zelenyacute na sklo modryacute na papiacuter oranžovyacute na naacutepojoveacute kartony) umožniacuteme tak
recyklaci viacutece než třetiny tohoto množstviacute Za rok tak lze vytřiacutedit až 30 kg papiacuteru
25 kg plastů a 15 kg skla
Obr 9 Kontejner na plasty (převzato z [14])
Recyklovaneacute plasty sloužiacute k vyacuterobě napřiacuteklad izolačniacutech tvaacuternic řady stavebniacutech
a zahradniacutech prvků (ploty zatravňovaciacute dlažba protihlukoveacute zaacutebrany či zahradniacute
komposteacutery) fleesovyacutech oděvů z PET (sportovniacute dresy naacutekupniacute tašky aj) pytlů
koberců a spousty dalšiacutech vyacuterobků (Obr 10)
82
a) fleesovyacute oděv b) taška c) sportovniacute dres
Obr 10 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů (a-c převzato z [1415])
Nadějiacute do budoucna jsou tzv biodegradovatelneacute (biologicky rozložitelneacute)
polymery Tyto materiaacutely se mohou ve vhodneacutem prostřediacute vlivem mikroorganismů
rozložit až na vodu a oxid uhličityacute popřiacutepadě na jineacute ekologicky přijatelneacute produkty
V současneacute době se vyraacutebiacute několik syntetickyacutech polymerů ktereacute splňujiacute kriteacuteria
biodegradovatelnosti K nejvyacuteznamnějšiacutem patřiacute kyselina polymleacutečnaacute (PLA) využiacutevanaacute
na vyacuterobu leacutekařskyacutech nitiacute ktereacute se v organismu pacienta samy časem rozložiacute
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Problematika makromolekulaacuterniacutech laacutetek a předevšiacutem syntetickyacutech polymerů nepatřiacute u studentů
gymnaacuteziiacute mezi přiacuteliš obliacutebeneacute pasaacuteže ve vyacuteuce chemie Pro tyto uacutečely vznikl tento text kteryacute maacute
shrnout nejzaacutekladnějšiacute poznatky z teacuteto problematiky a takeacute posloužit jako doprovodnyacute text k tematicky
vytvořeneacute powerpointoveacute prezentaci
Nutno poznamenat že oba dokumenty nemajiacute za uacutekol omezit tvůrčiacute přiacutestup učitele chemie
ve vyacutekladu zpracovaneacute laacutetky naopak je viacutetaacutena jakaacutekoliv improvizace v metodickeacutem či jejiacutem
obsahoveacutem pojetiacute Předevšiacutem by se měl učitel chemie opřiacutet o již zavedeneacute kurikulum ve vzdělaacutevaciacute
oblasti Člověk a přiacuteroda a přizpůsobit vyacuteuku konkreacutetniacutemu učebniacutemu plaacutenu chemie a takeacute ŠVP
gymnaacutezia
Vzhledem k tomu že teacutema plastů je nediacutelnou součaacutestiacute environmentaacutelniacute vyacutechovy
kteraacute se v raacutemci RVP pro gymnaacutezia stala vyacuteznamnyacutem průřezovyacutem teacutematem doporučuje se
vysvětlovat laacutetku v kontextu přiacuterodovědnyacutech i společenskovědniacutech oborů Je tudiacutež žaacutedouciacute aby
studentům nebyly poskytnuty pouze odborneacute informace o chemii plastů ale takeacute fakta souvisejiacuteciacute
s problematikou odpadů jejich třiacuteděniacutem a s opakovanyacutem využitiacutem recyklovatelnyacutech plastů Z tohoto
důvodu se doporučuje využiacutet formy projektoveacute vyacuteuky Projekt může byacutet realizovaacuten v raacutemci jedneacute třiacutedy
83
nebo viacutece třiacuted gymnaacutezia Teacutematem projektu může byacutet napřiacuteklad historie plastů plasty v životě
moderniacuteho člověka bdquoWichterleholdquo kontaktniacute čočky vliv plastů na životniacute prostřediacute plasty jako
konstrukčniacute materiaacutel aneb vyacuterobky z plastoveacuteho odpadu spraacutevneacute třiacuteděniacute odpadů jak se obejiacutet bez
obalů aj Uacutekolem projektu je vytvořeniacute posteru či prezentace kteraacute je společnyacutem diacutelem každeacute
řešitelskeacute skupiny Uacutespěšnaacute realizace takoveacuteho projektu zaacutevisiacute na kreativitě naacutepadech aktivniacute
spolupraacuteci studentů chuti pracovat a spolupodiacutelet se na teacutematu nejen ve vyučovaacuteniacute ale i formou
domaacuteciacute praacutece Rovněž je zapotřebiacute využitiacute školniacute knihovny a internetu učebny popřiacutepadě laboratoře
chemie a takeacute spolupraacutece s vedeniacutem školy i s učiteli fyziky biologie (ekologie) vyacutetvarneacute vyacutechovy aj
Poznaacutemka autora textu k naacutezvům polymerniacutech laacutetek bdquoMezinaacuterodniacute unie pro čistou a aplikovanou
chemii IUPAC nevydaacutevaacute přiacutekazy ani jinaacute praacutevně zaacutevaznaacute nařiacutezeniacute ale jen doporučeniacute jak tvořit
systematickeacute naacutezvy laacutetek včetně polymerů Chemickaacute veřejnost se může rozhodnout zda se bude či
nebude těmito doporučeniacutemi řiacutedit Nomenklaturniacute doporučeniacute IUPAC pro oblast polymerů respektujiacute
skutečnost že polymery jsou běžně pojmenovaacutevaacuteny jednak na zaacutekladě monomerů
ze kteryacutech jsou připravovaacuteny a jednak na zaacutekladě konstitučniacutech skupin obsaženyacutech v jejich
makromolekulaacutech V mnoha přiacutepadech jsou naacutezvy bez kulatyacutech zaacutevorek nepřiacutepustneacute Kulateacute zaacutevorky
se použiacutevajiacute v naacutezvech předevšiacutem k odděleniacute čaacutesti naacutezvu se specifickyacutemi strukturniacutemi znaky aby se
struktura vyjaacutedřila co nejsrozumitelněji Doporučuji čtenaacuteřům tohoto textu prostudovat publikaci autorů
Fikr J a Kahovec J (ref 11) ve ktereacute je stručně a přehledně vysvětleno tvořeniacute naacutezvů organickyacutech
sloučenin i polymerůldquo
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Prokopovaacute I Makromolekulaacuterniacute chemie VŠCHT Praha 2007
2 Duchaacuteček V Prokopovaacute I Dobiaacuteš J Bicheze 15 21 (2006)
3 Duchaacuteček V Bicheze 14 22 (2005)
4 Duchaacuteček V Bicheze 13 232 (2004)
5 Deviacutensky F a kol Organickaacute cheacutemia pre farmaceutov OSVETA Martin 2001
6 Blažek J Fabini J Chemie pro studijniacute obory SOŠ a SOU nechemickeacuteho
zaměřeniacute SPN Praha 1999
7 Duchaacuteček V Zaacutekladniacute pojmy z chemie a technologie polymerů jejich
mezinaacuterodniacute zkratky a obchodniacute naacutezvy VŠCHT Praha 1996
8 Naacutelepa K Stručneacute zaacuteklady chemie a fyziky polymerů UP Olomouc 1993
9 Vaciacutek J a kol Přehled středoškolskeacute chemie SPN Praha 1993
10 Čaacutersky J a kol Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute SPN Praha 1986
11 Fikr J Kahovec J Naacutezvosloviacute organickeacute chemie (3 vyd) Rubico Olomouc
2008
84
Internetoveacute odkazy 12 Šulcovaacute R Přiacuterodovědneacute projekty [online 2011-04-15] Dostupneacute z www
lthttprenasulcovaswebczprirodovedne_projektyPrirodovedne_projektypdfgt
13 Surovyacute kaučuk odkapaacutevajiacuteciacute z kaučukovniacuteku [online 2011-04-11]
Dostupneacute z www
lthttpuploadwikimediaorgwikipediacommonsthumbbb3Latex_drippingJPG
220px-Latex_drippingJPGgt
14 Kontejner na plasty Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08]
Dostupneacute z www lthttpwwwjaktriditczgt
15 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08] Dostupneacute z www
lthttpimgaktualnecentrumcz320303203037-dres-z-pet-lahvijpggt
16 Vohliacutedal J Proč a jak spraacutevně nazyacutevat polymery [online 2012-10-28]
Dostupneacute z www lthttpwwwnaturcunicz~vohlidalmchNazvypolymerudocgt
85
VYacuteBUŠNINY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc Osnova 1 Uacutevod do problematiky vyacutebušnin
11 Historie zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace vyacutebušnin
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin
21 Nitrace
22 Trhaviny
23 Střeliviny
24 Třaskaviny
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Uacutevod 11 Historie zaacutekladniacute pojmy
Vyacutebušniny definujeme obecně jako laacutetky ktereacute jsou schopny velmi rychleacute
(explozivniacute) přeměny během zlomku sekundy Při vyacutebuchu probiacutehaacute chemickaacute reakce
(rozklad laacutetky) a uvolňuje se přitom zpravidla velkeacute množstviacute tepla a různyacutech plynů
(např N2 CO CO2 H2O O2 HCl SO2 aj)
Z historie je znaacutemo že až do konce 80 let 19 stol byl jedinou vyacuteznamnou
vyacutebušninou tzv černyacute střelnyacute prach Jde o jemnou směs draselneacuteho ledku siacutery a
dřevneacuteho uhliacute při explozi probiacutehaacute reakce (zjednodušeno)
2 KNO3 + S + 3 C rarr K2S + N2 + 3 CO2
Vyacuteznamnyacutem mezniacutekem pro vyacuterobu vyacutebušnin byl objev nitračniacutech reakciacute
nitrosloučeniny však byly vesměs velmi nestabilniacute a jejich vyacuteroba i distribuce velmi
problematickaacute (např nitroglycerin snadno nečekaně exploduje i naacuterazem)
Převratnyacutem rokem ve vyacuterobě vyacutebušnin ve velkeacutem byl až r 1869 kdy šveacutedskyacute chemik
Alfreacuted Nobel (zakladatel znaacutemeacute Nobelovy nadace) vyřešil probleacutem stabilizace
nitroglycerinu jeho nasaacuteknutiacutem do vhodneacuteho nosiče (křemelina) Takto upravenyacute
nitroglycerin pak exploduje až po vhodneacute iniciaci např roznětkou Ohromnyacute rozvoj
průmyslu vyacutebušnin nastal v obdobiacute prvniacute a zejmeacutena pak druheacute světoveacute vaacutelky
Každaacute vyacutebušnina je charakterizovaacutena řadou fyzikaacutelně-chemickyacutech parametrů
Mezi nejdůležitějšiacute patřiacute
a) Detonačniacute rychlost v - u běžně použiacutevanyacutech laacutetek ve vojenstviacute byacutevaacute v rozmeziacute
6000ndash8000 ms u průmyslovyacutech trhavin do 5000 ms
b) Uvolněnaacute energie při vyacutebuchu Q ndash s hodnotami dnes většinou nad 900 kcalkg
Např pro vyacuteše uvedenyacute černyacute střelnyacute prach jsou tyto hodnoty v = 400 ms Q = 600-800kcalkg
Mezi zaacutekladniacute požadavky na komerčně vyraacuteběneacute vyacutebušniny patřiacute daacutele fyzikaacutelniacute i chemickaacute stabilita
(staacutelost v teplotniacutem rozmeziacute -30 až +40ordmC) necitlivost k vnějšiacutem podnětům (bezpečnost při
zachaacutezeniacute) dostupnostcena vyacutechoziacutech laacutetek potřebnyacutech k vyacuterobě a bezpečnost vyacuteroby
___________ Přesnějšiacute reakce vyacutebuchu dle Bertholeta 16 KNO3 + 6 S + 13 C rarr 5 K2SO4 + 2 K2CO3 + K2S + 8 N2 + 11CO2
Je-li v lt 330 ms (rychlost zvuku) jde o tzv deflagraci
při v gt 330 ms se pak jednaacute o detonaci
87
12 Klasifikace vyacutebušnin
Vyacutebušniny lze dělit podle různyacutech hledisek
I Podle způsobu použitiacute
a) Trhaviny (maacutelo citliveacute k vyacutebuchu je nutnaacute roznětka) ndash např dynamit
b) Střeliviny (prachy k vyacutestřelu střely z hlavně) ndash např bezdyacutemyacute prach
c) Třaskaviny (citliveacute na naacuteraz jiskru užitiacute jako rozbušky) ndash např azidy
II Podle chemickeacuteho složeniacute
Chemickaacute individua
a) Nitrosloučeniny (obsahujiacute R3C-NO2) ndash např trinitrotoluen TNT
b) Estery HNO3 (s alkoholy R3C-O-NO2) ndash např nitroglycerin
c) Nitraminy (obsahujiacute R2N-NO2) ndash např hexogen
d) Vyacutebušneacute soli kyselin ndash např od HNO3 HClO3 HClO4
e) Sloučeniny azoimidu (obsahujiacute skupinu N3-) ndash např AgN3
f) Ostatniacute (acetylidy fulminaacutety aj)
Směsi (např amatoly TNT + NH4NO3 + hexogen)
III Dle konzistence
- pevneacute (krystalickeacute či praacuteškoviteacute) ndash např kyselina pikrovaacute
- kapalneacute (nitroglycerin)
- polotekuteacute a plastickeacute (Semtex)
____________ Maacuteme na mysli tzv bdquoklasickeacute vyacutebušninyldquo použiacutevaneacute jak k vaacutelečnyacutem tak i k miacuterovyacutem uacutečelům Dnešniacute
vojenstviacute ovšem disponuje i moderniacutemi zbraněmi založenyacutemi na řetězoveacute štěpneacute reakci uranu 235U (atomovaacute bomba) např
235
92U n U 10
23592 + rarr139
56 Ba + 94
36Kr + 3 10 n
popř využiacutevajiacuteciacute spojovaacuteniacute lehčiacutech jader (bdquosleacutevaacuteniacuteldquo jader - vodiacutekovaacute bomba) např
21D + 31T rarr 4
2He + 10n s nebyacutevale mohutnyacutemi uacutečinky (např atomovaacute bomba v Hirošimě měla ekvivalent cca 30 kt TNT)
88
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin 21 Nitrace
Principem nitračniacutech reakciacute je vpravovaacuteniacute funkčniacute skupiny ndashNO2 do molekul
(organickyacutech) laacutetek pomociacute tzv nitračniacute směsi (= směs konc HNO3 + H2SO4)
Vyacuteznam majiacute předevšiacutem aromatickeacute nitroderivaacutety např
C6H6 + 3 HNO3 rarr (135-)(NO2)3C6H3 + 3 H2O
benzen sym-trinitrobenzen Poznaacutemka
Zjednodušenaacute interpretace že kyselina siacuterovaacute pouze bdquovaacuteželdquo vzniklou vodu je nepřesnaacute ndash ve
skutečnosti jde o tzv elektrofilniacute substituci kdy zpočaacutetku probiacutehaacute reakce
HNO3 + 2 H2SO4 rarr NO2+ + H3O+ + 2 HSO4
-
a takto vzniklyacute nitroniovyacute kation je vlastniacutem elektrofilniacutem činidlem atakujiacuteciacutem aromatickeacute jaacutedro
(kyselina siacuterovaacute se tedy uacutečastniacute reakce)
Nitračniacute reakce probiacutehajiacute ochotněji u derivaacutetů benzenu (fenol toluen) přitom je nutno
vziacutet v potaz znaacutemaacute substitučniacute pravidla na aromatickeacutem jaacutedře
- substituenty I třiacutedy jako např ndashCH3 ndashOH řiacutediacute substituci do poloh ortho- para-
- substituenty II třiacutedy jako ndashNO2 řiacutediacute substituci do poloh meta-
Přesneacute složeniacute nitračniacute směsi se voliacute podle typu nitrovaneacute laacutetky a stupně nitrace (u
vyššiacutech nitroderivaacutetů pracujeme zpravidla v přebytku kyseliny dusičneacute)
Vlastniacute reakce probiacutehaacute za intenzivniacuteho miacutechaacuteniacute a chlazeniacute ve specielniacutech kotliacutech
(nitraacutetory) s dvojityacutem plaacuteštěm Při nitraciacutech je nutno dodržovat přiacutesnaacute bezpečnostniacute
pravidla ndash hroziacute např přehřaacutetiacute směsi a naacuteslednyacute vyacutebuch
Přehled nejznaacutemějšiacutech a nejviacutece použiacutevanyacutech nitrolaacutetek a jejich explozivniacutech reakciacute
je uveden v naacutesledujiacuteciacutech kapitolaacutech
22 Trhaviny
Jde o největšiacute skupinu vyacutebušnin poměrně maacutelo citlivyacutech k jednoduchyacutem
podnětům (třeniacute naacuteraz) K detonaci jsou přivaacuteděny pomociacute rozbušky (roznětky
detonaacutetoru) Použiacutevajiacute se jak k uacutečelům miacuterovyacutem (kamenolomy doly tunely) tak i
vaacutelečnyacutem (naacuteplně granaacutetů min bomb)
89
Než probereme nejznaacutemějšiacute zaacutestupce teacuteto skupiny je třeba zdůraznit že
z hlediska terminologie lze jako skutečneacute nitroderivaacutety označovat pouze sloučeniny
majiacuteciacute nitroskupinu vaacutezanou přiacutemo na uhliacutek (obsahujiacute vazbu C ndash NO2)
a) Nitrosloučeniny
Praktickyacute vyacuteznam majiacute pouze aromatickeacute nitrolaacutetky
Nejviacutece použiacutevaneacute sloučeniny
bdquoTritolldquo TNT IUPAC 246-trinitrotoluen ( v = 7400 ms Q = 950 kcalkg) CH3
NO2
O2N NO2
Vyacuteroba Nitraciacute toluenu do 3 stupně
Vlastnosti nažloutleacute jehlice teplota taacuteniacute 80ordmC
Referenčniacute laacutetka pro ekvivalent atomovyacutech bomb (viz str 3) Pozn Během II světoveacute vaacutelky vyraacutebělo Německo cca 4000 tun TNT měsiacutečně
bdquoEkrazitldquo kyselina pikrovaacute IUPAC 246-trinitrofenol (v= 7000ms Q = 1000kcalkg)
NO2
NO2O2N
OH
Vyacuteroba Nitraciacute fenolu do 3 stupně
Vlastnosti Žluteacute krystalky nahořkleacute chuti teplota taacuteniacute 122ordmC tvořiacute soli (vyacutebušnyacute pikraacutet
amonnyacute) Užiacutevaacuten mj do dělostřeleckyacutech granaacutetů
bdquoHexylldquo sym-hexanitrodifenylamin teacutež dipikrylamin
dle IUPAC 246-trinitro-N-(246-trinitrophenyl)anilin ( v = 7100 ms Q = 1040 kcalkg)
NH NO2
O2N
O2NNO2
NO2
O2N
90
Vyacuteroba Kompletniacute nitraciacute difenylaminu
Vlastnosti Žluteacute jehličky viacutece citliveacute k naacuterazu (použiacutevanyacute např jako naacuteplň torpeacuted)
b) Nitroestery
Jednaacute se o sloučeniny s vazbou ndashCH2ndashOndashNO2 vznikajiacuteciacute esterifikačniacute reakciacute např
viacutecesytnyacutech alkoholů s HNO3 Nejznaacutemějšiacute laacutetky
Nitroglycerin (spraacutevně trinitraacutet glycerolu) v = 8000 ms Q = 1500 kcalkg
Nitroglycerin se vyraacutebiacute uacuteplnou nitraciacute glycerolu CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2
H2SO4
- 3 H2O
Vlastnosti Bezbarvaacute jedovataacute viskoacutezniacute kapalina naslaacutedleacute chuti nerozpustnaacute ve vodě
Pozor Hroziacute nebezpečiacute explozivniacuteho rozkladu zahřaacutetiacutem nad 50ordmC či naacuterazem
Vyrobenyacute nitroglycerin se zpracovaacutevaacute na dynamit (nasaacuteklyacute v křemelině v poměru
31) nebo na bezdyacutemyacute střelnyacute prach (viz střeliviny)
Vyacuteroba u naacutes Semtiacuten u Pardubic přiacutesnaacute bezpečnostniacute opatřeniacute (bunkry s lehkyacutemi
střechami omezeniacute ručniacute manipulace)
nitroglycerin ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
4 C3H5(ONO2)3 rarr 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Kromě nitroglyceriacutenu existuje řada nitroesterů dvoj- až čtyřsytnyacutech alkoholů
(glykolů) s podobnyacutemi vlastnostmi
Nejznaacutemějšiacute z nich je tzv pentrit (pentaerythrit-tetranitraacutet) v = 8000 ms Q = 1530 kcalkg
OO2N C
CH2
CH2
CH2
CH2
O NO2
O NO2
O NO2
Na baacutezi pentritu s butadienstyreacutenovyacutem kaučukem jsou založeny tzv plastickeacute
trhaviny (Semtex)
91
Nitrocelulosa (nitraacutet celulosy) v = 7000 ms Q = 950-1025 kcalkg
Nitrocelulosa vznikaacute nitraciacute polysacharidu celulosy (velmi čisteacute) do obsahu cca 14
dusiacuteku (což odpoviacutedaacute bdquotrinitraacutetuldquo celulosy)
Historie 1845 Schoumlnbein ndash nitrace bavlny (bdquostřelnaacute bavlnaldquo)
Nitrocelulosa ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
2 C24H29O9(ONO2)11rarr 36CO2+ 47CO+ 4CH4+ 39H2O+ 2C2H2+ 3HCN+ 72 H2 + 372 N2 + 2NH4HCO3
c) Nitraminy
Jde o sloučeniny obsahujiacuteciacute funkčniacute skupinu =NndashNO2
Jsou znaacutemy jak alifatickeacute tak aromatickeacute i heterocyklickeacute laacutetky tohoto typu
(Daacutele se děliacute na primaacuterniacute R-NH-NO2 a sekundaacuterniacute R1R2-N-NO2)
Nejdůležitějšiacute zaacutestupci
Tetryl (246-trinitrofenyl-methyl-nitramin IUPAC N-methyl-N246-tetranitroanilin) v = 7500 ms Q = 1100 kcalkg
NCH3
NO2
NO2
O2N
O2N
Hexogen (cyklotrimethylentrinitramin IUPAC 135-trinitro-135-triazin) v = 8000 ms Q = 1390 kcalkg
N
N N
NO2
NO2O2N
92
d) Vyacutebušneacute soli kyselin
K vyacutebušnyacutem soliacutem patřiacute zejmeacutena amonneacute soli kyseliny dusičneacute chlorečneacute chloristeacute
(di)chromany a manganistany Vyacutebušneacute soli ndash rovnice vybranyacutech vyacutebušnyacutech reakciacute
NH4NO3 rarr N2 + 2 H2O + frac12 O2 ndash 346 kcalkg
2 NH4ClO3 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 32 O2 ndash 359 kcalkg
2 NH4ClO4 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 52 O2 ndash 266 kcalkg
(NH4)2Cr2O7 rarr Cr2O3 + N2 + 4 H2O ndash 310 kcalkg
2 NH4MnO4 rarr N2 + 2 MnO2 + 4 H2O ndash 280 kcalkg
23 Střeliviny (bdquostřelneacute prachyldquo)
Střeliviny patřiacute mezi vyacutebušneacute směsi sloužiacuteciacute k vystřeleniacute naacuteboje z hlavně
v důsledku mohutneacuteho tlaku plynů vzniklyacutech při explozi Jak již bylo zmiacuteněno
v uacutevodu patři sem i klasickyacute černyacute střelnyacute prach (prvniacute popis R Bacon r 1249)
jehož složeniacute se v čase měnilo a ustaacutelilo se na 75 KNO3 (NaNO3 nelze použiacutet pro
hygroskopičnost) 15 dřevneacuteho uhliacute a 10 siacutery
K vyacuterobě je nutneacute použiacutet jemně praacuteškovaneacute velmi čisteacute komponenty Při
vyacuterobě se suroviny melou miacutesiacute v dřevěnyacutech bubnech zvlhčujiacute a zhutňujiacute a nakonec
lisujiacute mezi měděnyacutemi deskami pod tlakem 30 at vyacuteslednyacute produkt se granuluje nebo
lisuje do vaacutelečků o průměru cca 3 cm Vyacuteroba je velmi nebezpečnaacute ndash snadno může
dojiacutet k explozi vyvolaneacute i např statickou elektřinou Černyacute prach se použiacuteval jako
vyacutemetnaacute naacuteplň roznětka zaacutepalnice s časovyacutem zpožděniacutem apod
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (v = 3800 ndash 7000 ms Q = 700 ndash 950 kcalkg)
Jeho vyacuteroba vychaacuteziacute z nitrocelulosy a nitroglycerinu Probleacutemem při použitiacute byl
obrovskyacute tlak při explozi kteryacute může veacutest až k roztrženiacute hlavně Proto se
nitrocelulosa zpočaacutetku rozpouštěla v organickyacutech rozpouštědlech (ether aceton) po
jejichž odpařeniacute vznikne bdquoblaacutenaldquo hořiacuteciacute pomaleji R 1888 A Nobel navrhl rozpouštět
nitrocelulosu v nitroglycerinu (vznikl tzv bdquobalistitldquo) takže běžnaacute hlaveň děla bdquovydrželaldquo
až 1700 vyacutestřelů přiacutedavkem nitrodiglykolu se vyacutedrž zvyacutešila až přes 10 000 vyacutestřelů
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach je poměrně nestabilniacute jeho stabilitu lze zvyacutešit
přiacutedavkem difenylaminu nebo MgO Vyrobenyacute prach se expeduje ve formě malyacutech
šupinek či destiček nebo se lisuje do tyčinek (viz Obr 1)
Prvniacute velkeacute použitiacute černeacuteho prachu u dělostřelectva se datuje r 1346 v bitvě u Kresčaku Byla zaznamenaacutena řada katastrof (1905 exploze prachu na japonskeacutem křižniacuteku Mikasa 1907
vyacutebuch muničniacuteho skladiště Jena aj)
93
Obr 1 Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (vlevo ndash naacuteplň střely do samopalu vpravo ndash dělostřeleckyacute prach
ve formě slisovaneacute trubičky) Pro naacutezornost na obraacutezku uprostřed kancelaacuteřskaacute sponka
24 Třaskaviny
Do teacuteto skupiny patřiacute celaacute řada různorodyacutech chemickyacutech sloučenin (fulminaacutety
azidy acetylidy) Jde o laacutetky vybuchujiacuteciacute po iniciaci (např zahřaacutetiacutem naacuterazem
elektrickou jiskrou) Sloužiacute jako rozbušky (roznětky) pro hlavniacute naacutelož trhaviny
a) Fulminaacutety Tyto laacutetky se odvozujiacute od kyseliny třaskaveacute (fulminoveacute) |CequivNndashOH kteraacute neniacute znaacutema
volnaacute pouze ve formě soliacute Nejdeacutele znaacutemyacute je fulminaacutet rtuti (bdquotřaskavaacuteldquo rtuť)
Hg(ONC)2 Jde o šedobiacutelou laacutetku maacutelo rozpustnou ve vodě leacutepe v alkoholu
Rovnice vyacutebušneacute reakce Hg(ONC)2 rarr Hg + 2 CO + N2 ndash 357 kcalkg (v = 6500 ms)
Velmi podobneacute vlastnosti maacute i třaskaveacute střiacutebro Ag(ONC) ktereacute je však dražšiacute a
meacuteně užiacutevaneacute
b) Azidy Jsou to soli azoimidu (HN3 těkavaacute jedovataacute kapalina pronikaveacuteho zaacutepachu)
Nejpoužiacutevanějšiacute jsou
Azid olovnatyacute Pb(N3)2 ndash nažloutlaacute laacutetka stabilniacute do 75ordmC meacuteně citlivaacute k naacuterazu viacutece
ke třeniacute
Rovnice rozkladu Pb(N3)2 rarr Pb + 3 N2
Azid střiacutebrnyacute AgN3 maacute podobneacute vlastnosti
Azid měďnatyacute Cu(N3)2 je extreacutemně citlivyacute i na dotyk
94
c) Acetylidy
Tyto třaskaviny se odvozujiacute od ethynu HCequivCH naacutehradou atomů vodiacuteku kovem
Praktickyacute vyacuteznam maacute acetylid měďnyacute Cu-CequivC-Cu a střiacutebrnyacute Ag-CequivC-Ag
Rovnice rozkladu Ag2C2 rarr 2 Ag + 2 C (se vzdušnyacutem kysliacutekem dalšiacute reakce na oxidy)
Jde o krystalickeacute laacutetky nerozpustneacute ve vodě vybuchujiacuteciacute naacuterazem či zahřaacutetiacutem
d) Ostatniacute třaskaviny
Do teacuteto skupiny laacutetek lze zařadit
Tetranitrid tetrasiacutery S4N4 ndash oranžoveacute krystalky vybuchujiacuteciacute naacuterazem zahřaacutetiacutem
Jododusiacutek NI3nNH3 je hnědočervenaacute laacutetka explodujiacuteciacute i pouhyacutem dotykem ()
Peroxosloučeniny (i samotnyacute konc H2O2) např peroxoaceton
CH3
CH3
O O CH3
CH3O O
Bertholetovo třaskaveacute střiacutebro Ag3N citliveacute i na sebemenšiacute mechanickyacute impuls
Pozor Tato laacutetka může vzniknout i při Tollensově reakci (Ag-zrcaacutetko) při vyschnutiacute
obsahu zkumavky - pak hroziacute při čištěniacute zkumavky exploze
3 [Ag(NH3)2]Cl rarr Ag3N + 3 NH4Cl + 2NH3
3 Jednoducheacute ilustračniacute pokusy Všechny daacutele uvedeneacute experimenty je možneacute provaacutedět pouze v digestoři za
asistence a pod odbornyacutem dohledem učitele a za použitiacute ochrannyacutech prostředků
(obličejovyacute štiacutet)
a) Přiacuteprava černeacuteho střelneacuteho prachu a jeho vlastnosti Na papiacuteře důkladně promiacutechaacuteme směs malou lžičku KNO3 půl lžičky jemně praacuteškoveacute siacutery a
čtvrt lžičky rozetřeneacuteho dřevěneacuteho uhliacute Tuto směs nasypeme do železneacute misky na piacutesku a
zapaacuteliacuteme špejliacute Pozorujeme prudkou exotermniacute reakci
95
b) Hořeniacute střelneacute bavlny Střelnaacute bavlna je vlastně nitraacutet celulosy kteryacute lze připravit reakciacute chomaacutečku vaty (1 g)
s nitračniacute směsiacute (10 cm3 konc H2SO4 + 10 cm3 konc HNO3) v kaacutedince po dobu cca 20 min
Obr 2 Hořeniacute nitrocelulosy
Vatu potom vyjmeme propereme vodou a volně usušiacuteme Kousek produktu zapaacuteliacuteme a
pozorujeme jak prudce shořiacute (viz obr 2)
c) Exploze směsi chlorečnanu s praacuteškovou siacuterou (fosforem) Pouhyacutem volnyacutem přesypaacutevaacuteniacutem na papiacuteře bez doteku smiacutechaacuteme malaacute množstviacute (jen na
špičku špachtle) KClO3 a stejneacute množstviacute praacuteškoveacute siacutery (nebo červeneacuteho fosforu) Směs
opatrně zabaliacuteme do tenkeacuteho papiacuteru položiacuteme na pevnou podložku (betonovaacute dlažba) a
uacutederem kladiacutevka přivedeme k explozi
Rovnice vyacutebušneacute reakce 2 KClO3 + 3 S rarr 2 KCl + 3 SO2
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů Literatura Urbaňski T Chemie a technologie vyacutebušnin I ndash III SNTL Praha 1958
Babaacutek Z Vraacutebel Z Chemie ndash vybraneacute kapitoly scrpt VA Brno 1994
Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
UP Olomouc 2007
Internetoveacute odkazy httpcswikipediaorgwikiVC3BDbuC5A1nina
httpwwwjergymhieducz~canovmvybusninvybusninhtm
96
ELEKTROLYacuteZA
Text zpracoval Doc RNDr Zdeněk Šindelaacuteř CSc
Osnova
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
Zaacutekladniacute pojmy
2 Elektrolyacuteza
21 Elektrolyacuteza chloridu zinečnateacuteho a sodneacuteho
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli
23 Faradayovy zaacutekony
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
97
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
11 Zaacutekladniacute pojmy
Elektrochemiiacute rozumiacuteme obor chemie kteryacute se zabyacutevaacute procesy probiacutehajiacuteciacutemi
na rozhraniacute mezi elektrodou a elektrolytem Elektrodou je zpravidla vodič 1 druhu
(kov ndash např měď rtuť železo nikl chrom platina ale i uhliacutek ve formě grafitu) Volba
materiaacutelu elektrody souvisiacute s chemickyacutemi vlastnostmi elektrolytu a se změnami ke
kteryacutem v elektrolytu dochaacuteziacute Elektrolytem je roztok nebo i tavenina laacutetky kteraacute maacute
schopnost disociovat na volneacute ionty Takovou laacutetkou je napřiacuteklad chlorid sodnyacute jehož
vodnyacute roztok nebo jeho tavenina jsou elektrolyty Je to sloučenina ve ktereacute jsou
atomy vaacutezaacuteny chemickou vazbou kteraacute maacute vyacuterazně iontovyacute charakter Elektrolyty
jsou takeacute vodiči elektrickeacuteho proudu a označujeme je jako vodiče 2 druhu
Elektrolytickou disociaci (rozpad laacutetky na ionty v tavenině a ve vodneacutem roztoku)
zapiacutešeme rovniciacute
NaCl rarr Na+ + Cl-
Schopnost laacutetek disociovat v roztoku popisujeme pojmem siacutela elektrolytu
V přiacutepadě NaCl se jednaacute o silnyacute elektrolyt tedy prakticky všechen rozpuštěnyacute chlorid
sodnyacute je ve vodneacutem roztoku disociovaacuten na ionty ktereacute jsou tak od sebe odděleny a
jsou obklopeny molekulami rozpouštědla v našem přiacutepadě molekulami vody
Řiacutekaacuteme že ionty jsou ve vodnyacutech roztociacutech hydratovaacuteny
2 Elektrolyacuteza
Elektrolyacutezu lze chaacutepat jako děj při ktereacutem dochaacuteziacute na elektrodaacutech
vloženyacutech do elektrolytu k chemickyacutem změnaacutem způsobenyacutech průchodem elektrickeacuteho proudu z vnějšiacuteho zdroje V tomto přiacutepadě budeme většinou volit
takoveacute elektrody ktereacute nebudou podleacutehat během procesu změnaacutem (budou chemicky
inertniacute) Na obr 1 je znaacutezorněn schematicky pokus kteryacute naacutem pomůže pochopit
jakeacute děje během elektrolyacutezy probiacutehajiacute
98
Obr 1 Elektrolyzeacuter
Ve scheacutematu vidiacuteme jednotliveacute elektrody ktereacute nesou označeniacute podle toho ke
ktereacutemu poacutelu zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute jsou připojeny V přiacutepadě elektrolyacutezy
je elektroda připojenaacute ke kladneacutemu poacutelu zdroje označovaacutena jako anoda protože k niacute
elektromigraciacute putujiacute ionty opačneacute polarity ndash tedy zaacuteporně nabiteacute anionty Anoda je
elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy oxidace (bez ohledu na polaritu elektrod)
K zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje je připojena katoda ke ktereacute analogicky putujiacute kladně
nabiteacute čaacutestice ndash kationty Katoda je elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy redukce (opět
bez ohledu na polaritu elektrod) Elektromigrace je tedy pohyb nabityacutech čaacutestic
usměrněnyacute vlivem elektrickeacuteho pole
Před zapojeniacutem zdroje jsou koncentrace všech složek elektrolytu v každeacutem
miacutestě roztoku stejneacute (jak viacuteme roztok je homogenniacute směs) Po zapnutiacute zdroje se
začnou ionty v důsledku přiacutetomnosti elektrickeacuteho pole pohybovat k opačně nabiteacute
elektrodě Když dospějiacute až k jejiacutemu povrchu vybijiacute se a produkt se buď vyloučiacute na
přiacuteslušneacute elektrodě přiacutepadně ihned reaguje s dalšiacutemi složkami elektrolytu nebo
přiacutemo s elektrodou V důsledku toho se však sniacutežiacute koncentrace vybiacutejenyacutech iontů
v bliacutezkosti elektrody a přiacutesun novyacutech iontů k elektrodě začiacutenaacute byacutet řiacutezen difuacuteziacute Ionty
difundujiacute do miacutest s nižšiacute koncentraciacute ve snaze obnovit homogenniacute prostřediacute Procesy probiacutehajiacuteciacute v bliacutezkosti elektrod nejsou jednoducheacute a zaacutevisejiacute silně na dalšiacutech faktorech
Jedniacutem z důležityacutech faktorů je zda budeme elektrolyt během elektrolyacutezy miacutechat protože konvekce
(prouděniacute) maacute velkyacute vliv na průběh celeacuteho procesu
99
Velmi důležiteacute je takeacute zda odděliacuteme anodovyacute a katodovyacute prostor přepaacutežkou
kteraacute umožniacute průchod elektrickeacuteho proudu elektrolyzeacuterem a přitom zabraacuteniacute
promiacutechaacutevaacuteniacute vzniklyacutech produktů elektrolyacutezy v bliacutezkosti elektrod Tato přepaacutežka se
nazyacutevaacute diafragma a byacutevaacute to obvykle poreacutezniacute keramickyacute materiaacutel Mohou to byacutet
podle uacutečelu ale různeacute jineacute materiaacutely na baacutezi plastickyacutech hmot polymerniacute gely nebo
napřiacuteklad celofaacuten Jak již bylo řečeno aby mohl elektrolyzeacuterem proteacutekat elektrickyacute proud musiacuteme na elektrody
vložit elektrickeacute napětiacute Minimaacutelniacute napětiacute ktereacute způsobiacute že začne systeacutemem proteacutekat elektrickyacute proud
označujeme jako rozkladneacute napětiacute jeho velikost souvisiacute uacutezce s pojmem elektrochemickyacute člaacutenek
Velikost proudu kteryacute zařiacutezeniacutem prochaacuteziacute zaacutevisiacute rovněž na mnoha faktorech Velkyacute vliv majiacute zejmeacutena
velikost plochy elektrod a koncentrace elektrolytu Velikost proudu vztaženaacute na jednotku plochy
(obvykle cm2) označujeme pojmem proudovaacute hustota [Acm-2] Proudovaacute hustota a složeniacute
(koncentrace) elektrolytu rozhodujiacuteciacutem způsobem ovlivňujiacute konečneacute složeniacute produktů elektrolyacutezy
21 Elektrolyacuteza ZnCl2 a NaCl
Průběh elektrolyacutezy vodneacuteho roztoku chloridu zinečnateacuteho můžeme zapsat
naacutesledovně
katoda Zn2+ + 2 e- rarr Zn
anoda 2 Cl- rarr Cl2 + 2 e-
Produkty procesu jsou plynnyacute chlor a zinek jako volnyacute kov
Elektrolyacuteza však může miacutet i značně komplikovanyacute průběh kteryacute je silně zaacutevislyacute
na podmiacutenkaacutech provedeniacute Přiacutekladem může byacutet elektrolyacuteza chloridu sodneacuteho
Budeme-li při odděleneacutem katodoveacutem a anodoveacutem prostoru v inertniacute atmosfeacuteře
elektrolyzovat taveninu chloridu sodneacuteho ziacuteskaacuteme kovovyacute sodiacutek a plynnyacute chlor
katoda 2 Na+ + 2 e- rarr 2 Na
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
Všimněme si že složeniacute elektrolytu (taveniny) se nijak vyacuteznamně neměniacute
vylučujiacute se ekvivalentniacute množstviacute chloru a sodiacuteku
Při elektrolyacuteze vodneacuteho roztoku NaCl je situace složitějšiacute V přiacutepadě oddělenyacutech
prostorů elektrod bude v katodoveacutem prostoru dochaacutezet k vyredukovaacuteniacute vodiacuteku
protože elektron přenesenyacute na ion sodnyacute přechaacuteziacute ihned na molekulu vody
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2 NaOH + H2
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
100
Při tomto procesu se ale vyacuteznamně měniacute složeniacute elektrolytu postupně miziacute z roztoku
chloridovyacute ion kteryacute je nahrazen aniontem OH- Po vyčerpaacuteniacute chloridovyacutech iontů bude pokračovat elektrolyacuteza za vzniku kysliacuteku z vybiacutejenyacutech iontů
hydroxidovyacutech
anoda 4 OH- rarr 4 OHbull + 4 e- a daacutele 4 OHbull rarr 2 H2O2 rarr 2 H2O + 2 Obull
2 Obull rarr O2
Pokud provedeme elektrolyacutezu na rtuťoveacute elektrodě (-) s oddělenyacutemi
elektrodovyacutemi prostory bude se na katodě pouze redukovat sodiacutek kteryacute se rtutiacute
vytvořiacute amalgaacutem Na anodě se bude opět vylučovat chlor Po vypnutiacute elektrickeacuteho
zdroje se začne z amalgaacutemu vylučovat sodiacutek a reagovat s vodou za vzniku vodiacuteku a
hydroxidu sodneacuteho Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem vodiacuteku na rtuťoveacute
elektrodě Při elektrolyacuteze s neoddělenyacutemi prostory elektrod za miacutechaacuteniacute a chlazeniacute elektrolytu
Primaacuterniacute procesy na elektrodaacutech jsou stejneacute jako v předchoziacutem přiacutepadě ale naacutesleduje reakce
2 NaOH + Cl2 rarr NaCl + NaClO + H2O
Produktem procesu je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlornanu sodneacuteho
Nebudeme-li elektrolyt chladit dojde k disproporcionaci NaClO
3 NaClO rarr 2 NaCl + NaClO3
nebo
6 NaOH + 3 Cl2 rarr 5 NaCl + NaClO3 + 3 H2O
Konečnyacutem produktem je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlorečnanu sodneacuteho
Poznamenejme ještě že elektrolyacutezou roztoků chlorečnanu za silneacuteho chlazeniacute (teplota by
neměla překročit přiacuteliš přes 20degC) s použitiacutem platinovyacutech elektrod ziacuteskaacuteme roztoky chloristanů
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2Na+ + 2OH- + H2
anoda 2 ClO3- rarr 2 ClO3 + 2 e-
2 ClO3 + H2O rarr HClO3 + HClO4
s naacuteslednou neutralizaciacute 2 NaOH + HClO3 + HClO4 rarr NaClO3 + NaClO4 + 2 H2O
Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem platinoveacute elektrody ke kysliacuteku
Při vyššiacutech teplotaacutech dochaacuteziacute k reakci
2 ClO3 + H2O rarr 2 HClO3 + Obull a naacutesledně 2 Obull rarr O2
a na anodě dojde k vylučovaacuteniacute kysliacuteku V tomto přiacutepadě jsou produkty elektrolyacutezy stejneacute jako při
elektrolyacuteze vody okyseleneacute zředěnou kyselinou siacuterovou tj vodiacutek a kysliacutek
101
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli CuSO4
Elektrolyacuteza měďnateacute soli ve vodneacutem roztoku s využitiacutem měděnyacutech elektrod
(anoda i katoda jsou ze stejneacuteho materiaacutelu tedy z mědi) vede k vylučovaacuteniacute mědi na
katodě z roztoku za současneacuteho doplňovaacuteniacute měďnatyacutech iontů z rozpouštěneacute anody
katoda Cu2+ + 2e- rarr Cu
anoda Cu + SO42- rarr Cu2+ + SO4
2- + 2e-
Vyacutesledkem je přenos materiaacutelu anody (suroveacute mědi) na katodu (čistaacute měď)
Tento postup se v praxi využiacutevaacute k elektrolytickeacutemu čištěniacute suroveacute mědi Ziacuteskaacute se tak
kov vysokeacute čistoty
Poznaacutemka pod anodou se usazujiacute anodoveacute kaly (nečistoty v anodě obsaženeacute) ktereacute jsou zdrojem
dalšiacutech prvků ktereacute doprovaacutezejiacute v přiacuterodě měď - zejmeacutena Ag Au platinoveacute kovy Rozkladneacute napětiacute
takoveacuteho roztoku (např CuSO4 slabě okyseleneacuteho kyselinou siacuterovou pro potlačeniacute hydrolytickyacutech
procesů) je velmi niacutezkeacute Virtuaacutelniacute pokus je možno snadno proveacutest nebo simulovat na přiloženeacutem
programu Vaacuteženiacutem elektrod po provedeneacutem experimentu a měřeniacutem času a proudu je naviacutec možno
ověřit platnost Faradayovyacutech zaacutekonů 23 Faradayovy zaacutekony elektrolyacutezy
1 Faradayův zaacutekon vyjadřuje množstviacute (hmotnost) laacutetky kteraacute vznikne při
průchodu stejnosměrneacuteho elektrickeacuteho proudu za určitou dobu
m = A middot I middot t kde m ndash hmotnost vyloučeneacute laacutetky
A - konstanta (tzv elektrochemickyacute ekvivalent)
I - elektrickyacute proud
t - čas
Protože elektrickyacute naacuteboj Q = I t můžeme vyacuteraz zkraacuteceně zapsat m = AQ
2 Faradayův zaacutekon formuluje vyacuteraz pro vyacutepočet elektrochemickeacuteho
ekvivalentu A Slovně ho lze vyjaacutedřit větou že laacutetkovaacute množstviacute
vyloučenaacute stejnyacutem naacutebojem jsou chemicky ekvivalentniacute Potom platiacute
FzMAsdot
=
kde M - molaacuterniacute hmotnost
z - počet vyměňovanyacutech elektronů při elektrodoveacutem ději
102
F je Faradayova konstanta (F = 96485104 Cmol-1) kteraacute je čiacuteselně
rovna elektrickeacutemu naacuteboji potřebneacuteho k vyloučeniacute 1z molu laacutetky
Konečnyacute vyacuteraz pro vyacutepočet množstviacute laacutetky přeměněneacute průchodem elektrickeacuteho
proudu po danou dobu lze tedy zapsat ve tvaru
tIFz
Mm sdotsdot=sdot
Poznaacutemka je zaacutesadně důležiteacute dosadit do vzorce veličiny ve spraacutevnyacutech jednotkaacutech
Požadujeme-li vyacutesledek m [g] pak musiacuteme dosazovat I [A] t [s]
Přiacuteklad Kolik g Cu se vyloučiacute na katodě při rafinaci mědi průchodem proudu 1 A po dobu 300 s
Řešeniacute Protože na přeměnu jednoho iontu Cu2+ na čistou měď potřebujeme vyměnit 2 elektrony (viz kap
22 z = 2) dostaneme po dosazeniacute (relativniacute atomovaacute hmotnost mědi je 6354) do vztahu pro m
Vyacutesledek m = 0099 asymp 01 g mědi
Vyacutepočet probiacutehaacute automaticky např při spuštěniacute přiloženeacute animace (viz 24 ovlaacutedaacuteniacute je intuitivniacute)
Na zaacutevěr je ještě třeba zmiacutenit že technickyacute (dohodnutyacute) směr proudu (fyzika
elektrotechnika) je vždy od kladneacuteho k zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje a je tedy opačnyacute než
pohyb elektronů
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
Všechny animace použiteacute k doplněniacute toto textu jsou k dispozici zde
httpgoogleiastateedusearchq=cachendvLO9akz9cJwwwchemiastateedugro
upGreenbowesectionsprojectfolderanimationsindexhtm+electrolysisampoutput=xml_
no_dtdampclient=default_frontendampproxystylesheet=default_frontendampie=UTF-
8ampaccess=pampoe=ISO-8859-1
Ostatniacute informace potřebneacute k hlubšiacutemu pochopeniacute pojmu elektrolyacuteza najde čtenaacuteř
např v zaacutekladniacute učebnici fyzikaacutelniacute chemie
httpwwwvschtczfchczpomuckyBREVALLpdf
5
ESTERIFIKACE
Text zpracovala Mgr Veronika Švandovaacute
Osnova 1 Zaacutekladniacute pojmy
11 Estery karboxylovyacutech kyselin
12 Esterifikace karboxylovyacutech kyselin
2 Přiacuteklady a chemickyacute pokus
21 Přiacuteklady na procvičeniacute
22 Chemickyacute pokus ndash přiacuteprava ethylesteru kyseliny octoveacute
3 Mechanismus esterifikace
4 Reakce esterů
5 Opakovaciacute cvičeniacute
6 Řešeniacute uacuteloh
61 Řešeniacute uacutelohy 21
62 Řešeniacute praktickeacuteho uacutekolu z 22
63 Řešeniacute opakovaciacuteho cvičeniacute
7 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
71 Estery anorganickyacutech kyselin
72 Poznaacutemky k chemickeacutemu pokusu
73 Charakteristickeacute vůně esterů
74 Alkalickaacute hydrolyacuteza esteru (zmyacutedelněniacute)
8 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
6
1 Zaacutekladniacute pojmy
11 Estery karboxylovyacutech kyselin
Estery1 karboxylovyacutech kyselin jsou vyacuteznamnou skupinou organickyacutech laacutetek
patřiacute mezi funkčniacute derivaacutety karboxylovyacutech kyselin Řada z nich jsou vyacuteznamneacute
přiacuterodniacute laacutetky ndash tvořiacute napřiacuteklad tuky oleje a vosky Některeacute estery majiacute praktickyacute
vyacuteznam použiacutevajiacute se jako esence do potravin na vyacuterobu leacutečiv nebo rozpouštědel
Estery se nejčastěji připravujiacute reakciacute kterou nazyacutevaacuteme esterifikace
12 Esterifikace karboxylovyacutech kyselin
Esterifikace karboxyloveacute kyseliny je reakce karboxyloveacute kyseliny a alkoholu
kterou vznikaacute ester a voda Reakce probiacutehaacute v kyseleacutem prostřediacute ndash provaacutediacute se za
přiacutedavku silneacute anorganickeacute kyseliny (maacute funkci katalyzaacutetoru) nejčastěji kyseliny
siacuteroveacute Jednaacute se o rovnovaacutežnou reakci
C
O
OHR1+ OH R2
C
O
OR1R2 OH2
kyselina alkohol ester
H+
+
Ze zaacutepisu reakce je zřejmeacute že kysliacutekovyacute atom ve vznikleacutem esteru (ve scheacutematu
vyznačenyacute raacutemečkem) pochaacuteziacute z molekuly alkoholu Tento fakt byl prokaacutezaacuten
experimentaacutelně Reakce byla uskutečněna s alkoholem obsahujiacuteciacutem radioaktivniacute
izotop kysliacuteku a zjišťovalo se kteryacute z produktů reakce bude radioaktivniacute Ukaacutezalo se
že radioaktivniacute laacutetkou byl ester Primaacuterniacute alkoholy tvořiacute estery snadněji než
sekundaacuterniacute Estery terciaacuterniacutech alkoholů se tiacutemto způsobem nepřipravujiacute2
Esterifikace je rovnovaacutežnaacute (vratnaacute) reakce Pokud chceme zvyacutešit vyacutetěžek
reakce musiacuteme rovnovaacutehu reakce porušovat odstraňovaacuteniacutem vznikleacuteho esteru nebo
vody z reakčniacute směsi Rovnovaacutehu je možneacute posunout ve prospěch esteru takeacute tak
1 Mluviacuteme-li v tomto vyacuteukoveacutem textu o bdquoesterechldquo či bdquoesterifikacildquo maacuteme na mysli estery karboxylovyacutech
kyselin (neniacute-li v textu řečeno jinak) Kromě těchto esterů existujiacute takeacute estery anorganickyacutech kyselin
ktereacute vznikajiacute rovněž esterifikaciacute - viacutece viz Doplňujiacuteciacute informace pro učitele kap 7 2 Pro synteacutezu esterů terciaacuterniacutech alkoholů se miacutesto karboxyloveacute kyseliny použiacutevajiacute acylchloridy
(k reakčniacute směsi se přidaacutevaacute pyridin) Vedlejšiacutem produktem reakce je chlorovodiacutek
7
že jednu z vyacutechoziacutech laacutetek použijeme v nadbytku Zpětnou reakciacute k esterifikaci je tzv
kyselaacute hydrolyacuteza1
2 Přiacuteklady a chemickyacute pokus 21 Přiacuteklady na procvičeniacute
Napiš produkty naacutesledujiacuteciacutech reakciacute a pojmenuj je
a) b)
22 Pokus ndash přiacuteprava ethylesteru kyseliny octoveacute
Chemikaacutelie ethanol (F) kyselina octovaacute (C) konc kyselina siacuterovaacute (C) uhličitan
sodnyacute (Xi)
Postup Ve zkumavce smiacutechaacuteme 3 ml kyseliny octoveacute a 3 ml ethanolu Ke vznikleacute
směsi opatrně přidaacuteme asi 05 ndash1 ml koncentrovaneacute kyseliny siacuteroveacute Obsah
zkumavky promiacutechaacuteme vylejeme na hodinoveacute skliacutečko a nakonec přisypeme pevnyacute
uhličitan sodnyacute2
Praktickyacute uacutekol
a) Zapiš rovnici reakce
b) Porovnej vůni kyseliny octoveacute a vznikleacuteho esteru
c) V literatuře vyhledej praktickeacute využitiacute vznikleacuteho esteru
d) Proč mysliacuteš že přidaacutevaacuteme do reakčniacute směsi uhličitan sodnyacute
e) Vzniklyacute ester může byacutet pro člověka smrtelnou laacutetkou Smrtelnaacute daacutevka pro
člověka je asi 05 g na každyacute kilogram tělesneacute hmotnosti Jakeacute by bylo
smrtelneacute množstviacute (v gramech) esteru při tveacute hmotnosti Vypočiacutetej i jeho
objem (hustota ethylesteru kyseliny octoveacute je ρ = 1045 gcm3)
1 Viz kapitola 4 2 Dalšiacute možnosti provedeniacute pokusu viz Doplňujiacuteciacute informace pro učitele kap 7
OH CH2 CH3C
O
OHHH
+
+
C
O
OHCH3 +H
+
H O CH2 CH2 CH3
8
f) Na internetu vyhledej bezpečnostniacute list daneacuteho esteru Jakyacutemi piacutesmennyacutemi
symboly označujeme jeho nebezpečneacute vlastnosti a jak tyto vlastnosti
vyjaacutedřiacuteme slovy
Poznaacutemka Řada dalšiacutech esterů jsou kapaliny
přiacutejemneacute vůně a použiacutevajiacute se v potravinaacuteřstviacute jako
vonneacute a chuťoveacute přiacutesady Napřiacuteklad ethylester
kyseliny mravenčiacute se použiacutevaacute jako rumovaacute esence
jako ananasovaacute esence (viz obr 1) se použiacutevaacute
ethylester kyseliny maacuteselneacute1 Obr 1 Ilustračniacute přiacuteklad
3 Mechanismus esterifikace Mechanismus esterifikace je možneacute vyjaacutedřit souborem rovnovaacutežnyacutech reakciacute
C
O
R1 O H C+O
R1O H
H
C
O
R1 O H
H
O+
R2H
CO
R1 O+ HH
OR2
H
OH2-C+O
R1H
OR2
H+
- H+
C
O
R1 O R2
R2
O
H
Prvniacutem krokem esterifikace je protonizace karboxyloveacute skupiny kyseliny
Dochaacuteziacute tak ke zvyacutešeniacute elektronoveacuteho deficitu na karboxyloveacutem uhliacuteku a tiacutem
k usnadněniacute nukleofilniacuteho ataku molekulou alkoholu
V dalšiacutem nejpomalejšiacutem kroku reakce dochaacuteziacute ke vzniku vazby mezi atomem
kysliacuteku alkoholu a atomem uhliacuteku karboxyloveacute skupiny Nakonec dochaacuteziacute k odštěpeniacute
protonu a molekuly vody za vzniku esteru
Z hlediska typu reakce je esterifikace substituciacute nukleofilniacute (SN) kteraacute probiacutehaacute
adičně-eliminačniacutem mechanismem
1 Přehled charakteristickyacutech vůniacute dalšiacutech esterů uveden v kap 7
9
4 Reakce esterů Jak již bylo uvedeno esterifikace je rovnovaacutežnaacute reakce reakce zpětnaacute se
nazyacutevaacute kyselaacute hydrolyacuteza esteru Při teacuteto reakci vznikaacute opět karboxylovaacute kyselina a
alkohol
Estery lze hydrolyzovat i v přiacutetomnosti silnyacutech zaacutesad (tzv alkalickaacute hydrolyacuteza)
vznikaacute však alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
CH3 CO
O CH2 CH3
+ NaOH CH3 CO
O Na
+ CH3 CH2 OH
5 Opakovaciacute cvičeniacute
1) Co je to esterifikace Jakeacute jsou vyacutechoziacute laacutetky a produkty teacuteto reakce Za
jakyacutech podmiacutenek může reakce probiacutehat
2) Kteryacute z naacutesledujiacuteciacutech alkoholů bude podleacutehat esterifikaci nejsnadněji
a) b) c)
3) Jak se nazyacutevaacute zpětnaacute reakce esterifikace
4) Estery majiacute širokeacute uplatněniacute v potravinaacuteřstviacute Jakeacute
5) Produktem naacutesledujiacuteciacute esterifikace bude
C
O
OHCH2CH3 OH CH2 CH3+H
+
a) propylester kyseliny octoveacute
b) ethylester kyseliny octoveacute
c) ethylester kyseliny propionoveacute
6) Zapiš rovnici esterifikace jejiacutemž produktem je ethylester kyseliny benzooveacute
7) Co je produktem alkalickeacute hydrolyacutezy esteru
8) V jedneacute zkumavce smiacutechaacuteme stejnyacute objem ethanolu a kyseliny octoveacute ve
druheacute zkumavce smiacutesiacuteme stejnyacute objem octanu ethylnateacuteho a destilovaneacute
vody Do každeacute zkumavky přidaacuteme několik kapek koncentrovaneacute kyseliny
siacuteroveacute a obsah zkumavek protřepeme Jakeacute změny nastanou v jednotlivyacutech
zkumavkaacutech
CH3
C OHCH3
CH3CH3 CH2 OHCH3 CH OH
CH3
10
a) Obsah obou zkumavek se nezměniacute nedojde k žaacutedneacute reakci
b) V obou zkumavkaacutech vznikne směs ethanolu kyseliny octoveacute ethyl-
acetaacutetu a vody
c) V prvniacute zkumavce bude směs ethyl-acetaacutetu a vody ve druheacute směs
ethanolu a kyseliny octoveacute
d) Obsah druheacute zkumavky se nezměniacute v prvniacute zkumavce dojde
k esterifikaci a vznikne tam směs octanu ethylnateacuteho a vody
6 Řešeniacute uacuteloh
61 Řešeniacute uacutelohy 21 a) ethylester kyseliny mravenčiacute (mravenčan ethylnatyacute ethyl-methanoaacutet ethyl-
formiaacutet) a voda
C
O
OH CH2 CH3 OH2+ b) propylester kyseliny octoveacute (octan propylnatyacute propyl-ethanoaacutet propyl-acetaacutet)
a voda
C
O
OCH3 CH2 CH2 CH3 OH2+ 62 Řešeniacute praktickeacuteho uacutekolu z 22
a)
b) Vůně vznikleacuteho esteru připomiacutenaacute odlakovač na nehty lak na nehty či
modelaacuteřskeacute lepidlo
c) Ethylester kyseliny octoveacute se použiacutevaacute v laboratořiacutech jako rozpouštědlo
d) Uhličitan sodnyacute se přidaacutevaacute do reakce proto aby zreagoval zbytek kyseliny
octoveacute (a siacuteroveacute) kteryacute by negativně ovlivňoval vůni vznikleacuteho produktu
e) Např při hmotnosti člověka m = 60 kg je smrtelnaacute daacutevka ndash lethal dose rArr
mLD = 30 g o objemu V = m ρ = 30 1045 = 2871 cm3
Smrtelnaacute daacutevka pro šedesaacutetikiloveacuteho člověka by byla 287 cm3
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
11
f) Bezpečnostniacute list ethylesteru kyseliny octoveacute je napřiacuteklad na internetoveacutem
odkazu httpwwwmach-chemikalieczdownloadphpid=96 Ethylester
kyseliny octoveacute patřiacute mezi laacutetky vysoce hořlaveacute (F) a draacuteždiveacute (Xi)
63 Řešeniacute opakovaciacuteho cvičeniacute (kap 5) 1) Esterifikace je reakce kterou se připravujiacute estery vedlejšiacutem produktem je
voda Vyacutechoziacutemi laacutetkami pro tuto reakci jsou alkohol a karboxylovaacute kyselina
reakce musiacute probiacutehat v prostřediacute silneacute kyseliny
2) b)
3) kyselaacute hydrolyacuteza
4) Řada esterů se použiacutevaacute v potravinaacuteřstviacute jako vonneacute a přiacutechuťoveacute přiacutesady
5) c)
6)
7) alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
8) c)
reakce probiacutehajiacuteciacute v prvniacute zkumavce
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
reakce probiacutehajiacuteciacute ve druheacute zkumavce
H+
C
O
OCH3 CH2 CH3 OH2+ OH CH2 CH3C
O
OHCH3 +
7 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele 71 Estery anorganickyacutech kyselin
Kromě esterů karboxylovyacutech kyselin tj organickyacutech existujiacute takeacute estery anorganickyacutech
kyselin Esterifikaci anorganickyacutech kyselin můžeme žaacutekům zmiacutenit aby si uvědomili že probiacutehaacute nejen u
organickyacutech kyselin
Reakciacute kyseliny boriteacute s methanolem nebo ethanolem v kyseleacutem prostřediacute vznikajiacute estery kyseliny boriteacute Uvedenou reakci jejiacutež provedeniacute je velmi jednoducheacute lze použiacutet i pro odlišeniacute
C
O
OHC
O
O CH2 CH3OH CH2 CH3+H
+
OH2+
12
methanolu od ethanolu Ve směsi metanol - kyselina boritaacute se tvořiacute ester i bez přiacutedavku kyseliny
siacuteroveacute a ester hořiacute zeleně Ve směsi ethanol - kyselina boritaacute bez přiacutedavku H2SO4 se ester netvořiacute tak
rychle po zapaacuteleniacute reakčniacute směsi je plamen oranžovyacute Po okyseleniacute teacuteto reakčniacute směsi konc H2SO4
vznikaacute triethylester kyseliny boriteacute kteryacute hořiacute takeacute zelenyacutem plamenem
B
OHOH
OH
B
OO
O
CH3
CH3
CH3
+ CH3 OH3 + OH23
Estery kyseliny dusičneacute se použiacutevajiacute jako vyacutebušniny Nitroglycerin ester kyseliny dusičneacute a
glycerolu je nejdůležitějšiacute součaacutestiacute dynamitu Použiacutevaacute se takeacute v leacutekařstviacute jako prostředek pro zklidněniacute
srdečniacutech arytmiiacute a snižovaacuteniacute krevniacuteho tlaku
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3 H2SO4
- 3 H2O
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2 Ester kyseliny dusičneacute a celulosy ndash nitrocelulosa je znaacutemaacute vyacutebušnina
72 Poznaacutemky k chemickeacutemu pokusu (viz 22)
Pokud by vůně vznikleacuteho esteru nebyla vyacuteraznaacute lze zkumavku s reakčniacute směsiacute ještě před
jejiacutem vylitiacutem na hodinoveacute skliacutečko zahřiacutevat (je nutneacute dbaacutet na bezpečnost žaacuteků ndash předevšiacutem braacutet
v uacutevahu možneacute vystřiacuteknutiacute směsi a dodržovat tedy bezpečnyacute odstup od žaacuteků použiacutet ochrannyacute štiacutet)
Pro přiacutepravu většiacuteho množstviacute esteru je vhodneacute použiacutet zpětnyacute chladič Do baňky s 6 ml
kyseliny octoveacute přidaacuteme 5 ml ethanolu Na obličej si nasadiacuteme ochrannyacute štiacutet Opatrně za chlazeniacute
proudem vody přilijeme 6-7 ml konc kyseliny siacuteroveacute Baňku uzavřeme zaacutetkou s jednoduchyacutem
zpětnyacutem chladičem (min 60 cm dlouhaacute skleněnaacute trubička) (viz obr2) a opatrně zahřiacutevaacuteme 7 ndash 10 min
na vodniacute laacutezni
Obr 2 Esterifikace za použitiacute jednoducheacuteho zpětneacuteho chladiče
13
Potom zaměniacuteme zpětnyacute chladič za vzdušnyacute sestupnyacute a oddestilujeme asi 5 ml kapaliny Přisypeme
1 lžičku uhličitanu sodneacuteho kteryacute vytvořiacute oddělenou vrstvu nemiacutesitelnou s vodou nebo můžeme
reakčniacute směs ihned po ukončeniacute zahřiacutevaacuteniacute pod zpětnyacutem chladičem vylit do kaacutedinky s nasycenyacutem
roztokem chloridu sodneacuteho ve vodě čiacutemž se vysoliacute ethylester kyseliny octoveacute
73 Charakteristickeacute vůně esterů
Alkohol Kyselina Ester Vůně
methanol k salicylovaacute methylester kyseliny salicyloveacute karamel
methanol k maacuteselnaacute methylester kyseliny maacuteselneacute ananas
ethanol k maacuteselnaacute ethylester kyseliny maacuteselneacute broskve
ethanol k benzoovaacute ethylester kyseliny benzooveacute karafiaacutety
ethanol k mravenčiacute ethylester kyseliny mravenčiacute rum
ethanol k octovaacute ethylester kyseliny octoveacute rozpouštědla
butan-1-ol k octovaacute butylester kyseliny octoveacute ovoce
butan-1-ol k propionovaacute butylester kyseliny propionoveacute rum
pentan-1-ol k benzoovaacute pentylester kyseliny benzooveacute ambra
pentan-1-ol k octovaacute pentylester kyseliny octoveacute ovoce
pentan-1-ol k salicylovaacute pentylester kyseliny salicyloveacute orchideje
petan-1-ol k maacuteselnaacute pentylester kyseliny maacuteselneacute meruňky
oktan-1-ol k octovaacute oktylester kyseliny octoveacute pomeranče
74 Alkalickaacute hydrolyacuteza esteru (zmyacutedelněniacute)
Alkalickaacute hydrolyacuteza esterů patřiacute mezi průmyslově vyacuteznamneacute reakce ndash využiacutevaacute se při vyacuterobě myacutedel
Zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu myacutedel jsou tuky jejichž hlavniacute součaacutest tvořiacute praacutevě estery vyššiacutech
mastnyacutech kyselin s glycerolem (např kyseliny stearovaacute palmitovaacute olejovaacute atd)
8 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Mareček A Honza J Chemie pro čtyřletaacute gymnaacutezia 3 diacutel Nakladatelstviacute
Olomouc Olomouc 2000
2 Škoda J Douliacutek P Chemie 8 - učebnice pro zaacutekladniacute školy a viacuteceletaacute gymnaacutezia
Fraus Plzeň 2006
CH2
CH
CH2
O
O
O
OC
OC
OC R
R
R
3 NaOH
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 R CO ONa
tuk glycerol sodneacute myacutedlo
+
14
3 Kovaacuteč J a kol Organickaacute cheacutemia 1 Alfa Bratislava 1992
4 Klouda P Janeczkovaacute A Organickaacute chemie studijniacute text pro SPŠCH
Nakladatelstviacute Pavel Klouda Ostrava 2001
5 Hrnčiar P Organickaacute cheacutemia Slovenskeacute pedagogickeacute nakladatelstvo Bratislava
1990
6 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemie sbiacuterka uacuteloh pro společnou čaacutest maturitniacute zkoušky
Tauris Praha 2001
7 Baacuterta M Jak (ne)vyhodit školu do povětřiacute Horaacutekova chemickaacute kuchařka pro
maleacute i velkeacute experimentaacutetory chemickeacute pokusy pro žaacuteky 8 a 9 třiacuted studenty
středniacutech škol a jejich nadšeneacute učitele Didaktis Brno 2004
8 Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
Univerzita Palackeacuteho v Olomouci Olomouc 2007
9 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemickeacute pokusy pro školu a zaacutejmovou činnost
Prospektrum Praha 2000
Internetoveacute odkazy 10 Rum tuzemaacutek [online 2011-09-15] Dostupneacute z www lthttpwwwla-vinczrum-
tuzemak-05l-375p20782gt
11 Ananas plod ananasovniacuteku chocholateacuteho [online 2011-09-15] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiSouborPineapple_and_cross_sectionjpggt
12 Nitroglycerin [online 2012-04-11] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiNitroglyceringt
15
PŘIacuteRODNIacute LAacuteTKY ndash VITAMINY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky přiacuterodniacutech laacutetek
2 Vitaminy
Přehled vybranyacutech vitaminů
21 Vitamin A ndash retinol
22 Vitamin B1 ndash thiamin
23 Vitamin B2 ndash riboflavin
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety
25 Vitamin B12 ndash kobalamin
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute
27 Vitamin D ndash kalciferoly
28 Vitamin E ndash tokoferoly
3 Zaacutevěr
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
16
1 Přiacuterodniacute laacutetky
Za přiacuterodniacute laacutetky se považujiacute organickeacute sloučeniny ktereacute jsou produkty
chemickyacutech reakciacute probiacutehajiacuteciacutech v buňkaacutech Některeacute z přiacuterodniacutech laacutetek jsou
jednoducheacute organickeacute sloučeniny jineacute naopak velmi složiteacute makromolekulaacuterniacute laacutetky
Přiacuterodniacute laacutetky se zpravidla děliacute do skupin podle sveacuteho chemickeacuteho složeniacute a
struktury nebo podle funkciacute ktereacute plniacute v živeacutem organismu Rozlišujeme tedy tzv
energetickeacute živiny (lipidy sacharidy proteiny) biokatalyzaacutetory (vitaminy enzymy
hormony) daacutele nukleoveacute kyseliny a alkaloidy
2 Vitaminy
Vitaminy jsou organickeacute sloučeniny ktereacute již v malyacutech koncentraciacutech ovlivňujiacute
průběh některyacutech chemickyacutech dějů v živeacutem organismu Vyacuteznam vitaminů spočiacutevaacute v
tom že tvořiacute nezbytnou součaacutest enzymů Z chemickeacuteho hlediska patřiacute vitaminy k
různyacutem druhům sloučenin proto je neniacute možneacute dělit podle struktury Z tohoto důvodu
se děliacute nejčastěji podle rozpustnosti a to na vitaminy rozpustneacute ve vodě (hydrofilniacute) a
vitaminy rozpustneacute v tuciacutech (lipofilniacute) Toto rozděleniacute naviacutec koresponduje
s charakteristickyacutemi vlastnostmi jednotlivyacutech vitaminů Napřiacuteklad hydrofilniacute vitaminy
nedokaacuteže organismus skladovat proto se při nadbytečneacutem přiacutejmu vylučujiacute močiacute
Lipofilniacute vitaminy jsou v organismu skladovatelneacute Jejich nadbytečnyacute přiacutejem může
veacutest k hypervitaminoacutezaacutem ktereacute mohou vyvolat vaacutežneacute poruchy (zejmeacutena u vitaminů A
a D)
Před objasněniacutem struktury vitaminů bylo zavedeno jejich označovaacuteniacute piacutesmeny abecedy Vitaminy se stejnyacutemi nebo podobnyacutemi fyziologickyacutemi uacutečinky byly
odlišovaacuteny čiacuteselnyacutemi indexy Později byly použiacutevaacuteny triviaacutelniacute naacutezvy Dnes se
většinou upřednostňujiacute naacutezvy odvozeneacute od chemickeacuteho složeniacute jednotlivyacutech
vitaminů Označovaacuteniacute piacutesmeny staacutele přežiacutevaacute zejmeacutena v leacutekařskeacute praxi a
potravinaacuteřstviacute
17
EE
AA DD
KKEE
AA DD
KK
Vitaminy rozpustneacute ve vodě
Do teacuteto skupiny řadiacuteme předevšiacutem skupinu vitaminů B (B1 ndash thiamin B2 ndash riboflavin
B5 ndash kyselina pantotenovaacute B6 ndash pyridoxin atd) vitamin C (kyselina L-askorbovaacute) a
vitamin H (biotin)
Obr 1 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech ve vodě
Vitaminy rozpustneacute v tuciacutech
Do teacuteto skupiny řadiacuteme vitamin A (retinol) vitamin D (skupina laacutetek označovanyacutech
jako kalciferoly) vitamin E (skupina laacutetek označovanaacute jako tokoferoly) a vitamin K
(existuje opět v různyacutech formaacutech jako fylochinon K1 farnochinon K2 atd)
Obr 2 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech v tuciacutech
Vitaminy si živočišnyacute organismus většinou až na vyacutejimky nedovede saacutem vytvořit
Z tohoto důvodu jsou lideacute i ostatniacute živočichoveacute odkaacutezaniacute na jejich přiacutejem v potravě
Přiacutetomnost a vhodnaacute koncentrace vitaminů v těle jsou nezbytneacute předevšiacutem pro
spraacutevnyacute růst a vyacutevoj jedince Nepřiacutetomnost některeacuteho vitaminu v těle se projevuje
vaacutežnyacutemi fyziologickyacutemi poruchami a onemocněniacutemi ktereacute se obecně označujiacute jako
avitaminosa Typickaacute avitaminosa se vyskytuje v našich podmiacutenkaacutech poměrně
B H
C
18
vzaacutecně Častějšiacute jsou onemocněniacute z nedostatečneacuteho množstviacute vitamiacutenu tzv
hypovitaminosa kteraacute maacute miacuternějšiacute průběh než avitaminosa Naopak nadbytečneacute
množstviacute některeacuteho vitaminu v těle může způsobit hypervitaminosu
Přehled vybranyacutech vitaminů
V teacuteto kapitole jsou podrobněji popsaacuteny nejvyacuteznamnějšiacute vitaminy
21 Vitamin A ndash retinol z chemickeacuteho hlediska se jednaacute o skupinu podobnyacutech
laacutetek patřiacuteciacute mezi tetraterpeny Vitamin A stimuluje růst živočišnyacutech buněk spraacutevnyacute
vyacutevoj kosterniacutech tkaacuteniacute a normaacutelniacute reprodukci Je velice důležityacute při zrakoveacutem vjemu
Denniacute daacutevka pro člověka je 1 mg
Dobryacutem zdrojem je zelenina a ovoce (mrkev špenaacutet petržel rajčata) rybiacute tuk
maacuteslo žloutek jaacutetra Avitaminosa se projevuje šeroslepostiacute zastaveniacutem růstu a
degeneraciacute reprodukčniacutech orgaacutenů Dlouhotrvajiacuteciacute nedostatek vyvolaacutevaacute vypadaacutevaacuteniacute
vlasů krvaacuteceniacute z nosu bolesti kloubů Zaacutesoba vitaminu A je jedniacutem
z faktorů přirozeneacute ochrany organismu před zhoubnyacutem bujeniacutem
22 Vitamin B1 ndash thiamin tvořiacute kofaktor řady enzymů Je syntetizovaacuten střevniacutemi
bakteriemi Rozklaacutedaacute se v alkalickeacutem prostřediacute Průměrnaacute denniacute spotřeba pro
člověka je asi 14 mg Nejdůležitějšiacutemi zdroji je celozrnnaacute mouka luštěniny droždiacute
žloutek vnitřnosti a hověziacute maso Avitaminosa je znaacutema jako nemoc beri-beri (osoby
živeneacute převaacutežně loupanou ryacuteži) Přiacuteznaky nemoci jsou rozmaniteacute od ztraacutety
hmotnosti přes poruchy nervoveacuteho systeacutemu až po svalovou slabost
Obr 3 Ilustračniacute obraacutezky možnyacutech zdrojů vitaminu A zleva komerčniacute tobolky obsahujiacuteciacute rybiacute tuk špenaacutet maacuteslo
19
N
NCH2
N
S CH2CH2
OH
CH3
CH3 NH2
23 Vitamin B2 ndash riboflavin je opět součaacutestiacute kofaktorů řady enzymů Velmi citlivyacute na
světlo Jeho denniacute potřeba pro člověka činiacute 2 mg Zdrojem je listovaacute zelenina rajčata
obilniacute slupky mleacuteko žloutek vnitřnosti Avitaminosa se projevuje zaacutenětlivyacutemi
změnami sliznic a kůže změnami očniacute rohovky poruchami růstu a nervovyacutemi
poruchami
N
NNH
N
OH
OH OH
OH
CH3
CH3
O
O Obr 6 Chemickyacute vzorec vitaminu B2
Obr 5 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B1 zleva droždiacute obilneacute klasy hověziacute maso
Obr 4 Chemickyacute vzorec vitaminu B1
20
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety pyridoxol (pyridoxin) pyridoxal a pyridoxamin jsou to kofaktory enzymů uplatňujiacuteciacutech se při metabolismu
aminokyselin Denniacute daacutevka pro člověka je asi 2 mg Jsou hojně zastoupeneacute zejmeacutena
v mase jaacutetrech droždiacute listoveacute zelenině celozrnneacute mouce Pyridoxol je v rostlinaacutech
ostatniacute v živočišnyacutech tkaacuteniacutech Snadno se rozklaacutedajiacute světlem a teplem Nedostatek je
vzaacutecnyacute a způsobuje předevšiacutem nervoveacute poruchy
25 Vitamin B12 ndash kobalamin jednaacute se o kofaktory enzymů podiacutelejiacuteciacutech se na
biosynteacuteze nukleovyacutech kyselin a metabolismu aminokyselin a biacutelkovin Jsou nezbytneacute
pro tvorbu krve a to zejmeacutena pro tvorbu červenyacutech krvinek Denniacute potřeba u člověka
se pohybuje kolem 3 mg Vyacuteznamnyacutem zdrojem jsou vnitřnosti předevšiacutem jaacutetra
Nedostatek B12 je přiacutečinou vaacutežneacute až smrtelneacute nemoci ndash perniciosniacute anemie
(nedostatek červenyacutech krvinek spojeneacute s neurologickyacutemi komplikacemi)
Obr 7 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B zleva obilniny mleacuteko a čerstvyacute syacuter droždiacute
21
NN
N N
N N
Co+
OHO
NH2
NH2
O
H
O
NH2
O
NH2O
O
OH
OH
O
NH
H OP
OH
OO
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute tvořiacute důležityacute redoxniacute systeacutem kteryacute při
biochemickyacutech reakciacutech vystupuje jako neenzymovyacute přenašeč vodiacuteku Rozklaacutedaacute se
vzdušnyacutem kysliacutekem Daacutele je kofaktorem některyacutech enzymů uacutečastniacute se obrannyacutech
mechanismů vůči chorobaacutem a jinyacutem poškozeniacutem Patřiacute mezi zachytaacutevače volnyacutech
radikaacutelů ale naopak v přiacutetomnosti Fe3+ zvyšuje jejich tvorbu Proto je třeba jeho
přiacutevod do těla regulovat Doporučenaacute denniacute daacutevka pro člověka je 50-60 mg
Vitamin C je rozšiacuteřen v rostlinaacutech nejviacutece v šiacutepciacutech černeacutem rybiacutezu zeleneacute
paprice citronech a pomerančiacutech Při nedostatku nejprve vysychaacute kůže člověk
Obr 8 Chemickyacute vzorec vitaminu B12
Obr 9 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B12 zleva tepelně upravenaacute jaacutetra mleacuteko
22
hubne maacute pocit uacutenavy a později se projevujiacute přiacuteznaky kurdějiacute - podkožniacute krvaacuteceniacute
krvaacuteceniacute daacutesniacute vypadaacutevaacuteniacute zubů naacutechylnost k infekciacutem
27 Vitamin D ndash steroidniacute hormonaacutelniacute prekurzory ndash kalciferoly vznikajiacute ozaacuteřeniacutem
nenasycenyacutech sterolů UV zaacuteřeniacutem U lidiacute se tvořiacute zejmeacutena v kůži Regulujiacute
metabolismus vaacutepniacuteku Svyacutemi uacutečinky připomiacutenajiacute hormony Netvořiacute kofaktory
Velikost denniacute daacutevky zaacutevisiacute na věku a intenzitě ozařovaacuteniacute pokožky Zdrojem
provitaminů D jsou kvasnice některeacute oleje a žloutek Vitaminy D jsou ve většiacute miacuteře
obsaženy v jaterniacutech tuciacutech maacutesle a mleacuteku Nedostatek vitaminu D vyvolaacutevaacute poruchy
metabolismu vaacutepniacuteku a fosforu ktereacute vede k onemocněniacute zvaneacutemu rachitis (křivice)
Obr 10 Chemickyacute vzorec vitaminu C
Obr 11 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu C zleva paprika citrusoveacute plody šiacutepky
Obr 12 Chemickyacute vzorec vitaminu D
23
2288 Vitamin E - tokoferoly - vyacuteznam neniacute zatiacutem přesně znaacutem Všeobecně se miacuteniacute
že chraacuteniacute lipidy před oxidaciacute zejmeacutena pak lipidy buněčnyacutech membraacuten Poškozeniacute
lipidů vyvolaacutevajiacute hlavně volneacute radikaacutely a tokoferoly tyto volneacute radikaacutely zachycujiacute Teacuteto
vlastnosti se využiacutevaacute i při stabilizaci tuků a olejů v průmyslu Denniacute daacutevka pro člověka
se pohybuje v rozmeziacute 15-20 mg Hlavniacute zdroje jsou rostlinneacute oleje olej z obilnyacutech
kliacutečků zelenina luštěniny maacuteslo a vejce Nejsou v rybiacutem tuku
Obr 13 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu D zleva vařenaacute vejce plaacutetek lososa
Obr 14 Chemickyacute vzorec vitaminu E
24
3 Zaacutevěr
Vitaminy jsou nezbytnou součaacutestiacute lidskeacuteho těla a jsou nesmiacuterně důležiteacute aby
organismus mohl spraacutevně fungovat a byl chraacuteněnyacute vůči různyacutem onemocněniacutem Vyššiacute
potřeba vitaminů se projevuje napřiacuteklad po nemoci při většiacute psychickeacute nebo fyzickeacute
zaacutetěži při oslabeneacutem imunitniacutem systeacutemu těhotenstviacute nebo u dětiacute a staršiacutech lidiacute
Jedniacutem z alternativniacutech zdrojů vitaminů jsou různeacute potravinoveacute doplňky
V žaacutedneacutem přiacutepadě by však neměly byacutet naacutehražkou klasickeacute stravy protože
v potravinaacutech jsou kromě vitaminů takeacute pro tělo důležiteacute živiny Konzumovat by se
měly všechny druhy potravin s obsahem jak vitaminů a mineraacutelniacutech laacutetek tak
biacutelkovin sacharidů a tuků
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 wwwwikiskriptaeuindexphpEnzyacutemy_-_Cvičenie
5 orionchemimunicz14-Kinetika-1htm
Obr 15 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu E zleva obilneacute kliacutečky klasy kukuřice
25
6 wwwwikiskriptaeu500px-Schema-koenzymjpg
7 httpfileboxvteduuserschagedorbiol_4684
8 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
9 httphomecaregrouporgclinicalaltmedinteractionsImages
10 httpcswikipediaorgwikiSouborStrukt_vzorec_riboflavinPNG
11 httpcswikipediaorgwikiSouborHydroxocobalaminsvg
12 httpcswikipediaorgwikiSouborL-Ascorbic_acidsvg
13 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
14 httplaveganlocablogspotcom200806corn-sproutshtml
15 httpwwwordinaceczclanekproc-ne-pit-mleko
16 httpwwwdrozdiczclankybezlepkova-dieta
17 httpwwwmojevitaminycz
18 httpwwwdigitalphotoplenphotos-images1633
19 httpnajmamaaktualityskclanok224729kukurica-zdravie-farby-zlata
20 httpprozenybleskczclanekpro-zeny-zdravi-a-hubnuti-
fitness156603zatocte-s-celulitidou-5-5-tipu-proti-pomerancove-kuzihtml
21 httplmatyblogczen1103vejce-a-kraslice
22 httpdomanovaczclanekstihlaafitcitrusy-maji-pri-hubnuti-blahodarny-
ucinekhtml
23 httpwwwwellnesswacomau201102rosehip-tea-rosehip-mask-rosehip-oil-
and-rosehip-lip-balm-a-four-way-rosehip-ritual
24 httpwwwbordeauxcomusblogtagspinach
25 httpwwweducaterercoukpedigree-beef-33-casp
26
ZAacuteKLADNIacute BIOCHEMICKEacute PROCESY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
1 1 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů
1 2 Kategorie metabolismu
2 Katabolickeacute procesy
2 1 Průběh metabolismu v buňce
2 2 Metabolismus sacharidů
2 3 Metabolismus mastnyacutech kyselin
2 4 Metabolismus aminokyselin
3 Anabolickeacute procesy
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
VODIacuteK - H
1p +
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
000
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
--
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
- --
8p +8n
--
--
-- --
--
--
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
- --
6p +6n
--
--
-- --
--
VODIacuteK - H
1p +
-
VODIacuteK - H
1p +
---
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
DUSIacuteK - N
7p +7n
--
--
-- --
--
--
000
1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
11 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů V živeacute buňce probiacutehaacute velkeacute množstviacute chemickyacutech reakciacute Většina z nich se
uskutečňuje současně
Převaacutežnaacute čaacutest biochemickyacutech reakciacute v buňce je součaacutestiacute metabolickyacutech drah ktereacute
na sebe vzaacutejemně navazujiacute a jejichž vyacutesledkem je jeden nebo viacutece produktů
Termiacuten metabolismus můžeme volně přeložit jako laacutetkovaacute vyacuteměna Jednaacute se o
soubor všech chemickyacutech procesů v organismu Mezi zaacutekladniacute biogenniacute prvky patřiacute uhliacutek kysliacutek dusiacutek a vodiacutek
4 Scheacutema atomů jednotlivyacutech biogenniacutech prvků
Z těchto prvků jsou takeacute tvořeny zaacutekladniacute živiny sacharidy lipidy a biacutelkoviny 12 Kategorie metabolismu
Metabolismus se tradičně děliacute na dvě hlavniacute kategorie Katabolismus ndash převažujiacute reakce rozkladneacute (degradačniacute) Živiny a složitějšiacute laacutetky
jsou štěpeny na jednoduššiacute a uvolňuje se energie
Obr 1 Ilustračniacute foto ke katabolickyacutem reakciacutem
Anabolismus ndash převažujiacute reakce syntetickeacute při kteryacutech chemickyacutemi reakcemi
vznikajiacute složitějšiacute biomolekuly z jednoduchyacutech komponent
28
Obr 2 Ilustračniacute foto k anabolickyacutem reakciacutem Katabolickeacute procesy poskytujiacute energii potřebnou k procesům anabolickyacutem Zdrojem
energie pro metabolickeacute reakce je ATP (adenosintrifosfaacutet)
2 Katabolickeacute procesy
Pro ziacuteskaacutevaacuteniacute velkeacuteho množstviacute energie katabolickyacutemi reakcemi jsou
nejvyacutehodnějšiacute tuky (lipidy) Proto si je organismus vytvaacuteřiacute jako zaacutesobniacute formu
energie
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g tuku ziacuteskaacuteme 389 kJ (93 kcal) energie Spalovaacuteniacute je chemickyacute proces rychleacute oxidace kteryacutem se uvolňuje chemickaacute energie
V rozšiacuteřeneacutem nebo přeneseneacutem vyacuteznamu se jednaacute o biochemickyacute proces
přeměňovaacuteniacute živin v pohybovou a tepelnou energii
Dalšiacutem vyacutehodnyacutem zdrojem energie je glukosa Je to naviacutec jedinaacute živina
zpracovaacutevanaacute organismem za vzniku energie i bez přiacutestupu kysliacuteku
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g glukosy ziacuteskaacuteme 17 kJ (41 kcal) energie
Biacutelkoviny jako zdroje energie využiacutevajiacute organismy při zaacutetěžovyacutech stavech
Obr 3 Scheacutema molekuly ATP
29
21 Průběh metabolismu v buňce
Celyacute proces přeměny laacutetek - metabolismu v jedneacute buňce je možneacute rozdělit do
čtyř faacuteziacute probiacutehajiacuteciacute v oddělenyacutech čaacutestech
Extracelulaacuterně (mimo buňku) probiacutehaacute Faacuteze I Traacuteviciacute trakt rarr štěpeniacute živin na zaacutekladniacute složky a jejich transport krviacute
Intracelulaacuterně (v buňce) probiacutehaacute Faacuteze II Štěpeniacute živin na složky citraacutetoveacuteho cyklu rarr uvolněniacute NH3
Faacuteze III Citraacutetovyacute cyklus rarr vznik redukovanyacutech kofaktorů NADH a FHDH2
rarr uvolněniacute CO2
Faacuteze IV Dyacutechaciacute řetězec rarr zpracovaacuteniacute NADH a FADH2 rarr uvolněniacute H2O
rarr uvolněniacute energie rarr oxidativniacute fosforylace
rarr tvorba ATP
NADH reduktasa přesněji NADH ubichinon-reduktasa ndash jednaacute se o velkyacute
enzymatickyacute komplex složenyacute z řady biacutelkovinnyacutech podjednotek
Flavinadenindinukleotid (FAD či FADH2 přiacutepadně riboflavinadenosindifosfaacutet) ndash
jednaacute se o kofaktor neboli niacutezkomolekulaacuterniacute nebiacutelkovinnou čaacutest řady enzymů FAD je
jeho oxidovanaacute forma zatiacutemco FADH2 je jeho forma redukovanaacute
Po přiacutejmu potravy se v traacuteviciacutem traktu jednotliveacute živiny souhrou traacuteviciacutech enzymů
štěpiacute
Z polysacharidů monosacharidy Z lipidů mastneacute kyseliny Z biacutelkovin aminokyseliny 22 Metabolismus sacharidů
Monosacharidy se pomociacute přenašečů dostaacutevajiacute do krve a poteacute do buněk
V buňce se mohou přeměnit na glukosu a ta podleacutehaacute štěpeniacute zvaneacutem glykolysa
tiacutemto procesem vznikaacute acetyl-CoA (aktivovanaacute kyselina octovaacute)
vznikajiacute
vznikajiacute
vznikajiacute
30
Dalšiacute degradace monosacharidů probiacutehaacute v mitochondriiacutech v raacutemci citraacutetoveacuteho
cyklu V reakciacutech cyklu vznikajiacute dvě molekuly CO2 což je konečnyacute produkt
metabolismu uhliacuteku a kysliacuteku z živin
Vodiacutek z živin se takeacute uvolňuje a navaacuteže se na oxidoredukčniacute enzymy
označovaneacute jako pyridinoveacute (NADH) a flavinoveacute (FADH2) dehydrogenasy
Takto vaacutezaneacute vodiacuteky v konečneacute faacutezi vstupujiacute do dyacutechaciacuteho řetězce Zde ztraacutecejiacute
za uvolněniacute energie sveacute elektrony za vzniku čaacutestice (H+) a elektrony se postupně
přenaacutešejiacute až na kysliacutek kteryacute vytvořiacute s H+ molekuly vody Zdrojem kysliacuteku je oxidovanyacute
hemoglobin (oxyhemoglobin) vodiacutek pochaacuteziacute z živin
Uvolněnaacute energie se transformuje v procesu oxidativniacute fosforylace do molekuly
adenosintrifosfaacutetu ndash makroergickeacute sloučeniny bohateacute na energii
Sacharidy (cukry) ndash jsou považovaacuteny za okamžityacute zdroj energie
ndash glukosa je zdrojem energie pro všechny buňky jejiacute staacutelaacute hladina v krvi 44ndash67 mmoll
ndash při zvyacutešeniacute na 10 mmoll se glukosa objevuje v moči
ndash za běžnyacutech podmiacutenek se glukosa z potravy přeměňuje přibližně z 50 na oxid uhličityacute a
vodu (spalovaacuteniacute) 30ndash40 se přestavuje na tuk a 5 se syntetizuje na glykogen
ndash denniacute potřeba glukoacutezy min 160 g denně 300ndash500 g(mozek 120 g svaly v klidu 30ndash100 g)
23 Metabolismus mastnyacutech kyselin
Mastneacute kyseliny vytvořiacute v červenyacutech krvinkaacutech ndash erytrocytech triacylglyceroly
(triglyceridy) ktereacute se zabudujiacute do chylomikronů a přes lymfu proniknou do krve
V krvi se z nich speciaacutelniacutem enzymem zvanyacutem lipasa uvolniacute mastneacute kyseliny ktereacute se
vaacutežiacute na albuminy a poteacute prostupujiacute přes membraacutenu do buněk
Mastneacute kyseliny jsou zpracovaacuteny v β-oxidaci Jednaacute se o cyklus postupneacuteho
odbouraacutevaacuteniacute při němž se postupně odštěpujiacute vždy dvouuhliacutekateacute jednotky z mastneacute
kyseliny ze ktereacute vznikaacute acetyl-CoA Reakce probiacutehaacute v cytosolu mitochondrie
Vzniklyacute acetyl-CoA vstupuje do reakciacute citraacutetoveacuteho cyklu a zbytek mastneacute kyseliny
jejiacutež kostra je kratšiacute o dva uhliacuteky znovu vstupuje do reakce kteraacute vede k odštěpeniacute
dalšiacute dvouuhliacutekateacute jednotky Vyacutesledkem je vysokyacute zisk energie v zaacutevislosti na
velikosti uhliacutekateacute kostry mastneacute kyseliny Scheacutema β-oxidace R-CH2-CH2-CO-S-CoA + HS-CoA rarr R-CO-S-CoA + CH3-CO-S-CoA + H2O
31
Tuky (lipidy) - sloučeniny trojsytneacuteho alkoholu glycerolu s mastnyacutemi kyselinami
Vyacuteznam tuků - umožňujiacute vitamiacutenům A D E K ktereacute jsou lipofilniacute (rozpustneacute v tuciacutech) vstup do
organismu a jejich dalšiacute využitiacute
- jsou zdrojem esenciaacutelniacutech mastnyacutech kyselin
- tvořiacute zaacutesobu energie (v podkožiacute se nachaacuteziacute až 90 tuku)
- jsou součaacutestiacute buněčnyacutech membraacuten (cholesterolu)
Mastneacute kyseliny (MK) ndash jednaacute se o vyššiacute monokarboxyloveacute kyseliny ktereacute se mohou dělit na
1 neesenciaacutelniacute tělo si je dokaacuteže vyrobit samo (z cukrů a tuků živočišneacuteho původu) ty se dajiacute podle
charakteru vazeb daacutele dělit na
a) nasyceneacute - obsahujiacute jednoducheacute vazby mezi atomy uhliacuteku syntetizujiacute se v jaacutetrech
(např kys palmitovaacute ndash obsahuje 16 atomů uhliacuteku v molekule) kys stearovaacute
obsahuje 18 atomů uhliacuteků v molekule)
b) nenasyceneacute - obsahujiacute dvojneacute vazby mezi atomy uhliacuteku jejich vyacuteznamnyacutem zdrojem
je olivovyacute olej (k olejovaacute ndash obsahuje 18 atomů uhliacuteku v molekule)
2 esenciaacutelniacute tělo je samo vytvořit nedokaacuteže musiacute je přijiacutemat v potravě jejich zdrojem jsou zejmeacutena
semena rostlinneacute oleje vlašskeacute ořechy a listovaacute zelenina (kys linolovaacute kys linolenovaacute
kys arachidonovaacute) daacutele ryby a mořštiacute živočichoveacute (kys eikosapentaneovaacute kys dokosahexaenovaacute)
24 Metabolismus aminokyselin
Aminokyseliny se stejnyacutem způsobem jako monosacharidy dostaacutevajiacute
prostřednictviacutem speciaacutelniacutech přenašečů do krve a naacutesledně do buněk Z různorodyacutech
biacutelkovin ziacuteskaacuteme přibližně 20 aminokyselin
Metabolismus aminokyselin je pro jejich vlastniacute různorodou strukturu
komplikovanějšiacute Zaacutekladniacutem rysem přeměny je uvolněniacute jejich aminoskupiny ve formě
škodliveacuteho amoniaku Protože člověk (a primaacuteti) jej nedovedou jednoduše vyloučit
zpracuje se v močovinoveacutem cyklu na netoxickou močovinu Zbyleacute uhliacutekateacute kostry
aminokyselin se různě složityacutemi reakcemi přeměňujiacute na složky citraacutetoveacuteho cyklu Biacutelkoviny (proteiny) ndash patřiacute mezi zaacutekladniacute stavebniacute laacutetky organismu
- biacutelkoviny živeacute hmoty se neustaacutele obnovujiacute (denně cca 300ndash500 g)
- jsou tvořeny aminokyselinami přičemž lidskeacute tělo využiacutevaacute 20 aminokyselin některeacute vytvaacuteřiacute samo
- jednaacute se o vysokomolekulaacuterniacute laacutetky (majiacute velkeacute relativniacute molekuloveacute hmotnosti) se složityacutem
prostorovyacutem uspořaacutedaacuteniacutem
- důsledky nedostatku biacutelkovin
bull chaacutetraacuteniacute těla (marasmus) zpomaleniacute až zastaveniacute růstu aneacutemie sniacuteženiacute odolnosti
narušeniacute vyacutevoje CNS
32
bull kwashiorkar u dětiacute (bdquonafouklaacute břiacuteškaldquo) strava energeticky dostatečnaacute ale chudaacute na
biacutelkoviny zvětšeniacute sleziny jater cirhoacuteza
Vyacutesledkem kompletniacute degradace živin jsou konečneacute produkty metabolismu čtyř
zaacutekladniacutech biogenniacutech prvků C H O N rarr CO2 H2O NH3 (přeměněnyacute na
močovinu) a energie vaacutezanaacute v ATP 3 Anabolickeacute procesy
Při anabolickyacutech procesech se živiny u zdraveacuteho člověka rozklaacutedajiacute na
jednoduššiacute laacutetky Při těchto rekciacutech je ziacuteskaacutevaacutena nejen energie ale čaacutest vzniklyacutech
produktů se využije k obnově tkaacuteniacute nebo tvorbě zaacutesob Napřiacuteklad aminokyseliny se
většinou využijiacute na synteacutezu biacutelkovin podle aktuaacutelniacutech potřeb a přebytek se odbouraacute
Organismus si žaacutedneacute biacutelkoviny do zaacutesob netvořiacute
Naopak glukosu je možno v organismu uchovaacutevat v podobě glykogenu kteryacute se
však vytvaacuteřiacute pouze v jaacutetrech a ve svalech
Hepatocyty (jaterniacute buňky) při vyacuterazneacutem poklesu glykeacutemie doplňujiacute hladinu
glukosy v krvi štěpeniacutem glykogenu Naviacutec jsou schopny syntetizovat glukosu
z glukogenniacutech aminokyselin laktaacutetu a z glycerolu uvolněneacuteho štěpeniacutem
triacylglycerolů
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
Metabolickaacute draacuteha je řada naacuteslednyacutech enzymovyacutech reakciacute vedouciacutech k tvorbě
určiteacuteho produktu Reakčniacute složky meziprodukty a produkty draacutehy jsou označovaacuteny
jako metabolity
1 Metabolickeacute draacutehy jsou nevratneacute Jestliže jsou dva produkty navzaacutejem metabolicky převoditelneacute musiacute byacutet draacuteha
vedouciacute od prveacuteho k druheacutemu produktu odlišnaacute od draacutehy vedouciacute od druheacuteho
produktu k prvniacutemu
2 Každaacute metabolickaacute draacuteha obsahuje časnyacute určujiacuteciacute stupeň Metabolickeacute draacutehy
jsou jako celek nevratneacute ale většina diacutelčiacutech reakciacute probiacutehaacute v bliacutezkosti
rovnovaacutežneacuteho stavu
3 Všechny metabolickeacute draacutehy jsou regulovaneacute
33
4 Metabolickeacute draacutehy probiacutehajiacute v eukaryontniacutech organismech ve specifickyacutech miacutestech
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
Nezbytneacute složky potravy jsou předevšiacutem živiny (lipidy sacharidy proteiny)
vitamiacuteny voda mineraacutelniacute laacutetky vlaacuteknina Jejich optimaacutelniacute procentuaacutelniacute zastoupeniacute
v potravě činiacute cukry 60 tuky 25 biacutelkoviny 15
Obecně lze vyjaacutedřit potřebu přiacutejmu biacutelkovin jako 1 gram na 1 kilogram vaacutehy těla
U dětiacute a těhotnyacutech žen o něco viacutece Rostlinneacute a živočišneacute biacutelkoviny jsou odlišneacute
struktury (esenciaacutelniacute aminokyseliny nejsou v rostlinnyacutech biacutelkovinaacutech) To je tedy
jeden z důvodů proč je vegetariaacutenstviacute nevhodneacute pro děti
Existujiacute vyacutekyvy ve spraacutevneacutem poměru přijiacutemaacuteniacute živin Z těchto vyacutekyvů vyplyacutevajiacute různeacute
patologie hladověniacute podvyacuteživa otylost obezita mentaacutelniacute anorexie a bulimie
Nutričniacute tabulky najdete např na adresehttpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 httpwwwustbonifacembcacusbabernierbiologieModule1Imagesatpjpg
5 httpnd01jxscz951848df6dd214b1_31960153_o2jpg
6 http12912392202isotope
7 httpwwwgoogleczimgresimgurl
8 httpwwwgoogleczimgresimgurl
9 httpwwwprojektalfag6czolygos2gif
10 httpcswikipediaorgwikiSouborFat_structural_formulaepng
11 httpnd01jxscz51188560aec9185e_35721065_o2jpg
34
12 httpwwwwikidocorgimages550-
Metabolism_790px_partly_labeledpngampimgrefurl
13 wwwmojeramaczrama-ideavitaminyjpg DHA (kyselina dokosahexaenovaacute )
ALA (kyselina alfa-linolenovaacute)--omega-3 nenasyceneacute mastneacute kyseliny
14 httpismuniczelportalestudfspsjs07fyziotextych02html
15 httpwwwzdravavyzivaczzdrava-vyziva3jpgampimgrefurl
16 httpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
17 httpwwwnspkaczNSPKA_prirucky2012laboratorni_prirucka_OKBHorlovaW
IAAHhtm
35
NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Uacutevod do problematiky naacutevykovyacutech laacutetek definice drogy rozděleniacute laacutetek
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol
22 Tabaacutek a kouřeniacute
3 Nelegaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu (marihuana hašiš)
32 Halucinogeny (LSD atropin mezkalin)
33 Laacutetky se stimulačniacutem uacutečinkem (kokain amfetaminy aj)
34 Laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem (sedativa-benzodiazepiny barbituraacutety aj)
35 Opiaacutety (morfin heroin aj)
36 Těkaveacute (inhalačniacute) laacutetky (toluen aceton)
4 Zaacutesady prevence a prvniacute pomoci při aplikaci naacutevykoveacute laacutetky
5 Legislativa tyacutekajiacuteciacute se naacutevykovyacutech laacutetek
6 Přehled použiteacute literatury
7 Teacutemata referaacutetů
36
1 Uacutevod
Definice naacutevykoveacute laacutetky (bdquodrogyldquo) jde o aplikaci jakeacutekoliv laacutetky přiacuterodniacuteho či
syntetickeacuteho původu ovlivňujiacuteciacute psychiku člověka a vyvolaacutevajiacuteciacute potřebu
opakovaneacuteho použitiacute (recidivy) takže uživatel se na niacute staacutevaacute zaacutevislyacute (bdquodrogovaacute
zaacutevislostldquo) Vzhledem ke skutečnosti že v posledniacutech letech vidiacuteme zvyacutešenyacute rozsah tohoto fenomeacutenu kteryacute
zasahuje čiacutem daacutel tiacutem mladšiacute skupiny mlaacutedeže se všemi nepřiacuteznivyacutemi důsledky (zdravotniacutemi
ekonomickyacutemi i společenskyacutemi ndash rozvrat osobnosti asociaacutelniacute a protizaacutekonneacute chovaacuteniacute nutnost leacutečby)
je nanejvyacuteš aktuaacutelniacute zavčas varovat žaacuteky ve škole před tiacutemto nebezpečiacutem (tzv toxikomaacutenie)
Na vzniku zaacutevislosti se podiacutelejiacute zejmeacutena tyto faktory
- droga - typ vlastniacute substance působiacuteciacute na psychiku
- člověk - zejmeacutena typ jeho osobnosti (zvyacutešeneacute riziko pro neurotickeacute
nezdrženliveacute nesebejisteacute jedince s absenciacute zaacutejmů a zaacutelib sportu atd)
- prostřediacute - problematickeacute rodinneacute zaacutezemiacute vliv bdquopartyldquo
Většinou při vzniku zaacutevislosti působiacute kombinace vyacuteše uvedenyacutech přiacutečin
Průběh zaacutevislosti
- zprvu jde o zvědavost vyzkoušet si novyacute zaacutežitek zahnat stres uacutenavu
bdquovyřešitldquo probleacutemy s učeniacutem partnerskyacutemi vztahy apod
- postupnyacute naacutevyk na drogu opakovaneacute užiacutevaacuteniacute zvyšujiacuteciacute se tolerance na drogu
(neplatiacute u alkoholu)
- abstinenčniacute přiacuteznaky při vynechaacuteniacute daacutevky (poceniacute třes zvraceniacute průjem hellip)
Psychickaacute zaacutevislost (kouřeniacute) ndash lze překonat silnou vůliacute
Fyzickaacute zaacutevislost (heroin) ndash při absenci drogy těžkeacute zdravotniacute naacutesledky popř
i smrt
- zdravotniacute a sociaacutelniacute konsekvence (rozpad rodiny odchod partnera ztraacuteta
zaměstnaacuteniacute sebevražedneacute pokusy aj)
Je nutneacute nebyacutet nevšiacutemavyacute k jasnyacutem přiacuteznakům počiacutenajiacuteciacute zaacutevislosti ndash změny chovaacuteniacute naacutehleacute
bezdůvodneacute zhoršeniacute prospěchu ztraacuteta zaacutejmů a přaacutetel zaviacuteraacuteniacute se na delšiacute dobu na WC shaacuteněniacute
financiacute (kraacutedeže) modřiny a vpichy na těle hellip
Způsoby aplikace drog
- peroraacutelně (tablety praacutešek roztok) ndash např pervitin extaacuteze
37
- dyacutechaciacutem uacutestrojiacutem (kouřeniacute ndash marihuana šňupaacuteniacute ndash kokain inhalace par ndash
toluen)
- intravenoacutezně (injekčně ndash heroin zvyacutešeneacute riziko přenosu infekciacute chorob ndash
žloutenka AIDS)
- jineacute způsoby (čiacutepky naacuteplasti hellip)
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol bdquoliacutehldquo (chemicky ethanol C2H5OH) Alkohol je staacutetem tolerovanou drogou a lze jej běžně od určiteacuteho věku (18-21 let)
koupit ve formě alkoholickyacutech naacutepojů v obchodech
Pozn Alkoholy obecně obsahujiacute ndashOH skupinu na alifatickeacutem řetězci pozor na zaacuteměnu ethanolu za
methanol CH3OH (možnost vyacuteskytu v různyacutech po domaacutecky paacutelenyacutech produktech) kteryacute je
prudce jedovatyacute ndash při požitiacute hroziacute oslepnutiacute smrt Alkoholismus je historicky jednou
z nejstaršiacutech drogovyacutech zaacutevislostiacute a pokusy o jeho vymyacuteceniacute (viz prohibice v USA Rusku)
vždy vedly pouze k rozmachu černeacuteho trhu
Alkohol působiacute na centraacutelniacute nervovyacute systeacutem a to zpočaacutetku stimulačně daacutele pak
tlumivě
Pro potravinaacuteřskeacute uacutečely se vyraacutebiacute lihovyacutem kvašeniacutem plodin obsahujiacuteciacutech cukr
(melasa z cukroveacute řepy brambory obiliacute různeacute druhy ovoce) za působeniacute enzymu
(zymasa)
C6H12O6 rarr 2 C2H5OH + 2 CO2
Průmyslově se ethanol vyraacutebiacute hydrataciacute ethenu
H2C=CH2 + H2O rarr CH3CH2OH
Pro chemickeacute užitiacute (např jako rozpouštědlo) se alkohol denaturuje tj zaacuteměrně se k němu přidaacutevajiacute
zapaacutechajiacuteciacute laacutetky (např derivaacutety merkaptanů pyridinu methanol benziacuten) aby nebyl poživatelnyacute
100 alkohol nelze ziacuteskat destilačně (s vodou tvořiacute při obsahu 96 tzv azeotropniacute směs kteraacute maacute
konstantniacute teplotu varu) pouze chemicky vaacutezaacuteniacutem vody užitiacutem sikativ (silikagel)
Požiacutevaacuteniacute alkoholu vede k nevratneacutemu poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (jaacutetra ndash cirhoacuteza
žaludek ndash vředy) oslabeniacute imunity poruchaacutem paměti depresiacutem a halucinaciacutem
u těhotnyacutech žen k poškozeniacute plodu Leacutečeniacute alkoholika předpoklaacutedaacute jeho spolupraacuteci a
38
je zdlouhaveacute (uacutestavniacute forma 6 - 12 měsiacuteců) a ne vždy uacutespěšneacute Pro vyleacutečeneacuteho platiacute
100 zaacutekaz alkoholu a doživotniacute bezvyacutejimečnaacute abstinence
Z hlediska konzumace alkoholu rozlišujeme
- abstinenti hellip nepijiacute vůbec či zcela vyacutejimečně v symbolickeacutem množstviacute
- přiacuteležitostniacute konzumenti hellip pijiacute bdquos miacuterouldquo nepravidelně nejsou skoro nikdy opiliacute
- nadměrniacute konzumenti hellip pijiacute trvale přes miacuteru ztraacutecejiacute kontrolu často opiliacute
- alkoholici hellip s chorobnou zaacutevislostiacute ndash nekontrolovatelneacute pitiacute abstinenčniacute přiacuteznaky
Resorpce (odbouraacutevaacuteniacute) alkoholu Odbouraacutevaacuteniacute alkoholu je individuaacutelniacute (u mužů cca 2x rychlejšiacute než u žen zaacutevisiacute i na
hmotnosti osoby) Orientačně lze počiacutetat s odbouraacuteniacutem max 015-02 permil alkoholu v
krvi za hodinu
Vzorec pro vyacutepočet promile alkoholu v krvi permil = mA(g) M (kg) middot k
kde mA hellip hmotnost čisteacuteho alkoholu (g)
M hellip hmotnost člověka (kg)
k koeficient ( 07 pro muže 06 pro ženy)
Vzorovyacute přiacuteklad
Vypočtěte kdy budeme moci sednout za volant vypijeme-li 2 piva 11ordm o obsahu alkoholu 4 obj a
k tomu 3 bdquopanaacutekyldquo vodky po 50 ml 40 alkoholu (hustota ethanolu je ρ = 078 gcm3)
vyacutepočet (přibližně)
a) 2 piva 11deg (4obj ) tzn 1000ml obsahuje cca 40 ml čisteacuteho alkoholu
tj mA = ρ middot V = 078 middot 40 = 312 g
b) 3 bdquopanaacutekyldquo (alkohol 40 obj) tzn 150ml obsahuje 60 ml čisteacuteho alkoholu
tjmA = ρ middot V = 078 middot 60 = 468 g
CELKEM 78 g čisteacuteho alkoholu
V krvi bude naměřeno 78 80 middot 07 = 14 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 80 kg muže)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 7 - 9 hodin ()
78 60 middot 06 = 22 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 60 kg ženu)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 11 - 14 hodin ()
Pozn Uvedenyacute přiacuteklad je pouze ilustračniacute a je nutneacute počiacutetat s časovou rezervou a individuaacutelniacutemi
odchylkami
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 2 - 6
39
22 Tabaacutek a kouřeniacute V současneacute době spolu s alkoholem jedinaacute staacutetem tolerovanaacute droga
Historie kouřeniacute dyacutemky u Indiaacutenů
v Evropě začiacutenaacute od 16 stol největšiacute rozvoj od 2pol 19 stol se seacuteriovou vyacuterobou cigaret
Laacutetky obsaženeacute v tabaacuteku
Hlavniacute roli hraje alkaloid nikotin
3-(1-methylpyrrolidin-2-yl)pyridin
Obr1 Tabaacutek (Nicotiana tabacum)
Nikotin je bezbarvaacute olejovitaacute kapalina rozpustnaacute ve vodě kteraacute na vzduchu hnědne
(oxiduje se na kyselinu nikotinovou) Draacuteždiacute centraacutelniacute nervovou soustavu zvyšuje
krevniacute tlak i sekreci žlaacutez Ve většiacutech daacutevkaacutech působiacute křeče až ochrnutiacute dyacutechaciacuteho
centra a smrt
Dalšiacute laacutetky v tabaacuteku alkaloidy nornikotin anabasin nikotyrin nikotellin hellip a mnoho dalšiacutech
Tabaacutekovyacute kouř daacutele obsahuje toxickeacute zplodiny hořeniacute (aromaacutety CO NOx HCN v cigaretoveacutem papiacuteře
je obsažen radioizotop 210Po)
Jen čaacutest škodlivyacutech laacutetek se zachytiacute na filtru zbytek se dostaacutevaacute do organismu
dyacutechaciacutemi cestami Je prokaacutezaacutena souvislost mezi rakovinou dyacutechaciacutech cest a
kouřeniacutem (varovaacuteniacute na každeacute krabičce cigaret)
Probleacutemem je že kouřeniacute se staacutele posouvaacute do nižšiacutech věkovyacutech skupin a do ženskeacute
populace (cca 13 kuřaacuteků jsou ženy) a negativniacute uacutečinky se bagatelizujiacute (bdquovždyť kouřiacute i
doktořildquohellip)
Způsoby boje proti kouřeniacute
Reklama (moderniacute je nekouřit) osvěta (někdy dost drastickaacute - rentgenoveacute sniacutemky
plic kuřaacuteka) legislativniacute omezeniacute (zaacutekazy kouřeniacute v restauraciacutech zvyšovaacuteniacute ceny)
Terapie
Při odvykaacuteniacute se uplatňuje řiacutezenaacute aplikace nikotinu ve formě žvyacutekačky naacuteplastiacute
elektronickaacute cigareta apod
40
Zaacutevěr
Jde o ošklivyacute zlozvyk jehož se těžce dotyčnyacute (obvykle až po fataacutelniacutech zdravotniacutech
probleacutemech) zbavuje Četnost recidivy je velmi značnaacute
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 6
3 NELEGAacuteLNIacute NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu
Pochaacuteziacute z rostliny Cannabis sativa (konopiacute seteacute) Konopiacute se zneužiacutevaacute nejčastěji
k nelegaacutelniacute vyacuterobě marihuany a hašiše
Konopiacute je původem z Kašmiacuteru je to jedna z nejstaršiacutech kulturniacutech plodin Je užiacutevaacutena k vyacuterobě
pevnyacutech provazů a lan oleje ze semen
Obr 2 Konopiacute seteacute
Uacutečinnou laacutetkou je THC (tetrahydrocannabinol C21H30O2)
Chemicky (-)-(6aR 10aR)-669-trimethyl-3-pentyl-6a7810a-tetrahydro-6H-benzo[c]chromen-1-ol
Marihuana (obsahuje cca 10 THC)
se připravuje fermentačniacutem procesem z mladyacutech listů a květů konopiacute
Na trhu je ve formě zelenošedyacutech sušenyacutech listů nebo slisovanyacutech tyčinek (bdquojiveldquo)
Hašiš (bdquohašldquo bdquokiffldquo bdquolaacutedoldquo s obsahem až 40 THC)
41
je ze samičiacutech květů konopiacute jež obsahujiacute hodně pryskyřice s typickyacutem zaacutepachem
(existujiacute různeacute druhy např charos - čistaacute pryskyřice ganja - z květů bhang - ze
semenhellip) Distribuuje se ve formě hnědyacutech mastnyacutech lisovanyacutech kostek či placek
Aplikace kouřeniacutem cigaret (marihuana) či dyacutemkou (hašiš) možno i peroraacutelně
Přiacuteznaky intoxikace rychlyacute naacutestup uacutečinku (minuty) ndash zrychleniacute tepu sucho v uacutestech
uvolněniacute euforie snoveacute obluzeniacute halucinace trvajiacuteciacute hodiny
Při dlouhodobeacutem pravidelneacutem užiacutevaacuteniacute zpomaleniacute myšleniacute poruchy paměti
schizofrenie riziko zhoubnyacutech naacutedorů dyacutechaciacuteho systeacutemu
Jde pouze o psychickou nikoli fyzickou zaacutevislost (nehroziacute abstinenčniacute syndrom)
Marihuana patřiacute mezi tzv bdquoměkkeacuteldquo drogy ndash otaacutezka bdquopřestupniacute staniceldquo k bdquotvrdyacutemldquo drogaacutem je
nejednoznačnaacute V některyacutech staacutetech (Holandsko Izrael) neniacute marihuana zakaacutezaacutena Řada lidiacute po tom
volaacute i u naacutes Možnost kontrolovaneacuteho leacutečebneacuteho využitiacute (potlačeniacute nevolnosti při chemoterapii
rakoviny roztroušeneacute skleroacutezy parkinsonismu apod)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 7
32 Halucinogeny Tyto laacutetky obecně deformujiacute vniacutemaacuteniacute reality a navozujiacute falešneacute (předevšiacutem zrakoveacute
ale i sluchoveacute čichoveacute) představy Existuje viacutece než 150 rostlin ze kteryacutech lze ziacuteskat halucinogeny Znaacutemy už od starověku (věštiacuterny ndash
Theacuteby Delfy) Děleniacute dle chemickeacuteho složeniacute
a) Indoloveacute derivaacutety (např LSD psilocin harmin)
b) Piperidinoveacute a tropanoveacute laacutetky (atropin skopolamin)
c) Fenylethylaminoveacute derivaacutety (mezkalin)
ad a) LSD = diethylamid kyseliny lysergoveacute ndash obsažen v naacutemelu (parazit na žitě)
LSD Obr 3 Naacutemel
Naacutemel vytvaacuteřiacute parazitniacute houba Paličkovice nachovaacute (viz Obr 3) ve středověku řada otrav bdquoIgnis sacerldquo
(Svatyacute oheň) Od r 1962 Timothy Leary (hnutiacute Hippies) ndash užiacutevaacuteniacute LSD
42
Aplikace ve formě napuštěnyacutech papiacuterků (bdquoblotterldquo)
Uacutečinky Během kraacutetkeacute doby předměty měniacute tvar i barvu zpomaleniacute času
dezorientace fobie
Do teacuteto skupiny drog daacutele patřiacute
Psilocin a psilocybin (obsaženy v houbičce
Lysohlaacutevka kopinataacute ndash viz Obr 4)
Dalšiacute zaacutestupci
Harmin harmalin (Latinskaacute Amerika)
Bufotenin (ropušiacute jed) ibogain (Gabun Afrika)
Obr 4 Lysohlaacutevka
ad b) Atropin ndash v ruliacuteku zlomocneacutem a semenech durmanu Rozšiacuteřeniacute zorniček
Aplikace většinou formou vyacuteluhu Působiacute jako blokaacutetory acetylcholinu (halucinace) Dalšiacute Skopolamin hyoscyamin (obsaženy v bliacutenu) fencyklidin (disociativniacute anestetikum)
ad c) Mezkalin (345-trimethoxyfenylethylamin) v kaktusech (Lophophora Williamsii) Mexiko
Aplikace peroraacutelně i kouřeniacutem uacutečinky podobneacute jako LSD
Všechny drogy teacuteto skupiny působiacute pouze psychickou zaacutevislost
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 8
33 Stimulanty
Jde o přiacuterodniacute (kokain) i syntetickeacute (amfetaminy) laacutetky navozujiacuteciacute stimulačniacute
(povzbudivyacute) uacutečinek odstraněniacute uacutenavy sniacuteženiacute potřeby spaacutenku euforii schopnost
empatie (souciacutetěniacute)
a) Kokain (bdquokoksldquo bdquocrackldquo bdquorockldquo bdquosniacutehldquo) Biacutelyacute praacutešek nahořkleacute chuti patřiacute mezi tropanoveacute alkaloidy
Koka pravaacute (viz Obr 5)
rostlina znaacutema už v řiacuteši Inků v Evropě od 16 stol do r 1903 obsažena i
ve znaacutemeacutem naacutepoji Coca Cola
Aplikace šňupaacuteniacute nosem kouřeniacutem i injekčně
Uacutečinky třes poceniacute sucho v uacutestech rozšiacuteřeniacute zornic zvyacutešeniacute tlaku lesk v očiacutech
paacuteleniacute kůže Vyvolaacutevaacute pocit euforie při předaacutevkovaacuteniacute uacutetlum dyacutechaacuteniacute smrt
Kokain je jednou z nejdražšiacutech tvrdyacutech dog s extreacutemniacute psychickou zaacutevislostiacute
Obr 5 Koka
43
b) Amfetaminy ndash obsahujiacute dusiacutekatyacute atom mimo cyklus
Původně užiacutevaacuteny jako leacutečiva později zjištěny nežaacutedouciacute uacutečinky na psychiku a
naacutevykovost Při delšiacute konzumaci dochaacuteziacute k deformaci osobnosti (bdquoamfetaminovaacute
psychoacutezaldquo) Jde o jeden z nejnebezpečnějšiacutech druhů toxikomaacutenie z hlediska
agresivity a vedlejšiacutech uacutečinků (poškozeniacute ledvin jater) s vysokou psychickou a
čaacutestečně i fyzickou zaacutevislostiacute
Aplikace praacutešek (tablety) injekčně roztok uacutečinky podobneacute kokainu
Zaacutestupci Metamfetamin (bdquopervitinldquo) fenmetrazin MDMA (bdquoextaacutezeldquo)
extaacuteze = N-methyl-34-methylendioxyamphetamin
c) Methylxanthiny Jde o povzbuzujiacuteciacute laacutetky obsaženeacute v kaacutevě kakau čaji Působiacute na svalstvo stimuluje
srdečniacute činnost sekreci žaludečniacutech šťaacutev V malyacutech daacutevkaacutechndashzvyacutešeniacute bdělosti potlačeniacute
uacutenavy většiacute daacutevky (nad 200 mg denně) působiacute nespavost psychickeacute potiacuteže osteoporoacutezu
(odvaacutepněniacute kostiacute)
Nejznaacutemějšiacute zaacutestupce kofein (137-trimethylxanthin)
Kromě kofeinu jsou v kaacutevě a čaji theofylin (13-dimethylxanthin) theobromin (37-dimethylxanthin)
Do teacuteto skupiny daacutele patřiacute
- zaacutevislost kathoveacuteho typu (žvyacutekaacuteniacute listů rostliny Catha edulis rozšiacuteřeno kolem Rudeacuteho moře)
- betel (z palmy Areka obecnaacute obsahuje arekaidin) ndash v Thajsku (červeneacute zbarveniacute jazyka)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 9 10
34 Sedativa
Jde o laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem na centraacutelniacute nervovou soustavu Podporujiacute spaacutenek
navozujiacute zklidněniacute zmiacuterňujiacute uacutezkost Při předaacutevkovaacuteniacute ndash celkovaacute anestezie až smrt
44
a) Barbituraacutety jsou staršiacute skupinou laacutetek a dřiacuteve se užiacutevala jako leacutečiva Pozor ndash už desetinaacutesobek
leacutečebneacute daacutevky může byacutet smrtelnyacute (riziko předaacutevkovaacuteniacute neexistence uacutečinneacuteho
antidota)
Aplikace tablety
Zaacutestupci Veronal (diethylbarbiturovaacute kyselina) Luminal (5-fenyl-5-ethylbarbiturovaacute kys)
Meprobamat Fyzickaacute zaacutevislost nebezpečnyacute abstinenčniacute syndrom
C OC
C OR1
R2O
O
CH2CH3
CH2 CH3
NH2
NH2
O+-2 C2H5OH
NH
NH
R2
R1
O
O
O
močovinadiethylmalonaacutety R1=R2=H kys barbiturovaacute
R1=R2=C2H5 barbital veronal
R1=C2H5 R2=C6H5 luminal fenobarbital b) Benzodiazepiny Novějšiacute preparaacutety - od sedmdesaacutetyacutech let vytlačily předchoziacute z trhu
Vyacutehody menšiacute riziko předaacutevkovaacuteniacute existence uacutečinneacuteho antidota (Flumazenil)
Přiacuteklady Diazepam (Valium)
Flunitrazepam (Rohyphnol Obr 6)
Midazolam (Dormicum)
Způsobujiacute těžkou fyzickou i psychickou zaacutevislost
Užitiacute při předoperačniacute přiacutepravě apod
V posledniacute době se však čiacutem daacutel tiacutem viacutece při leacutečbě
fobiiacute upřednostňuje psychoterapie Obr 6 Rohyphnol
c) Dalšiacute sedativa Přiacuteklady Azapirony (Buspiron) leacutečeniacute dlouhodobyacutech uacutezkostiacute
Cyklopyrolony (Zopiklon) hypnotikum 3 generace proti epilepsii
Imidazopyridin (Zolpidem) svalovaacute relaxace
Mezi sedativa patřiacute takeacute Thaloimid (Contergan) ndash teratogenniacute uacutečinky na plod při užiacutevaacuteniacute v těhotenstviacute
Kava-kava ndash přiacuterodniacute sedativum z pepřovniacuteku opojneacuteho (N Guineia)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 11
45
35 Opiaacutety Jednaacute se o velmi tvrdeacute drogy pochaacutezejiacuteciacute ze šťaacutevy nezralyacutech makovic (opium
morfin) a jejich syntetickeacute derivaacutety (heroin) Morfium bylo znaacutemo jako leacutek tlumiacuteciacute bolest (analgetikum) a bylo využiacutevaacuteno např při ošetřovaacuteniacute
zraněnyacutech vojaacuteků ve vaacutelce
Opium se ziacuteskaacutevaacute z lepkaveacute šťaacutevy nařiacuteznutyacutech makovic kteraacute na vzduchu hnědne
ztuhlaacute se seškrabe dosušiacute a uhněte do cihliček
Obr 7 Maacutek setyacute (Papaver somniferum)
Opium je směs obsahujiacuteciacute desiacutetky alkaloidů fenathrenoveacuteho typu (morfin) a izochinoliacutenoveacuteho typu
(papaverin) Existujiacute různeacute druhy opia (bdquogaliacuteldquo bdquochanduldquo bdquodrossldquo aj)
Aplikace nejviacutece kouřeniacutem v dyacutemkaacutech popř cigaretaacutech řidčeji peroraacutelně Většina
opia se zpracovaacutevaacute na čisteacute alkaloidy
Morfin kodein (methylmorfin) heroin (36-diacetylmorfin)
morfin heroin
Aplikace injekčně vyacutejimečně peroraacutelně
Uacutečinky Jedny z nejtvrdšiacutech drog extreacutemně silnaacute fyzickaacute i psychickaacute zaacutevislost
Projevujiacute se zuacuteženiacutem zorniček (na velikost špendliacutekoveacute hlavičky) po počaacutetečniacute euforii
působiacute poruchy paměti apatii celkovyacute rozvrat osobnosti totaacutelniacute impotenci
46
Těžkyacute abstinenčniacute syndrom vrcholiacute po cca 48 hodinaacutech a připomiacutenaacute silnou chřipku
daacutele zahrnuje zvraceniacute průjem šiacuteleneacute svěděniacute pokožky
Terapie je možnaacute jen uacutestavniacute formou s nevalnou šanciacute na vyleacutečeniacute
Dnes existuje řada syntetickyacutech derivaacutetů laacutetek tohoto typu některeacute z nich majiacute potlačeneacute naacutevykoveacute
uacutečinky a užiacutevajiacute se dokonce i k protidrogoveacute leacutečbě (např metadon)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 12
36 Solvencia (těkaveacute a inhalačniacute laacutetky)
Jde o tzv bdquočichaacuteniacuteldquo tj aplikaci par těkaveacute kapaliny (plynu) do dyacutechaciacuteho uacutestrojiacute
Nejčastěji zneužiacutevaneacute laacutetky
- alifatickeacute uhlovodiacuteky (ethyn propan butan hexan)
- cyklickeacute a aromatickeacute uhlovodiacuteky (cyklopropan toluen xyleny)
- směsi uhlovodiacuteků (benzin nafta)
- halogenderivaacutety (tetrachlormethan chloroform trichlorethylen ethylchlorid
freony)
- kysliacutekateacute derivaacutety (aceton butanon dimethylether methylacetaacutet methyl-terc
butylether MTBE oxid dusnyacute aj) Uacutekol Napište chemickeacute vzorce inhalačniacutech laacutetek
Aplikace čichaacuteniacutem - inhalaciacute par vyacuteše uvedenyacutech laacutetek (tzv bdquosniffing) nosem i uacutesty
Uacutečinky rychlyacute naacutestup ndash euforie zaacutevrať bdquoztraacuteta hmotnostildquo postupneacute upadaacuteniacute do
spaacutenku
Symptomy dilatace zornic slzeniacute vyacutetok z nosu zvraceniacute pokles hmotnosti třes hellip
Důsledky zhoršeniacute paměti pokles inteligence těžkeacute deprese rozpad osobnosti
poruchy krvetvorby nevratneacute poškozeniacute sliznic
Nebezpečiacute
- zadušeniacute např při přetaacutehnutiacute igelitoveacuteho pytliacuteku přes hlavu pro zvyacutešeniacute uacutečinku
- nevratneacuteho poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (ledviny jaacutetra) až smrt při polknutiacute
laacutetky
- jde o jedny z nejlevnějšiacutech a nejdostupnějšiacutech laacutetek ktereacute si každyacute snadno
opatřiacute (bdquodrogy hloupyacutechldquo)
- jednaacute se o silnou psychickou zaacutevislost se sklony k recidivě
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 13
47
4 PREVENCE A PRVNIacute POMOC
Při prevenci je rozhodujiacuteciacute aby se na probleacutem co nejdřiacuteve vůbec přišlo (všiacutemavost
k symptomům toxikomaacutenie)
Typickeacute přiacuteznaky
- naacutehlaacute změna chovaacuteniacute (předraacutežděnost deprese ztraacuteta zaacutejmů)
- zhoršenyacute prospěch ztraacuteta přaacutetel
- uacutebytek hmotnosti zdravotniacute probleacutemy vpichy
- potřeba peněz kraacutedeže střet se zaacutekonem hellip
Prevence
snaha předejiacutet zaacutevislosti zejmeacutena u mladyacutech lidiacute a u rizikovyacutech skupin
- vyacutechova v rodině zaacutejem o diacutetě
- vyacutechova ve škole upozorněniacute na rizika
- sport aktivniacute traacuteveniacute volneacuteho času hellip
Prvniacute pomoc
se nelišiacute od prvniacute pomoci např při nehodě tj je nutno se postarat o zachovaacuteniacute
zaacutekladniacutech životniacutech funkciacute a rychlou leacutekařskou pomoc
Leacutečeniacute
je postaveno na baacutezi dobrovolnosti ndash dlouhodobaacute zaacuteležitost včetně uacutestavniacute leacutečby
riziko recidivy Absolutniacute nutnost_doživotniacute abstinence
Při probleacutemech
V Olomouci existuje P-centrum Lafayettova 9 Olomouc tel 585221983
httpwwwp-centrumcz
p-centrump-centrumcz
5 LEGISLATIVA
Samotneacute užiacutevaacuteniacute drog neniacute trestneacute trestneacute je jejich drženiacute vyacuteroba distribuce
Důležityacute pro policii je pojem tzv bdquomaleacuteholdquo množstviacute zadrženeacute drogy
- při něm jde jen o přestupek s pokutou do 15000 Kč
- při většiacutem množstviacute pak už o trestnyacute čin s možnostiacute vězeniacute až na 5 let
48
Za maleacute množstviacute se považuje např
konopiacute - 5 rostlin marihuana - 15 g sušiny extaacuteze - 4 tablety LSD - 5 papiacuterků
kokain - 1 gram pervitin - 2 gramy
Vybraneacute trestniacute sazby
- za distribuci drog mladistvyacutem až 10 let vězeniacute
- při způsobeniacute těžkeacute uacutejmy na zdraviacute až 15 let
- bdquovařičildquo do 5 let
- za pouheacute neoznaacutemeniacute vyacuteše uvedenyacutech činů hroziacute až 3 roky
Probleacutem
Zaacutekon postihuje zpravidla jen dealery a bdquomenšiacute rybyldquo zatiacutemco velciacute distributoři a
producenti jsou chyceni spiacuteše vyacutejimečně Naviacutec se staacutele objevujiacute noveacute derivaacutety ktereacute
dosud nejsou na seznamech zakaacutezanyacutech laacutetek
Zaacutekony pojednaacutevajiacuteciacute o drogaacutech
č1401961 Sb (trestniacute zaacutekon)
č 2001990 (přestupkovyacute zaacutekon)
č 3321997 (zachaacutezeniacute skladovaacuteniacute likvidace)
č 1671998 (o naacutevykovyacutech laacutetkaacutech)
č 3792005 (prevence toxikomaacutenie)
Vyhlaacuteška č 621989 (seznam psychotropniacutech laacutetek)
Sděleniacute č4621991 (prekurzory omamnyacutech a psychotropniacutech laacutetek)
6 Teacutemata referaacutetů 1 Vznik nebezpečiacute a důsledky toxikomanie analyacuteza přiacutečin
2 Problematika alkoholu sekundaacuterniacute naacutesledky alkohol za volantem
3 Vyacuteroba piva
4 Vyacuteroba viacutena
5 Vyacuteroba destilaacutetů
6 Tabaacutek a kouřeniacute ndash historie pěstovaacuteniacute druhy postup vyacuteroby cigaret
7 Marihuana a hašiš
8 Halucinogeny
9 Stimulancia
49
10 Methylxanthiny
11 Sedativa
12 Opiaacutety
13 Inhalačniacute laacutetky (solvencia)
14 Legislativa - přehled a komentaacuteř platnyacutech zaacutekonů tyacutekajiacuteciacutech se naacutevykovyacutech laacutetek
7 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 M Wenke Farmakologie Avicenum 1986
2 IBečkovaacute PVišňovskyacute Farmakologie drogovyacutech zaacutevislostiacute Karolinum 1999
3 PVišňovskyacute IBečkovaacute Bludnyacute kruh toxikomaacuteniiacute EIA Hradec Kraacuteloveacute 1998
4 MWenke M Mraacutez S Hynie Farmakologie pro leacutekaře Avicenum 1984
5 J Mann Jedy drogy leacuteky Academia Praha 1996
6 wwwmemberstripodcom7EMartinMVdrogyhtml
7 wwwodrogachcz
50
VYacuteROBA CUKRU
Text zpracovali Mgr Jana Praacutešilovaacute a Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru
21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina
22 Chemickeacute složeniacute cukroveacute řepy
3 Vyacuterobniacute etapy
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
32 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
34 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
35 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
36 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech zdrojů
51
1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
Cukr je surovinou kteraacute naacutes doprovaacuteziacute v běžneacutem životě na každeacutem kroku
Mnoziacute z naacutes si hned raacuteno osladiacute čaj či kaacutevu kostkou cukru Pojďme se nyniacute podiacutevat
jak se cukr vyraacutebiacute a kde se kostka cukru vlastně vzala
Nejprve si udělejme kraacutetkou zastaacutevku u historie cukrovarnictviacute na uacutezemiacute Českeacute
republiky
bull v roce 1787 byla založena prvniacute rafinerie (zaacutevod na čištěniacute cukru) v klaacutešteře
na Zbraslavi u Prahy čistil se zde dovaacuteženyacute třtinovyacute cukr
bull v roce 1841 vytvořil ředitel rafinerie v Dačiciacutech prvniacute kostku cukru do teacuteto doby
se v domaacutecnostech použiacutevaly tzv cukroveacute homole
V 19 stoletiacute fungovalo na našem uacutezemiacute přes 150 cukrovarů v současneacute době (rok
2011) u naacutes cukr vyraacutebiacute pouze 7 cukrovarů
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru 21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina Vyacuteroba cukru z cukroveacute třtiny byla znaacutema po celaacute staletiacute V našich krajiacutech však
pro pěstovaacuteniacute teacuteto rostliny nejsou vhodneacute podmiacutenky (pěstuje se v tropickeacutem a
subtropickeacutem paacutesmu) Z miacutestniacutech plodin je pro vyacuterobu cukru vhodnaacute cukrovaacute řepa
Cukrovaacute řepa (Beta vulgaris) Cukrovaacute třtina (Saccharum officinarum)
Obr 1 Cukrovaacute řepa Obr 2 Cukrovaacute třtina - dvouletaacute plodina - cukr se hromadiacute v bulvaacutech - obsah sacharosy 16ndash20 - skladuje se a zpracovaacutevaacute (do 48 h)
- viacuteceletaacute travina - cukr se hromadiacute ve stvolu - obsah sacharosy 13ndash17
52
22 Složeniacute cukroveacute řepy Podrobněji se zaměřiacuteme na cukrovou řepu z niacutež se u naacutes cukr vyraacutebiacute
V bulvaacutech cukroveacute řepy se nachaacuteziacute kromě cukru i dalšiacute laacutetky Jejich obsah vyacuteznamně
ovlivňuje technologickyacute proces a produkci cukru Průměrneacute složeniacute uvaacutediacute Obr 3
5 2
18
75
voda 75
sacharidy 18
dřeň 5
necukerneacute laacutetky 2
Obr 3 Průměrneacute složeniacute cukroveacute řepy Sacharidy Nejdůležitějšiacutem sacharidem a konečnyacutem produktem vyacuteroby je SACHAROSA
Sacharosa patřiacute mezi disacharidy jejiacute molekula je tvořena zbytkem molekuly glukosy
a molekuly fruktosy ktereacute jsou navzaacutejem spojeny glykosidickou vazbou (viz obr 4)
Je to krystalickaacute biacutelaacute laacutetka dobře rozpustnaacute ve vodě Maacute vyacuteraznou sladkou chuť a
použiacutevaacute se jako sladidlo Patřiacute mezi opticky aktivniacute laacutetky a neredukujiacuteciacute sacharidy
Obr 4 Vzorec sacharosy
53
Dřeň Součaacutestiacute dřeně bulvy řepy je celulosa a hemicelulosa (polysacharidy) pektinoveacute
laacutetky1 biacutelkoviny a saponiny2 Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a mohou znesnadňovat
vyacuterobniacute proces způsobujiacute probleacutemy např při filtraci
Necukerneacute laacutetky (šťaacuteva obsahujiacuteciacute necukerneacute laacutetky) Z necukernyacutech laacutetek obsahuje šťaacuteva aminokyseliny amidy biacutelkoviny organickeacute
zaacutesady enzymy soli organickyacutech kyselin (kyseliny mravenčiacute octoveacute šťaveloveacute
citronoveacute) Rozhodujiacuteciacute negativniacute vliv na krystalizaci cukru majiacute mineraacutelniacute laacutetky
(popeloviny)
3 Vyacuterobniacute etapy
Vyacuterobu cukru můžeme rozdělit do několika faacuteziacute
1 Mechanickaacute uacuteprava řepy
2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
6 Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru
1 pektin ndash makromolekulaacuterniacute laacutetka jejiacutemž zaacutekladem jsou sacharidy nachaacuteziacute se např v ovoci
způsobuje rosolovatěniacute ovocnyacutech šťaacutev a zavařenin 2 rostlinnyacute glykosid (derivaacutet sacharidů) tvořiacuteciacute pěnivyacute roztok ve vodě
54
Tab 1 Přehled fyzikaacutelniacutech a chemickyacutech pochodů aplikovanyacutech při vyacuterobě cukru v jednotlivyacutech etapaacutech vyacuteroby
Etapa Fyzikaacutelně-chemickeacute pochody Vstup laacutetek (suroviny) Vyacutestup laacutetek (produkty)
Mechanickaacute uacuteprava řepy bull rozpustnost bull bulvy cukroveacute řepy bull řepneacute řiacutezky
Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy bull koagulace biacutelkovin bull difuacuteze
bull řepneacute řiacutezky bull horkaacute voda
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull vyslazeneacute řepneacute řiacutezky
Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull sraacuteženiacute necukernyacutech laacutetek
bull saturace bull filtrace sraženin
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull Ca(OH)2 bull CO2
bull lehkaacute šťaacuteva bull saturačniacute kaly
Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace
bull lehkaacute šťaacuteva bull těžkaacute šťaacuteva bull I cukrovina
Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
bull odstřeďovaacuteniacute bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace bull vykryacutevaacuteniacute bull filtrace bull adsorpce
bull I cukrovina bull surovyacute cukr bull voda bull Ca(OH)2 bull adsorbent
bull surovyacute cukr bull zelenyacute sirob bull II cukrovina bull zadinovyacute cukr bull melasa bull biacutelaacute cukrovina
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
Ciacutel
bull očištěniacute řepy
bull rozřezaacuteniacute řepy na řiacutezky
Při podzimniacutem vyacuteletu do přiacuterody můžeme na poliacutech vidět zemědělce skliacutezejiacuteciacute
cukrovou řepu Na poliacutech se řepa zbaviacute chraacutestu (zelenyacutech listů) a nahrubo očistiacute od
hliacuteny Po dopraveniacute do cukrovaru je řepa důkladně očištěna vodou od zbyacutevajiacuteciacute hliacuteny
kameniacute piacutesku a kořiacutenků pomociacute řepnyacutech splavů1 a řepnyacutech praček2 Voda z řepy
odkape na třasadlu3 Vyacutetah dopraviacute řepu na automatickou vaacutehu a z niacute putuje řepa do
řezačky4 kteraacute nařeže bulvu na řiacutezky (obr 5 6) s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
Obr 5 Řepneacute řiacutezky Obr 6 Nože řezačky Otaacutezka Proč se řepa porcuje na řiacutezky trojuacutehelniacutekoveacuteho profilu Uacutečelem rozřezaacuteniacute bulvy na řiacutezky je zvětšit povrh (styčnou plochu) řepy pro naacuteslednou difuacutezi cukru z buněk pletiva Trojuacutehelniacutekovyacute profil byl vyhodnocen jako nejvhodnějšiacute tvar pro optimaacutelniacute vyluhovatelnost cukru 3 2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull vyluhovaacuteniacute cukru (sacharosy) z buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků
bull ziacuteskaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Sacharosa se nachaacuteziacute uvnitř buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků Membraacutena buněk
sacharosu volně ven z buňky nepropustiacute proto je nutneacute řiacutezky luhovat horkou vodou
Od 60degC začiacutenajiacute biacutelkoviny membraacuteny buněk koagulovat a ty se tak staacutevajiacute pro cukr
leacutepe propustneacute 1 řepnyacute splav ndash betonovyacute kanaacutel do ktereacuteho je napouštěna voda kteraacute unaacutešiacute řepu k pračce 2 řepnaacute pračka ndash zařiacutezeniacute na odstraněniacute hliacuteny kameniacute a kořiacutenků proti proudu vody je přivaacuteděna řepa kameny a dalšiacute odpad odpadaacutevajiacute ze dna pračky 3 třasadlo ndash kmitajiacuteciacute se siacuteto k odstraněniacute vody 4 řezačka ndash zařiacutezeniacute se sadou nožů rozporcuje řepu na řiacutezky s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
56
Otaacutezka Co je to KOAGULACE Koagulace (shlukovaacuteniacute) je postupneacute uspořaacutedaacutevaacuteniacute jednotlivyacutech čaacutestic do jineacuteho prostoroveacuteho umiacutestěniacute V našem přiacutepadě dochaacuteziacute ke koagulaci biacutelkovin membraacuteny buněk vlivem zvyacutešeneacute teploty Vyzkoušet si koagulaci můžete i doma ndash stačiacute si usmažit vajiacutečka k sniacutedani Vyluhovaacuteniacute řiacutezků se děje v zařiacutezeniacutech zvanyacutech difuzeacutery1 Řiacutezky jsou v nich
přivaacuteděny proti proudu horkeacute vody Řiacutezky nově přivaacuteděneacute do difuzeacuteru jsou
promyacutevaacuteny nejsladšiacute vodou a na řiacutezky zbaveneacute cukru steacutekaacute voda čistaacute čiacutemž jsou
zajištěny optimaacutelniacute podmiacutenky difuacuteze Z difuzeacuteru odteacutekaacute difuacutezniacute šťaacuteva jako nakyslaacute
kapalina tmaveacute barvy Otaacutezka Co je to DIFUacuteZE Tvrdiacuteme-li že laacutetka difunduje pak se jejiacute čaacutestice v roztoku pohybujiacute z miacutest o vyššiacute koncentraci čaacutestic do miacutest s nižšiacute koncentraciacute čaacutestic Po vyluhovaacuteniacute se řiacutezky označujiacute jako vyslazeneacute řiacutezky Ty se daacutele zpracovaacutevajiacute
- sušiacute popř lisujiacute a využiacutevajiacute se jako krmivo nebo v kvasneacutem průmyslu (vyacuteroba
alkoholu)
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull odstraněniacute necukernyacutech laacutetek z difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull ziacuteskaacuteniacute tzv lehkeacute šťaacutevy
Spolu se sacharosou difunduje z buněk i velkeacute množstviacute necukernyacutech laacutetek (viz
složeniacute řepy) Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a ztěžujiacute vyacuterobniacute proces (např krystalizaci
cukru filtraci atd)
Čištěniacute probiacutehaacute ve dvou faacuteziacutech
1 Čeřeniacute difuacutezniacute šťaacutevy
2 Saturace šťaacutevy
Při čeřeniacute se k difuacutezniacute šťaacutevě vyhřaacuteteacute na 90degC přivaacutediacute postupně 15 ndash 2 vaacutepenneacute
mleacuteko - roztok Ca(OH)2 Ca2+ ionty reagujiacute s necukernyacutemi laacutetkami za vzniku
nerozpustnyacutech vaacutepenatyacutech soliacute ktereacute lze naacutesledně odfiltrovat a šťaacutevu tak vyčistit
Přiacuteklad reakci Ca2+ iontů s kyselinou šťavelovou uvaacutediacute naacutesledujiacute rovnice
1 difuzeacuter ndash velkaacute naacutedoba s vyhřiacutevanyacutem plaacuteštěm do ktereacute jsou z jedneacute strany přivaacuteděny řepneacute řiacutezky ze strany druheacute horkaacute voda
57
Ca2+ + (C2O4)2- rarr Ca(COO)2 Obdobnou roli hrajiacute i ionty OH- Neutralizujiacute volneacute kyseliny a s Al3+ Fe3+ Mg2+
ionty reagujiacute za vzniku nerozpustnyacutech hydroxidů ktereacute lze rovněž odfiltrovat
2 Al3+ + 3 Ca(OH)2 rarr 2 Al(OH)3 + 3 Ca2+ Vaacutepenneacute mleacuteko je ke šťaacutevě přidaacutevaacuteno i z dalšiacutech důvodů Pro dalšiacute
technologickyacute proces je třeba neutralizovat kyselou reakci difuacutezniacute šťaacutevy a
v neposledniacute řadě je vaacutepennyacutem mleacutekem šťaacuteva desinfikovaacutena Otaacutezka Co je to NEUTRALIZACE Neutralizace je reakce kyseliny a zaacutesady při niacutež vznikaacute sůl a voda V našem přiacutepadě reaguje vaacutepenneacute mleacuteko (zaacutesada) s kyselinami přirozeně obsaženyacutemi v řepě (viz složeniacute řepy) Daacutele šťaacuteva pokračuje do saturačniacuteho zařiacutezeniacute1 ve ktereacutem probiacutehaacute saturace
oxidem uhličityacutem Saturace se provaacutediacute k odstraněniacute přebytečnyacutech Ca2+ iontů Do
saturačniacuteho zařiacutezeniacute je vhaacuteněn oxid uhličityacute vznikaacute uhličitan vaacutepenatyacute kteryacute lze
odfiltrovat (na kalolisech2 či jinyacutech filtrech) Reakci uvaacutediacute naacutesledujiacuteciacute rovnice
Ca(OH)2 + CO2 rarr CaCO3 + H2O Otaacutezka Co je to SATURACE Saturace neboli syceniacute V našem přiacutepadě nasyceniacute roztoku oxidem uhličityacutem kteryacute reaguje s přebytečnyacutemi Ca2+ ionty v roztoku za vzniku uhličitanu vaacutepenateacuteho Vyacutesledkem etapy je tzv lehkaacute šťaacuteva zbytky sraženin na filtrech se nazyacutevajiacute
saturačniacute kaly 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny Ciacutel
bull zahuštěniacute lehkeacute difuacutezniacute šťaacutevy ke krystalizaci (zisk těžkeacute šťaacutevy)
bull ziacuteskaacuteniacute tzv cukroviny (směs krystalků cukru a matečneacuteho sirobu)
1 saturačniacute zařiacutezeniacute (saturaacutek) ndash vaacutelcovitaacute naacutedoba s miacutechadlem u dna přiacutevodem šťaacutevy přiacutevodem oxidu
uhličiteacuteho a odvodem šťaacutevy V horniacute čaacutesti naacutedoby je komiacuten pro odvod plynů 2 kalolis - filtračniacute lis určenyacute k tlakoveacute filtraci kapalin obsahujiacuteciacute řadu raacutemů s napnutyacutemi plachetkami
Pracuje diskontinuaacutelně (střiacutedavě) Raacutemy s plachetkou zaneseneacute kalem jsou periodicky čištěny zatiacutemco v jineacutem přiacutestroji probiacutehaacute filtrace
58
Lehkaacute šťaacuteva maacute světle žlutou barvu a je teacuteměř zbavena všech nežaacutedouciacutech laacutetek
V roztoku je rozpuštěna sacharosa (přibližně
12-15 ) a již velmi malyacute podiacutel necukernyacutech
laacutetek Sacharosu z roztoku izolujeme
krystalizaciacute Lehkou šťaacutevu je třeba zahustit
ke krystalizaci ndash odpařit přebytečnou vodu
Zahušťovaacuteniacute ke krystalizaci se provaacutediacute ve
vakuovyacutech odparkaacutech1 Objem šťaacutevy se
zmenšiacute přibližně na čtvrtinu původniacuteho
objemu a ziacuteskaacute se tzv těžkaacute šťaacuteva (zahuštěnaacute)
s obsahem 60 cukru
Otaacutezka Co je to ODPAŘOVAacuteNIacute Proč se využiacutevaacute praacutece za sniacuteženeacuteho tlaku Odpařovaacuteniacute patřiacute mezi děliciacute metody laacutetek Rychlost odpařovaacuteniacute a jeho uacutečinnost zaacutevisiacute na velikosti povrchu odpařovaneacuteho roztoku na rychlosti odtahu vzniklyacutech par a předevšiacutem na teplotě a tlaku Teplotu varu roztoku můžeme sniacutežit praacutevě za použitiacute vakua (sniacuteženeacuteho tlaku) Ušetřiacuteme tiacutem energii potřebnou pro zahřiacutevaacuteniacute šťaacutevy
Těžkaacute šťaacuteva je daacutele zahušťovaacutena ve varostrojiacutech2 neboli zrničiacutech Ve
varostrojiacutech se šťaacuteva zahřiacutevaacute a odpařuje se zbytek vody tak dlouho až začne cukr ve
šťaacutevě krystalovat Krystalizace cukru se dokončiacute v zařiacutezeniacutech zvanyacutech krystalizaacutetor Otaacutezka Co je to KRYSTALIZACE Za jakyacutech podmiacutenek vykrystaluje cukr ze šťaacutevy Krystalizace patřiacute mezi zaacutekladniacute chemickeacute operace pomociacute nichž lze oddělit složky směsi bdquoAby mohla sacharosa krystalovat je třeba vytvořit přesycenyacute cukernyacute roztok V technickyacutech cukernyacutech roztociacutech za přiacutetomnosti necukernyacutech laacutetek je rozpustnost sacharosy obvykle vyššiacute Přesycenyacute cukernyacute roztok se připraviacute např tiacutem způsobem že se rychle zchladiacute nasycenyacute roztok technickyacute Z roztoku se ihned nevyloučiacute krystaly cukru a takovyacute roztok pak obsahuje viacutece rozpuštěneacuteho cukru než odpoviacutedaacute nasyceneacutemu roztoku Tento přebytečnyacute cukr vykrystaluje přidajiacute-li se k roztoku krystalky cukru (roztok se očkuje)ldquo [1] 3 5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute Ciacutel
bull odděleniacute krystalů cukru z cukroviny
bull očištěniacute suroveacuteho cukru
1 vakuovaacute odparka - soustava několika seacuteriově zapojenyacutech těles vyhřiacutevanyacutech paacuterou Prvniacute těleso je vyhřiacutevaacuteno parou o teplotě 130degC voda vypařenaacute v prvniacutem tělese se vede do dalšiacuteho tělesa jako tzv bryacutedovaacute paacutera atd Vyacutepary z posledniacute odparky se ochlazujiacute studenou vodou čiacutemž vznikaacute podtlak a tiacutem se snižuje tlak v odparkaacutech 2 varostroj - naacutedoba s trubkovou topnou komorou a miacutechadlem
Obr 7 Soustava odparek
59
bull zpracovaacuteniacute matečneacuteho sirobu na dalšiacute podiacutel cukru
bull přiacuteprava biacuteleacute cukroviny
Krystalky sacharosy je třeba oddělit od matečneacuteho sirobu K tomuto uacutečelu se
využiacutevajiacute odstředivky1 Oddělenyacute cukr maacute žlutavou barvu a je nazyacutevaacuten surovyacutem
cukrem (v obchodech se zdravou vyacuteživou si můžete zakoupit i surovyacute cukr)
Oddělenyacute matečnyacute roztok se nazyacutevaacute zelenyacute sirob
Zelenyacute sirob se zpracuje na meacuteně kvalitniacute (tzv zadinovyacute) cukr a odpadniacutem
produktem je tzv melasa (obr 8) kteraacute ještě obsahuje menšiacute podiacutel cukru a lze ji
využiacutet jako krmivo popř po zkvašeniacute k vyacuterobě lihu
Surovyacute řepnyacute cukr se přiacuteliš nehodiacute k přiacutemeacute spotřebě ndash jeho krystaly jsou žluteacute
a lepiveacute Je třeba je očistit Surovyacute cukr se čistiacute promyacutevaacuteniacutem vodou v odstředivkaacutech
Naacutesleduje filtrace cukerneacuteho roztoku přes bavlněneacute polyamidoveacute či kovoveacute tkaniny a
poreacutezniacute materiaacutely z keramiky
Posledniacute uacutepravou je odbarveniacute cukerneacuteho roztoku K tomuto uacutečelu se využiacutevaacute
metody adsorpce Jako absorbenty jsou využiacutevaacuteny ionexy aktivniacute uhliacute či hlinky
Vyacuteslednyacute cukernyacute roztok s krystalky cukru se nazyacutevaacute biacutelaacute cukrovina
Otaacutezka Co je to ADSORPCE Na jakeacutem principu absorbenty fungujiacute Z fyzikaacutelniacuteho hlediska se jednaacute o poutaacuteniacute laacutetky pomociacute van der Waalsovyacutech sil na povrchu vhodneacuteho adsorbentu (aktivniacute uhliacute silikagel) V přiacutepadě tzv chemisorpce jsou laacutetky poutaacuteny na povrch adsorbentu chemickyacutemi vazbami
Obr 8 Melasa
1 odstředivka (centrifuga) - sestaacutevaacute z dvouplaacutešťoveacute komory vevnitř je buben se siacutetem Do bubnu se napustiacute cukrovina a buben se roztočiacute Vlivem odstřediveacute siacutely prochaacutezejiacute kapky sirobu přes siacuteto bubnu a cukr zůstaacutevaacute uvnitř
60
3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
Biacutelaacute cukrovina se daacutele zpracovaacutevaacute krystalizaciacute na krystalovyacute cukr kostkovyacute
cukr a cukr moučku Dřiacuteve se vyraacuteběly i cukroveacute homole dnes sloužiacute pouze jako
suvenyacuter
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Kapitola 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru byla po dlouhou dobu tajena Prvniacute technologii zpracoval v roce 1764 francouzskyacute chemik Duhamel de Monceau Prvniacute kostkovyacute cukr u naacutes byl vyroben v Dačiciacutech v roce 1841 Patent ziacuteskal roku 1843 ředitel rafinerie J Ch Rada Češtiacute cukrovarniacuteci se nemaacutelo zasloužili o rozvoj rafinace cukru a kvalita našich cukrovarnickyacutech vyacuterobků byla obecně uznaacutevanou normou
bull vzhledem k vysokeacute ceně třtinoveacuteho cukru se cukrovarniacuteci pokoušeli vyrobit cukr z jinyacutech plodin mimo jineacute i z řepy
bull v roce 1829 byl založen prvniacute průmyslovyacute cukrovar v Kostelniacutem Vydřiacute (okres Jindřichův Hradec)
bull v obdobiacute 1831 ndash 1945 nastal boom v zaklaacutedaacuteniacute cukrovarů u naacutes plně fungovalo přes 150 cukrovarů
bull po roce 1990 fungovalo již pouze 60 cukrovarů po roce 2004 zbylo pouhyacutech 10 cukrovarů 7 fungujiacuteciacutech cukrovarů (2011)
bull Odštěpnyacute zaacutevod Opava - Vaacutevrovice bull Ředitelstviacute a zaacutevod Hrušovany nad Jevišovkou bull Cukrovar Dobrovice bull Cukrovar Českeacute Meziřiacutečiacute bull Cukrovar Vrbaacutetky as bull Cukrovar Prosenice bull Litovelskaacute cukrovarna as
Kapitola 2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru Zařazeniacute cukroveacute řepy do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Rodopsida ndash vyššiacute dvouděložneacute rostliny řaacuted Caryophyllales ndash hvozdiacutekotvareacute čeleď Chenopodiaceae ndash mečiacutekoviteacute rod Beta ndash řepa druh Beta vulgaris ndash řepa obecnaacute Zařazeniacute cukroveacute třtiny do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Liliopsida ndash rostliny jednoděložneacute
61
řaacuted Poales ndash lipnicotvareacute čeleď Poaceae ndash lipnicoviteacute rod Saccharum ndash třtina druh Saccharum officinarum ndash třtina cukrovaacute Podkapitola 3 3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Po prvniacute saturaci je odfiltrovaacuten kal buď na zařiacutezeniacutech zvanyacutech kalolis nebo na jinyacutech typech filtračniacutech zařiacutezeniacute Ve šťaacutevě je obsažen i hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute kteryacute se naacuteslednyacutem vyvařeniacutem rozložiacute na uhličitan kteryacute je možno odfiltrovat Děj je zapsaacuten pomociacute naacutesledujiacuteciacute rovnice Ca(HCO3)2 rarr CaCO3 + H2O + CO2 Pro maximaacutelniacute sniacuteženiacute vaacutepenatyacutech iontů v difuacutezniacute šťaacutevě se provaacutediacute druhaacute saturace oxidem uhličityacutem Neodstraniacute-li se vaacutepenateacute soli dokonale odparka se rychle inkrustuje Vaacutepenateacute soli v cukernyacutech šťaacutevaacutech působiacute obtiacuteže při vařeniacute cukrovin zvyšujiacute množstviacute melasy a tiacutem ztraacutety cukru Druhaacute saturace se provaacutediacute při teplotě 95 ndash 98degC a oxidem uhličityacutem se saturuje až do dosaženiacute pH 9 ndash 95 Při druheacute saturaci vznikaacute hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute ten se odstraňuje vyvařovaacuteniacute na tzv vyvařovaacuteku kde se šťaacuteva zahřiacutevaacute na teplotu 100degC Podkapitola 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
Při zahušťovaacuteniacute ve varostrojiacutech se vytvořiacute směs krystalů a matečneacuteho roztoku (sirobu) tzv I cukrovina Přibližně frac34 cukru vykrystalizuje Zbytek cukru zůstaacutevaacute v roztoku Růst krystalů se kontroluje tzv cukroskopem (bdquolupaldquo) popř se využiacutevaacute automatickeacute kontroly elektrickeacute vodivosti Vodivost roztoku klesaacute s rostouciacute koncentraciacute cukru v roztoku Podkapitola 3 5 Ziacuteskaacutevaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
Ziacuteskaacutevaacuteniacute čisteacute cukroviny je mnohem složitějšiacute proces v textu je popsaacuten pouze jednoduše Ve skutečnosti se proces popsanyacute v textu několikraacutet opakuje Cukrovina se několikraacutet čistiacute svařuje nechaacute se krystalovat a odstřeďuje Podkapitola 3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny ndash Vyacuteroba krystaloveacuteho cukru
Biacutelaacute cukrovina se odstřediacute a ziacuteskanyacute krystalovyacute cukr se smiacutechaacute s nasycenyacutem cukernyacutem roztokem za vzniku tzv uměleacute cukroviny Umělaacute cukrovina se odstřediacute vykryacutevaacute parou nebo vodou a ziacuteskaacute se konečnyacute produkt ndash krystalovyacute cukr Krystalovyacute cukr je třeba vysušit K sušeniacute se využiacutevaacute vzduch ohřaacutetyacute na 70degC nebo tzv fluidniacute metoda Při fluidniacute metodě jsou krystalky na roštu zespod profukovaacuteny proudem vzduchu dojde k odstraněniacute vlhkosti ochlazeniacute krystalků a zaacuteroveň odpraacutešeniacute cukru Vysušenyacute cukr krystal se třiacutediacute na siacutetech dle velikosti zrn plniacute se do jutovyacutech nebo papiacuterovyacutech pytlů
Otaacutezka Jakyacute je rozdiacutel mezi krystalovyacutem cukrem a krupicovyacutem cukrem bdquoCukr krystal - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 04 - 02 mm Cukr krupice - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 016 ndash 08 mm a maximaacutelně 5 krystalů cukru maacute velikost nad 1 mmldquo[2]
Vyacuteroba kostkoveacuteho cukru K vyacuterobě kostek se použiacutevaacute kostkovaacute moučka kteraacute vznikla ze speciaacutelně upraveneacute cukroviny nebo netřiacuteděnyacute krystalovyacute cukr Tento materiaacutel se vlhčiacute vodou a cukernyacutem roztokem lisuje se na tyčinky ktereacute se vysušiacute a rozsekajiacute na kostky Možneacute je přiacutemeacute lisovaacuteniacute do formy kostek Vyraacutebějiacute se kostky různyacutech velikostiacute kvaacutedry i kostky ve tvaru karetniacutech symbolů tzv cukr bridž Vyacuteroba moučkoveacuteho cukru Materiaacutelem pro vyacuterobu moučkoveacuteho cukru je krystalovyacute cukr s malyacutemi zrny nebo zbytky kostkoveacuteho cukru Tento cukr se rozdrtiacute na mlyacutenech Mlyacutenice musiacute byacutet umiacutestěna v samostatneacutem objektu mimo ostatniacute čaacutesti cukrovaru nebo alespoň oddělena železnyacutemi vraty Opatřeniacute jsou nutnaacute z důvodu vzniku vyacutebušneacuteho cukerneacuteho prachu
62
Aby se zabraacutenilo tvrdnutiacute a rozpouštěniacute cukerneacute moučky při skladovaacuteniacute přidaacutevaacute se k cukru modifikovanyacute škrob Zrnka škrobu přiacutepadnou vlhkost pojmou Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute V dřiacutevějšiacutech dobaacutech se cukr pro domaacuteciacute použitiacute vyraacuteběl ve formě homoliacute (obr 9) Dnes je již toto zbožiacute vyraacuteběno pouze jako suvenyacuter pro turisty Liteacute homole se vyraacuteběly tak že se horkaacute cukrovina naleacutevala do forem z oceloveacuteho plechu na špičce opatřenyacutech otvorem Forma s cukrovinou se nasadila na hřebiacutek vyčniacutevajiacuteciacute ze dna voziacuteku na kteryacute se homole sklaacutedaly po ztuhnutiacute cukroviny Po ztuhnutiacute se homoly sejmuly ze hřebiacuteků a vložily do homoloveacute odstředivky ve ktereacute se dokonale očistily Dokonale biacutelaacute homole se pak vyrazila z oceloveacute formy a vysušila v sušaacuterně Vysušeneacute homole se očistily ofreacutezovaly u spodu a zabalily do papiacuteru Lisovaneacute homole se vyraacuteběly lisovaacuteniacutem nepatrně ovlhčeneacute moučky v lisu Pak se homole sušily a upravily jako homole liteacute 5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Pelikaacuten M Hřivna L Humpola J Technologie sacharidů Mendelova
zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně Brno 1999 2 Cukrovary a lihovary TTD [online 2011-04-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovaryttdczcaste-otazkycaste-otazkygt 3 Neiser J Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob Vysokoškolskaacute učebnice pro studenty
pedagogickyacutech a přiacuterodovědeckyacutech fakult studijniacuteho oboru 76-12-8 učitelstviacute všeobecně vzdělaacutevaciacutech předmětů Praha 1988
4 Kraus J Novyacute akademickyacute slovniacutek ciziacutech slov kolektiv autorů pod vedeniacutem Jiřiacuteho Krause Academia Praha 2007
5 Andrliacutek K Petrů F Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob SPN Praha 1965 6 Kopřiva J Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute (1 diacutel) SPN Praha 1979 7 Moravskoslezskeacute cukrovary as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwagranaczgt 8 Cukrovar Vrbaacutetky as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovarvrbatkyczgt 9 Hanaacuteckaacute potravinaacuteřskaacute společnost as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwhpsczgt
Zdroje obraacutezků
bull Obraacutezek 3 Cukrovaacute řepa [online 2011-12-2] Dostupneacute z www ltwwwtvujdumczgt
Obr 9 Cukroveacute homole
63
bull Obraacutezek 4 Cukrovaacute třtina [online 2011-2-5] Dostupneacute z www ltwwwspriincorggt
bull Obraacutezek 6 Vzorec sacharosy [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpwwwnejlevnejsidoplnkycznejlevnejsidoplnky5-Zajimavosti6-Sacharidygt
bull Obraacutezek 7 Řepneacute řiacutezky [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=376gt
bull Obraacutezek 8 Nože řezačky [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 9 Kalolis [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 10 Plachetka se saturačniacutem kalem [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpcswikipediaorgwikiKalolisgt
bull Obraacutezek 11 Systeacutem odparek [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 12 Varostroj [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtm
bull Obraacutezek 13 Odstředivka [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=380gt
bull Obraacutezek 14 Melasa [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwnazelenoczbiozdrava-vyziva-2bily-cukr-trtinovy-cukr-nebo-prirodni-sladidlaaspxgt
bull Obraacutezek 15 Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute [online 2011-4-27] Dostupniacute z www lthttpwwwcukrovaryttdczgt
bull Obraacutezek 16 Cukroveacute homole [online 2011-3-26] Dostupneacute z www lthttpjohnmadjackfullerhomesteadcomSugarloafhtmgt
64
MAKROMOLEKULAacuteRNIacute LAacuteTKY SYNTETICKEacute POLYMERY
Text zpracoval RNDr Josef Husaacuterek PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
11 Zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace polymerů
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů 131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
21 Polymerace
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
22 Polykondenzace
23 Polyadice
3 Užitiacute plastů
31 Recyklace odpadů z plastů
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
65
1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
Přiacuterodniacute materiaacutely jako je napřiacuteklad dřevo bavlna vlna kůže a slonovina
použiacutevali lideacute po tisiacutece let Teprve s rozvojem vědy a s naacutestupem moderniacutech
analytickyacutech metod se začali lideacute zajiacutemat o strukturu těchto materiaacutelů a snažili se tyto
dary přiacuterody nahradit podobnyacutemi materiaacutely ktereacute budou miacutet srovnatelneacute užitneacute
vlastnosti Kolem roku 1907 se podařilo Baekelandovi synteticky vyrobit prvniacute umělyacute polymer
kteryacute byl pojmenovaacuten jako bakelit a kteryacute vzaacutepětiacute nalezl vyacuteznamneacute technickeacute využitiacute v elektrotechnice
jako izolant Po dobu naacutesledujiacuteciacutech desetiletiacute se polymery staly středem zaacutejmu mnoha chemiků kteřiacute
připravili noveacute polymery na zaacutekladě synteacutezy malyacutech organickyacutech molekul
Velmi brzy se poznalo že syntetickeacute polymery svyacutemi vlastnostmi mohou
nahradit nejen přiacuterodniacute polymery ale často i materiaacutely kovoveacute keramiku i sklo
S ohledem na skutečnost že se syntetickeacute polymery vyraacutebějiacute z relativně levnyacutech
a dostupnyacutech surovin a že majiacute vyacutehodneacute chemickeacute fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti
vysokou staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute našly využitiacute zejmeacutena
ve stavebnictviacute v elektrotechnice v automobiloveacutem a textilniacutem průmyslu na vyacuterobu
předmětů běžneacute spotřeby obalů lepidel laků a naacutetěrovyacutech hmot Nutno
poznamenat že zmiacuteněnaacute staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute nutiacute
v současneacute době společnost k zodpovědnějšiacutemu použiacutevaacuteniacute a recyklaci vyacuterobků
ze syntetickyacutech polymerů a takeacute k synteacuteze novyacutech typů materiaacutelů ktereacute se po sveacutem
komerčniacutem využitiacute stanou součaacutestiacute přiacuterodniacuteho cyklu a životniacute prostřediacute zatiacutežiacute jen
minimaacutelně
11 Zaacutekladniacute pojmy
Makromolekuly jsou molekuloveacute systeacutemy složeneacute z velkeacuteho počtu atomů
vaacutezanyacutech chemickyacutemi vazbami do dlouhyacutech řetězců Tyto řetězce tvořiacute pravidelně se
opakujiacuteciacute čaacutesti ktereacute nazyacutevaacuteme stavebniacute neboli monomerniacute jednotky Počet
stavebniacutech jednotek vaacutezanyacutech v makromolekule je zpravidla různyacute a uvaacutediacute se pomociacute
polymeračniacuteho stupně (n) kteryacute může miacutet hodnotu 10 až 106 Sloučeniny s niacutezkyacutem
polymeračniacutem stupněm (nlt10) se nazyacutevajiacute oligomery s vyššiacutem polymeračniacutem
stupněm (ngt10) to jsou polymery
66
12 Klasifikace polymerů
Polymery lze rozdělit podle několika kriteacuteriiacute
Podle sveacuteho původu na
a) přiacuterodniacute polymery ndash vznikajiacute v rostlinaacutech či v živočišnyacutech organismech složityacutemi
biochemickyacutemi procesy (např biacutelkoviny polysacharidy nukleoveacute kyseliny)
b) syntetickeacute polymery ndash vyraacutebějiacute se z jednoduchyacutech organickyacutech sloučenin
reakcemi při nichž se velkyacute počet molekul vyacutechoziacutech laacutetek spojuje
v makromolekulu (např polystyren polyethylen bakelit)
Syntetickeacute polymery rozdělujeme
bull podle typu chemickyacutech reakciacute kteryacutemi vznikajiacute na
a) polymery připraveneacute polymeraciacute
b) polymery připraveneacute polykondenzaciacute
c) polymery připraveneacute polyadiciacute
bull podle tvaru makromolekulaacuterniacuteho řetězce na polymery (Obr 1)
a) lineaacuterniacute b) rozvětveneacute
c) plošně zesiacuteťovaneacute
d) prostorově zesiacuteťovaneacute
bull podle struktury a fyzikaacutelniacutech kriteacuteriiacute na
a) termoplasty ndash zahřiacutevaacuteniacutem měknou staacutevajiacute se plastickyacutemi a mohou se opakovaně
tvarovat (např polyethylen polypropylen)
b) termosety ndash přechodně tvaacuterliveacute zahřiacutevaacuteniacutem se chemicky měniacute a tiacutem ztraacutecejiacute
plastičnost majiacute molekulu trojrozměrně zesiacuteťovanou jsou tvrdeacute netavitelneacute
a nerozpustneacute ve většině rozpouštědel (např bakelit)
c) elastomery ndash pružneacute uacutečinkem vnějšiacute siacutely se deformujiacute a poteacute opět zaujiacutemajiacute
původniacute tvar zahřiacutevaacuteniacutem měknou majiacute dlouheacute a velmi maacutelo propojeneacute řetězce
(např syntetickyacute kaučuk)
67
Obr 1 Znaacutezorněniacute makromolekulaacuterniacuteho řetězce polymeru
a) lineaacuterniacuteho b) rozvětveneacuteho c) plošně zesiacuteťovaneacuteho d) prostorově zesiacuteťovaneacuteho
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
Jak bylo již napsaacuteno v předešleacutem textu syntetickeacute polymery se sklaacutedajiacute
ze strukturně složityacutech makromolekul ktereacute většinou tvořiacute atomy uhliacuteku a vodiacuteku
Ve skeletu makromolekuly mohou byacutet takeacute přiacutetomny i jineacute prvky jako jsou napřiacuteklad
kysliacutek dusiacutek siacutera nebo křemiacutek Přiacutetomnost některeacuteho z těchto prvků může vyacuteznamně
ovlivnit vlastnosti syntetickeacuteho polymeru a jeho naacutesledneacute praktickeacute využitiacute
Pro lepšiacute pochopeniacute již tak složiteacute problematiky si nejprve vysvětliacuteme tři zaacutekladniacute
pojmy jako jsou monomer stavebniacute a strukturniacute jednotka
Monomer ndash vyacutechoziacute laacutetka jejiacutež molekuly se mohou spojovat v makromolekuly
Stavebniacute jednotka (mer monomerniacute jednotka) ndash pravidelně se opakujiacuteciacute čaacutest
makromolekuly kteraacute maacute staacutele stejneacute složeniacute
Strukturniacute jednotka ndash představuje nejjednoduššiacute uspořaacutedaacuteniacute stavebniacutech jednotek
ve struktuře makromolekuly
a) b)
c) d)
68
Některeacute makromolekulaacuterniacute laacutetky majiacute totožnou stavebniacute a strukturniacute jednotku
(např polyethylen Scheacutema 1) Tyto makromolekulaacuterniacute laacutetky nazyacutevaacuteme obecně jako
homopolymery Pokud se však strukturniacute jednotka makromolekulaacuterniacutech laacutetek sklaacutedaacute
z odlišnyacutech stavebniacutech jednotek pak se jednaacute o kopolymery (např butadien-
-styrenovyacute kaučuk Scheacutema 2)
Scheacutema 1
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky homopolymeru (polyethylen)
CH2 CH CH CH2 CHCH2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH n + n
buta-13-dien
monomer
styren
monomer
polymerace
n
stavebniacute jednotka stavebniacute jednotka
strukturniacute jednotkabutadien-styrenoveacuteho kaučuku
kopolymer Scheacutema 2
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky kopolymeru (butadien-styrenovyacute kaučuk) 132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
Vztah mezi chemickyacutem složeniacutem strukturou a vlastnostmi laacutetek platiacute jak
pro maleacute organickeacute molekuly tak i pro makromolekulaacuterniacute sloučeniny Jedniacutem
z činitelů ovlivňujiacuteciacutech vlastnosti polymerů je velikost makromolekul Polymery
ktereacute tvořiacute maleacute makromolekuly majiacute nižšiacute polymeračniacute stupeň (n) kratšiacute řetězec
a tiacutem i nižšiacute relativniacute molekulovou hmotnost Při běžneacute teplotě jsou kapalneacute lepkaveacute
rozpustneacute v organickyacutech rozpouštědlech Naopak čiacutem je řetězec delšiacute tiacutem maacute
polymer vyššiacute relativniacute molekulovou hmotnost je pevnějšiacute a leacutepe odolaacutevaacute
rozpouštědlům
CH2 CH2 CH2 CH2
polymeracen n
ethylen
monomer
stavebniacute i strukturniacutejednotka polyethylenu
homopolymer
69
Polymery obecně nejsou chemickaacute individua ale jsou to směsi obsahujiacuteciacute
makromolekuly různyacutech velikostiacute Tato vlastnost vede k pojmu bdquoprůměrnaacute relativniacute
molekulovaacute hmotnostldquo a v zaacutesadě vyjadřuje kvantitativně stupeň polymerace
Mnohem leacutepe tuto skutečnost popisuje tzv distribučniacute křivka kteraacute graficky
vyjadřuje distribuci (rozděleniacute) četnosti molekul s určitou konkreacutetniacute relativniacute
molekulovou hmotnostiacute v daneacute směsi Grafickeacute vyjaacutedřeniacute je na Obr 2
Obr 2 Distribučniacute křivka (převzato z [8])
1 - uacutezkaacute 2 - širokaacute distribučniacute křivka - průměrnaacute relativniacute molekulovaacute hmotnost
V praxi se snažiacuteme o přiacutepravu polymerů s uacutezkou distribučniacute křivkou protože takoveacute
polymery majiacute obvykle lepšiacute užitneacute vlastnosti
Tvar makromolekul určuje rozpustnost v polaacuterniacutech nebo nepolaacuterniacutech
rozpouštědlech a chovaacuteniacute polymeru za zvyacutešeneacute teploty Lineaacuterniacute polymery jsou
při vyššiacute teplotě měkkeacute a rozpustneacute ve většině organickyacutech rozpouštědel
Rozvětveneacute a prostorově zesiacuteťovaneacute polymery se zahřiacutevaacuteniacutem chemicky měniacute
ztraacutecejiacute plastičnost a majiacute omezenou rozpustnost Energie chemickeacute vazby mezi atomy prvků v řetězci patřiacute mezi dalšiacute
vyacuteznamneacute činitele ktereacute určujiacute vlastnosti a použitelnost polymerů Pokud jsou vazby
mezi atomy v řetězci makromolekuly pevneacute energie těchto chemickyacutech vazeb bude
vysokaacute a polymer bude stabilniacute Přiacutekladem mohou byacutet silikony u kteryacutech se
pravidelně střiacutedajiacute v řetězci atomy křemiacuteku a kysliacuteku (Obr 3 energie vazby SindashO je
4441 kJmol) V důsledku vysokeacute energie vazby SindashO budou staacutelejšiacute na rozdiacutel od
70
polymerů složenyacutech jen z atomů uhliacuteku u kteryacutech energie chemickeacute vazby dosahuje
mnohem nižšiacute hodnoty (energie vazby CndashC je 3478 kJmol) Silikony majiacute dobreacute
elektroizolačniacute vlastnosti odolaacutevajiacute extreacutemně vysokyacutem i niacutezkyacutem teplotaacutem a takeacute jsou
vodou nesmaacutečiveacute Těchto vlastnostiacute se využiacutevaacute k vyacuterobě mazaciacutech olejů vazeliacuten
past pro uacutedržbu strojů nebo takeacute k vyacuterobě impregnačniacutech či leštiacuteciacutech přiacutepravků pro
uacutepravu povrchu obuvi sportovniacuteho oblečeniacute karoseacuterie aut apod
Obr 3 Strukturniacute jednotka silikonů
(R = organickyacute uhlovodiacutekovyacute zbytek např ndashCH3 ndashC2H5)
Mezi řetězci makromolekul mohou rovněž působit mezimolekulaacuterniacute siacutely
Přiacutekladem jsou vodiacutekoveacute můstky prostřednictviacutem kteryacutech se zvyšuje soudružnost
polymeru pevnost teplota taacuteniacute nebo odolnost proti rozpouštědlům Vodiacutekoveacute můstky
se nachaacutezejiacute napřiacuteklad u polyamidů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
Chemickeacute reakce kteryacutemi vznikajiacute syntetickeacute polymery se nazyacutevajiacute polyreakce
Podle průběhu se dajiacute dělit na řetězoveacute při kteryacutech dochaacuteziacute k postupneacutemu spojovaacuteniacute
molekul monomerů v dlouheacute řetězce a na stupňoviteacute u kteryacutech se monomery
nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky a ty se pak vzaacutejemně spojujiacute ve velkeacute
makromolekuly V praxi se polyreakce děliacute na polymerace polykondenzace
a polyadice
21 Polymerace
Polymerace je chemickaacute reakce při niacutež se velkyacute počet molekul monomeru
spojuje v makromolekulu syntetickeacuteho polymeru přičemž nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute
produkt Pokud se polyreakce zuacutečastňuje pouze jeden typ monomeru pak hovořiacuteme
o homopolymeraci Naopak kopolymeraciacute se rozumiacute takoveacute polymerace
O Si O Si O
R R
R Rn
71
CH2 CH2 CH2 CH2 n n
při kteryacutech reagujiacute dva a viacutece různyacutech monomerů V obou přiacutepadech je nutneacute
aby vyacutechoziacute laacutetky (monomery) měly přiacutetomnu alespoň jednu dvojnou vazbu
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
Polyethylen
bull zkratka PE
bull Piktogram (bdquorecyklovatelnyacute materiaacutelldquo)
HDPE LDPE
(vysokohustotniacute PE) (niacutezkohustotniacute PE)
(high density PE) (low density PE)
bull vlastnosti biacutelaacute poloprůsvitnaacute na dotek matnaacute pružnaacute a houževnataacute laacutetka
maacute vynikajiacuteciacute elektroizolačniacute vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute
tvarovat na požadovaneacute vyacuterobky
bull použitiacute obaly na potraviny foacutelie naacutedobiacute hračky lahve na chemikaacutelie hadice
izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute na vyacuterobu umělyacutech ceacutev aj
bull monomer ethen (ethylen)
Scheacutema 3 Polymerace ethenu
Polypropylen
bull zkratka PP
bull piktogram
bull vlastnosti podobneacute jako u PE je však pevnějšiacute odolnyacute teplotaacutem do 160 degC
bull použitiacute obalovyacute materiaacutel naacutedobiacute izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute
na vyacuterobu injekčniacutech střiacutekaček a předmětů ktereacute se dajiacute při teplotaacutech nad 60 degC
sterilizovat (zbavovat choroboplodnyacutech zaacuterodků) na vyacuterobu vlaacuteken do provazů
a lan aj
bull monomer propen (propylen)
72
Scheacutema 4
Polymerace propenu Poly(vinylchlorid)
bull zkratka PVC
bull piktogram PVC
bull vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute dobře tepelně tvarovat (měkne při
80degC) odolnyacute vůči kyselinaacutem i hydroxidům
bull použitiacute neměkčenyacute PVC (tzv Novodur) se použiacutevaacute na vyacuterobu vodovodniacutech
trubek tyčiacute či desek měkčenyacute PVC (tzv Novoplast) na vyacuterobu igelitu foacuteliiacute plaacutešťů
do deště hraček filmů ubrusů lahviacute umělyacutech kožešin aj
bull monomer vinylchlorid
Scheacutema 5
Polymerace vinylchloridu
Polystyren
bull zkratka PS
bull piktogram
bull vlastnosti tvrdyacute pevnyacute ale křehkyacute odolaacutevaacute kyselinaacutem a zaacutesadaacutem termoplast
rozpustnyacute v organickyacutech rozpouštědlech (aldehydy ketony benziacuten) zvukovyacute
a niacutezkoteplotniacute izolaacutetor
HC CH2 CH CH2
CH3CH3
n n
HC CH2 CH CH2
Cl Cl
n n
73
bull použitiacute na vyacuterobu spotřebniacuteho zbožiacute obalů hřebenů misek lžiček keliacutemků
od jogurtů pěnovyacute PS jako tepelnyacute popř izolačniacute materiaacutel ve stavebnictviacute
a chladiacuterenstviacute aj
bull monomer styren (vinylbenzen)
Scheacutema 6
Polymerace styrenu Poly(tetrafluoretylen)
bull zkratka PTFE
bull obchodniacute naacutezev Teflon
bull vlastnosti nehořlavyacute nejedovatyacute termoplast chemicky velmi odolnyacute (odolaacutevaacute
i horkeacute lučavce kraacutelovskeacute)
bull použitiacute speciaacutelniacute laboratorniacute technika kostniacute naacutehrady v chirurgii kuchyňskeacute
naacutedobiacute aj
bull monomer tetrafluorethen (tetrafluorethylen)
Scheacutema 7
Polymerace tetrafluorethenu Polybutadienovyacute kaučuk
bull zkratka BR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Buna
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik
HC CH2 CH CH2 n n
F2C CF2 CF2 CF2 n n
74
bull monomer buta-13-dien
bull patřiacute do skupiny syntetickyacutech kaučuků vyraacutebiacute se polymeraciacute konjugovanyacutech
dienů u kteryacutech se v molekule pravidelně střiacutedaacute jednoduchaacute a dvojnaacute vazba
bull syntetickeacute kaučuky jsou zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu pryžiacute nespraacutevně
označovanyacutech jako guma pryž vznikaacute z kaučuku vulkanizaciacute což je děj
při ktereacutem za tepla a v přiacutetomnosti vulkanizačniacuteho činidla (siacutera sirneacute sloučeniny)
dojde ke vzniku polysulfidickyacutech můstků mezi makromolekulami kaučuku
a k tvorbě řiacutedkeacute trojrozměrneacute polymeračniacute siacutetě čiacutem deacutele vulkanizace probiacutehaacute
tiacutem viacutece můstků vznikaacute vyacuteslednaacute pryž je tvrdšiacute a odolnějšiacute proti staacuternutiacute vlivem
vzdušneacute oxidace viz Obr 4
Scheacutema 8
Polymerace buta-13-dienu
Obr 4 Zesiacuteťovanaacute struktura vulkanizovaneacuteho kaučuku (x = 2-6)
bull přiacuterodniacute pryž se vyraacutebiacute vulkanizaciacute krepy kteraacute vznikaacute opakovanyacutem sušeniacutem
a vodniacutem louženiacutem sraženiny z latexoveacuteho mleacuteka a kyseliny mravenčiacute zdrojem
latexoveacuteho mleacuteka je tropickyacute strom Kaučukovniacutek brazilskyacute (Obr 5)
bull po chemickeacute straacutence odpoviacutedaacute přiacuterodniacute kaučuk z kaučukovniacuteku polyisoprenu
v cis-konfiguraci (Obr 6)
CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2nn
CH CH2
S
S
CH2 CH
CH CH2
S
CH2 CH
x
x
x
75
CH2
C C
H3C H
H2C
n
CH2
C C
H3C
HH2C
n
bull Gutaperča je rovněž přiacuterodniacute materiaacutel pochaacutezejiacuteciacute ze stromu Palaquium gutta
chemicky se jednaacute o praktickyacute čistyacute trans-izomer polyisoprenu (Obr 7) kteryacute maacute
mnohem menšiacute pružnost než kaučuk
Obr 5 Odkapaacutevajiacuteciacute latexoveacute mleacuteko z dřeviny kaučukovniacuteku (převzato z [13])
Obr 6 Strukturniacute jednotka přiacuterodniacuteho kaučuku (cis-izomer)
Obr 7 Strukturniacute jednotka gutaperči (trans-izomer)
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
Polymerace ktereacute se uacutečastniacute dva nebo viacutece různyacutech monomerů s naacutesobnou
vazbou označujeme jako kopolymerace Mezi polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
bychom mohli zařadit velkou skupinu laacutetek u kteryacutech vyacuteslednyacute makromolekulaacuterniacute
řetězec obsahuje stavebniacute jednotky obou monomerů v různeacutem pořadiacute nebo poměru
76
Dajiacute se tak vyrobit různeacute syntetickeacute kaučuky (butadien-styrenovyacute kaučuk butadien-
-akrylonitrilovyacute kaučuk aj) s vhodnyacutemi mechanickyacutemi vlastnostmi jako jsou např
pevnost a pružnost
Butadien-styrenovyacute kaučuk
bull zkratka SBR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Kralex Buna S
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik latexů (naacutetěroveacute a spojovaciacute hmoty)
bull monomery buta-13-dien styren (viz Scheacutema 2)
22 Polykondenzace
Polykondenzace je polyreakce při ktereacute dochaacuteziacute k reakci molekul dvou různyacutech
monomerů z nichž každyacute obsahuje nejmeacuteně dvě reaktivniacute funkčniacute skupiny
(např ndashOH) Na rozdiacutel od polymerace maacute stupňovityacute průběh při ktereacutem se
monomery nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky ktereacute se pak vzaacutejemně spojujiacute
v obrovskeacute makromolekuly Ve vyacuterobniacute praxi to představuje značnou vyacutehodu neboť
tak můžeme z reakčniacute směsi kdykoliv izolovat makromolekuly s různou deacutelkou
řetězce a tiacutem i s různyacutemi fyzikaacutelniacutemi vlastnostmi Stupňoviteacute polykondenzačniacute reakce
se od řetězovyacutech polymeračniacutech reakciacute lišiacute i z termodynamickeacuteho hlediska jsou to
obvykle endotermickeacute děje u kteryacutech musiacuteme do reakčniacute soustavy dodaacutevat teplo
Na rozdiacutel od polymerace vznikaacute při polykondenzaci vždy vedlejšiacute produkt jako je
nejčastěji voda amoniak nebo chlorovodiacutek
Mezi polymery vznikajiacuteciacute polykondenzaciacute patřiacute napřiacuteklad polyestery polyamidy
fenolformaldehydoveacute a močovinoformaldehydoveacute pryskyřice
Polyestery se vyraacutebějiacute z dvojsytnyacutech alkoholů a dikarboxylovyacutech kyselin
Použiacutevajiacute se k vyacuterobě textilniacutech materiaacutelů (např tesil terylen) nejčastěji ve směsi
s přiacuterodniacutemi vlaacutekny (vlna bavlna) Tyto materiaacutely jsou pevneacute pružneacute nemačkaveacute
rychle schnouciacute a odolneacute vůči molům i pliacutesniacutem Nevyacutehodou je jejich hořlavost
schopnost nabiacutejet se statickou elektřinou a malaacute schopnost pohlcovat pot
77
Z polyesterů se rovněž zhotovujiacute lana fotografickeacute filmy nebo plastoveacute lahve (PET
Scheacutema 9) Vyacuteznamneacute jsou i polyesteroveacute sklolaminaacutety (polyesteroveacute pryskyřice
vyztuženeacute skelnyacutemi vlaacutekny) neboť majiacute velkou pevnost dobreacute elektroizolačniacute
vlastnosti a odolaacutevajiacute chemikaacuteliiacutem Použiacutevajiacute se k vyacuterobě automobilovyacutech karoseacuteriiacute
letadel střešniacutech krytin potrubiacute v chemickyacutech provozech aj
CH2 CH2 OHHO COOHHOOC
O CH2 CH2 O OC CO
n + n
ethan-12-diol tereftalovaacute kyselina
polykondenzace
poly(ethylen-tereftalaacutet)PET
polyesterifikace
polykondenzace
polyesterifikaceH2O +
n
(2n-1)
Scheacutema 9
Polykondenzace ethan-12-diolu a tereftaloveacute kyseliny Polyamidy jsou dalšiacute vyacuteznamneacute polykondenzaacutety Připravujiacute se polykondenzaciacute
diaminů s dikarboxylovyacutemi kyselinami (např polykondenzaacutet Nylon) nebo polymeraciacute
cyklickyacutech amidů (např polykondenzaacutet Silon na jeho přiacutepravě se podiacutelel slavnyacute
českyacute chemik Otto Wichterle kteryacute je viacutece znaacutem v souvislosti s objevem měkkyacutech
kontaktniacutech očniacutech čoček) Molekuly polyamidů obsahujiacute peptidickou vazbu (Obr 8)
kteraacute se v řetězciacutech pravidelně opakuje tudiacutež můžeme tyto laacutetky považovat za
syntetickou obdobu biacutelkovin
Obr 8 Peptidickaacute vazba
C
O
NH
78
Materiaacutely z polyamidů jsou velmi pevneacute tvrdeacute a maacutelo se opotřebovaacutevajiacute Pro tyto
vlastnosti se použiacutevajiacute k vyacuterobě ozubenyacutech kol a ložisek daacutele k vyacuterobě textilniacutech
vlaacuteken užitkovyacutech předmětů foacuteliiacute aj
Fenolformaldehydoveacute pryskyřice (fenoplasty) jsou ze všech plastů nejdeacutele
znaacutemeacute V roce 1907 připravil L H Baekeland prvniacute fenoplast kondenzaciacute fenolu
s formaldehydem Uvedenaacute polykondenzace může probiacutehat v kyseleacutem i zaacutesaditeacutem
prostřediacute V přiacutepadě kyseleacuteho prostřediacute vznikaacute lineaacuterniacute polykondenzaacutet kteryacute se
nazyacutevaacute Novolak (Scheacutema 10) Je to termoplast kteryacute je rozpustnyacute v řadě
organickyacutech rozpouštědel a použiacutevaacute se k vyacuterobě naacutetěrovyacutech hmot a lepidel
Uskutečniacute-li se kondenzace v zaacutesaditeacutem prostřediacute bude konečnyacutem produktem
nerozpustnaacute a netavitelnaacute pryskyřice znaacutemaacute pod obchodniacutem naacutezvem Bakelit (maacute již
hustě zesiacuteťovanou strukturu) Použiacutevaacute se na vyacuterobu spotřebniacuteho materiaacutelu
a předevšiacutem v elektrotechnice
OH
C
O
H HOH
CH2n
fenol
polykondenzace
H+n H2O +
n
+ n
formaldehyd novolak
Scheacutema 10
Polykondenzace fenolu a formaldehydu
Močovinoformaldehydoveacute pryskyřice (aminoplasty) vznikajiacute polykondenzaciacute
močoviny nebo jejiacutech derivaacutetů s formaldehydem Jsou to bezbarveacute laacutetky ktereacute se dajiacute
libovolně barvit a proto se hojně využiacutevajiacute k vyacuterobě spotřebniacuteho zbožiacute naacutetěrovyacutech
laacutetek tmelů lepidel elektrotechnickyacutech vyacuterobků k obklaacutedaacuteniacute naacutebytku aj V praxi jsou
znaacutemy např pod naacutezvem Umakart (horniacute vrstva)
79
C
O
C
O
H HH2N NH2
C
O
H2N NH2H N CH2
OC
H N CH2
N H
OC
N H
n +polykondenzace
H2O ++
formaldehydmočovinoformaldehydovaacute pryskyřice
močovina n
2 n 2 n
Scheacutema 11
Polykondenzace močoviny a formaldehydu
23 Polyadice
Polyadice je polyreakciacute molekul dvou různyacutech monomerů ktereacute obsahujiacute
odlišnou reaktivniacute funkčniacute skupinu Jeden z monomerů musiacute obsahovat takovou
funkčniacute skupinu kteraacute obsahuje slabě kyselyacute vodiacutek (např ndashOH) kteryacute může
naacutesledně uvolnit Tento vodiacutek se přesune na druhyacute monomer což umožniacute spojeniacute
obou monomerů v jeden celek Polyadice mohou miacutet řetězovyacute i stupňovityacute průběh
při ktereacutem nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute produkt Polyadici si ukaacutežeme na synteacuteze
polyurethanu (Scheacutema 12) Polyurethany jsou materiaacutely lehkeacute a pevneacute použiacutevajiacuteciacute se
k vyacuterobě syntetickyacutech vlaacuteken molitanu naacutehražek kůžiacute a lepidel
Scheacutema 12
Polyadice butan-14-diolu a hexamethylendiisokyanaacutetu
OHO
O O CO CO
(CH2)4 O C N (CH2)6 N C O
(CH2)4 NH (CH2)6 NH
n + n
butan-14-diol hexamethylendiisokyanaacutet
polyadice
polyurethanPUR
n
H
polyadice
80
3 Užitiacute plastů Plasty představujiacute početnou a staacutele se rozšiřujiacuteciacute skupinu materiaacutelů jejichž
podstatu tvořiacute syntetickeacute polymery V zaacutejmu zlepšeniacute některyacutech vlastnostiacute plastů se
k zaacutekladniacutem syntetickyacutem polymerům přidaacutevajiacute různeacute přiacutesady jako jsou pigmenty
(obarvujiacute plasty) stabilizaacutetory (zvyšujiacute životnost plastů) nebo změkčovadla (zlepšujiacute
mechanickeacute vlastnosti plastů)
Jednou z oblastiacute kde plasty zaujiacutemajiacute teacuteměř monopolniacute postaveniacute a doprovaacuteziacute
denně život každeacuteho z naacutes je obalovaacute technika Tyto obaly z plastů postupně
vytlačily klasickeacute materiaacutely jako jsou napřiacuteklad sklo nebo papiacuter Největšiacute uplatněniacute
v tomto smyslu našly polyethylen (PE) polypropylen (PP) polystyren (PS)
poly(ethylen-tereftalaacutet) (PET) a poly(vinylchlorid) (PVC) diacuteky svyacutem zejmeacutena
mechanickyacutem vlastnostem nebo odolnosti k vodě či mikroorganismům Nutno
poznamenat že vyacuterobky z těchto polymerů majiacute tzv kraacutetkyacute životniacute cyklus a staacutevajiacute se
nevyacutehodneacute v okamžiku kdy dosloužiacute Proto jsme staacutele naleacutehavěji nabaacutedaacuteni
k důsledneacutemu třiacuteděniacute odpadů mezi ktereacute vyacuterobky z plastů neodmyslitelně patřiacute
31 Recyklace odpadů z plastů
Recyklaciacute se v tomto slova smyslu rozumiacute vraacuteceniacute plastoveacuteho odpadu
do procesu ve ktereacutem vznikl Lze ji považovat za strategii kteraacute opětovnyacutem
využiacutevaacuteniacutem odpadů šetřiacute přiacuterodniacute zdroje a současně omezuje zatěžovaacuteniacute prostřediacute
škodlivinami Recyklace polymerniacuteho odpadu je dosud v Českeacute republice jen
na niacutezkeacute uacuterovni Uvaacutediacute se že se v současneacute době recykluje něco maacutelo přes 20
vyrobenyacutech plastů Většina polymerniacuteho odpadu tak končiacute na sklaacutedkaacutech kde může
přežiacutevat desetiletiacute bez podstatnyacutech změn Proti teacuteto nelichotiveacute statistice bojujiacute nejen
ekologickaacute hnutiacute ale i uacuteřady ktereacute majiacute danou problematiku v naacuteplni praacutece Pro tyto
uacutečely byla vyrobena řada televizniacutech upoutaacutevek informativniacutech letaacuteků nebo
uspořaacutedaacuteny různeacute soutěže pro žaacuteky a studenty škol ktereacute majiacute oslovit a předevšiacutem
naučit společnost jak naklaacutedat nejen s polymerniacutemi odpady
81
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
Plastoveacute odpady patřiacute do kontejneru žluteacute barvy (Obr 9) Pojmem bdquoplastoveacute
odpadyldquo v tomto přiacutepadě mysliacuteme PET lahve od naacutepojů keliacutemky plastoveacute tašky
saacutečky foacutelie obaly od praciacutech čisticiacutech a kosmetickyacutech přiacutepravků obaly od CD disků
pěnovyacute polystyren a dalšiacute vyacuterobky z plastů (je třeba sledovat naacutelepky na žlutyacutech
kontejnerech neboť zaacuteležiacute na podmiacutenkaacutech a technickeacutem vybaveniacute třiacutediciacutech linek
ve vašem městě) PET lahve se do kontejneru daacutevajiacute sešlaacutepnuteacute s utaacutehnutyacutem viacutečkem
a etiketou (ta bude odstraněna při dotřiacuteďovaacuteniacute) Plastoveacute lahve nesmiacute byacutet v žaacutedneacutem
přiacutepadě znečištěneacute Pokud chceme vytřiacutedit keliacutemky od potravin (např od jogurtů)
nemusiacuteme je vymyacutevat stačiacute jen jejich obsah vyškraacutebnout lžičkou (keliacutemky jsou
vymyacutevaacuteny až při naacutesledneacutem dotřiacuteďovaacuteniacute)
Do kontejnerů na plasty nepatřiacute novoduroveacute trubky guma molitan textil
z umělyacutech vlaacuteken linolea pneumatiky a obaly od nebezpečnyacutech laacutetek
(od motoroveacuteho oleje chemikaacuteliiacute barev)
Průměrnaacute českaacute domaacutecnost vyhodiacute za rok asi 150-200 kg odpadů Pokud
odpady třiacutediacuteme a daacutevaacuteme je do barevnyacutech kontejnerů (žlutyacute kontejner na plasty biacutelyacute
a zelenyacute na sklo modryacute na papiacuter oranžovyacute na naacutepojoveacute kartony) umožniacuteme tak
recyklaci viacutece než třetiny tohoto množstviacute Za rok tak lze vytřiacutedit až 30 kg papiacuteru
25 kg plastů a 15 kg skla
Obr 9 Kontejner na plasty (převzato z [14])
Recyklovaneacute plasty sloužiacute k vyacuterobě napřiacuteklad izolačniacutech tvaacuternic řady stavebniacutech
a zahradniacutech prvků (ploty zatravňovaciacute dlažba protihlukoveacute zaacutebrany či zahradniacute
komposteacutery) fleesovyacutech oděvů z PET (sportovniacute dresy naacutekupniacute tašky aj) pytlů
koberců a spousty dalšiacutech vyacuterobků (Obr 10)
82
a) fleesovyacute oděv b) taška c) sportovniacute dres
Obr 10 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů (a-c převzato z [1415])
Nadějiacute do budoucna jsou tzv biodegradovatelneacute (biologicky rozložitelneacute)
polymery Tyto materiaacutely se mohou ve vhodneacutem prostřediacute vlivem mikroorganismů
rozložit až na vodu a oxid uhličityacute popřiacutepadě na jineacute ekologicky přijatelneacute produkty
V současneacute době se vyraacutebiacute několik syntetickyacutech polymerů ktereacute splňujiacute kriteacuteria
biodegradovatelnosti K nejvyacuteznamnějšiacutem patřiacute kyselina polymleacutečnaacute (PLA) využiacutevanaacute
na vyacuterobu leacutekařskyacutech nitiacute ktereacute se v organismu pacienta samy časem rozložiacute
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Problematika makromolekulaacuterniacutech laacutetek a předevšiacutem syntetickyacutech polymerů nepatřiacute u studentů
gymnaacuteziiacute mezi přiacuteliš obliacutebeneacute pasaacuteže ve vyacuteuce chemie Pro tyto uacutečely vznikl tento text kteryacute maacute
shrnout nejzaacutekladnějšiacute poznatky z teacuteto problematiky a takeacute posloužit jako doprovodnyacute text k tematicky
vytvořeneacute powerpointoveacute prezentaci
Nutno poznamenat že oba dokumenty nemajiacute za uacutekol omezit tvůrčiacute přiacutestup učitele chemie
ve vyacutekladu zpracovaneacute laacutetky naopak je viacutetaacutena jakaacutekoliv improvizace v metodickeacutem či jejiacutem
obsahoveacutem pojetiacute Předevšiacutem by se měl učitel chemie opřiacutet o již zavedeneacute kurikulum ve vzdělaacutevaciacute
oblasti Člověk a přiacuteroda a přizpůsobit vyacuteuku konkreacutetniacutemu učebniacutemu plaacutenu chemie a takeacute ŠVP
gymnaacutezia
Vzhledem k tomu že teacutema plastů je nediacutelnou součaacutestiacute environmentaacutelniacute vyacutechovy
kteraacute se v raacutemci RVP pro gymnaacutezia stala vyacuteznamnyacutem průřezovyacutem teacutematem doporučuje se
vysvětlovat laacutetku v kontextu přiacuterodovědnyacutech i společenskovědniacutech oborů Je tudiacutež žaacutedouciacute aby
studentům nebyly poskytnuty pouze odborneacute informace o chemii plastů ale takeacute fakta souvisejiacuteciacute
s problematikou odpadů jejich třiacuteděniacutem a s opakovanyacutem využitiacutem recyklovatelnyacutech plastů Z tohoto
důvodu se doporučuje využiacutet formy projektoveacute vyacuteuky Projekt může byacutet realizovaacuten v raacutemci jedneacute třiacutedy
83
nebo viacutece třiacuted gymnaacutezia Teacutematem projektu může byacutet napřiacuteklad historie plastů plasty v životě
moderniacuteho člověka bdquoWichterleholdquo kontaktniacute čočky vliv plastů na životniacute prostřediacute plasty jako
konstrukčniacute materiaacutel aneb vyacuterobky z plastoveacuteho odpadu spraacutevneacute třiacuteděniacute odpadů jak se obejiacutet bez
obalů aj Uacutekolem projektu je vytvořeniacute posteru či prezentace kteraacute je společnyacutem diacutelem každeacute
řešitelskeacute skupiny Uacutespěšnaacute realizace takoveacuteho projektu zaacutevisiacute na kreativitě naacutepadech aktivniacute
spolupraacuteci studentů chuti pracovat a spolupodiacutelet se na teacutematu nejen ve vyučovaacuteniacute ale i formou
domaacuteciacute praacutece Rovněž je zapotřebiacute využitiacute školniacute knihovny a internetu učebny popřiacutepadě laboratoře
chemie a takeacute spolupraacutece s vedeniacutem školy i s učiteli fyziky biologie (ekologie) vyacutetvarneacute vyacutechovy aj
Poznaacutemka autora textu k naacutezvům polymerniacutech laacutetek bdquoMezinaacuterodniacute unie pro čistou a aplikovanou
chemii IUPAC nevydaacutevaacute přiacutekazy ani jinaacute praacutevně zaacutevaznaacute nařiacutezeniacute ale jen doporučeniacute jak tvořit
systematickeacute naacutezvy laacutetek včetně polymerů Chemickaacute veřejnost se může rozhodnout zda se bude či
nebude těmito doporučeniacutemi řiacutedit Nomenklaturniacute doporučeniacute IUPAC pro oblast polymerů respektujiacute
skutečnost že polymery jsou běžně pojmenovaacutevaacuteny jednak na zaacutekladě monomerů
ze kteryacutech jsou připravovaacuteny a jednak na zaacutekladě konstitučniacutech skupin obsaženyacutech v jejich
makromolekulaacutech V mnoha přiacutepadech jsou naacutezvy bez kulatyacutech zaacutevorek nepřiacutepustneacute Kulateacute zaacutevorky
se použiacutevajiacute v naacutezvech předevšiacutem k odděleniacute čaacutesti naacutezvu se specifickyacutemi strukturniacutemi znaky aby se
struktura vyjaacutedřila co nejsrozumitelněji Doporučuji čtenaacuteřům tohoto textu prostudovat publikaci autorů
Fikr J a Kahovec J (ref 11) ve ktereacute je stručně a přehledně vysvětleno tvořeniacute naacutezvů organickyacutech
sloučenin i polymerůldquo
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Prokopovaacute I Makromolekulaacuterniacute chemie VŠCHT Praha 2007
2 Duchaacuteček V Prokopovaacute I Dobiaacuteš J Bicheze 15 21 (2006)
3 Duchaacuteček V Bicheze 14 22 (2005)
4 Duchaacuteček V Bicheze 13 232 (2004)
5 Deviacutensky F a kol Organickaacute cheacutemia pre farmaceutov OSVETA Martin 2001
6 Blažek J Fabini J Chemie pro studijniacute obory SOŠ a SOU nechemickeacuteho
zaměřeniacute SPN Praha 1999
7 Duchaacuteček V Zaacutekladniacute pojmy z chemie a technologie polymerů jejich
mezinaacuterodniacute zkratky a obchodniacute naacutezvy VŠCHT Praha 1996
8 Naacutelepa K Stručneacute zaacuteklady chemie a fyziky polymerů UP Olomouc 1993
9 Vaciacutek J a kol Přehled středoškolskeacute chemie SPN Praha 1993
10 Čaacutersky J a kol Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute SPN Praha 1986
11 Fikr J Kahovec J Naacutezvosloviacute organickeacute chemie (3 vyd) Rubico Olomouc
2008
84
Internetoveacute odkazy 12 Šulcovaacute R Přiacuterodovědneacute projekty [online 2011-04-15] Dostupneacute z www
lthttprenasulcovaswebczprirodovedne_projektyPrirodovedne_projektypdfgt
13 Surovyacute kaučuk odkapaacutevajiacuteciacute z kaučukovniacuteku [online 2011-04-11]
Dostupneacute z www
lthttpuploadwikimediaorgwikipediacommonsthumbbb3Latex_drippingJPG
220px-Latex_drippingJPGgt
14 Kontejner na plasty Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08]
Dostupneacute z www lthttpwwwjaktriditczgt
15 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08] Dostupneacute z www
lthttpimgaktualnecentrumcz320303203037-dres-z-pet-lahvijpggt
16 Vohliacutedal J Proč a jak spraacutevně nazyacutevat polymery [online 2012-10-28]
Dostupneacute z www lthttpwwwnaturcunicz~vohlidalmchNazvypolymerudocgt
85
VYacuteBUŠNINY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc Osnova 1 Uacutevod do problematiky vyacutebušnin
11 Historie zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace vyacutebušnin
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin
21 Nitrace
22 Trhaviny
23 Střeliviny
24 Třaskaviny
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Uacutevod 11 Historie zaacutekladniacute pojmy
Vyacutebušniny definujeme obecně jako laacutetky ktereacute jsou schopny velmi rychleacute
(explozivniacute) přeměny během zlomku sekundy Při vyacutebuchu probiacutehaacute chemickaacute reakce
(rozklad laacutetky) a uvolňuje se přitom zpravidla velkeacute množstviacute tepla a různyacutech plynů
(např N2 CO CO2 H2O O2 HCl SO2 aj)
Z historie je znaacutemo že až do konce 80 let 19 stol byl jedinou vyacuteznamnou
vyacutebušninou tzv černyacute střelnyacute prach Jde o jemnou směs draselneacuteho ledku siacutery a
dřevneacuteho uhliacute při explozi probiacutehaacute reakce (zjednodušeno)
2 KNO3 + S + 3 C rarr K2S + N2 + 3 CO2
Vyacuteznamnyacutem mezniacutekem pro vyacuterobu vyacutebušnin byl objev nitračniacutech reakciacute
nitrosloučeniny však byly vesměs velmi nestabilniacute a jejich vyacuteroba i distribuce velmi
problematickaacute (např nitroglycerin snadno nečekaně exploduje i naacuterazem)
Převratnyacutem rokem ve vyacuterobě vyacutebušnin ve velkeacutem byl až r 1869 kdy šveacutedskyacute chemik
Alfreacuted Nobel (zakladatel znaacutemeacute Nobelovy nadace) vyřešil probleacutem stabilizace
nitroglycerinu jeho nasaacuteknutiacutem do vhodneacuteho nosiče (křemelina) Takto upravenyacute
nitroglycerin pak exploduje až po vhodneacute iniciaci např roznětkou Ohromnyacute rozvoj
průmyslu vyacutebušnin nastal v obdobiacute prvniacute a zejmeacutena pak druheacute světoveacute vaacutelky
Každaacute vyacutebušnina je charakterizovaacutena řadou fyzikaacutelně-chemickyacutech parametrů
Mezi nejdůležitějšiacute patřiacute
a) Detonačniacute rychlost v - u běžně použiacutevanyacutech laacutetek ve vojenstviacute byacutevaacute v rozmeziacute
6000ndash8000 ms u průmyslovyacutech trhavin do 5000 ms
b) Uvolněnaacute energie při vyacutebuchu Q ndash s hodnotami dnes většinou nad 900 kcalkg
Např pro vyacuteše uvedenyacute černyacute střelnyacute prach jsou tyto hodnoty v = 400 ms Q = 600-800kcalkg
Mezi zaacutekladniacute požadavky na komerčně vyraacuteběneacute vyacutebušniny patřiacute daacutele fyzikaacutelniacute i chemickaacute stabilita
(staacutelost v teplotniacutem rozmeziacute -30 až +40ordmC) necitlivost k vnějšiacutem podnětům (bezpečnost při
zachaacutezeniacute) dostupnostcena vyacutechoziacutech laacutetek potřebnyacutech k vyacuterobě a bezpečnost vyacuteroby
___________ Přesnějšiacute reakce vyacutebuchu dle Bertholeta 16 KNO3 + 6 S + 13 C rarr 5 K2SO4 + 2 K2CO3 + K2S + 8 N2 + 11CO2
Je-li v lt 330 ms (rychlost zvuku) jde o tzv deflagraci
při v gt 330 ms se pak jednaacute o detonaci
87
12 Klasifikace vyacutebušnin
Vyacutebušniny lze dělit podle různyacutech hledisek
I Podle způsobu použitiacute
a) Trhaviny (maacutelo citliveacute k vyacutebuchu je nutnaacute roznětka) ndash např dynamit
b) Střeliviny (prachy k vyacutestřelu střely z hlavně) ndash např bezdyacutemyacute prach
c) Třaskaviny (citliveacute na naacuteraz jiskru užitiacute jako rozbušky) ndash např azidy
II Podle chemickeacuteho složeniacute
Chemickaacute individua
a) Nitrosloučeniny (obsahujiacute R3C-NO2) ndash např trinitrotoluen TNT
b) Estery HNO3 (s alkoholy R3C-O-NO2) ndash např nitroglycerin
c) Nitraminy (obsahujiacute R2N-NO2) ndash např hexogen
d) Vyacutebušneacute soli kyselin ndash např od HNO3 HClO3 HClO4
e) Sloučeniny azoimidu (obsahujiacute skupinu N3-) ndash např AgN3
f) Ostatniacute (acetylidy fulminaacutety aj)
Směsi (např amatoly TNT + NH4NO3 + hexogen)
III Dle konzistence
- pevneacute (krystalickeacute či praacuteškoviteacute) ndash např kyselina pikrovaacute
- kapalneacute (nitroglycerin)
- polotekuteacute a plastickeacute (Semtex)
____________ Maacuteme na mysli tzv bdquoklasickeacute vyacutebušninyldquo použiacutevaneacute jak k vaacutelečnyacutem tak i k miacuterovyacutem uacutečelům Dnešniacute
vojenstviacute ovšem disponuje i moderniacutemi zbraněmi založenyacutemi na řetězoveacute štěpneacute reakci uranu 235U (atomovaacute bomba) např
235
92U n U 10
23592 + rarr139
56 Ba + 94
36Kr + 3 10 n
popř využiacutevajiacuteciacute spojovaacuteniacute lehčiacutech jader (bdquosleacutevaacuteniacuteldquo jader - vodiacutekovaacute bomba) např
21D + 31T rarr 4
2He + 10n s nebyacutevale mohutnyacutemi uacutečinky (např atomovaacute bomba v Hirošimě měla ekvivalent cca 30 kt TNT)
88
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin 21 Nitrace
Principem nitračniacutech reakciacute je vpravovaacuteniacute funkčniacute skupiny ndashNO2 do molekul
(organickyacutech) laacutetek pomociacute tzv nitračniacute směsi (= směs konc HNO3 + H2SO4)
Vyacuteznam majiacute předevšiacutem aromatickeacute nitroderivaacutety např
C6H6 + 3 HNO3 rarr (135-)(NO2)3C6H3 + 3 H2O
benzen sym-trinitrobenzen Poznaacutemka
Zjednodušenaacute interpretace že kyselina siacuterovaacute pouze bdquovaacuteželdquo vzniklou vodu je nepřesnaacute ndash ve
skutečnosti jde o tzv elektrofilniacute substituci kdy zpočaacutetku probiacutehaacute reakce
HNO3 + 2 H2SO4 rarr NO2+ + H3O+ + 2 HSO4
-
a takto vzniklyacute nitroniovyacute kation je vlastniacutem elektrofilniacutem činidlem atakujiacuteciacutem aromatickeacute jaacutedro
(kyselina siacuterovaacute se tedy uacutečastniacute reakce)
Nitračniacute reakce probiacutehajiacute ochotněji u derivaacutetů benzenu (fenol toluen) přitom je nutno
vziacutet v potaz znaacutemaacute substitučniacute pravidla na aromatickeacutem jaacutedře
- substituenty I třiacutedy jako např ndashCH3 ndashOH řiacutediacute substituci do poloh ortho- para-
- substituenty II třiacutedy jako ndashNO2 řiacutediacute substituci do poloh meta-
Přesneacute složeniacute nitračniacute směsi se voliacute podle typu nitrovaneacute laacutetky a stupně nitrace (u
vyššiacutech nitroderivaacutetů pracujeme zpravidla v přebytku kyseliny dusičneacute)
Vlastniacute reakce probiacutehaacute za intenzivniacuteho miacutechaacuteniacute a chlazeniacute ve specielniacutech kotliacutech
(nitraacutetory) s dvojityacutem plaacuteštěm Při nitraciacutech je nutno dodržovat přiacutesnaacute bezpečnostniacute
pravidla ndash hroziacute např přehřaacutetiacute směsi a naacuteslednyacute vyacutebuch
Přehled nejznaacutemějšiacutech a nejviacutece použiacutevanyacutech nitrolaacutetek a jejich explozivniacutech reakciacute
je uveden v naacutesledujiacuteciacutech kapitolaacutech
22 Trhaviny
Jde o největšiacute skupinu vyacutebušnin poměrně maacutelo citlivyacutech k jednoduchyacutem
podnětům (třeniacute naacuteraz) K detonaci jsou přivaacuteděny pomociacute rozbušky (roznětky
detonaacutetoru) Použiacutevajiacute se jak k uacutečelům miacuterovyacutem (kamenolomy doly tunely) tak i
vaacutelečnyacutem (naacuteplně granaacutetů min bomb)
89
Než probereme nejznaacutemějšiacute zaacutestupce teacuteto skupiny je třeba zdůraznit že
z hlediska terminologie lze jako skutečneacute nitroderivaacutety označovat pouze sloučeniny
majiacuteciacute nitroskupinu vaacutezanou přiacutemo na uhliacutek (obsahujiacute vazbu C ndash NO2)
a) Nitrosloučeniny
Praktickyacute vyacuteznam majiacute pouze aromatickeacute nitrolaacutetky
Nejviacutece použiacutevaneacute sloučeniny
bdquoTritolldquo TNT IUPAC 246-trinitrotoluen ( v = 7400 ms Q = 950 kcalkg) CH3
NO2
O2N NO2
Vyacuteroba Nitraciacute toluenu do 3 stupně
Vlastnosti nažloutleacute jehlice teplota taacuteniacute 80ordmC
Referenčniacute laacutetka pro ekvivalent atomovyacutech bomb (viz str 3) Pozn Během II světoveacute vaacutelky vyraacutebělo Německo cca 4000 tun TNT měsiacutečně
bdquoEkrazitldquo kyselina pikrovaacute IUPAC 246-trinitrofenol (v= 7000ms Q = 1000kcalkg)
NO2
NO2O2N
OH
Vyacuteroba Nitraciacute fenolu do 3 stupně
Vlastnosti Žluteacute krystalky nahořkleacute chuti teplota taacuteniacute 122ordmC tvořiacute soli (vyacutebušnyacute pikraacutet
amonnyacute) Užiacutevaacuten mj do dělostřeleckyacutech granaacutetů
bdquoHexylldquo sym-hexanitrodifenylamin teacutež dipikrylamin
dle IUPAC 246-trinitro-N-(246-trinitrophenyl)anilin ( v = 7100 ms Q = 1040 kcalkg)
NH NO2
O2N
O2NNO2
NO2
O2N
90
Vyacuteroba Kompletniacute nitraciacute difenylaminu
Vlastnosti Žluteacute jehličky viacutece citliveacute k naacuterazu (použiacutevanyacute např jako naacuteplň torpeacuted)
b) Nitroestery
Jednaacute se o sloučeniny s vazbou ndashCH2ndashOndashNO2 vznikajiacuteciacute esterifikačniacute reakciacute např
viacutecesytnyacutech alkoholů s HNO3 Nejznaacutemějšiacute laacutetky
Nitroglycerin (spraacutevně trinitraacutet glycerolu) v = 8000 ms Q = 1500 kcalkg
Nitroglycerin se vyraacutebiacute uacuteplnou nitraciacute glycerolu CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2
H2SO4
- 3 H2O
Vlastnosti Bezbarvaacute jedovataacute viskoacutezniacute kapalina naslaacutedleacute chuti nerozpustnaacute ve vodě
Pozor Hroziacute nebezpečiacute explozivniacuteho rozkladu zahřaacutetiacutem nad 50ordmC či naacuterazem
Vyrobenyacute nitroglycerin se zpracovaacutevaacute na dynamit (nasaacuteklyacute v křemelině v poměru
31) nebo na bezdyacutemyacute střelnyacute prach (viz střeliviny)
Vyacuteroba u naacutes Semtiacuten u Pardubic přiacutesnaacute bezpečnostniacute opatřeniacute (bunkry s lehkyacutemi
střechami omezeniacute ručniacute manipulace)
nitroglycerin ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
4 C3H5(ONO2)3 rarr 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Kromě nitroglyceriacutenu existuje řada nitroesterů dvoj- až čtyřsytnyacutech alkoholů
(glykolů) s podobnyacutemi vlastnostmi
Nejznaacutemějšiacute z nich je tzv pentrit (pentaerythrit-tetranitraacutet) v = 8000 ms Q = 1530 kcalkg
OO2N C
CH2
CH2
CH2
CH2
O NO2
O NO2
O NO2
Na baacutezi pentritu s butadienstyreacutenovyacutem kaučukem jsou založeny tzv plastickeacute
trhaviny (Semtex)
91
Nitrocelulosa (nitraacutet celulosy) v = 7000 ms Q = 950-1025 kcalkg
Nitrocelulosa vznikaacute nitraciacute polysacharidu celulosy (velmi čisteacute) do obsahu cca 14
dusiacuteku (což odpoviacutedaacute bdquotrinitraacutetuldquo celulosy)
Historie 1845 Schoumlnbein ndash nitrace bavlny (bdquostřelnaacute bavlnaldquo)
Nitrocelulosa ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
2 C24H29O9(ONO2)11rarr 36CO2+ 47CO+ 4CH4+ 39H2O+ 2C2H2+ 3HCN+ 72 H2 + 372 N2 + 2NH4HCO3
c) Nitraminy
Jde o sloučeniny obsahujiacuteciacute funkčniacute skupinu =NndashNO2
Jsou znaacutemy jak alifatickeacute tak aromatickeacute i heterocyklickeacute laacutetky tohoto typu
(Daacutele se děliacute na primaacuterniacute R-NH-NO2 a sekundaacuterniacute R1R2-N-NO2)
Nejdůležitějšiacute zaacutestupci
Tetryl (246-trinitrofenyl-methyl-nitramin IUPAC N-methyl-N246-tetranitroanilin) v = 7500 ms Q = 1100 kcalkg
NCH3
NO2
NO2
O2N
O2N
Hexogen (cyklotrimethylentrinitramin IUPAC 135-trinitro-135-triazin) v = 8000 ms Q = 1390 kcalkg
N
N N
NO2
NO2O2N
92
d) Vyacutebušneacute soli kyselin
K vyacutebušnyacutem soliacutem patřiacute zejmeacutena amonneacute soli kyseliny dusičneacute chlorečneacute chloristeacute
(di)chromany a manganistany Vyacutebušneacute soli ndash rovnice vybranyacutech vyacutebušnyacutech reakciacute
NH4NO3 rarr N2 + 2 H2O + frac12 O2 ndash 346 kcalkg
2 NH4ClO3 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 32 O2 ndash 359 kcalkg
2 NH4ClO4 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 52 O2 ndash 266 kcalkg
(NH4)2Cr2O7 rarr Cr2O3 + N2 + 4 H2O ndash 310 kcalkg
2 NH4MnO4 rarr N2 + 2 MnO2 + 4 H2O ndash 280 kcalkg
23 Střeliviny (bdquostřelneacute prachyldquo)
Střeliviny patřiacute mezi vyacutebušneacute směsi sloužiacuteciacute k vystřeleniacute naacuteboje z hlavně
v důsledku mohutneacuteho tlaku plynů vzniklyacutech při explozi Jak již bylo zmiacuteněno
v uacutevodu patři sem i klasickyacute černyacute střelnyacute prach (prvniacute popis R Bacon r 1249)
jehož složeniacute se v čase měnilo a ustaacutelilo se na 75 KNO3 (NaNO3 nelze použiacutet pro
hygroskopičnost) 15 dřevneacuteho uhliacute a 10 siacutery
K vyacuterobě je nutneacute použiacutet jemně praacuteškovaneacute velmi čisteacute komponenty Při
vyacuterobě se suroviny melou miacutesiacute v dřevěnyacutech bubnech zvlhčujiacute a zhutňujiacute a nakonec
lisujiacute mezi měděnyacutemi deskami pod tlakem 30 at vyacuteslednyacute produkt se granuluje nebo
lisuje do vaacutelečků o průměru cca 3 cm Vyacuteroba je velmi nebezpečnaacute ndash snadno může
dojiacutet k explozi vyvolaneacute i např statickou elektřinou Černyacute prach se použiacuteval jako
vyacutemetnaacute naacuteplň roznětka zaacutepalnice s časovyacutem zpožděniacutem apod
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (v = 3800 ndash 7000 ms Q = 700 ndash 950 kcalkg)
Jeho vyacuteroba vychaacuteziacute z nitrocelulosy a nitroglycerinu Probleacutemem při použitiacute byl
obrovskyacute tlak při explozi kteryacute může veacutest až k roztrženiacute hlavně Proto se
nitrocelulosa zpočaacutetku rozpouštěla v organickyacutech rozpouštědlech (ether aceton) po
jejichž odpařeniacute vznikne bdquoblaacutenaldquo hořiacuteciacute pomaleji R 1888 A Nobel navrhl rozpouštět
nitrocelulosu v nitroglycerinu (vznikl tzv bdquobalistitldquo) takže běžnaacute hlaveň děla bdquovydrželaldquo
až 1700 vyacutestřelů přiacutedavkem nitrodiglykolu se vyacutedrž zvyacutešila až přes 10 000 vyacutestřelů
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach je poměrně nestabilniacute jeho stabilitu lze zvyacutešit
přiacutedavkem difenylaminu nebo MgO Vyrobenyacute prach se expeduje ve formě malyacutech
šupinek či destiček nebo se lisuje do tyčinek (viz Obr 1)
Prvniacute velkeacute použitiacute černeacuteho prachu u dělostřelectva se datuje r 1346 v bitvě u Kresčaku Byla zaznamenaacutena řada katastrof (1905 exploze prachu na japonskeacutem křižniacuteku Mikasa 1907
vyacutebuch muničniacuteho skladiště Jena aj)
93
Obr 1 Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (vlevo ndash naacuteplň střely do samopalu vpravo ndash dělostřeleckyacute prach
ve formě slisovaneacute trubičky) Pro naacutezornost na obraacutezku uprostřed kancelaacuteřskaacute sponka
24 Třaskaviny
Do teacuteto skupiny patřiacute celaacute řada různorodyacutech chemickyacutech sloučenin (fulminaacutety
azidy acetylidy) Jde o laacutetky vybuchujiacuteciacute po iniciaci (např zahřaacutetiacutem naacuterazem
elektrickou jiskrou) Sloužiacute jako rozbušky (roznětky) pro hlavniacute naacutelož trhaviny
a) Fulminaacutety Tyto laacutetky se odvozujiacute od kyseliny třaskaveacute (fulminoveacute) |CequivNndashOH kteraacute neniacute znaacutema
volnaacute pouze ve formě soliacute Nejdeacutele znaacutemyacute je fulminaacutet rtuti (bdquotřaskavaacuteldquo rtuť)
Hg(ONC)2 Jde o šedobiacutelou laacutetku maacutelo rozpustnou ve vodě leacutepe v alkoholu
Rovnice vyacutebušneacute reakce Hg(ONC)2 rarr Hg + 2 CO + N2 ndash 357 kcalkg (v = 6500 ms)
Velmi podobneacute vlastnosti maacute i třaskaveacute střiacutebro Ag(ONC) ktereacute je však dražšiacute a
meacuteně užiacutevaneacute
b) Azidy Jsou to soli azoimidu (HN3 těkavaacute jedovataacute kapalina pronikaveacuteho zaacutepachu)
Nejpoužiacutevanějšiacute jsou
Azid olovnatyacute Pb(N3)2 ndash nažloutlaacute laacutetka stabilniacute do 75ordmC meacuteně citlivaacute k naacuterazu viacutece
ke třeniacute
Rovnice rozkladu Pb(N3)2 rarr Pb + 3 N2
Azid střiacutebrnyacute AgN3 maacute podobneacute vlastnosti
Azid měďnatyacute Cu(N3)2 je extreacutemně citlivyacute i na dotyk
94
c) Acetylidy
Tyto třaskaviny se odvozujiacute od ethynu HCequivCH naacutehradou atomů vodiacuteku kovem
Praktickyacute vyacuteznam maacute acetylid měďnyacute Cu-CequivC-Cu a střiacutebrnyacute Ag-CequivC-Ag
Rovnice rozkladu Ag2C2 rarr 2 Ag + 2 C (se vzdušnyacutem kysliacutekem dalšiacute reakce na oxidy)
Jde o krystalickeacute laacutetky nerozpustneacute ve vodě vybuchujiacuteciacute naacuterazem či zahřaacutetiacutem
d) Ostatniacute třaskaviny
Do teacuteto skupiny laacutetek lze zařadit
Tetranitrid tetrasiacutery S4N4 ndash oranžoveacute krystalky vybuchujiacuteciacute naacuterazem zahřaacutetiacutem
Jododusiacutek NI3nNH3 je hnědočervenaacute laacutetka explodujiacuteciacute i pouhyacutem dotykem ()
Peroxosloučeniny (i samotnyacute konc H2O2) např peroxoaceton
CH3
CH3
O O CH3
CH3O O
Bertholetovo třaskaveacute střiacutebro Ag3N citliveacute i na sebemenšiacute mechanickyacute impuls
Pozor Tato laacutetka může vzniknout i při Tollensově reakci (Ag-zrcaacutetko) při vyschnutiacute
obsahu zkumavky - pak hroziacute při čištěniacute zkumavky exploze
3 [Ag(NH3)2]Cl rarr Ag3N + 3 NH4Cl + 2NH3
3 Jednoducheacute ilustračniacute pokusy Všechny daacutele uvedeneacute experimenty je možneacute provaacutedět pouze v digestoři za
asistence a pod odbornyacutem dohledem učitele a za použitiacute ochrannyacutech prostředků
(obličejovyacute štiacutet)
a) Přiacuteprava černeacuteho střelneacuteho prachu a jeho vlastnosti Na papiacuteře důkladně promiacutechaacuteme směs malou lžičku KNO3 půl lžičky jemně praacuteškoveacute siacutery a
čtvrt lžičky rozetřeneacuteho dřevěneacuteho uhliacute Tuto směs nasypeme do železneacute misky na piacutesku a
zapaacuteliacuteme špejliacute Pozorujeme prudkou exotermniacute reakci
95
b) Hořeniacute střelneacute bavlny Střelnaacute bavlna je vlastně nitraacutet celulosy kteryacute lze připravit reakciacute chomaacutečku vaty (1 g)
s nitračniacute směsiacute (10 cm3 konc H2SO4 + 10 cm3 konc HNO3) v kaacutedince po dobu cca 20 min
Obr 2 Hořeniacute nitrocelulosy
Vatu potom vyjmeme propereme vodou a volně usušiacuteme Kousek produktu zapaacuteliacuteme a
pozorujeme jak prudce shořiacute (viz obr 2)
c) Exploze směsi chlorečnanu s praacuteškovou siacuterou (fosforem) Pouhyacutem volnyacutem přesypaacutevaacuteniacutem na papiacuteře bez doteku smiacutechaacuteme malaacute množstviacute (jen na
špičku špachtle) KClO3 a stejneacute množstviacute praacuteškoveacute siacutery (nebo červeneacuteho fosforu) Směs
opatrně zabaliacuteme do tenkeacuteho papiacuteru položiacuteme na pevnou podložku (betonovaacute dlažba) a
uacutederem kladiacutevka přivedeme k explozi
Rovnice vyacutebušneacute reakce 2 KClO3 + 3 S rarr 2 KCl + 3 SO2
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů Literatura Urbaňski T Chemie a technologie vyacutebušnin I ndash III SNTL Praha 1958
Babaacutek Z Vraacutebel Z Chemie ndash vybraneacute kapitoly scrpt VA Brno 1994
Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
UP Olomouc 2007
Internetoveacute odkazy httpcswikipediaorgwikiVC3BDbuC5A1nina
httpwwwjergymhieducz~canovmvybusninvybusninhtm
96
ELEKTROLYacuteZA
Text zpracoval Doc RNDr Zdeněk Šindelaacuteř CSc
Osnova
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
Zaacutekladniacute pojmy
2 Elektrolyacuteza
21 Elektrolyacuteza chloridu zinečnateacuteho a sodneacuteho
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli
23 Faradayovy zaacutekony
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
97
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
11 Zaacutekladniacute pojmy
Elektrochemiiacute rozumiacuteme obor chemie kteryacute se zabyacutevaacute procesy probiacutehajiacuteciacutemi
na rozhraniacute mezi elektrodou a elektrolytem Elektrodou je zpravidla vodič 1 druhu
(kov ndash např měď rtuť železo nikl chrom platina ale i uhliacutek ve formě grafitu) Volba
materiaacutelu elektrody souvisiacute s chemickyacutemi vlastnostmi elektrolytu a se změnami ke
kteryacutem v elektrolytu dochaacuteziacute Elektrolytem je roztok nebo i tavenina laacutetky kteraacute maacute
schopnost disociovat na volneacute ionty Takovou laacutetkou je napřiacuteklad chlorid sodnyacute jehož
vodnyacute roztok nebo jeho tavenina jsou elektrolyty Je to sloučenina ve ktereacute jsou
atomy vaacutezaacuteny chemickou vazbou kteraacute maacute vyacuterazně iontovyacute charakter Elektrolyty
jsou takeacute vodiči elektrickeacuteho proudu a označujeme je jako vodiče 2 druhu
Elektrolytickou disociaci (rozpad laacutetky na ionty v tavenině a ve vodneacutem roztoku)
zapiacutešeme rovniciacute
NaCl rarr Na+ + Cl-
Schopnost laacutetek disociovat v roztoku popisujeme pojmem siacutela elektrolytu
V přiacutepadě NaCl se jednaacute o silnyacute elektrolyt tedy prakticky všechen rozpuštěnyacute chlorid
sodnyacute je ve vodneacutem roztoku disociovaacuten na ionty ktereacute jsou tak od sebe odděleny a
jsou obklopeny molekulami rozpouštědla v našem přiacutepadě molekulami vody
Řiacutekaacuteme že ionty jsou ve vodnyacutech roztociacutech hydratovaacuteny
2 Elektrolyacuteza
Elektrolyacutezu lze chaacutepat jako děj při ktereacutem dochaacuteziacute na elektrodaacutech
vloženyacutech do elektrolytu k chemickyacutem změnaacutem způsobenyacutech průchodem elektrickeacuteho proudu z vnějšiacuteho zdroje V tomto přiacutepadě budeme většinou volit
takoveacute elektrody ktereacute nebudou podleacutehat během procesu změnaacutem (budou chemicky
inertniacute) Na obr 1 je znaacutezorněn schematicky pokus kteryacute naacutem pomůže pochopit
jakeacute děje během elektrolyacutezy probiacutehajiacute
98
Obr 1 Elektrolyzeacuter
Ve scheacutematu vidiacuteme jednotliveacute elektrody ktereacute nesou označeniacute podle toho ke
ktereacutemu poacutelu zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute jsou připojeny V přiacutepadě elektrolyacutezy
je elektroda připojenaacute ke kladneacutemu poacutelu zdroje označovaacutena jako anoda protože k niacute
elektromigraciacute putujiacute ionty opačneacute polarity ndash tedy zaacuteporně nabiteacute anionty Anoda je
elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy oxidace (bez ohledu na polaritu elektrod)
K zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje je připojena katoda ke ktereacute analogicky putujiacute kladně
nabiteacute čaacutestice ndash kationty Katoda je elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy redukce (opět
bez ohledu na polaritu elektrod) Elektromigrace je tedy pohyb nabityacutech čaacutestic
usměrněnyacute vlivem elektrickeacuteho pole
Před zapojeniacutem zdroje jsou koncentrace všech složek elektrolytu v každeacutem
miacutestě roztoku stejneacute (jak viacuteme roztok je homogenniacute směs) Po zapnutiacute zdroje se
začnou ionty v důsledku přiacutetomnosti elektrickeacuteho pole pohybovat k opačně nabiteacute
elektrodě Když dospějiacute až k jejiacutemu povrchu vybijiacute se a produkt se buď vyloučiacute na
přiacuteslušneacute elektrodě přiacutepadně ihned reaguje s dalšiacutemi složkami elektrolytu nebo
přiacutemo s elektrodou V důsledku toho se však sniacutežiacute koncentrace vybiacutejenyacutech iontů
v bliacutezkosti elektrody a přiacutesun novyacutech iontů k elektrodě začiacutenaacute byacutet řiacutezen difuacuteziacute Ionty
difundujiacute do miacutest s nižšiacute koncentraciacute ve snaze obnovit homogenniacute prostřediacute Procesy probiacutehajiacuteciacute v bliacutezkosti elektrod nejsou jednoducheacute a zaacutevisejiacute silně na dalšiacutech faktorech
Jedniacutem z důležityacutech faktorů je zda budeme elektrolyt během elektrolyacutezy miacutechat protože konvekce
(prouděniacute) maacute velkyacute vliv na průběh celeacuteho procesu
99
Velmi důležiteacute je takeacute zda odděliacuteme anodovyacute a katodovyacute prostor přepaacutežkou
kteraacute umožniacute průchod elektrickeacuteho proudu elektrolyzeacuterem a přitom zabraacuteniacute
promiacutechaacutevaacuteniacute vzniklyacutech produktů elektrolyacutezy v bliacutezkosti elektrod Tato přepaacutežka se
nazyacutevaacute diafragma a byacutevaacute to obvykle poreacutezniacute keramickyacute materiaacutel Mohou to byacutet
podle uacutečelu ale různeacute jineacute materiaacutely na baacutezi plastickyacutech hmot polymerniacute gely nebo
napřiacuteklad celofaacuten Jak již bylo řečeno aby mohl elektrolyzeacuterem proteacutekat elektrickyacute proud musiacuteme na elektrody
vložit elektrickeacute napětiacute Minimaacutelniacute napětiacute ktereacute způsobiacute že začne systeacutemem proteacutekat elektrickyacute proud
označujeme jako rozkladneacute napětiacute jeho velikost souvisiacute uacutezce s pojmem elektrochemickyacute člaacutenek
Velikost proudu kteryacute zařiacutezeniacutem prochaacuteziacute zaacutevisiacute rovněž na mnoha faktorech Velkyacute vliv majiacute zejmeacutena
velikost plochy elektrod a koncentrace elektrolytu Velikost proudu vztaženaacute na jednotku plochy
(obvykle cm2) označujeme pojmem proudovaacute hustota [Acm-2] Proudovaacute hustota a složeniacute
(koncentrace) elektrolytu rozhodujiacuteciacutem způsobem ovlivňujiacute konečneacute složeniacute produktů elektrolyacutezy
21 Elektrolyacuteza ZnCl2 a NaCl
Průběh elektrolyacutezy vodneacuteho roztoku chloridu zinečnateacuteho můžeme zapsat
naacutesledovně
katoda Zn2+ + 2 e- rarr Zn
anoda 2 Cl- rarr Cl2 + 2 e-
Produkty procesu jsou plynnyacute chlor a zinek jako volnyacute kov
Elektrolyacuteza však může miacutet i značně komplikovanyacute průběh kteryacute je silně zaacutevislyacute
na podmiacutenkaacutech provedeniacute Přiacutekladem může byacutet elektrolyacuteza chloridu sodneacuteho
Budeme-li při odděleneacutem katodoveacutem a anodoveacutem prostoru v inertniacute atmosfeacuteře
elektrolyzovat taveninu chloridu sodneacuteho ziacuteskaacuteme kovovyacute sodiacutek a plynnyacute chlor
katoda 2 Na+ + 2 e- rarr 2 Na
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
Všimněme si že složeniacute elektrolytu (taveniny) se nijak vyacuteznamně neměniacute
vylučujiacute se ekvivalentniacute množstviacute chloru a sodiacuteku
Při elektrolyacuteze vodneacuteho roztoku NaCl je situace složitějšiacute V přiacutepadě oddělenyacutech
prostorů elektrod bude v katodoveacutem prostoru dochaacutezet k vyredukovaacuteniacute vodiacuteku
protože elektron přenesenyacute na ion sodnyacute přechaacuteziacute ihned na molekulu vody
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2 NaOH + H2
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
100
Při tomto procesu se ale vyacuteznamně měniacute složeniacute elektrolytu postupně miziacute z roztoku
chloridovyacute ion kteryacute je nahrazen aniontem OH- Po vyčerpaacuteniacute chloridovyacutech iontů bude pokračovat elektrolyacuteza za vzniku kysliacuteku z vybiacutejenyacutech iontů
hydroxidovyacutech
anoda 4 OH- rarr 4 OHbull + 4 e- a daacutele 4 OHbull rarr 2 H2O2 rarr 2 H2O + 2 Obull
2 Obull rarr O2
Pokud provedeme elektrolyacutezu na rtuťoveacute elektrodě (-) s oddělenyacutemi
elektrodovyacutemi prostory bude se na katodě pouze redukovat sodiacutek kteryacute se rtutiacute
vytvořiacute amalgaacutem Na anodě se bude opět vylučovat chlor Po vypnutiacute elektrickeacuteho
zdroje se začne z amalgaacutemu vylučovat sodiacutek a reagovat s vodou za vzniku vodiacuteku a
hydroxidu sodneacuteho Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem vodiacuteku na rtuťoveacute
elektrodě Při elektrolyacuteze s neoddělenyacutemi prostory elektrod za miacutechaacuteniacute a chlazeniacute elektrolytu
Primaacuterniacute procesy na elektrodaacutech jsou stejneacute jako v předchoziacutem přiacutepadě ale naacutesleduje reakce
2 NaOH + Cl2 rarr NaCl + NaClO + H2O
Produktem procesu je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlornanu sodneacuteho
Nebudeme-li elektrolyt chladit dojde k disproporcionaci NaClO
3 NaClO rarr 2 NaCl + NaClO3
nebo
6 NaOH + 3 Cl2 rarr 5 NaCl + NaClO3 + 3 H2O
Konečnyacutem produktem je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlorečnanu sodneacuteho
Poznamenejme ještě že elektrolyacutezou roztoků chlorečnanu za silneacuteho chlazeniacute (teplota by
neměla překročit přiacuteliš přes 20degC) s použitiacutem platinovyacutech elektrod ziacuteskaacuteme roztoky chloristanů
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2Na+ + 2OH- + H2
anoda 2 ClO3- rarr 2 ClO3 + 2 e-
2 ClO3 + H2O rarr HClO3 + HClO4
s naacuteslednou neutralizaciacute 2 NaOH + HClO3 + HClO4 rarr NaClO3 + NaClO4 + 2 H2O
Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem platinoveacute elektrody ke kysliacuteku
Při vyššiacutech teplotaacutech dochaacuteziacute k reakci
2 ClO3 + H2O rarr 2 HClO3 + Obull a naacutesledně 2 Obull rarr O2
a na anodě dojde k vylučovaacuteniacute kysliacuteku V tomto přiacutepadě jsou produkty elektrolyacutezy stejneacute jako při
elektrolyacuteze vody okyseleneacute zředěnou kyselinou siacuterovou tj vodiacutek a kysliacutek
101
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli CuSO4
Elektrolyacuteza měďnateacute soli ve vodneacutem roztoku s využitiacutem měděnyacutech elektrod
(anoda i katoda jsou ze stejneacuteho materiaacutelu tedy z mědi) vede k vylučovaacuteniacute mědi na
katodě z roztoku za současneacuteho doplňovaacuteniacute měďnatyacutech iontů z rozpouštěneacute anody
katoda Cu2+ + 2e- rarr Cu
anoda Cu + SO42- rarr Cu2+ + SO4
2- + 2e-
Vyacutesledkem je přenos materiaacutelu anody (suroveacute mědi) na katodu (čistaacute měď)
Tento postup se v praxi využiacutevaacute k elektrolytickeacutemu čištěniacute suroveacute mědi Ziacuteskaacute se tak
kov vysokeacute čistoty
Poznaacutemka pod anodou se usazujiacute anodoveacute kaly (nečistoty v anodě obsaženeacute) ktereacute jsou zdrojem
dalšiacutech prvků ktereacute doprovaacutezejiacute v přiacuterodě měď - zejmeacutena Ag Au platinoveacute kovy Rozkladneacute napětiacute
takoveacuteho roztoku (např CuSO4 slabě okyseleneacuteho kyselinou siacuterovou pro potlačeniacute hydrolytickyacutech
procesů) je velmi niacutezkeacute Virtuaacutelniacute pokus je možno snadno proveacutest nebo simulovat na přiloženeacutem
programu Vaacuteženiacutem elektrod po provedeneacutem experimentu a měřeniacutem času a proudu je naviacutec možno
ověřit platnost Faradayovyacutech zaacutekonů 23 Faradayovy zaacutekony elektrolyacutezy
1 Faradayův zaacutekon vyjadřuje množstviacute (hmotnost) laacutetky kteraacute vznikne při
průchodu stejnosměrneacuteho elektrickeacuteho proudu za určitou dobu
m = A middot I middot t kde m ndash hmotnost vyloučeneacute laacutetky
A - konstanta (tzv elektrochemickyacute ekvivalent)
I - elektrickyacute proud
t - čas
Protože elektrickyacute naacuteboj Q = I t můžeme vyacuteraz zkraacuteceně zapsat m = AQ
2 Faradayův zaacutekon formuluje vyacuteraz pro vyacutepočet elektrochemickeacuteho
ekvivalentu A Slovně ho lze vyjaacutedřit větou že laacutetkovaacute množstviacute
vyloučenaacute stejnyacutem naacutebojem jsou chemicky ekvivalentniacute Potom platiacute
FzMAsdot
=
kde M - molaacuterniacute hmotnost
z - počet vyměňovanyacutech elektronů při elektrodoveacutem ději
102
F je Faradayova konstanta (F = 96485104 Cmol-1) kteraacute je čiacuteselně
rovna elektrickeacutemu naacuteboji potřebneacuteho k vyloučeniacute 1z molu laacutetky
Konečnyacute vyacuteraz pro vyacutepočet množstviacute laacutetky přeměněneacute průchodem elektrickeacuteho
proudu po danou dobu lze tedy zapsat ve tvaru
tIFz
Mm sdotsdot=sdot
Poznaacutemka je zaacutesadně důležiteacute dosadit do vzorce veličiny ve spraacutevnyacutech jednotkaacutech
Požadujeme-li vyacutesledek m [g] pak musiacuteme dosazovat I [A] t [s]
Přiacuteklad Kolik g Cu se vyloučiacute na katodě při rafinaci mědi průchodem proudu 1 A po dobu 300 s
Řešeniacute Protože na přeměnu jednoho iontu Cu2+ na čistou měď potřebujeme vyměnit 2 elektrony (viz kap
22 z = 2) dostaneme po dosazeniacute (relativniacute atomovaacute hmotnost mědi je 6354) do vztahu pro m
Vyacutesledek m = 0099 asymp 01 g mědi
Vyacutepočet probiacutehaacute automaticky např při spuštěniacute přiloženeacute animace (viz 24 ovlaacutedaacuteniacute je intuitivniacute)
Na zaacutevěr je ještě třeba zmiacutenit že technickyacute (dohodnutyacute) směr proudu (fyzika
elektrotechnika) je vždy od kladneacuteho k zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje a je tedy opačnyacute než
pohyb elektronů
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
Všechny animace použiteacute k doplněniacute toto textu jsou k dispozici zde
httpgoogleiastateedusearchq=cachendvLO9akz9cJwwwchemiastateedugro
upGreenbowesectionsprojectfolderanimationsindexhtm+electrolysisampoutput=xml_
no_dtdampclient=default_frontendampproxystylesheet=default_frontendampie=UTF-
8ampaccess=pampoe=ISO-8859-1
Ostatniacute informace potřebneacute k hlubšiacutemu pochopeniacute pojmu elektrolyacuteza najde čtenaacuteř
např v zaacutekladniacute učebnici fyzikaacutelniacute chemie
httpwwwvschtczfchczpomuckyBREVALLpdf
6
1 Zaacutekladniacute pojmy
11 Estery karboxylovyacutech kyselin
Estery1 karboxylovyacutech kyselin jsou vyacuteznamnou skupinou organickyacutech laacutetek
patřiacute mezi funkčniacute derivaacutety karboxylovyacutech kyselin Řada z nich jsou vyacuteznamneacute
přiacuterodniacute laacutetky ndash tvořiacute napřiacuteklad tuky oleje a vosky Některeacute estery majiacute praktickyacute
vyacuteznam použiacutevajiacute se jako esence do potravin na vyacuterobu leacutečiv nebo rozpouštědel
Estery se nejčastěji připravujiacute reakciacute kterou nazyacutevaacuteme esterifikace
12 Esterifikace karboxylovyacutech kyselin
Esterifikace karboxyloveacute kyseliny je reakce karboxyloveacute kyseliny a alkoholu
kterou vznikaacute ester a voda Reakce probiacutehaacute v kyseleacutem prostřediacute ndash provaacutediacute se za
přiacutedavku silneacute anorganickeacute kyseliny (maacute funkci katalyzaacutetoru) nejčastěji kyseliny
siacuteroveacute Jednaacute se o rovnovaacutežnou reakci
C
O
OHR1+ OH R2
C
O
OR1R2 OH2
kyselina alkohol ester
H+
+
Ze zaacutepisu reakce je zřejmeacute že kysliacutekovyacute atom ve vznikleacutem esteru (ve scheacutematu
vyznačenyacute raacutemečkem) pochaacuteziacute z molekuly alkoholu Tento fakt byl prokaacutezaacuten
experimentaacutelně Reakce byla uskutečněna s alkoholem obsahujiacuteciacutem radioaktivniacute
izotop kysliacuteku a zjišťovalo se kteryacute z produktů reakce bude radioaktivniacute Ukaacutezalo se
že radioaktivniacute laacutetkou byl ester Primaacuterniacute alkoholy tvořiacute estery snadněji než
sekundaacuterniacute Estery terciaacuterniacutech alkoholů se tiacutemto způsobem nepřipravujiacute2
Esterifikace je rovnovaacutežnaacute (vratnaacute) reakce Pokud chceme zvyacutešit vyacutetěžek
reakce musiacuteme rovnovaacutehu reakce porušovat odstraňovaacuteniacutem vznikleacuteho esteru nebo
vody z reakčniacute směsi Rovnovaacutehu je možneacute posunout ve prospěch esteru takeacute tak
1 Mluviacuteme-li v tomto vyacuteukoveacutem textu o bdquoesterechldquo či bdquoesterifikacildquo maacuteme na mysli estery karboxylovyacutech
kyselin (neniacute-li v textu řečeno jinak) Kromě těchto esterů existujiacute takeacute estery anorganickyacutech kyselin
ktereacute vznikajiacute rovněž esterifikaciacute - viacutece viz Doplňujiacuteciacute informace pro učitele kap 7 2 Pro synteacutezu esterů terciaacuterniacutech alkoholů se miacutesto karboxyloveacute kyseliny použiacutevajiacute acylchloridy
(k reakčniacute směsi se přidaacutevaacute pyridin) Vedlejšiacutem produktem reakce je chlorovodiacutek
7
že jednu z vyacutechoziacutech laacutetek použijeme v nadbytku Zpětnou reakciacute k esterifikaci je tzv
kyselaacute hydrolyacuteza1
2 Přiacuteklady a chemickyacute pokus 21 Přiacuteklady na procvičeniacute
Napiš produkty naacutesledujiacuteciacutech reakciacute a pojmenuj je
a) b)
22 Pokus ndash přiacuteprava ethylesteru kyseliny octoveacute
Chemikaacutelie ethanol (F) kyselina octovaacute (C) konc kyselina siacuterovaacute (C) uhličitan
sodnyacute (Xi)
Postup Ve zkumavce smiacutechaacuteme 3 ml kyseliny octoveacute a 3 ml ethanolu Ke vznikleacute
směsi opatrně přidaacuteme asi 05 ndash1 ml koncentrovaneacute kyseliny siacuteroveacute Obsah
zkumavky promiacutechaacuteme vylejeme na hodinoveacute skliacutečko a nakonec přisypeme pevnyacute
uhličitan sodnyacute2
Praktickyacute uacutekol
a) Zapiš rovnici reakce
b) Porovnej vůni kyseliny octoveacute a vznikleacuteho esteru
c) V literatuře vyhledej praktickeacute využitiacute vznikleacuteho esteru
d) Proč mysliacuteš že přidaacutevaacuteme do reakčniacute směsi uhličitan sodnyacute
e) Vzniklyacute ester může byacutet pro člověka smrtelnou laacutetkou Smrtelnaacute daacutevka pro
člověka je asi 05 g na každyacute kilogram tělesneacute hmotnosti Jakeacute by bylo
smrtelneacute množstviacute (v gramech) esteru při tveacute hmotnosti Vypočiacutetej i jeho
objem (hustota ethylesteru kyseliny octoveacute je ρ = 1045 gcm3)
1 Viz kapitola 4 2 Dalšiacute možnosti provedeniacute pokusu viz Doplňujiacuteciacute informace pro učitele kap 7
OH CH2 CH3C
O
OHHH
+
+
C
O
OHCH3 +H
+
H O CH2 CH2 CH3
8
f) Na internetu vyhledej bezpečnostniacute list daneacuteho esteru Jakyacutemi piacutesmennyacutemi
symboly označujeme jeho nebezpečneacute vlastnosti a jak tyto vlastnosti
vyjaacutedřiacuteme slovy
Poznaacutemka Řada dalšiacutech esterů jsou kapaliny
přiacutejemneacute vůně a použiacutevajiacute se v potravinaacuteřstviacute jako
vonneacute a chuťoveacute přiacutesady Napřiacuteklad ethylester
kyseliny mravenčiacute se použiacutevaacute jako rumovaacute esence
jako ananasovaacute esence (viz obr 1) se použiacutevaacute
ethylester kyseliny maacuteselneacute1 Obr 1 Ilustračniacute přiacuteklad
3 Mechanismus esterifikace Mechanismus esterifikace je možneacute vyjaacutedřit souborem rovnovaacutežnyacutech reakciacute
C
O
R1 O H C+O
R1O H
H
C
O
R1 O H
H
O+
R2H
CO
R1 O+ HH
OR2
H
OH2-C+O
R1H
OR2
H+
- H+
C
O
R1 O R2
R2
O
H
Prvniacutem krokem esterifikace je protonizace karboxyloveacute skupiny kyseliny
Dochaacuteziacute tak ke zvyacutešeniacute elektronoveacuteho deficitu na karboxyloveacutem uhliacuteku a tiacutem
k usnadněniacute nukleofilniacuteho ataku molekulou alkoholu
V dalšiacutem nejpomalejšiacutem kroku reakce dochaacuteziacute ke vzniku vazby mezi atomem
kysliacuteku alkoholu a atomem uhliacuteku karboxyloveacute skupiny Nakonec dochaacuteziacute k odštěpeniacute
protonu a molekuly vody za vzniku esteru
Z hlediska typu reakce je esterifikace substituciacute nukleofilniacute (SN) kteraacute probiacutehaacute
adičně-eliminačniacutem mechanismem
1 Přehled charakteristickyacutech vůniacute dalšiacutech esterů uveden v kap 7
9
4 Reakce esterů Jak již bylo uvedeno esterifikace je rovnovaacutežnaacute reakce reakce zpětnaacute se
nazyacutevaacute kyselaacute hydrolyacuteza esteru Při teacuteto reakci vznikaacute opět karboxylovaacute kyselina a
alkohol
Estery lze hydrolyzovat i v přiacutetomnosti silnyacutech zaacutesad (tzv alkalickaacute hydrolyacuteza)
vznikaacute však alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
CH3 CO
O CH2 CH3
+ NaOH CH3 CO
O Na
+ CH3 CH2 OH
5 Opakovaciacute cvičeniacute
1) Co je to esterifikace Jakeacute jsou vyacutechoziacute laacutetky a produkty teacuteto reakce Za
jakyacutech podmiacutenek může reakce probiacutehat
2) Kteryacute z naacutesledujiacuteciacutech alkoholů bude podleacutehat esterifikaci nejsnadněji
a) b) c)
3) Jak se nazyacutevaacute zpětnaacute reakce esterifikace
4) Estery majiacute širokeacute uplatněniacute v potravinaacuteřstviacute Jakeacute
5) Produktem naacutesledujiacuteciacute esterifikace bude
C
O
OHCH2CH3 OH CH2 CH3+H
+
a) propylester kyseliny octoveacute
b) ethylester kyseliny octoveacute
c) ethylester kyseliny propionoveacute
6) Zapiš rovnici esterifikace jejiacutemž produktem je ethylester kyseliny benzooveacute
7) Co je produktem alkalickeacute hydrolyacutezy esteru
8) V jedneacute zkumavce smiacutechaacuteme stejnyacute objem ethanolu a kyseliny octoveacute ve
druheacute zkumavce smiacutesiacuteme stejnyacute objem octanu ethylnateacuteho a destilovaneacute
vody Do každeacute zkumavky přidaacuteme několik kapek koncentrovaneacute kyseliny
siacuteroveacute a obsah zkumavek protřepeme Jakeacute změny nastanou v jednotlivyacutech
zkumavkaacutech
CH3
C OHCH3
CH3CH3 CH2 OHCH3 CH OH
CH3
10
a) Obsah obou zkumavek se nezměniacute nedojde k žaacutedneacute reakci
b) V obou zkumavkaacutech vznikne směs ethanolu kyseliny octoveacute ethyl-
acetaacutetu a vody
c) V prvniacute zkumavce bude směs ethyl-acetaacutetu a vody ve druheacute směs
ethanolu a kyseliny octoveacute
d) Obsah druheacute zkumavky se nezměniacute v prvniacute zkumavce dojde
k esterifikaci a vznikne tam směs octanu ethylnateacuteho a vody
6 Řešeniacute uacuteloh
61 Řešeniacute uacutelohy 21 a) ethylester kyseliny mravenčiacute (mravenčan ethylnatyacute ethyl-methanoaacutet ethyl-
formiaacutet) a voda
C
O
OH CH2 CH3 OH2+ b) propylester kyseliny octoveacute (octan propylnatyacute propyl-ethanoaacutet propyl-acetaacutet)
a voda
C
O
OCH3 CH2 CH2 CH3 OH2+ 62 Řešeniacute praktickeacuteho uacutekolu z 22
a)
b) Vůně vznikleacuteho esteru připomiacutenaacute odlakovač na nehty lak na nehty či
modelaacuteřskeacute lepidlo
c) Ethylester kyseliny octoveacute se použiacutevaacute v laboratořiacutech jako rozpouštědlo
d) Uhličitan sodnyacute se přidaacutevaacute do reakce proto aby zreagoval zbytek kyseliny
octoveacute (a siacuteroveacute) kteryacute by negativně ovlivňoval vůni vznikleacuteho produktu
e) Např při hmotnosti člověka m = 60 kg je smrtelnaacute daacutevka ndash lethal dose rArr
mLD = 30 g o objemu V = m ρ = 30 1045 = 2871 cm3
Smrtelnaacute daacutevka pro šedesaacutetikiloveacuteho člověka by byla 287 cm3
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
11
f) Bezpečnostniacute list ethylesteru kyseliny octoveacute je napřiacuteklad na internetoveacutem
odkazu httpwwwmach-chemikalieczdownloadphpid=96 Ethylester
kyseliny octoveacute patřiacute mezi laacutetky vysoce hořlaveacute (F) a draacuteždiveacute (Xi)
63 Řešeniacute opakovaciacuteho cvičeniacute (kap 5) 1) Esterifikace je reakce kterou se připravujiacute estery vedlejšiacutem produktem je
voda Vyacutechoziacutemi laacutetkami pro tuto reakci jsou alkohol a karboxylovaacute kyselina
reakce musiacute probiacutehat v prostřediacute silneacute kyseliny
2) b)
3) kyselaacute hydrolyacuteza
4) Řada esterů se použiacutevaacute v potravinaacuteřstviacute jako vonneacute a přiacutechuťoveacute přiacutesady
5) c)
6)
7) alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
8) c)
reakce probiacutehajiacuteciacute v prvniacute zkumavce
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
reakce probiacutehajiacuteciacute ve druheacute zkumavce
H+
C
O
OCH3 CH2 CH3 OH2+ OH CH2 CH3C
O
OHCH3 +
7 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele 71 Estery anorganickyacutech kyselin
Kromě esterů karboxylovyacutech kyselin tj organickyacutech existujiacute takeacute estery anorganickyacutech
kyselin Esterifikaci anorganickyacutech kyselin můžeme žaacutekům zmiacutenit aby si uvědomili že probiacutehaacute nejen u
organickyacutech kyselin
Reakciacute kyseliny boriteacute s methanolem nebo ethanolem v kyseleacutem prostřediacute vznikajiacute estery kyseliny boriteacute Uvedenou reakci jejiacutež provedeniacute je velmi jednoducheacute lze použiacutet i pro odlišeniacute
C
O
OHC
O
O CH2 CH3OH CH2 CH3+H
+
OH2+
12
methanolu od ethanolu Ve směsi metanol - kyselina boritaacute se tvořiacute ester i bez přiacutedavku kyseliny
siacuteroveacute a ester hořiacute zeleně Ve směsi ethanol - kyselina boritaacute bez přiacutedavku H2SO4 se ester netvořiacute tak
rychle po zapaacuteleniacute reakčniacute směsi je plamen oranžovyacute Po okyseleniacute teacuteto reakčniacute směsi konc H2SO4
vznikaacute triethylester kyseliny boriteacute kteryacute hořiacute takeacute zelenyacutem plamenem
B
OHOH
OH
B
OO
O
CH3
CH3
CH3
+ CH3 OH3 + OH23
Estery kyseliny dusičneacute se použiacutevajiacute jako vyacutebušniny Nitroglycerin ester kyseliny dusičneacute a
glycerolu je nejdůležitějšiacute součaacutestiacute dynamitu Použiacutevaacute se takeacute v leacutekařstviacute jako prostředek pro zklidněniacute
srdečniacutech arytmiiacute a snižovaacuteniacute krevniacuteho tlaku
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3 H2SO4
- 3 H2O
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2 Ester kyseliny dusičneacute a celulosy ndash nitrocelulosa je znaacutemaacute vyacutebušnina
72 Poznaacutemky k chemickeacutemu pokusu (viz 22)
Pokud by vůně vznikleacuteho esteru nebyla vyacuteraznaacute lze zkumavku s reakčniacute směsiacute ještě před
jejiacutem vylitiacutem na hodinoveacute skliacutečko zahřiacutevat (je nutneacute dbaacutet na bezpečnost žaacuteků ndash předevšiacutem braacutet
v uacutevahu možneacute vystřiacuteknutiacute směsi a dodržovat tedy bezpečnyacute odstup od žaacuteků použiacutet ochrannyacute štiacutet)
Pro přiacutepravu většiacuteho množstviacute esteru je vhodneacute použiacutet zpětnyacute chladič Do baňky s 6 ml
kyseliny octoveacute přidaacuteme 5 ml ethanolu Na obličej si nasadiacuteme ochrannyacute štiacutet Opatrně za chlazeniacute
proudem vody přilijeme 6-7 ml konc kyseliny siacuteroveacute Baňku uzavřeme zaacutetkou s jednoduchyacutem
zpětnyacutem chladičem (min 60 cm dlouhaacute skleněnaacute trubička) (viz obr2) a opatrně zahřiacutevaacuteme 7 ndash 10 min
na vodniacute laacutezni
Obr 2 Esterifikace za použitiacute jednoducheacuteho zpětneacuteho chladiče
13
Potom zaměniacuteme zpětnyacute chladič za vzdušnyacute sestupnyacute a oddestilujeme asi 5 ml kapaliny Přisypeme
1 lžičku uhličitanu sodneacuteho kteryacute vytvořiacute oddělenou vrstvu nemiacutesitelnou s vodou nebo můžeme
reakčniacute směs ihned po ukončeniacute zahřiacutevaacuteniacute pod zpětnyacutem chladičem vylit do kaacutedinky s nasycenyacutem
roztokem chloridu sodneacuteho ve vodě čiacutemž se vysoliacute ethylester kyseliny octoveacute
73 Charakteristickeacute vůně esterů
Alkohol Kyselina Ester Vůně
methanol k salicylovaacute methylester kyseliny salicyloveacute karamel
methanol k maacuteselnaacute methylester kyseliny maacuteselneacute ananas
ethanol k maacuteselnaacute ethylester kyseliny maacuteselneacute broskve
ethanol k benzoovaacute ethylester kyseliny benzooveacute karafiaacutety
ethanol k mravenčiacute ethylester kyseliny mravenčiacute rum
ethanol k octovaacute ethylester kyseliny octoveacute rozpouštědla
butan-1-ol k octovaacute butylester kyseliny octoveacute ovoce
butan-1-ol k propionovaacute butylester kyseliny propionoveacute rum
pentan-1-ol k benzoovaacute pentylester kyseliny benzooveacute ambra
pentan-1-ol k octovaacute pentylester kyseliny octoveacute ovoce
pentan-1-ol k salicylovaacute pentylester kyseliny salicyloveacute orchideje
petan-1-ol k maacuteselnaacute pentylester kyseliny maacuteselneacute meruňky
oktan-1-ol k octovaacute oktylester kyseliny octoveacute pomeranče
74 Alkalickaacute hydrolyacuteza esteru (zmyacutedelněniacute)
Alkalickaacute hydrolyacuteza esterů patřiacute mezi průmyslově vyacuteznamneacute reakce ndash využiacutevaacute se při vyacuterobě myacutedel
Zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu myacutedel jsou tuky jejichž hlavniacute součaacutest tvořiacute praacutevě estery vyššiacutech
mastnyacutech kyselin s glycerolem (např kyseliny stearovaacute palmitovaacute olejovaacute atd)
8 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Mareček A Honza J Chemie pro čtyřletaacute gymnaacutezia 3 diacutel Nakladatelstviacute
Olomouc Olomouc 2000
2 Škoda J Douliacutek P Chemie 8 - učebnice pro zaacutekladniacute školy a viacuteceletaacute gymnaacutezia
Fraus Plzeň 2006
CH2
CH
CH2
O
O
O
OC
OC
OC R
R
R
3 NaOH
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 R CO ONa
tuk glycerol sodneacute myacutedlo
+
14
3 Kovaacuteč J a kol Organickaacute cheacutemia 1 Alfa Bratislava 1992
4 Klouda P Janeczkovaacute A Organickaacute chemie studijniacute text pro SPŠCH
Nakladatelstviacute Pavel Klouda Ostrava 2001
5 Hrnčiar P Organickaacute cheacutemia Slovenskeacute pedagogickeacute nakladatelstvo Bratislava
1990
6 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemie sbiacuterka uacuteloh pro společnou čaacutest maturitniacute zkoušky
Tauris Praha 2001
7 Baacuterta M Jak (ne)vyhodit školu do povětřiacute Horaacutekova chemickaacute kuchařka pro
maleacute i velkeacute experimentaacutetory chemickeacute pokusy pro žaacuteky 8 a 9 třiacuted studenty
středniacutech škol a jejich nadšeneacute učitele Didaktis Brno 2004
8 Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
Univerzita Palackeacuteho v Olomouci Olomouc 2007
9 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemickeacute pokusy pro školu a zaacutejmovou činnost
Prospektrum Praha 2000
Internetoveacute odkazy 10 Rum tuzemaacutek [online 2011-09-15] Dostupneacute z www lthttpwwwla-vinczrum-
tuzemak-05l-375p20782gt
11 Ananas plod ananasovniacuteku chocholateacuteho [online 2011-09-15] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiSouborPineapple_and_cross_sectionjpggt
12 Nitroglycerin [online 2012-04-11] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiNitroglyceringt
15
PŘIacuteRODNIacute LAacuteTKY ndash VITAMINY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky přiacuterodniacutech laacutetek
2 Vitaminy
Přehled vybranyacutech vitaminů
21 Vitamin A ndash retinol
22 Vitamin B1 ndash thiamin
23 Vitamin B2 ndash riboflavin
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety
25 Vitamin B12 ndash kobalamin
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute
27 Vitamin D ndash kalciferoly
28 Vitamin E ndash tokoferoly
3 Zaacutevěr
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
16
1 Přiacuterodniacute laacutetky
Za přiacuterodniacute laacutetky se považujiacute organickeacute sloučeniny ktereacute jsou produkty
chemickyacutech reakciacute probiacutehajiacuteciacutech v buňkaacutech Některeacute z přiacuterodniacutech laacutetek jsou
jednoducheacute organickeacute sloučeniny jineacute naopak velmi složiteacute makromolekulaacuterniacute laacutetky
Přiacuterodniacute laacutetky se zpravidla děliacute do skupin podle sveacuteho chemickeacuteho složeniacute a
struktury nebo podle funkciacute ktereacute plniacute v živeacutem organismu Rozlišujeme tedy tzv
energetickeacute živiny (lipidy sacharidy proteiny) biokatalyzaacutetory (vitaminy enzymy
hormony) daacutele nukleoveacute kyseliny a alkaloidy
2 Vitaminy
Vitaminy jsou organickeacute sloučeniny ktereacute již v malyacutech koncentraciacutech ovlivňujiacute
průběh některyacutech chemickyacutech dějů v živeacutem organismu Vyacuteznam vitaminů spočiacutevaacute v
tom že tvořiacute nezbytnou součaacutest enzymů Z chemickeacuteho hlediska patřiacute vitaminy k
různyacutem druhům sloučenin proto je neniacute možneacute dělit podle struktury Z tohoto důvodu
se děliacute nejčastěji podle rozpustnosti a to na vitaminy rozpustneacute ve vodě (hydrofilniacute) a
vitaminy rozpustneacute v tuciacutech (lipofilniacute) Toto rozděleniacute naviacutec koresponduje
s charakteristickyacutemi vlastnostmi jednotlivyacutech vitaminů Napřiacuteklad hydrofilniacute vitaminy
nedokaacuteže organismus skladovat proto se při nadbytečneacutem přiacutejmu vylučujiacute močiacute
Lipofilniacute vitaminy jsou v organismu skladovatelneacute Jejich nadbytečnyacute přiacutejem může
veacutest k hypervitaminoacutezaacutem ktereacute mohou vyvolat vaacutežneacute poruchy (zejmeacutena u vitaminů A
a D)
Před objasněniacutem struktury vitaminů bylo zavedeno jejich označovaacuteniacute piacutesmeny abecedy Vitaminy se stejnyacutemi nebo podobnyacutemi fyziologickyacutemi uacutečinky byly
odlišovaacuteny čiacuteselnyacutemi indexy Později byly použiacutevaacuteny triviaacutelniacute naacutezvy Dnes se
většinou upřednostňujiacute naacutezvy odvozeneacute od chemickeacuteho složeniacute jednotlivyacutech
vitaminů Označovaacuteniacute piacutesmeny staacutele přežiacutevaacute zejmeacutena v leacutekařskeacute praxi a
potravinaacuteřstviacute
17
EE
AA DD
KKEE
AA DD
KK
Vitaminy rozpustneacute ve vodě
Do teacuteto skupiny řadiacuteme předevšiacutem skupinu vitaminů B (B1 ndash thiamin B2 ndash riboflavin
B5 ndash kyselina pantotenovaacute B6 ndash pyridoxin atd) vitamin C (kyselina L-askorbovaacute) a
vitamin H (biotin)
Obr 1 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech ve vodě
Vitaminy rozpustneacute v tuciacutech
Do teacuteto skupiny řadiacuteme vitamin A (retinol) vitamin D (skupina laacutetek označovanyacutech
jako kalciferoly) vitamin E (skupina laacutetek označovanaacute jako tokoferoly) a vitamin K
(existuje opět v různyacutech formaacutech jako fylochinon K1 farnochinon K2 atd)
Obr 2 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech v tuciacutech
Vitaminy si živočišnyacute organismus většinou až na vyacutejimky nedovede saacutem vytvořit
Z tohoto důvodu jsou lideacute i ostatniacute živočichoveacute odkaacutezaniacute na jejich přiacutejem v potravě
Přiacutetomnost a vhodnaacute koncentrace vitaminů v těle jsou nezbytneacute předevšiacutem pro
spraacutevnyacute růst a vyacutevoj jedince Nepřiacutetomnost některeacuteho vitaminu v těle se projevuje
vaacutežnyacutemi fyziologickyacutemi poruchami a onemocněniacutemi ktereacute se obecně označujiacute jako
avitaminosa Typickaacute avitaminosa se vyskytuje v našich podmiacutenkaacutech poměrně
B H
C
18
vzaacutecně Častějšiacute jsou onemocněniacute z nedostatečneacuteho množstviacute vitamiacutenu tzv
hypovitaminosa kteraacute maacute miacuternějšiacute průběh než avitaminosa Naopak nadbytečneacute
množstviacute některeacuteho vitaminu v těle může způsobit hypervitaminosu
Přehled vybranyacutech vitaminů
V teacuteto kapitole jsou podrobněji popsaacuteny nejvyacuteznamnějšiacute vitaminy
21 Vitamin A ndash retinol z chemickeacuteho hlediska se jednaacute o skupinu podobnyacutech
laacutetek patřiacuteciacute mezi tetraterpeny Vitamin A stimuluje růst živočišnyacutech buněk spraacutevnyacute
vyacutevoj kosterniacutech tkaacuteniacute a normaacutelniacute reprodukci Je velice důležityacute při zrakoveacutem vjemu
Denniacute daacutevka pro člověka je 1 mg
Dobryacutem zdrojem je zelenina a ovoce (mrkev špenaacutet petržel rajčata) rybiacute tuk
maacuteslo žloutek jaacutetra Avitaminosa se projevuje šeroslepostiacute zastaveniacutem růstu a
degeneraciacute reprodukčniacutech orgaacutenů Dlouhotrvajiacuteciacute nedostatek vyvolaacutevaacute vypadaacutevaacuteniacute
vlasů krvaacuteceniacute z nosu bolesti kloubů Zaacutesoba vitaminu A je jedniacutem
z faktorů přirozeneacute ochrany organismu před zhoubnyacutem bujeniacutem
22 Vitamin B1 ndash thiamin tvořiacute kofaktor řady enzymů Je syntetizovaacuten střevniacutemi
bakteriemi Rozklaacutedaacute se v alkalickeacutem prostřediacute Průměrnaacute denniacute spotřeba pro
člověka je asi 14 mg Nejdůležitějšiacutemi zdroji je celozrnnaacute mouka luštěniny droždiacute
žloutek vnitřnosti a hověziacute maso Avitaminosa je znaacutema jako nemoc beri-beri (osoby
živeneacute převaacutežně loupanou ryacuteži) Přiacuteznaky nemoci jsou rozmaniteacute od ztraacutety
hmotnosti přes poruchy nervoveacuteho systeacutemu až po svalovou slabost
Obr 3 Ilustračniacute obraacutezky možnyacutech zdrojů vitaminu A zleva komerčniacute tobolky obsahujiacuteciacute rybiacute tuk špenaacutet maacuteslo
19
N
NCH2
N
S CH2CH2
OH
CH3
CH3 NH2
23 Vitamin B2 ndash riboflavin je opět součaacutestiacute kofaktorů řady enzymů Velmi citlivyacute na
světlo Jeho denniacute potřeba pro člověka činiacute 2 mg Zdrojem je listovaacute zelenina rajčata
obilniacute slupky mleacuteko žloutek vnitřnosti Avitaminosa se projevuje zaacutenětlivyacutemi
změnami sliznic a kůže změnami očniacute rohovky poruchami růstu a nervovyacutemi
poruchami
N
NNH
N
OH
OH OH
OH
CH3
CH3
O
O Obr 6 Chemickyacute vzorec vitaminu B2
Obr 5 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B1 zleva droždiacute obilneacute klasy hověziacute maso
Obr 4 Chemickyacute vzorec vitaminu B1
20
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety pyridoxol (pyridoxin) pyridoxal a pyridoxamin jsou to kofaktory enzymů uplatňujiacuteciacutech se při metabolismu
aminokyselin Denniacute daacutevka pro člověka je asi 2 mg Jsou hojně zastoupeneacute zejmeacutena
v mase jaacutetrech droždiacute listoveacute zelenině celozrnneacute mouce Pyridoxol je v rostlinaacutech
ostatniacute v živočišnyacutech tkaacuteniacutech Snadno se rozklaacutedajiacute světlem a teplem Nedostatek je
vzaacutecnyacute a způsobuje předevšiacutem nervoveacute poruchy
25 Vitamin B12 ndash kobalamin jednaacute se o kofaktory enzymů podiacutelejiacuteciacutech se na
biosynteacuteze nukleovyacutech kyselin a metabolismu aminokyselin a biacutelkovin Jsou nezbytneacute
pro tvorbu krve a to zejmeacutena pro tvorbu červenyacutech krvinek Denniacute potřeba u člověka
se pohybuje kolem 3 mg Vyacuteznamnyacutem zdrojem jsou vnitřnosti předevšiacutem jaacutetra
Nedostatek B12 je přiacutečinou vaacutežneacute až smrtelneacute nemoci ndash perniciosniacute anemie
(nedostatek červenyacutech krvinek spojeneacute s neurologickyacutemi komplikacemi)
Obr 7 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B zleva obilniny mleacuteko a čerstvyacute syacuter droždiacute
21
NN
N N
N N
Co+
OHO
NH2
NH2
O
H
O
NH2
O
NH2O
O
OH
OH
O
NH
H OP
OH
OO
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute tvořiacute důležityacute redoxniacute systeacutem kteryacute při
biochemickyacutech reakciacutech vystupuje jako neenzymovyacute přenašeč vodiacuteku Rozklaacutedaacute se
vzdušnyacutem kysliacutekem Daacutele je kofaktorem některyacutech enzymů uacutečastniacute se obrannyacutech
mechanismů vůči chorobaacutem a jinyacutem poškozeniacutem Patřiacute mezi zachytaacutevače volnyacutech
radikaacutelů ale naopak v přiacutetomnosti Fe3+ zvyšuje jejich tvorbu Proto je třeba jeho
přiacutevod do těla regulovat Doporučenaacute denniacute daacutevka pro člověka je 50-60 mg
Vitamin C je rozšiacuteřen v rostlinaacutech nejviacutece v šiacutepciacutech černeacutem rybiacutezu zeleneacute
paprice citronech a pomerančiacutech Při nedostatku nejprve vysychaacute kůže člověk
Obr 8 Chemickyacute vzorec vitaminu B12
Obr 9 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B12 zleva tepelně upravenaacute jaacutetra mleacuteko
22
hubne maacute pocit uacutenavy a později se projevujiacute přiacuteznaky kurdějiacute - podkožniacute krvaacuteceniacute
krvaacuteceniacute daacutesniacute vypadaacutevaacuteniacute zubů naacutechylnost k infekciacutem
27 Vitamin D ndash steroidniacute hormonaacutelniacute prekurzory ndash kalciferoly vznikajiacute ozaacuteřeniacutem
nenasycenyacutech sterolů UV zaacuteřeniacutem U lidiacute se tvořiacute zejmeacutena v kůži Regulujiacute
metabolismus vaacutepniacuteku Svyacutemi uacutečinky připomiacutenajiacute hormony Netvořiacute kofaktory
Velikost denniacute daacutevky zaacutevisiacute na věku a intenzitě ozařovaacuteniacute pokožky Zdrojem
provitaminů D jsou kvasnice některeacute oleje a žloutek Vitaminy D jsou ve většiacute miacuteře
obsaženy v jaterniacutech tuciacutech maacutesle a mleacuteku Nedostatek vitaminu D vyvolaacutevaacute poruchy
metabolismu vaacutepniacuteku a fosforu ktereacute vede k onemocněniacute zvaneacutemu rachitis (křivice)
Obr 10 Chemickyacute vzorec vitaminu C
Obr 11 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu C zleva paprika citrusoveacute plody šiacutepky
Obr 12 Chemickyacute vzorec vitaminu D
23
2288 Vitamin E - tokoferoly - vyacuteznam neniacute zatiacutem přesně znaacutem Všeobecně se miacuteniacute
že chraacuteniacute lipidy před oxidaciacute zejmeacutena pak lipidy buněčnyacutech membraacuten Poškozeniacute
lipidů vyvolaacutevajiacute hlavně volneacute radikaacutely a tokoferoly tyto volneacute radikaacutely zachycujiacute Teacuteto
vlastnosti se využiacutevaacute i při stabilizaci tuků a olejů v průmyslu Denniacute daacutevka pro člověka
se pohybuje v rozmeziacute 15-20 mg Hlavniacute zdroje jsou rostlinneacute oleje olej z obilnyacutech
kliacutečků zelenina luštěniny maacuteslo a vejce Nejsou v rybiacutem tuku
Obr 13 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu D zleva vařenaacute vejce plaacutetek lososa
Obr 14 Chemickyacute vzorec vitaminu E
24
3 Zaacutevěr
Vitaminy jsou nezbytnou součaacutestiacute lidskeacuteho těla a jsou nesmiacuterně důležiteacute aby
organismus mohl spraacutevně fungovat a byl chraacuteněnyacute vůči různyacutem onemocněniacutem Vyššiacute
potřeba vitaminů se projevuje napřiacuteklad po nemoci při většiacute psychickeacute nebo fyzickeacute
zaacutetěži při oslabeneacutem imunitniacutem systeacutemu těhotenstviacute nebo u dětiacute a staršiacutech lidiacute
Jedniacutem z alternativniacutech zdrojů vitaminů jsou různeacute potravinoveacute doplňky
V žaacutedneacutem přiacutepadě by však neměly byacutet naacutehražkou klasickeacute stravy protože
v potravinaacutech jsou kromě vitaminů takeacute pro tělo důležiteacute živiny Konzumovat by se
měly všechny druhy potravin s obsahem jak vitaminů a mineraacutelniacutech laacutetek tak
biacutelkovin sacharidů a tuků
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 wwwwikiskriptaeuindexphpEnzyacutemy_-_Cvičenie
5 orionchemimunicz14-Kinetika-1htm
Obr 15 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu E zleva obilneacute kliacutečky klasy kukuřice
25
6 wwwwikiskriptaeu500px-Schema-koenzymjpg
7 httpfileboxvteduuserschagedorbiol_4684
8 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
9 httphomecaregrouporgclinicalaltmedinteractionsImages
10 httpcswikipediaorgwikiSouborStrukt_vzorec_riboflavinPNG
11 httpcswikipediaorgwikiSouborHydroxocobalaminsvg
12 httpcswikipediaorgwikiSouborL-Ascorbic_acidsvg
13 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
14 httplaveganlocablogspotcom200806corn-sproutshtml
15 httpwwwordinaceczclanekproc-ne-pit-mleko
16 httpwwwdrozdiczclankybezlepkova-dieta
17 httpwwwmojevitaminycz
18 httpwwwdigitalphotoplenphotos-images1633
19 httpnajmamaaktualityskclanok224729kukurica-zdravie-farby-zlata
20 httpprozenybleskczclanekpro-zeny-zdravi-a-hubnuti-
fitness156603zatocte-s-celulitidou-5-5-tipu-proti-pomerancove-kuzihtml
21 httplmatyblogczen1103vejce-a-kraslice
22 httpdomanovaczclanekstihlaafitcitrusy-maji-pri-hubnuti-blahodarny-
ucinekhtml
23 httpwwwwellnesswacomau201102rosehip-tea-rosehip-mask-rosehip-oil-
and-rosehip-lip-balm-a-four-way-rosehip-ritual
24 httpwwwbordeauxcomusblogtagspinach
25 httpwwweducaterercoukpedigree-beef-33-casp
26
ZAacuteKLADNIacute BIOCHEMICKEacute PROCESY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
1 1 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů
1 2 Kategorie metabolismu
2 Katabolickeacute procesy
2 1 Průběh metabolismu v buňce
2 2 Metabolismus sacharidů
2 3 Metabolismus mastnyacutech kyselin
2 4 Metabolismus aminokyselin
3 Anabolickeacute procesy
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
VODIacuteK - H
1p +
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
000
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
--
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
- --
8p +8n
--
--
-- --
--
--
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
- --
6p +6n
--
--
-- --
--
VODIacuteK - H
1p +
-
VODIacuteK - H
1p +
---
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
DUSIacuteK - N
7p +7n
--
--
-- --
--
--
000
1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
11 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů V živeacute buňce probiacutehaacute velkeacute množstviacute chemickyacutech reakciacute Většina z nich se
uskutečňuje současně
Převaacutežnaacute čaacutest biochemickyacutech reakciacute v buňce je součaacutestiacute metabolickyacutech drah ktereacute
na sebe vzaacutejemně navazujiacute a jejichž vyacutesledkem je jeden nebo viacutece produktů
Termiacuten metabolismus můžeme volně přeložit jako laacutetkovaacute vyacuteměna Jednaacute se o
soubor všech chemickyacutech procesů v organismu Mezi zaacutekladniacute biogenniacute prvky patřiacute uhliacutek kysliacutek dusiacutek a vodiacutek
4 Scheacutema atomů jednotlivyacutech biogenniacutech prvků
Z těchto prvků jsou takeacute tvořeny zaacutekladniacute živiny sacharidy lipidy a biacutelkoviny 12 Kategorie metabolismu
Metabolismus se tradičně děliacute na dvě hlavniacute kategorie Katabolismus ndash převažujiacute reakce rozkladneacute (degradačniacute) Živiny a složitějšiacute laacutetky
jsou štěpeny na jednoduššiacute a uvolňuje se energie
Obr 1 Ilustračniacute foto ke katabolickyacutem reakciacutem
Anabolismus ndash převažujiacute reakce syntetickeacute při kteryacutech chemickyacutemi reakcemi
vznikajiacute složitějšiacute biomolekuly z jednoduchyacutech komponent
28
Obr 2 Ilustračniacute foto k anabolickyacutem reakciacutem Katabolickeacute procesy poskytujiacute energii potřebnou k procesům anabolickyacutem Zdrojem
energie pro metabolickeacute reakce je ATP (adenosintrifosfaacutet)
2 Katabolickeacute procesy
Pro ziacuteskaacutevaacuteniacute velkeacuteho množstviacute energie katabolickyacutemi reakcemi jsou
nejvyacutehodnějšiacute tuky (lipidy) Proto si je organismus vytvaacuteřiacute jako zaacutesobniacute formu
energie
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g tuku ziacuteskaacuteme 389 kJ (93 kcal) energie Spalovaacuteniacute je chemickyacute proces rychleacute oxidace kteryacutem se uvolňuje chemickaacute energie
V rozšiacuteřeneacutem nebo přeneseneacutem vyacuteznamu se jednaacute o biochemickyacute proces
přeměňovaacuteniacute živin v pohybovou a tepelnou energii
Dalšiacutem vyacutehodnyacutem zdrojem energie je glukosa Je to naviacutec jedinaacute živina
zpracovaacutevanaacute organismem za vzniku energie i bez přiacutestupu kysliacuteku
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g glukosy ziacuteskaacuteme 17 kJ (41 kcal) energie
Biacutelkoviny jako zdroje energie využiacutevajiacute organismy při zaacutetěžovyacutech stavech
Obr 3 Scheacutema molekuly ATP
29
21 Průběh metabolismu v buňce
Celyacute proces přeměny laacutetek - metabolismu v jedneacute buňce je možneacute rozdělit do
čtyř faacuteziacute probiacutehajiacuteciacute v oddělenyacutech čaacutestech
Extracelulaacuterně (mimo buňku) probiacutehaacute Faacuteze I Traacuteviciacute trakt rarr štěpeniacute živin na zaacutekladniacute složky a jejich transport krviacute
Intracelulaacuterně (v buňce) probiacutehaacute Faacuteze II Štěpeniacute živin na složky citraacutetoveacuteho cyklu rarr uvolněniacute NH3
Faacuteze III Citraacutetovyacute cyklus rarr vznik redukovanyacutech kofaktorů NADH a FHDH2
rarr uvolněniacute CO2
Faacuteze IV Dyacutechaciacute řetězec rarr zpracovaacuteniacute NADH a FADH2 rarr uvolněniacute H2O
rarr uvolněniacute energie rarr oxidativniacute fosforylace
rarr tvorba ATP
NADH reduktasa přesněji NADH ubichinon-reduktasa ndash jednaacute se o velkyacute
enzymatickyacute komplex složenyacute z řady biacutelkovinnyacutech podjednotek
Flavinadenindinukleotid (FAD či FADH2 přiacutepadně riboflavinadenosindifosfaacutet) ndash
jednaacute se o kofaktor neboli niacutezkomolekulaacuterniacute nebiacutelkovinnou čaacutest řady enzymů FAD je
jeho oxidovanaacute forma zatiacutemco FADH2 je jeho forma redukovanaacute
Po přiacutejmu potravy se v traacuteviciacutem traktu jednotliveacute živiny souhrou traacuteviciacutech enzymů
štěpiacute
Z polysacharidů monosacharidy Z lipidů mastneacute kyseliny Z biacutelkovin aminokyseliny 22 Metabolismus sacharidů
Monosacharidy se pomociacute přenašečů dostaacutevajiacute do krve a poteacute do buněk
V buňce se mohou přeměnit na glukosu a ta podleacutehaacute štěpeniacute zvaneacutem glykolysa
tiacutemto procesem vznikaacute acetyl-CoA (aktivovanaacute kyselina octovaacute)
vznikajiacute
vznikajiacute
vznikajiacute
30
Dalšiacute degradace monosacharidů probiacutehaacute v mitochondriiacutech v raacutemci citraacutetoveacuteho
cyklu V reakciacutech cyklu vznikajiacute dvě molekuly CO2 což je konečnyacute produkt
metabolismu uhliacuteku a kysliacuteku z živin
Vodiacutek z živin se takeacute uvolňuje a navaacuteže se na oxidoredukčniacute enzymy
označovaneacute jako pyridinoveacute (NADH) a flavinoveacute (FADH2) dehydrogenasy
Takto vaacutezaneacute vodiacuteky v konečneacute faacutezi vstupujiacute do dyacutechaciacuteho řetězce Zde ztraacutecejiacute
za uvolněniacute energie sveacute elektrony za vzniku čaacutestice (H+) a elektrony se postupně
přenaacutešejiacute až na kysliacutek kteryacute vytvořiacute s H+ molekuly vody Zdrojem kysliacuteku je oxidovanyacute
hemoglobin (oxyhemoglobin) vodiacutek pochaacuteziacute z živin
Uvolněnaacute energie se transformuje v procesu oxidativniacute fosforylace do molekuly
adenosintrifosfaacutetu ndash makroergickeacute sloučeniny bohateacute na energii
Sacharidy (cukry) ndash jsou považovaacuteny za okamžityacute zdroj energie
ndash glukosa je zdrojem energie pro všechny buňky jejiacute staacutelaacute hladina v krvi 44ndash67 mmoll
ndash při zvyacutešeniacute na 10 mmoll se glukosa objevuje v moči
ndash za běžnyacutech podmiacutenek se glukosa z potravy přeměňuje přibližně z 50 na oxid uhličityacute a
vodu (spalovaacuteniacute) 30ndash40 se přestavuje na tuk a 5 se syntetizuje na glykogen
ndash denniacute potřeba glukoacutezy min 160 g denně 300ndash500 g(mozek 120 g svaly v klidu 30ndash100 g)
23 Metabolismus mastnyacutech kyselin
Mastneacute kyseliny vytvořiacute v červenyacutech krvinkaacutech ndash erytrocytech triacylglyceroly
(triglyceridy) ktereacute se zabudujiacute do chylomikronů a přes lymfu proniknou do krve
V krvi se z nich speciaacutelniacutem enzymem zvanyacutem lipasa uvolniacute mastneacute kyseliny ktereacute se
vaacutežiacute na albuminy a poteacute prostupujiacute přes membraacutenu do buněk
Mastneacute kyseliny jsou zpracovaacuteny v β-oxidaci Jednaacute se o cyklus postupneacuteho
odbouraacutevaacuteniacute při němž se postupně odštěpujiacute vždy dvouuhliacutekateacute jednotky z mastneacute
kyseliny ze ktereacute vznikaacute acetyl-CoA Reakce probiacutehaacute v cytosolu mitochondrie
Vzniklyacute acetyl-CoA vstupuje do reakciacute citraacutetoveacuteho cyklu a zbytek mastneacute kyseliny
jejiacutež kostra je kratšiacute o dva uhliacuteky znovu vstupuje do reakce kteraacute vede k odštěpeniacute
dalšiacute dvouuhliacutekateacute jednotky Vyacutesledkem je vysokyacute zisk energie v zaacutevislosti na
velikosti uhliacutekateacute kostry mastneacute kyseliny Scheacutema β-oxidace R-CH2-CH2-CO-S-CoA + HS-CoA rarr R-CO-S-CoA + CH3-CO-S-CoA + H2O
31
Tuky (lipidy) - sloučeniny trojsytneacuteho alkoholu glycerolu s mastnyacutemi kyselinami
Vyacuteznam tuků - umožňujiacute vitamiacutenům A D E K ktereacute jsou lipofilniacute (rozpustneacute v tuciacutech) vstup do
organismu a jejich dalšiacute využitiacute
- jsou zdrojem esenciaacutelniacutech mastnyacutech kyselin
- tvořiacute zaacutesobu energie (v podkožiacute se nachaacuteziacute až 90 tuku)
- jsou součaacutestiacute buněčnyacutech membraacuten (cholesterolu)
Mastneacute kyseliny (MK) ndash jednaacute se o vyššiacute monokarboxyloveacute kyseliny ktereacute se mohou dělit na
1 neesenciaacutelniacute tělo si je dokaacuteže vyrobit samo (z cukrů a tuků živočišneacuteho původu) ty se dajiacute podle
charakteru vazeb daacutele dělit na
a) nasyceneacute - obsahujiacute jednoducheacute vazby mezi atomy uhliacuteku syntetizujiacute se v jaacutetrech
(např kys palmitovaacute ndash obsahuje 16 atomů uhliacuteku v molekule) kys stearovaacute
obsahuje 18 atomů uhliacuteků v molekule)
b) nenasyceneacute - obsahujiacute dvojneacute vazby mezi atomy uhliacuteku jejich vyacuteznamnyacutem zdrojem
je olivovyacute olej (k olejovaacute ndash obsahuje 18 atomů uhliacuteku v molekule)
2 esenciaacutelniacute tělo je samo vytvořit nedokaacuteže musiacute je přijiacutemat v potravě jejich zdrojem jsou zejmeacutena
semena rostlinneacute oleje vlašskeacute ořechy a listovaacute zelenina (kys linolovaacute kys linolenovaacute
kys arachidonovaacute) daacutele ryby a mořštiacute živočichoveacute (kys eikosapentaneovaacute kys dokosahexaenovaacute)
24 Metabolismus aminokyselin
Aminokyseliny se stejnyacutem způsobem jako monosacharidy dostaacutevajiacute
prostřednictviacutem speciaacutelniacutech přenašečů do krve a naacutesledně do buněk Z různorodyacutech
biacutelkovin ziacuteskaacuteme přibližně 20 aminokyselin
Metabolismus aminokyselin je pro jejich vlastniacute různorodou strukturu
komplikovanějšiacute Zaacutekladniacutem rysem přeměny je uvolněniacute jejich aminoskupiny ve formě
škodliveacuteho amoniaku Protože člověk (a primaacuteti) jej nedovedou jednoduše vyloučit
zpracuje se v močovinoveacutem cyklu na netoxickou močovinu Zbyleacute uhliacutekateacute kostry
aminokyselin se různě složityacutemi reakcemi přeměňujiacute na složky citraacutetoveacuteho cyklu Biacutelkoviny (proteiny) ndash patřiacute mezi zaacutekladniacute stavebniacute laacutetky organismu
- biacutelkoviny živeacute hmoty se neustaacutele obnovujiacute (denně cca 300ndash500 g)
- jsou tvořeny aminokyselinami přičemž lidskeacute tělo využiacutevaacute 20 aminokyselin některeacute vytvaacuteřiacute samo
- jednaacute se o vysokomolekulaacuterniacute laacutetky (majiacute velkeacute relativniacute molekuloveacute hmotnosti) se složityacutem
prostorovyacutem uspořaacutedaacuteniacutem
- důsledky nedostatku biacutelkovin
bull chaacutetraacuteniacute těla (marasmus) zpomaleniacute až zastaveniacute růstu aneacutemie sniacuteženiacute odolnosti
narušeniacute vyacutevoje CNS
32
bull kwashiorkar u dětiacute (bdquonafouklaacute břiacuteškaldquo) strava energeticky dostatečnaacute ale chudaacute na
biacutelkoviny zvětšeniacute sleziny jater cirhoacuteza
Vyacutesledkem kompletniacute degradace živin jsou konečneacute produkty metabolismu čtyř
zaacutekladniacutech biogenniacutech prvků C H O N rarr CO2 H2O NH3 (přeměněnyacute na
močovinu) a energie vaacutezanaacute v ATP 3 Anabolickeacute procesy
Při anabolickyacutech procesech se živiny u zdraveacuteho člověka rozklaacutedajiacute na
jednoduššiacute laacutetky Při těchto rekciacutech je ziacuteskaacutevaacutena nejen energie ale čaacutest vzniklyacutech
produktů se využije k obnově tkaacuteniacute nebo tvorbě zaacutesob Napřiacuteklad aminokyseliny se
většinou využijiacute na synteacutezu biacutelkovin podle aktuaacutelniacutech potřeb a přebytek se odbouraacute
Organismus si žaacutedneacute biacutelkoviny do zaacutesob netvořiacute
Naopak glukosu je možno v organismu uchovaacutevat v podobě glykogenu kteryacute se
však vytvaacuteřiacute pouze v jaacutetrech a ve svalech
Hepatocyty (jaterniacute buňky) při vyacuterazneacutem poklesu glykeacutemie doplňujiacute hladinu
glukosy v krvi štěpeniacutem glykogenu Naviacutec jsou schopny syntetizovat glukosu
z glukogenniacutech aminokyselin laktaacutetu a z glycerolu uvolněneacuteho štěpeniacutem
triacylglycerolů
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
Metabolickaacute draacuteha je řada naacuteslednyacutech enzymovyacutech reakciacute vedouciacutech k tvorbě
určiteacuteho produktu Reakčniacute složky meziprodukty a produkty draacutehy jsou označovaacuteny
jako metabolity
1 Metabolickeacute draacutehy jsou nevratneacute Jestliže jsou dva produkty navzaacutejem metabolicky převoditelneacute musiacute byacutet draacuteha
vedouciacute od prveacuteho k druheacutemu produktu odlišnaacute od draacutehy vedouciacute od druheacuteho
produktu k prvniacutemu
2 Každaacute metabolickaacute draacuteha obsahuje časnyacute určujiacuteciacute stupeň Metabolickeacute draacutehy
jsou jako celek nevratneacute ale většina diacutelčiacutech reakciacute probiacutehaacute v bliacutezkosti
rovnovaacutežneacuteho stavu
3 Všechny metabolickeacute draacutehy jsou regulovaneacute
33
4 Metabolickeacute draacutehy probiacutehajiacute v eukaryontniacutech organismech ve specifickyacutech miacutestech
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
Nezbytneacute složky potravy jsou předevšiacutem živiny (lipidy sacharidy proteiny)
vitamiacuteny voda mineraacutelniacute laacutetky vlaacuteknina Jejich optimaacutelniacute procentuaacutelniacute zastoupeniacute
v potravě činiacute cukry 60 tuky 25 biacutelkoviny 15
Obecně lze vyjaacutedřit potřebu přiacutejmu biacutelkovin jako 1 gram na 1 kilogram vaacutehy těla
U dětiacute a těhotnyacutech žen o něco viacutece Rostlinneacute a živočišneacute biacutelkoviny jsou odlišneacute
struktury (esenciaacutelniacute aminokyseliny nejsou v rostlinnyacutech biacutelkovinaacutech) To je tedy
jeden z důvodů proč je vegetariaacutenstviacute nevhodneacute pro děti
Existujiacute vyacutekyvy ve spraacutevneacutem poměru přijiacutemaacuteniacute živin Z těchto vyacutekyvů vyplyacutevajiacute různeacute
patologie hladověniacute podvyacuteživa otylost obezita mentaacutelniacute anorexie a bulimie
Nutričniacute tabulky najdete např na adresehttpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 httpwwwustbonifacembcacusbabernierbiologieModule1Imagesatpjpg
5 httpnd01jxscz951848df6dd214b1_31960153_o2jpg
6 http12912392202isotope
7 httpwwwgoogleczimgresimgurl
8 httpwwwgoogleczimgresimgurl
9 httpwwwprojektalfag6czolygos2gif
10 httpcswikipediaorgwikiSouborFat_structural_formulaepng
11 httpnd01jxscz51188560aec9185e_35721065_o2jpg
34
12 httpwwwwikidocorgimages550-
Metabolism_790px_partly_labeledpngampimgrefurl
13 wwwmojeramaczrama-ideavitaminyjpg DHA (kyselina dokosahexaenovaacute )
ALA (kyselina alfa-linolenovaacute)--omega-3 nenasyceneacute mastneacute kyseliny
14 httpismuniczelportalestudfspsjs07fyziotextych02html
15 httpwwwzdravavyzivaczzdrava-vyziva3jpgampimgrefurl
16 httpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
17 httpwwwnspkaczNSPKA_prirucky2012laboratorni_prirucka_OKBHorlovaW
IAAHhtm
35
NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Uacutevod do problematiky naacutevykovyacutech laacutetek definice drogy rozděleniacute laacutetek
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol
22 Tabaacutek a kouřeniacute
3 Nelegaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu (marihuana hašiš)
32 Halucinogeny (LSD atropin mezkalin)
33 Laacutetky se stimulačniacutem uacutečinkem (kokain amfetaminy aj)
34 Laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem (sedativa-benzodiazepiny barbituraacutety aj)
35 Opiaacutety (morfin heroin aj)
36 Těkaveacute (inhalačniacute) laacutetky (toluen aceton)
4 Zaacutesady prevence a prvniacute pomoci při aplikaci naacutevykoveacute laacutetky
5 Legislativa tyacutekajiacuteciacute se naacutevykovyacutech laacutetek
6 Přehled použiteacute literatury
7 Teacutemata referaacutetů
36
1 Uacutevod
Definice naacutevykoveacute laacutetky (bdquodrogyldquo) jde o aplikaci jakeacutekoliv laacutetky přiacuterodniacuteho či
syntetickeacuteho původu ovlivňujiacuteciacute psychiku člověka a vyvolaacutevajiacuteciacute potřebu
opakovaneacuteho použitiacute (recidivy) takže uživatel se na niacute staacutevaacute zaacutevislyacute (bdquodrogovaacute
zaacutevislostldquo) Vzhledem ke skutečnosti že v posledniacutech letech vidiacuteme zvyacutešenyacute rozsah tohoto fenomeacutenu kteryacute
zasahuje čiacutem daacutel tiacutem mladšiacute skupiny mlaacutedeže se všemi nepřiacuteznivyacutemi důsledky (zdravotniacutemi
ekonomickyacutemi i společenskyacutemi ndash rozvrat osobnosti asociaacutelniacute a protizaacutekonneacute chovaacuteniacute nutnost leacutečby)
je nanejvyacuteš aktuaacutelniacute zavčas varovat žaacuteky ve škole před tiacutemto nebezpečiacutem (tzv toxikomaacutenie)
Na vzniku zaacutevislosti se podiacutelejiacute zejmeacutena tyto faktory
- droga - typ vlastniacute substance působiacuteciacute na psychiku
- člověk - zejmeacutena typ jeho osobnosti (zvyacutešeneacute riziko pro neurotickeacute
nezdrženliveacute nesebejisteacute jedince s absenciacute zaacutejmů a zaacutelib sportu atd)
- prostřediacute - problematickeacute rodinneacute zaacutezemiacute vliv bdquopartyldquo
Většinou při vzniku zaacutevislosti působiacute kombinace vyacuteše uvedenyacutech přiacutečin
Průběh zaacutevislosti
- zprvu jde o zvědavost vyzkoušet si novyacute zaacutežitek zahnat stres uacutenavu
bdquovyřešitldquo probleacutemy s učeniacutem partnerskyacutemi vztahy apod
- postupnyacute naacutevyk na drogu opakovaneacute užiacutevaacuteniacute zvyšujiacuteciacute se tolerance na drogu
(neplatiacute u alkoholu)
- abstinenčniacute přiacuteznaky při vynechaacuteniacute daacutevky (poceniacute třes zvraceniacute průjem hellip)
Psychickaacute zaacutevislost (kouřeniacute) ndash lze překonat silnou vůliacute
Fyzickaacute zaacutevislost (heroin) ndash při absenci drogy těžkeacute zdravotniacute naacutesledky popř
i smrt
- zdravotniacute a sociaacutelniacute konsekvence (rozpad rodiny odchod partnera ztraacuteta
zaměstnaacuteniacute sebevražedneacute pokusy aj)
Je nutneacute nebyacutet nevšiacutemavyacute k jasnyacutem přiacuteznakům počiacutenajiacuteciacute zaacutevislosti ndash změny chovaacuteniacute naacutehleacute
bezdůvodneacute zhoršeniacute prospěchu ztraacuteta zaacutejmů a přaacutetel zaviacuteraacuteniacute se na delšiacute dobu na WC shaacuteněniacute
financiacute (kraacutedeže) modřiny a vpichy na těle hellip
Způsoby aplikace drog
- peroraacutelně (tablety praacutešek roztok) ndash např pervitin extaacuteze
37
- dyacutechaciacutem uacutestrojiacutem (kouřeniacute ndash marihuana šňupaacuteniacute ndash kokain inhalace par ndash
toluen)
- intravenoacutezně (injekčně ndash heroin zvyacutešeneacute riziko přenosu infekciacute chorob ndash
žloutenka AIDS)
- jineacute způsoby (čiacutepky naacuteplasti hellip)
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol bdquoliacutehldquo (chemicky ethanol C2H5OH) Alkohol je staacutetem tolerovanou drogou a lze jej běžně od určiteacuteho věku (18-21 let)
koupit ve formě alkoholickyacutech naacutepojů v obchodech
Pozn Alkoholy obecně obsahujiacute ndashOH skupinu na alifatickeacutem řetězci pozor na zaacuteměnu ethanolu za
methanol CH3OH (možnost vyacuteskytu v různyacutech po domaacutecky paacutelenyacutech produktech) kteryacute je
prudce jedovatyacute ndash při požitiacute hroziacute oslepnutiacute smrt Alkoholismus je historicky jednou
z nejstaršiacutech drogovyacutech zaacutevislostiacute a pokusy o jeho vymyacuteceniacute (viz prohibice v USA Rusku)
vždy vedly pouze k rozmachu černeacuteho trhu
Alkohol působiacute na centraacutelniacute nervovyacute systeacutem a to zpočaacutetku stimulačně daacutele pak
tlumivě
Pro potravinaacuteřskeacute uacutečely se vyraacutebiacute lihovyacutem kvašeniacutem plodin obsahujiacuteciacutech cukr
(melasa z cukroveacute řepy brambory obiliacute různeacute druhy ovoce) za působeniacute enzymu
(zymasa)
C6H12O6 rarr 2 C2H5OH + 2 CO2
Průmyslově se ethanol vyraacutebiacute hydrataciacute ethenu
H2C=CH2 + H2O rarr CH3CH2OH
Pro chemickeacute užitiacute (např jako rozpouštědlo) se alkohol denaturuje tj zaacuteměrně se k němu přidaacutevajiacute
zapaacutechajiacuteciacute laacutetky (např derivaacutety merkaptanů pyridinu methanol benziacuten) aby nebyl poživatelnyacute
100 alkohol nelze ziacuteskat destilačně (s vodou tvořiacute při obsahu 96 tzv azeotropniacute směs kteraacute maacute
konstantniacute teplotu varu) pouze chemicky vaacutezaacuteniacutem vody užitiacutem sikativ (silikagel)
Požiacutevaacuteniacute alkoholu vede k nevratneacutemu poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (jaacutetra ndash cirhoacuteza
žaludek ndash vředy) oslabeniacute imunity poruchaacutem paměti depresiacutem a halucinaciacutem
u těhotnyacutech žen k poškozeniacute plodu Leacutečeniacute alkoholika předpoklaacutedaacute jeho spolupraacuteci a
38
je zdlouhaveacute (uacutestavniacute forma 6 - 12 měsiacuteců) a ne vždy uacutespěšneacute Pro vyleacutečeneacuteho platiacute
100 zaacutekaz alkoholu a doživotniacute bezvyacutejimečnaacute abstinence
Z hlediska konzumace alkoholu rozlišujeme
- abstinenti hellip nepijiacute vůbec či zcela vyacutejimečně v symbolickeacutem množstviacute
- přiacuteležitostniacute konzumenti hellip pijiacute bdquos miacuterouldquo nepravidelně nejsou skoro nikdy opiliacute
- nadměrniacute konzumenti hellip pijiacute trvale přes miacuteru ztraacutecejiacute kontrolu často opiliacute
- alkoholici hellip s chorobnou zaacutevislostiacute ndash nekontrolovatelneacute pitiacute abstinenčniacute přiacuteznaky
Resorpce (odbouraacutevaacuteniacute) alkoholu Odbouraacutevaacuteniacute alkoholu je individuaacutelniacute (u mužů cca 2x rychlejšiacute než u žen zaacutevisiacute i na
hmotnosti osoby) Orientačně lze počiacutetat s odbouraacuteniacutem max 015-02 permil alkoholu v
krvi za hodinu
Vzorec pro vyacutepočet promile alkoholu v krvi permil = mA(g) M (kg) middot k
kde mA hellip hmotnost čisteacuteho alkoholu (g)
M hellip hmotnost člověka (kg)
k koeficient ( 07 pro muže 06 pro ženy)
Vzorovyacute přiacuteklad
Vypočtěte kdy budeme moci sednout za volant vypijeme-li 2 piva 11ordm o obsahu alkoholu 4 obj a
k tomu 3 bdquopanaacutekyldquo vodky po 50 ml 40 alkoholu (hustota ethanolu je ρ = 078 gcm3)
vyacutepočet (přibližně)
a) 2 piva 11deg (4obj ) tzn 1000ml obsahuje cca 40 ml čisteacuteho alkoholu
tj mA = ρ middot V = 078 middot 40 = 312 g
b) 3 bdquopanaacutekyldquo (alkohol 40 obj) tzn 150ml obsahuje 60 ml čisteacuteho alkoholu
tjmA = ρ middot V = 078 middot 60 = 468 g
CELKEM 78 g čisteacuteho alkoholu
V krvi bude naměřeno 78 80 middot 07 = 14 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 80 kg muže)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 7 - 9 hodin ()
78 60 middot 06 = 22 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 60 kg ženu)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 11 - 14 hodin ()
Pozn Uvedenyacute přiacuteklad je pouze ilustračniacute a je nutneacute počiacutetat s časovou rezervou a individuaacutelniacutemi
odchylkami
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 2 - 6
39
22 Tabaacutek a kouřeniacute V současneacute době spolu s alkoholem jedinaacute staacutetem tolerovanaacute droga
Historie kouřeniacute dyacutemky u Indiaacutenů
v Evropě začiacutenaacute od 16 stol největšiacute rozvoj od 2pol 19 stol se seacuteriovou vyacuterobou cigaret
Laacutetky obsaženeacute v tabaacuteku
Hlavniacute roli hraje alkaloid nikotin
3-(1-methylpyrrolidin-2-yl)pyridin
Obr1 Tabaacutek (Nicotiana tabacum)
Nikotin je bezbarvaacute olejovitaacute kapalina rozpustnaacute ve vodě kteraacute na vzduchu hnědne
(oxiduje se na kyselinu nikotinovou) Draacuteždiacute centraacutelniacute nervovou soustavu zvyšuje
krevniacute tlak i sekreci žlaacutez Ve většiacutech daacutevkaacutech působiacute křeče až ochrnutiacute dyacutechaciacuteho
centra a smrt
Dalšiacute laacutetky v tabaacuteku alkaloidy nornikotin anabasin nikotyrin nikotellin hellip a mnoho dalšiacutech
Tabaacutekovyacute kouř daacutele obsahuje toxickeacute zplodiny hořeniacute (aromaacutety CO NOx HCN v cigaretoveacutem papiacuteře
je obsažen radioizotop 210Po)
Jen čaacutest škodlivyacutech laacutetek se zachytiacute na filtru zbytek se dostaacutevaacute do organismu
dyacutechaciacutemi cestami Je prokaacutezaacutena souvislost mezi rakovinou dyacutechaciacutech cest a
kouřeniacutem (varovaacuteniacute na každeacute krabičce cigaret)
Probleacutemem je že kouřeniacute se staacutele posouvaacute do nižšiacutech věkovyacutech skupin a do ženskeacute
populace (cca 13 kuřaacuteků jsou ženy) a negativniacute uacutečinky se bagatelizujiacute (bdquovždyť kouřiacute i
doktořildquohellip)
Způsoby boje proti kouřeniacute
Reklama (moderniacute je nekouřit) osvěta (někdy dost drastickaacute - rentgenoveacute sniacutemky
plic kuřaacuteka) legislativniacute omezeniacute (zaacutekazy kouřeniacute v restauraciacutech zvyšovaacuteniacute ceny)
Terapie
Při odvykaacuteniacute se uplatňuje řiacutezenaacute aplikace nikotinu ve formě žvyacutekačky naacuteplastiacute
elektronickaacute cigareta apod
40
Zaacutevěr
Jde o ošklivyacute zlozvyk jehož se těžce dotyčnyacute (obvykle až po fataacutelniacutech zdravotniacutech
probleacutemech) zbavuje Četnost recidivy je velmi značnaacute
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 6
3 NELEGAacuteLNIacute NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu
Pochaacuteziacute z rostliny Cannabis sativa (konopiacute seteacute) Konopiacute se zneužiacutevaacute nejčastěji
k nelegaacutelniacute vyacuterobě marihuany a hašiše
Konopiacute je původem z Kašmiacuteru je to jedna z nejstaršiacutech kulturniacutech plodin Je užiacutevaacutena k vyacuterobě
pevnyacutech provazů a lan oleje ze semen
Obr 2 Konopiacute seteacute
Uacutečinnou laacutetkou je THC (tetrahydrocannabinol C21H30O2)
Chemicky (-)-(6aR 10aR)-669-trimethyl-3-pentyl-6a7810a-tetrahydro-6H-benzo[c]chromen-1-ol
Marihuana (obsahuje cca 10 THC)
se připravuje fermentačniacutem procesem z mladyacutech listů a květů konopiacute
Na trhu je ve formě zelenošedyacutech sušenyacutech listů nebo slisovanyacutech tyčinek (bdquojiveldquo)
Hašiš (bdquohašldquo bdquokiffldquo bdquolaacutedoldquo s obsahem až 40 THC)
41
je ze samičiacutech květů konopiacute jež obsahujiacute hodně pryskyřice s typickyacutem zaacutepachem
(existujiacute různeacute druhy např charos - čistaacute pryskyřice ganja - z květů bhang - ze
semenhellip) Distribuuje se ve formě hnědyacutech mastnyacutech lisovanyacutech kostek či placek
Aplikace kouřeniacutem cigaret (marihuana) či dyacutemkou (hašiš) možno i peroraacutelně
Přiacuteznaky intoxikace rychlyacute naacutestup uacutečinku (minuty) ndash zrychleniacute tepu sucho v uacutestech
uvolněniacute euforie snoveacute obluzeniacute halucinace trvajiacuteciacute hodiny
Při dlouhodobeacutem pravidelneacutem užiacutevaacuteniacute zpomaleniacute myšleniacute poruchy paměti
schizofrenie riziko zhoubnyacutech naacutedorů dyacutechaciacuteho systeacutemu
Jde pouze o psychickou nikoli fyzickou zaacutevislost (nehroziacute abstinenčniacute syndrom)
Marihuana patřiacute mezi tzv bdquoměkkeacuteldquo drogy ndash otaacutezka bdquopřestupniacute staniceldquo k bdquotvrdyacutemldquo drogaacutem je
nejednoznačnaacute V některyacutech staacutetech (Holandsko Izrael) neniacute marihuana zakaacutezaacutena Řada lidiacute po tom
volaacute i u naacutes Možnost kontrolovaneacuteho leacutečebneacuteho využitiacute (potlačeniacute nevolnosti při chemoterapii
rakoviny roztroušeneacute skleroacutezy parkinsonismu apod)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 7
32 Halucinogeny Tyto laacutetky obecně deformujiacute vniacutemaacuteniacute reality a navozujiacute falešneacute (předevšiacutem zrakoveacute
ale i sluchoveacute čichoveacute) představy Existuje viacutece než 150 rostlin ze kteryacutech lze ziacuteskat halucinogeny Znaacutemy už od starověku (věštiacuterny ndash
Theacuteby Delfy) Děleniacute dle chemickeacuteho složeniacute
a) Indoloveacute derivaacutety (např LSD psilocin harmin)
b) Piperidinoveacute a tropanoveacute laacutetky (atropin skopolamin)
c) Fenylethylaminoveacute derivaacutety (mezkalin)
ad a) LSD = diethylamid kyseliny lysergoveacute ndash obsažen v naacutemelu (parazit na žitě)
LSD Obr 3 Naacutemel
Naacutemel vytvaacuteřiacute parazitniacute houba Paličkovice nachovaacute (viz Obr 3) ve středověku řada otrav bdquoIgnis sacerldquo
(Svatyacute oheň) Od r 1962 Timothy Leary (hnutiacute Hippies) ndash užiacutevaacuteniacute LSD
42
Aplikace ve formě napuštěnyacutech papiacuterků (bdquoblotterldquo)
Uacutečinky Během kraacutetkeacute doby předměty měniacute tvar i barvu zpomaleniacute času
dezorientace fobie
Do teacuteto skupiny drog daacutele patřiacute
Psilocin a psilocybin (obsaženy v houbičce
Lysohlaacutevka kopinataacute ndash viz Obr 4)
Dalšiacute zaacutestupci
Harmin harmalin (Latinskaacute Amerika)
Bufotenin (ropušiacute jed) ibogain (Gabun Afrika)
Obr 4 Lysohlaacutevka
ad b) Atropin ndash v ruliacuteku zlomocneacutem a semenech durmanu Rozšiacuteřeniacute zorniček
Aplikace většinou formou vyacuteluhu Působiacute jako blokaacutetory acetylcholinu (halucinace) Dalšiacute Skopolamin hyoscyamin (obsaženy v bliacutenu) fencyklidin (disociativniacute anestetikum)
ad c) Mezkalin (345-trimethoxyfenylethylamin) v kaktusech (Lophophora Williamsii) Mexiko
Aplikace peroraacutelně i kouřeniacutem uacutečinky podobneacute jako LSD
Všechny drogy teacuteto skupiny působiacute pouze psychickou zaacutevislost
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 8
33 Stimulanty
Jde o přiacuterodniacute (kokain) i syntetickeacute (amfetaminy) laacutetky navozujiacuteciacute stimulačniacute
(povzbudivyacute) uacutečinek odstraněniacute uacutenavy sniacuteženiacute potřeby spaacutenku euforii schopnost
empatie (souciacutetěniacute)
a) Kokain (bdquokoksldquo bdquocrackldquo bdquorockldquo bdquosniacutehldquo) Biacutelyacute praacutešek nahořkleacute chuti patřiacute mezi tropanoveacute alkaloidy
Koka pravaacute (viz Obr 5)
rostlina znaacutema už v řiacuteši Inků v Evropě od 16 stol do r 1903 obsažena i
ve znaacutemeacutem naacutepoji Coca Cola
Aplikace šňupaacuteniacute nosem kouřeniacutem i injekčně
Uacutečinky třes poceniacute sucho v uacutestech rozšiacuteřeniacute zornic zvyacutešeniacute tlaku lesk v očiacutech
paacuteleniacute kůže Vyvolaacutevaacute pocit euforie při předaacutevkovaacuteniacute uacutetlum dyacutechaacuteniacute smrt
Kokain je jednou z nejdražšiacutech tvrdyacutech dog s extreacutemniacute psychickou zaacutevislostiacute
Obr 5 Koka
43
b) Amfetaminy ndash obsahujiacute dusiacutekatyacute atom mimo cyklus
Původně užiacutevaacuteny jako leacutečiva později zjištěny nežaacutedouciacute uacutečinky na psychiku a
naacutevykovost Při delšiacute konzumaci dochaacuteziacute k deformaci osobnosti (bdquoamfetaminovaacute
psychoacutezaldquo) Jde o jeden z nejnebezpečnějšiacutech druhů toxikomaacutenie z hlediska
agresivity a vedlejšiacutech uacutečinků (poškozeniacute ledvin jater) s vysokou psychickou a
čaacutestečně i fyzickou zaacutevislostiacute
Aplikace praacutešek (tablety) injekčně roztok uacutečinky podobneacute kokainu
Zaacutestupci Metamfetamin (bdquopervitinldquo) fenmetrazin MDMA (bdquoextaacutezeldquo)
extaacuteze = N-methyl-34-methylendioxyamphetamin
c) Methylxanthiny Jde o povzbuzujiacuteciacute laacutetky obsaženeacute v kaacutevě kakau čaji Působiacute na svalstvo stimuluje
srdečniacute činnost sekreci žaludečniacutech šťaacutev V malyacutech daacutevkaacutechndashzvyacutešeniacute bdělosti potlačeniacute
uacutenavy většiacute daacutevky (nad 200 mg denně) působiacute nespavost psychickeacute potiacuteže osteoporoacutezu
(odvaacutepněniacute kostiacute)
Nejznaacutemějšiacute zaacutestupce kofein (137-trimethylxanthin)
Kromě kofeinu jsou v kaacutevě a čaji theofylin (13-dimethylxanthin) theobromin (37-dimethylxanthin)
Do teacuteto skupiny daacutele patřiacute
- zaacutevislost kathoveacuteho typu (žvyacutekaacuteniacute listů rostliny Catha edulis rozšiacuteřeno kolem Rudeacuteho moře)
- betel (z palmy Areka obecnaacute obsahuje arekaidin) ndash v Thajsku (červeneacute zbarveniacute jazyka)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 9 10
34 Sedativa
Jde o laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem na centraacutelniacute nervovou soustavu Podporujiacute spaacutenek
navozujiacute zklidněniacute zmiacuterňujiacute uacutezkost Při předaacutevkovaacuteniacute ndash celkovaacute anestezie až smrt
44
a) Barbituraacutety jsou staršiacute skupinou laacutetek a dřiacuteve se užiacutevala jako leacutečiva Pozor ndash už desetinaacutesobek
leacutečebneacute daacutevky může byacutet smrtelnyacute (riziko předaacutevkovaacuteniacute neexistence uacutečinneacuteho
antidota)
Aplikace tablety
Zaacutestupci Veronal (diethylbarbiturovaacute kyselina) Luminal (5-fenyl-5-ethylbarbiturovaacute kys)
Meprobamat Fyzickaacute zaacutevislost nebezpečnyacute abstinenčniacute syndrom
C OC
C OR1
R2O
O
CH2CH3
CH2 CH3
NH2
NH2
O+-2 C2H5OH
NH
NH
R2
R1
O
O
O
močovinadiethylmalonaacutety R1=R2=H kys barbiturovaacute
R1=R2=C2H5 barbital veronal
R1=C2H5 R2=C6H5 luminal fenobarbital b) Benzodiazepiny Novějšiacute preparaacutety - od sedmdesaacutetyacutech let vytlačily předchoziacute z trhu
Vyacutehody menšiacute riziko předaacutevkovaacuteniacute existence uacutečinneacuteho antidota (Flumazenil)
Přiacuteklady Diazepam (Valium)
Flunitrazepam (Rohyphnol Obr 6)
Midazolam (Dormicum)
Způsobujiacute těžkou fyzickou i psychickou zaacutevislost
Užitiacute při předoperačniacute přiacutepravě apod
V posledniacute době se však čiacutem daacutel tiacutem viacutece při leacutečbě
fobiiacute upřednostňuje psychoterapie Obr 6 Rohyphnol
c) Dalšiacute sedativa Přiacuteklady Azapirony (Buspiron) leacutečeniacute dlouhodobyacutech uacutezkostiacute
Cyklopyrolony (Zopiklon) hypnotikum 3 generace proti epilepsii
Imidazopyridin (Zolpidem) svalovaacute relaxace
Mezi sedativa patřiacute takeacute Thaloimid (Contergan) ndash teratogenniacute uacutečinky na plod při užiacutevaacuteniacute v těhotenstviacute
Kava-kava ndash přiacuterodniacute sedativum z pepřovniacuteku opojneacuteho (N Guineia)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 11
45
35 Opiaacutety Jednaacute se o velmi tvrdeacute drogy pochaacutezejiacuteciacute ze šťaacutevy nezralyacutech makovic (opium
morfin) a jejich syntetickeacute derivaacutety (heroin) Morfium bylo znaacutemo jako leacutek tlumiacuteciacute bolest (analgetikum) a bylo využiacutevaacuteno např při ošetřovaacuteniacute
zraněnyacutech vojaacuteků ve vaacutelce
Opium se ziacuteskaacutevaacute z lepkaveacute šťaacutevy nařiacuteznutyacutech makovic kteraacute na vzduchu hnědne
ztuhlaacute se seškrabe dosušiacute a uhněte do cihliček
Obr 7 Maacutek setyacute (Papaver somniferum)
Opium je směs obsahujiacuteciacute desiacutetky alkaloidů fenathrenoveacuteho typu (morfin) a izochinoliacutenoveacuteho typu
(papaverin) Existujiacute různeacute druhy opia (bdquogaliacuteldquo bdquochanduldquo bdquodrossldquo aj)
Aplikace nejviacutece kouřeniacutem v dyacutemkaacutech popř cigaretaacutech řidčeji peroraacutelně Většina
opia se zpracovaacutevaacute na čisteacute alkaloidy
Morfin kodein (methylmorfin) heroin (36-diacetylmorfin)
morfin heroin
Aplikace injekčně vyacutejimečně peroraacutelně
Uacutečinky Jedny z nejtvrdšiacutech drog extreacutemně silnaacute fyzickaacute i psychickaacute zaacutevislost
Projevujiacute se zuacuteženiacutem zorniček (na velikost špendliacutekoveacute hlavičky) po počaacutetečniacute euforii
působiacute poruchy paměti apatii celkovyacute rozvrat osobnosti totaacutelniacute impotenci
46
Těžkyacute abstinenčniacute syndrom vrcholiacute po cca 48 hodinaacutech a připomiacutenaacute silnou chřipku
daacutele zahrnuje zvraceniacute průjem šiacuteleneacute svěděniacute pokožky
Terapie je možnaacute jen uacutestavniacute formou s nevalnou šanciacute na vyleacutečeniacute
Dnes existuje řada syntetickyacutech derivaacutetů laacutetek tohoto typu některeacute z nich majiacute potlačeneacute naacutevykoveacute
uacutečinky a užiacutevajiacute se dokonce i k protidrogoveacute leacutečbě (např metadon)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 12
36 Solvencia (těkaveacute a inhalačniacute laacutetky)
Jde o tzv bdquočichaacuteniacuteldquo tj aplikaci par těkaveacute kapaliny (plynu) do dyacutechaciacuteho uacutestrojiacute
Nejčastěji zneužiacutevaneacute laacutetky
- alifatickeacute uhlovodiacuteky (ethyn propan butan hexan)
- cyklickeacute a aromatickeacute uhlovodiacuteky (cyklopropan toluen xyleny)
- směsi uhlovodiacuteků (benzin nafta)
- halogenderivaacutety (tetrachlormethan chloroform trichlorethylen ethylchlorid
freony)
- kysliacutekateacute derivaacutety (aceton butanon dimethylether methylacetaacutet methyl-terc
butylether MTBE oxid dusnyacute aj) Uacutekol Napište chemickeacute vzorce inhalačniacutech laacutetek
Aplikace čichaacuteniacutem - inhalaciacute par vyacuteše uvedenyacutech laacutetek (tzv bdquosniffing) nosem i uacutesty
Uacutečinky rychlyacute naacutestup ndash euforie zaacutevrať bdquoztraacuteta hmotnostildquo postupneacute upadaacuteniacute do
spaacutenku
Symptomy dilatace zornic slzeniacute vyacutetok z nosu zvraceniacute pokles hmotnosti třes hellip
Důsledky zhoršeniacute paměti pokles inteligence těžkeacute deprese rozpad osobnosti
poruchy krvetvorby nevratneacute poškozeniacute sliznic
Nebezpečiacute
- zadušeniacute např při přetaacutehnutiacute igelitoveacuteho pytliacuteku přes hlavu pro zvyacutešeniacute uacutečinku
- nevratneacuteho poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (ledviny jaacutetra) až smrt při polknutiacute
laacutetky
- jde o jedny z nejlevnějšiacutech a nejdostupnějšiacutech laacutetek ktereacute si každyacute snadno
opatřiacute (bdquodrogy hloupyacutechldquo)
- jednaacute se o silnou psychickou zaacutevislost se sklony k recidivě
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 13
47
4 PREVENCE A PRVNIacute POMOC
Při prevenci je rozhodujiacuteciacute aby se na probleacutem co nejdřiacuteve vůbec přišlo (všiacutemavost
k symptomům toxikomaacutenie)
Typickeacute přiacuteznaky
- naacutehlaacute změna chovaacuteniacute (předraacutežděnost deprese ztraacuteta zaacutejmů)
- zhoršenyacute prospěch ztraacuteta přaacutetel
- uacutebytek hmotnosti zdravotniacute probleacutemy vpichy
- potřeba peněz kraacutedeže střet se zaacutekonem hellip
Prevence
snaha předejiacutet zaacutevislosti zejmeacutena u mladyacutech lidiacute a u rizikovyacutech skupin
- vyacutechova v rodině zaacutejem o diacutetě
- vyacutechova ve škole upozorněniacute na rizika
- sport aktivniacute traacuteveniacute volneacuteho času hellip
Prvniacute pomoc
se nelišiacute od prvniacute pomoci např při nehodě tj je nutno se postarat o zachovaacuteniacute
zaacutekladniacutech životniacutech funkciacute a rychlou leacutekařskou pomoc
Leacutečeniacute
je postaveno na baacutezi dobrovolnosti ndash dlouhodobaacute zaacuteležitost včetně uacutestavniacute leacutečby
riziko recidivy Absolutniacute nutnost_doživotniacute abstinence
Při probleacutemech
V Olomouci existuje P-centrum Lafayettova 9 Olomouc tel 585221983
httpwwwp-centrumcz
p-centrump-centrumcz
5 LEGISLATIVA
Samotneacute užiacutevaacuteniacute drog neniacute trestneacute trestneacute je jejich drženiacute vyacuteroba distribuce
Důležityacute pro policii je pojem tzv bdquomaleacuteholdquo množstviacute zadrženeacute drogy
- při něm jde jen o přestupek s pokutou do 15000 Kč
- při většiacutem množstviacute pak už o trestnyacute čin s možnostiacute vězeniacute až na 5 let
48
Za maleacute množstviacute se považuje např
konopiacute - 5 rostlin marihuana - 15 g sušiny extaacuteze - 4 tablety LSD - 5 papiacuterků
kokain - 1 gram pervitin - 2 gramy
Vybraneacute trestniacute sazby
- za distribuci drog mladistvyacutem až 10 let vězeniacute
- při způsobeniacute těžkeacute uacutejmy na zdraviacute až 15 let
- bdquovařičildquo do 5 let
- za pouheacute neoznaacutemeniacute vyacuteše uvedenyacutech činů hroziacute až 3 roky
Probleacutem
Zaacutekon postihuje zpravidla jen dealery a bdquomenšiacute rybyldquo zatiacutemco velciacute distributoři a
producenti jsou chyceni spiacuteše vyacutejimečně Naviacutec se staacutele objevujiacute noveacute derivaacutety ktereacute
dosud nejsou na seznamech zakaacutezanyacutech laacutetek
Zaacutekony pojednaacutevajiacuteciacute o drogaacutech
č1401961 Sb (trestniacute zaacutekon)
č 2001990 (přestupkovyacute zaacutekon)
č 3321997 (zachaacutezeniacute skladovaacuteniacute likvidace)
č 1671998 (o naacutevykovyacutech laacutetkaacutech)
č 3792005 (prevence toxikomaacutenie)
Vyhlaacuteška č 621989 (seznam psychotropniacutech laacutetek)
Sděleniacute č4621991 (prekurzory omamnyacutech a psychotropniacutech laacutetek)
6 Teacutemata referaacutetů 1 Vznik nebezpečiacute a důsledky toxikomanie analyacuteza přiacutečin
2 Problematika alkoholu sekundaacuterniacute naacutesledky alkohol za volantem
3 Vyacuteroba piva
4 Vyacuteroba viacutena
5 Vyacuteroba destilaacutetů
6 Tabaacutek a kouřeniacute ndash historie pěstovaacuteniacute druhy postup vyacuteroby cigaret
7 Marihuana a hašiš
8 Halucinogeny
9 Stimulancia
49
10 Methylxanthiny
11 Sedativa
12 Opiaacutety
13 Inhalačniacute laacutetky (solvencia)
14 Legislativa - přehled a komentaacuteř platnyacutech zaacutekonů tyacutekajiacuteciacutech se naacutevykovyacutech laacutetek
7 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 M Wenke Farmakologie Avicenum 1986
2 IBečkovaacute PVišňovskyacute Farmakologie drogovyacutech zaacutevislostiacute Karolinum 1999
3 PVišňovskyacute IBečkovaacute Bludnyacute kruh toxikomaacuteniiacute EIA Hradec Kraacuteloveacute 1998
4 MWenke M Mraacutez S Hynie Farmakologie pro leacutekaře Avicenum 1984
5 J Mann Jedy drogy leacuteky Academia Praha 1996
6 wwwmemberstripodcom7EMartinMVdrogyhtml
7 wwwodrogachcz
50
VYacuteROBA CUKRU
Text zpracovali Mgr Jana Praacutešilovaacute a Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru
21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina
22 Chemickeacute složeniacute cukroveacute řepy
3 Vyacuterobniacute etapy
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
32 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
34 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
35 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
36 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech zdrojů
51
1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
Cukr je surovinou kteraacute naacutes doprovaacuteziacute v běžneacutem životě na každeacutem kroku
Mnoziacute z naacutes si hned raacuteno osladiacute čaj či kaacutevu kostkou cukru Pojďme se nyniacute podiacutevat
jak se cukr vyraacutebiacute a kde se kostka cukru vlastně vzala
Nejprve si udělejme kraacutetkou zastaacutevku u historie cukrovarnictviacute na uacutezemiacute Českeacute
republiky
bull v roce 1787 byla založena prvniacute rafinerie (zaacutevod na čištěniacute cukru) v klaacutešteře
na Zbraslavi u Prahy čistil se zde dovaacuteženyacute třtinovyacute cukr
bull v roce 1841 vytvořil ředitel rafinerie v Dačiciacutech prvniacute kostku cukru do teacuteto doby
se v domaacutecnostech použiacutevaly tzv cukroveacute homole
V 19 stoletiacute fungovalo na našem uacutezemiacute přes 150 cukrovarů v současneacute době (rok
2011) u naacutes cukr vyraacutebiacute pouze 7 cukrovarů
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru 21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina Vyacuteroba cukru z cukroveacute třtiny byla znaacutema po celaacute staletiacute V našich krajiacutech však
pro pěstovaacuteniacute teacuteto rostliny nejsou vhodneacute podmiacutenky (pěstuje se v tropickeacutem a
subtropickeacutem paacutesmu) Z miacutestniacutech plodin je pro vyacuterobu cukru vhodnaacute cukrovaacute řepa
Cukrovaacute řepa (Beta vulgaris) Cukrovaacute třtina (Saccharum officinarum)
Obr 1 Cukrovaacute řepa Obr 2 Cukrovaacute třtina - dvouletaacute plodina - cukr se hromadiacute v bulvaacutech - obsah sacharosy 16ndash20 - skladuje se a zpracovaacutevaacute (do 48 h)
- viacuteceletaacute travina - cukr se hromadiacute ve stvolu - obsah sacharosy 13ndash17
52
22 Složeniacute cukroveacute řepy Podrobněji se zaměřiacuteme na cukrovou řepu z niacutež se u naacutes cukr vyraacutebiacute
V bulvaacutech cukroveacute řepy se nachaacuteziacute kromě cukru i dalšiacute laacutetky Jejich obsah vyacuteznamně
ovlivňuje technologickyacute proces a produkci cukru Průměrneacute složeniacute uvaacutediacute Obr 3
5 2
18
75
voda 75
sacharidy 18
dřeň 5
necukerneacute laacutetky 2
Obr 3 Průměrneacute složeniacute cukroveacute řepy Sacharidy Nejdůležitějšiacutem sacharidem a konečnyacutem produktem vyacuteroby je SACHAROSA
Sacharosa patřiacute mezi disacharidy jejiacute molekula je tvořena zbytkem molekuly glukosy
a molekuly fruktosy ktereacute jsou navzaacutejem spojeny glykosidickou vazbou (viz obr 4)
Je to krystalickaacute biacutelaacute laacutetka dobře rozpustnaacute ve vodě Maacute vyacuteraznou sladkou chuť a
použiacutevaacute se jako sladidlo Patřiacute mezi opticky aktivniacute laacutetky a neredukujiacuteciacute sacharidy
Obr 4 Vzorec sacharosy
53
Dřeň Součaacutestiacute dřeně bulvy řepy je celulosa a hemicelulosa (polysacharidy) pektinoveacute
laacutetky1 biacutelkoviny a saponiny2 Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a mohou znesnadňovat
vyacuterobniacute proces způsobujiacute probleacutemy např při filtraci
Necukerneacute laacutetky (šťaacuteva obsahujiacuteciacute necukerneacute laacutetky) Z necukernyacutech laacutetek obsahuje šťaacuteva aminokyseliny amidy biacutelkoviny organickeacute
zaacutesady enzymy soli organickyacutech kyselin (kyseliny mravenčiacute octoveacute šťaveloveacute
citronoveacute) Rozhodujiacuteciacute negativniacute vliv na krystalizaci cukru majiacute mineraacutelniacute laacutetky
(popeloviny)
3 Vyacuterobniacute etapy
Vyacuterobu cukru můžeme rozdělit do několika faacuteziacute
1 Mechanickaacute uacuteprava řepy
2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
6 Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru
1 pektin ndash makromolekulaacuterniacute laacutetka jejiacutemž zaacutekladem jsou sacharidy nachaacuteziacute se např v ovoci
způsobuje rosolovatěniacute ovocnyacutech šťaacutev a zavařenin 2 rostlinnyacute glykosid (derivaacutet sacharidů) tvořiacuteciacute pěnivyacute roztok ve vodě
54
Tab 1 Přehled fyzikaacutelniacutech a chemickyacutech pochodů aplikovanyacutech při vyacuterobě cukru v jednotlivyacutech etapaacutech vyacuteroby
Etapa Fyzikaacutelně-chemickeacute pochody Vstup laacutetek (suroviny) Vyacutestup laacutetek (produkty)
Mechanickaacute uacuteprava řepy bull rozpustnost bull bulvy cukroveacute řepy bull řepneacute řiacutezky
Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy bull koagulace biacutelkovin bull difuacuteze
bull řepneacute řiacutezky bull horkaacute voda
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull vyslazeneacute řepneacute řiacutezky
Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull sraacuteženiacute necukernyacutech laacutetek
bull saturace bull filtrace sraženin
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull Ca(OH)2 bull CO2
bull lehkaacute šťaacuteva bull saturačniacute kaly
Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace
bull lehkaacute šťaacuteva bull těžkaacute šťaacuteva bull I cukrovina
Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
bull odstřeďovaacuteniacute bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace bull vykryacutevaacuteniacute bull filtrace bull adsorpce
bull I cukrovina bull surovyacute cukr bull voda bull Ca(OH)2 bull adsorbent
bull surovyacute cukr bull zelenyacute sirob bull II cukrovina bull zadinovyacute cukr bull melasa bull biacutelaacute cukrovina
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
Ciacutel
bull očištěniacute řepy
bull rozřezaacuteniacute řepy na řiacutezky
Při podzimniacutem vyacuteletu do přiacuterody můžeme na poliacutech vidět zemědělce skliacutezejiacuteciacute
cukrovou řepu Na poliacutech se řepa zbaviacute chraacutestu (zelenyacutech listů) a nahrubo očistiacute od
hliacuteny Po dopraveniacute do cukrovaru je řepa důkladně očištěna vodou od zbyacutevajiacuteciacute hliacuteny
kameniacute piacutesku a kořiacutenků pomociacute řepnyacutech splavů1 a řepnyacutech praček2 Voda z řepy
odkape na třasadlu3 Vyacutetah dopraviacute řepu na automatickou vaacutehu a z niacute putuje řepa do
řezačky4 kteraacute nařeže bulvu na řiacutezky (obr 5 6) s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
Obr 5 Řepneacute řiacutezky Obr 6 Nože řezačky Otaacutezka Proč se řepa porcuje na řiacutezky trojuacutehelniacutekoveacuteho profilu Uacutečelem rozřezaacuteniacute bulvy na řiacutezky je zvětšit povrh (styčnou plochu) řepy pro naacuteslednou difuacutezi cukru z buněk pletiva Trojuacutehelniacutekovyacute profil byl vyhodnocen jako nejvhodnějšiacute tvar pro optimaacutelniacute vyluhovatelnost cukru 3 2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull vyluhovaacuteniacute cukru (sacharosy) z buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků
bull ziacuteskaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Sacharosa se nachaacuteziacute uvnitř buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků Membraacutena buněk
sacharosu volně ven z buňky nepropustiacute proto je nutneacute řiacutezky luhovat horkou vodou
Od 60degC začiacutenajiacute biacutelkoviny membraacuteny buněk koagulovat a ty se tak staacutevajiacute pro cukr
leacutepe propustneacute 1 řepnyacute splav ndash betonovyacute kanaacutel do ktereacuteho je napouštěna voda kteraacute unaacutešiacute řepu k pračce 2 řepnaacute pračka ndash zařiacutezeniacute na odstraněniacute hliacuteny kameniacute a kořiacutenků proti proudu vody je přivaacuteděna řepa kameny a dalšiacute odpad odpadaacutevajiacute ze dna pračky 3 třasadlo ndash kmitajiacuteciacute se siacuteto k odstraněniacute vody 4 řezačka ndash zařiacutezeniacute se sadou nožů rozporcuje řepu na řiacutezky s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
56
Otaacutezka Co je to KOAGULACE Koagulace (shlukovaacuteniacute) je postupneacute uspořaacutedaacutevaacuteniacute jednotlivyacutech čaacutestic do jineacuteho prostoroveacuteho umiacutestěniacute V našem přiacutepadě dochaacuteziacute ke koagulaci biacutelkovin membraacuteny buněk vlivem zvyacutešeneacute teploty Vyzkoušet si koagulaci můžete i doma ndash stačiacute si usmažit vajiacutečka k sniacutedani Vyluhovaacuteniacute řiacutezků se děje v zařiacutezeniacutech zvanyacutech difuzeacutery1 Řiacutezky jsou v nich
přivaacuteděny proti proudu horkeacute vody Řiacutezky nově přivaacuteděneacute do difuzeacuteru jsou
promyacutevaacuteny nejsladšiacute vodou a na řiacutezky zbaveneacute cukru steacutekaacute voda čistaacute čiacutemž jsou
zajištěny optimaacutelniacute podmiacutenky difuacuteze Z difuzeacuteru odteacutekaacute difuacutezniacute šťaacuteva jako nakyslaacute
kapalina tmaveacute barvy Otaacutezka Co je to DIFUacuteZE Tvrdiacuteme-li že laacutetka difunduje pak se jejiacute čaacutestice v roztoku pohybujiacute z miacutest o vyššiacute koncentraci čaacutestic do miacutest s nižšiacute koncentraciacute čaacutestic Po vyluhovaacuteniacute se řiacutezky označujiacute jako vyslazeneacute řiacutezky Ty se daacutele zpracovaacutevajiacute
- sušiacute popř lisujiacute a využiacutevajiacute se jako krmivo nebo v kvasneacutem průmyslu (vyacuteroba
alkoholu)
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull odstraněniacute necukernyacutech laacutetek z difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull ziacuteskaacuteniacute tzv lehkeacute šťaacutevy
Spolu se sacharosou difunduje z buněk i velkeacute množstviacute necukernyacutech laacutetek (viz
složeniacute řepy) Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a ztěžujiacute vyacuterobniacute proces (např krystalizaci
cukru filtraci atd)
Čištěniacute probiacutehaacute ve dvou faacuteziacutech
1 Čeřeniacute difuacutezniacute šťaacutevy
2 Saturace šťaacutevy
Při čeřeniacute se k difuacutezniacute šťaacutevě vyhřaacuteteacute na 90degC přivaacutediacute postupně 15 ndash 2 vaacutepenneacute
mleacuteko - roztok Ca(OH)2 Ca2+ ionty reagujiacute s necukernyacutemi laacutetkami za vzniku
nerozpustnyacutech vaacutepenatyacutech soliacute ktereacute lze naacutesledně odfiltrovat a šťaacutevu tak vyčistit
Přiacuteklad reakci Ca2+ iontů s kyselinou šťavelovou uvaacutediacute naacutesledujiacute rovnice
1 difuzeacuter ndash velkaacute naacutedoba s vyhřiacutevanyacutem plaacuteštěm do ktereacute jsou z jedneacute strany přivaacuteděny řepneacute řiacutezky ze strany druheacute horkaacute voda
57
Ca2+ + (C2O4)2- rarr Ca(COO)2 Obdobnou roli hrajiacute i ionty OH- Neutralizujiacute volneacute kyseliny a s Al3+ Fe3+ Mg2+
ionty reagujiacute za vzniku nerozpustnyacutech hydroxidů ktereacute lze rovněž odfiltrovat
2 Al3+ + 3 Ca(OH)2 rarr 2 Al(OH)3 + 3 Ca2+ Vaacutepenneacute mleacuteko je ke šťaacutevě přidaacutevaacuteno i z dalšiacutech důvodů Pro dalšiacute
technologickyacute proces je třeba neutralizovat kyselou reakci difuacutezniacute šťaacutevy a
v neposledniacute řadě je vaacutepennyacutem mleacutekem šťaacuteva desinfikovaacutena Otaacutezka Co je to NEUTRALIZACE Neutralizace je reakce kyseliny a zaacutesady při niacutež vznikaacute sůl a voda V našem přiacutepadě reaguje vaacutepenneacute mleacuteko (zaacutesada) s kyselinami přirozeně obsaženyacutemi v řepě (viz složeniacute řepy) Daacutele šťaacuteva pokračuje do saturačniacuteho zařiacutezeniacute1 ve ktereacutem probiacutehaacute saturace
oxidem uhličityacutem Saturace se provaacutediacute k odstraněniacute přebytečnyacutech Ca2+ iontů Do
saturačniacuteho zařiacutezeniacute je vhaacuteněn oxid uhličityacute vznikaacute uhličitan vaacutepenatyacute kteryacute lze
odfiltrovat (na kalolisech2 či jinyacutech filtrech) Reakci uvaacutediacute naacutesledujiacuteciacute rovnice
Ca(OH)2 + CO2 rarr CaCO3 + H2O Otaacutezka Co je to SATURACE Saturace neboli syceniacute V našem přiacutepadě nasyceniacute roztoku oxidem uhličityacutem kteryacute reaguje s přebytečnyacutemi Ca2+ ionty v roztoku za vzniku uhličitanu vaacutepenateacuteho Vyacutesledkem etapy je tzv lehkaacute šťaacuteva zbytky sraženin na filtrech se nazyacutevajiacute
saturačniacute kaly 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny Ciacutel
bull zahuštěniacute lehkeacute difuacutezniacute šťaacutevy ke krystalizaci (zisk těžkeacute šťaacutevy)
bull ziacuteskaacuteniacute tzv cukroviny (směs krystalků cukru a matečneacuteho sirobu)
1 saturačniacute zařiacutezeniacute (saturaacutek) ndash vaacutelcovitaacute naacutedoba s miacutechadlem u dna přiacutevodem šťaacutevy přiacutevodem oxidu
uhličiteacuteho a odvodem šťaacutevy V horniacute čaacutesti naacutedoby je komiacuten pro odvod plynů 2 kalolis - filtračniacute lis určenyacute k tlakoveacute filtraci kapalin obsahujiacuteciacute řadu raacutemů s napnutyacutemi plachetkami
Pracuje diskontinuaacutelně (střiacutedavě) Raacutemy s plachetkou zaneseneacute kalem jsou periodicky čištěny zatiacutemco v jineacutem přiacutestroji probiacutehaacute filtrace
58
Lehkaacute šťaacuteva maacute světle žlutou barvu a je teacuteměř zbavena všech nežaacutedouciacutech laacutetek
V roztoku je rozpuštěna sacharosa (přibližně
12-15 ) a již velmi malyacute podiacutel necukernyacutech
laacutetek Sacharosu z roztoku izolujeme
krystalizaciacute Lehkou šťaacutevu je třeba zahustit
ke krystalizaci ndash odpařit přebytečnou vodu
Zahušťovaacuteniacute ke krystalizaci se provaacutediacute ve
vakuovyacutech odparkaacutech1 Objem šťaacutevy se
zmenšiacute přibližně na čtvrtinu původniacuteho
objemu a ziacuteskaacute se tzv těžkaacute šťaacuteva (zahuštěnaacute)
s obsahem 60 cukru
Otaacutezka Co je to ODPAŘOVAacuteNIacute Proč se využiacutevaacute praacutece za sniacuteženeacuteho tlaku Odpařovaacuteniacute patřiacute mezi děliciacute metody laacutetek Rychlost odpařovaacuteniacute a jeho uacutečinnost zaacutevisiacute na velikosti povrchu odpařovaneacuteho roztoku na rychlosti odtahu vzniklyacutech par a předevšiacutem na teplotě a tlaku Teplotu varu roztoku můžeme sniacutežit praacutevě za použitiacute vakua (sniacuteženeacuteho tlaku) Ušetřiacuteme tiacutem energii potřebnou pro zahřiacutevaacuteniacute šťaacutevy
Těžkaacute šťaacuteva je daacutele zahušťovaacutena ve varostrojiacutech2 neboli zrničiacutech Ve
varostrojiacutech se šťaacuteva zahřiacutevaacute a odpařuje se zbytek vody tak dlouho až začne cukr ve
šťaacutevě krystalovat Krystalizace cukru se dokončiacute v zařiacutezeniacutech zvanyacutech krystalizaacutetor Otaacutezka Co je to KRYSTALIZACE Za jakyacutech podmiacutenek vykrystaluje cukr ze šťaacutevy Krystalizace patřiacute mezi zaacutekladniacute chemickeacute operace pomociacute nichž lze oddělit složky směsi bdquoAby mohla sacharosa krystalovat je třeba vytvořit přesycenyacute cukernyacute roztok V technickyacutech cukernyacutech roztociacutech za přiacutetomnosti necukernyacutech laacutetek je rozpustnost sacharosy obvykle vyššiacute Přesycenyacute cukernyacute roztok se připraviacute např tiacutem způsobem že se rychle zchladiacute nasycenyacute roztok technickyacute Z roztoku se ihned nevyloučiacute krystaly cukru a takovyacute roztok pak obsahuje viacutece rozpuštěneacuteho cukru než odpoviacutedaacute nasyceneacutemu roztoku Tento přebytečnyacute cukr vykrystaluje přidajiacute-li se k roztoku krystalky cukru (roztok se očkuje)ldquo [1] 3 5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute Ciacutel
bull odděleniacute krystalů cukru z cukroviny
bull očištěniacute suroveacuteho cukru
1 vakuovaacute odparka - soustava několika seacuteriově zapojenyacutech těles vyhřiacutevanyacutech paacuterou Prvniacute těleso je vyhřiacutevaacuteno parou o teplotě 130degC voda vypařenaacute v prvniacutem tělese se vede do dalšiacuteho tělesa jako tzv bryacutedovaacute paacutera atd Vyacutepary z posledniacute odparky se ochlazujiacute studenou vodou čiacutemž vznikaacute podtlak a tiacutem se snižuje tlak v odparkaacutech 2 varostroj - naacutedoba s trubkovou topnou komorou a miacutechadlem
Obr 7 Soustava odparek
59
bull zpracovaacuteniacute matečneacuteho sirobu na dalšiacute podiacutel cukru
bull přiacuteprava biacuteleacute cukroviny
Krystalky sacharosy je třeba oddělit od matečneacuteho sirobu K tomuto uacutečelu se
využiacutevajiacute odstředivky1 Oddělenyacute cukr maacute žlutavou barvu a je nazyacutevaacuten surovyacutem
cukrem (v obchodech se zdravou vyacuteživou si můžete zakoupit i surovyacute cukr)
Oddělenyacute matečnyacute roztok se nazyacutevaacute zelenyacute sirob
Zelenyacute sirob se zpracuje na meacuteně kvalitniacute (tzv zadinovyacute) cukr a odpadniacutem
produktem je tzv melasa (obr 8) kteraacute ještě obsahuje menšiacute podiacutel cukru a lze ji
využiacutet jako krmivo popř po zkvašeniacute k vyacuterobě lihu
Surovyacute řepnyacute cukr se přiacuteliš nehodiacute k přiacutemeacute spotřebě ndash jeho krystaly jsou žluteacute
a lepiveacute Je třeba je očistit Surovyacute cukr se čistiacute promyacutevaacuteniacutem vodou v odstředivkaacutech
Naacutesleduje filtrace cukerneacuteho roztoku přes bavlněneacute polyamidoveacute či kovoveacute tkaniny a
poreacutezniacute materiaacutely z keramiky
Posledniacute uacutepravou je odbarveniacute cukerneacuteho roztoku K tomuto uacutečelu se využiacutevaacute
metody adsorpce Jako absorbenty jsou využiacutevaacuteny ionexy aktivniacute uhliacute či hlinky
Vyacuteslednyacute cukernyacute roztok s krystalky cukru se nazyacutevaacute biacutelaacute cukrovina
Otaacutezka Co je to ADSORPCE Na jakeacutem principu absorbenty fungujiacute Z fyzikaacutelniacuteho hlediska se jednaacute o poutaacuteniacute laacutetky pomociacute van der Waalsovyacutech sil na povrchu vhodneacuteho adsorbentu (aktivniacute uhliacute silikagel) V přiacutepadě tzv chemisorpce jsou laacutetky poutaacuteny na povrch adsorbentu chemickyacutemi vazbami
Obr 8 Melasa
1 odstředivka (centrifuga) - sestaacutevaacute z dvouplaacutešťoveacute komory vevnitř je buben se siacutetem Do bubnu se napustiacute cukrovina a buben se roztočiacute Vlivem odstřediveacute siacutely prochaacutezejiacute kapky sirobu přes siacuteto bubnu a cukr zůstaacutevaacute uvnitř
60
3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
Biacutelaacute cukrovina se daacutele zpracovaacutevaacute krystalizaciacute na krystalovyacute cukr kostkovyacute
cukr a cukr moučku Dřiacuteve se vyraacuteběly i cukroveacute homole dnes sloužiacute pouze jako
suvenyacuter
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Kapitola 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru byla po dlouhou dobu tajena Prvniacute technologii zpracoval v roce 1764 francouzskyacute chemik Duhamel de Monceau Prvniacute kostkovyacute cukr u naacutes byl vyroben v Dačiciacutech v roce 1841 Patent ziacuteskal roku 1843 ředitel rafinerie J Ch Rada Češtiacute cukrovarniacuteci se nemaacutelo zasloužili o rozvoj rafinace cukru a kvalita našich cukrovarnickyacutech vyacuterobků byla obecně uznaacutevanou normou
bull vzhledem k vysokeacute ceně třtinoveacuteho cukru se cukrovarniacuteci pokoušeli vyrobit cukr z jinyacutech plodin mimo jineacute i z řepy
bull v roce 1829 byl založen prvniacute průmyslovyacute cukrovar v Kostelniacutem Vydřiacute (okres Jindřichův Hradec)
bull v obdobiacute 1831 ndash 1945 nastal boom v zaklaacutedaacuteniacute cukrovarů u naacutes plně fungovalo přes 150 cukrovarů
bull po roce 1990 fungovalo již pouze 60 cukrovarů po roce 2004 zbylo pouhyacutech 10 cukrovarů 7 fungujiacuteciacutech cukrovarů (2011)
bull Odštěpnyacute zaacutevod Opava - Vaacutevrovice bull Ředitelstviacute a zaacutevod Hrušovany nad Jevišovkou bull Cukrovar Dobrovice bull Cukrovar Českeacute Meziřiacutečiacute bull Cukrovar Vrbaacutetky as bull Cukrovar Prosenice bull Litovelskaacute cukrovarna as
Kapitola 2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru Zařazeniacute cukroveacute řepy do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Rodopsida ndash vyššiacute dvouděložneacute rostliny řaacuted Caryophyllales ndash hvozdiacutekotvareacute čeleď Chenopodiaceae ndash mečiacutekoviteacute rod Beta ndash řepa druh Beta vulgaris ndash řepa obecnaacute Zařazeniacute cukroveacute třtiny do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Liliopsida ndash rostliny jednoděložneacute
61
řaacuted Poales ndash lipnicotvareacute čeleď Poaceae ndash lipnicoviteacute rod Saccharum ndash třtina druh Saccharum officinarum ndash třtina cukrovaacute Podkapitola 3 3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Po prvniacute saturaci je odfiltrovaacuten kal buď na zařiacutezeniacutech zvanyacutech kalolis nebo na jinyacutech typech filtračniacutech zařiacutezeniacute Ve šťaacutevě je obsažen i hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute kteryacute se naacuteslednyacutem vyvařeniacutem rozložiacute na uhličitan kteryacute je možno odfiltrovat Děj je zapsaacuten pomociacute naacutesledujiacuteciacute rovnice Ca(HCO3)2 rarr CaCO3 + H2O + CO2 Pro maximaacutelniacute sniacuteženiacute vaacutepenatyacutech iontů v difuacutezniacute šťaacutevě se provaacutediacute druhaacute saturace oxidem uhličityacutem Neodstraniacute-li se vaacutepenateacute soli dokonale odparka se rychle inkrustuje Vaacutepenateacute soli v cukernyacutech šťaacutevaacutech působiacute obtiacuteže při vařeniacute cukrovin zvyšujiacute množstviacute melasy a tiacutem ztraacutety cukru Druhaacute saturace se provaacutediacute při teplotě 95 ndash 98degC a oxidem uhličityacutem se saturuje až do dosaženiacute pH 9 ndash 95 Při druheacute saturaci vznikaacute hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute ten se odstraňuje vyvařovaacuteniacute na tzv vyvařovaacuteku kde se šťaacuteva zahřiacutevaacute na teplotu 100degC Podkapitola 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
Při zahušťovaacuteniacute ve varostrojiacutech se vytvořiacute směs krystalů a matečneacuteho roztoku (sirobu) tzv I cukrovina Přibližně frac34 cukru vykrystalizuje Zbytek cukru zůstaacutevaacute v roztoku Růst krystalů se kontroluje tzv cukroskopem (bdquolupaldquo) popř se využiacutevaacute automatickeacute kontroly elektrickeacute vodivosti Vodivost roztoku klesaacute s rostouciacute koncentraciacute cukru v roztoku Podkapitola 3 5 Ziacuteskaacutevaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
Ziacuteskaacutevaacuteniacute čisteacute cukroviny je mnohem složitějšiacute proces v textu je popsaacuten pouze jednoduše Ve skutečnosti se proces popsanyacute v textu několikraacutet opakuje Cukrovina se několikraacutet čistiacute svařuje nechaacute se krystalovat a odstřeďuje Podkapitola 3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny ndash Vyacuteroba krystaloveacuteho cukru
Biacutelaacute cukrovina se odstřediacute a ziacuteskanyacute krystalovyacute cukr se smiacutechaacute s nasycenyacutem cukernyacutem roztokem za vzniku tzv uměleacute cukroviny Umělaacute cukrovina se odstřediacute vykryacutevaacute parou nebo vodou a ziacuteskaacute se konečnyacute produkt ndash krystalovyacute cukr Krystalovyacute cukr je třeba vysušit K sušeniacute se využiacutevaacute vzduch ohřaacutetyacute na 70degC nebo tzv fluidniacute metoda Při fluidniacute metodě jsou krystalky na roštu zespod profukovaacuteny proudem vzduchu dojde k odstraněniacute vlhkosti ochlazeniacute krystalků a zaacuteroveň odpraacutešeniacute cukru Vysušenyacute cukr krystal se třiacutediacute na siacutetech dle velikosti zrn plniacute se do jutovyacutech nebo papiacuterovyacutech pytlů
Otaacutezka Jakyacute je rozdiacutel mezi krystalovyacutem cukrem a krupicovyacutem cukrem bdquoCukr krystal - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 04 - 02 mm Cukr krupice - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 016 ndash 08 mm a maximaacutelně 5 krystalů cukru maacute velikost nad 1 mmldquo[2]
Vyacuteroba kostkoveacuteho cukru K vyacuterobě kostek se použiacutevaacute kostkovaacute moučka kteraacute vznikla ze speciaacutelně upraveneacute cukroviny nebo netřiacuteděnyacute krystalovyacute cukr Tento materiaacutel se vlhčiacute vodou a cukernyacutem roztokem lisuje se na tyčinky ktereacute se vysušiacute a rozsekajiacute na kostky Možneacute je přiacutemeacute lisovaacuteniacute do formy kostek Vyraacutebějiacute se kostky různyacutech velikostiacute kvaacutedry i kostky ve tvaru karetniacutech symbolů tzv cukr bridž Vyacuteroba moučkoveacuteho cukru Materiaacutelem pro vyacuterobu moučkoveacuteho cukru je krystalovyacute cukr s malyacutemi zrny nebo zbytky kostkoveacuteho cukru Tento cukr se rozdrtiacute na mlyacutenech Mlyacutenice musiacute byacutet umiacutestěna v samostatneacutem objektu mimo ostatniacute čaacutesti cukrovaru nebo alespoň oddělena železnyacutemi vraty Opatřeniacute jsou nutnaacute z důvodu vzniku vyacutebušneacuteho cukerneacuteho prachu
62
Aby se zabraacutenilo tvrdnutiacute a rozpouštěniacute cukerneacute moučky při skladovaacuteniacute přidaacutevaacute se k cukru modifikovanyacute škrob Zrnka škrobu přiacutepadnou vlhkost pojmou Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute V dřiacutevějšiacutech dobaacutech se cukr pro domaacuteciacute použitiacute vyraacuteběl ve formě homoliacute (obr 9) Dnes je již toto zbožiacute vyraacuteběno pouze jako suvenyacuter pro turisty Liteacute homole se vyraacuteběly tak že se horkaacute cukrovina naleacutevala do forem z oceloveacuteho plechu na špičce opatřenyacutech otvorem Forma s cukrovinou se nasadila na hřebiacutek vyčniacutevajiacuteciacute ze dna voziacuteku na kteryacute se homole sklaacutedaly po ztuhnutiacute cukroviny Po ztuhnutiacute se homoly sejmuly ze hřebiacuteků a vložily do homoloveacute odstředivky ve ktereacute se dokonale očistily Dokonale biacutelaacute homole se pak vyrazila z oceloveacute formy a vysušila v sušaacuterně Vysušeneacute homole se očistily ofreacutezovaly u spodu a zabalily do papiacuteru Lisovaneacute homole se vyraacuteběly lisovaacuteniacutem nepatrně ovlhčeneacute moučky v lisu Pak se homole sušily a upravily jako homole liteacute 5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Pelikaacuten M Hřivna L Humpola J Technologie sacharidů Mendelova
zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně Brno 1999 2 Cukrovary a lihovary TTD [online 2011-04-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovaryttdczcaste-otazkycaste-otazkygt 3 Neiser J Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob Vysokoškolskaacute učebnice pro studenty
pedagogickyacutech a přiacuterodovědeckyacutech fakult studijniacuteho oboru 76-12-8 učitelstviacute všeobecně vzdělaacutevaciacutech předmětů Praha 1988
4 Kraus J Novyacute akademickyacute slovniacutek ciziacutech slov kolektiv autorů pod vedeniacutem Jiřiacuteho Krause Academia Praha 2007
5 Andrliacutek K Petrů F Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob SPN Praha 1965 6 Kopřiva J Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute (1 diacutel) SPN Praha 1979 7 Moravskoslezskeacute cukrovary as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwagranaczgt 8 Cukrovar Vrbaacutetky as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovarvrbatkyczgt 9 Hanaacuteckaacute potravinaacuteřskaacute společnost as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwhpsczgt
Zdroje obraacutezků
bull Obraacutezek 3 Cukrovaacute řepa [online 2011-12-2] Dostupneacute z www ltwwwtvujdumczgt
Obr 9 Cukroveacute homole
63
bull Obraacutezek 4 Cukrovaacute třtina [online 2011-2-5] Dostupneacute z www ltwwwspriincorggt
bull Obraacutezek 6 Vzorec sacharosy [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpwwwnejlevnejsidoplnkycznejlevnejsidoplnky5-Zajimavosti6-Sacharidygt
bull Obraacutezek 7 Řepneacute řiacutezky [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=376gt
bull Obraacutezek 8 Nože řezačky [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 9 Kalolis [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 10 Plachetka se saturačniacutem kalem [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpcswikipediaorgwikiKalolisgt
bull Obraacutezek 11 Systeacutem odparek [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 12 Varostroj [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtm
bull Obraacutezek 13 Odstředivka [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=380gt
bull Obraacutezek 14 Melasa [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwnazelenoczbiozdrava-vyziva-2bily-cukr-trtinovy-cukr-nebo-prirodni-sladidlaaspxgt
bull Obraacutezek 15 Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute [online 2011-4-27] Dostupniacute z www lthttpwwwcukrovaryttdczgt
bull Obraacutezek 16 Cukroveacute homole [online 2011-3-26] Dostupneacute z www lthttpjohnmadjackfullerhomesteadcomSugarloafhtmgt
64
MAKROMOLEKULAacuteRNIacute LAacuteTKY SYNTETICKEacute POLYMERY
Text zpracoval RNDr Josef Husaacuterek PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
11 Zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace polymerů
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů 131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
21 Polymerace
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
22 Polykondenzace
23 Polyadice
3 Užitiacute plastů
31 Recyklace odpadů z plastů
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
65
1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
Přiacuterodniacute materiaacutely jako je napřiacuteklad dřevo bavlna vlna kůže a slonovina
použiacutevali lideacute po tisiacutece let Teprve s rozvojem vědy a s naacutestupem moderniacutech
analytickyacutech metod se začali lideacute zajiacutemat o strukturu těchto materiaacutelů a snažili se tyto
dary přiacuterody nahradit podobnyacutemi materiaacutely ktereacute budou miacutet srovnatelneacute užitneacute
vlastnosti Kolem roku 1907 se podařilo Baekelandovi synteticky vyrobit prvniacute umělyacute polymer
kteryacute byl pojmenovaacuten jako bakelit a kteryacute vzaacutepětiacute nalezl vyacuteznamneacute technickeacute využitiacute v elektrotechnice
jako izolant Po dobu naacutesledujiacuteciacutech desetiletiacute se polymery staly středem zaacutejmu mnoha chemiků kteřiacute
připravili noveacute polymery na zaacutekladě synteacutezy malyacutech organickyacutech molekul
Velmi brzy se poznalo že syntetickeacute polymery svyacutemi vlastnostmi mohou
nahradit nejen přiacuterodniacute polymery ale často i materiaacutely kovoveacute keramiku i sklo
S ohledem na skutečnost že se syntetickeacute polymery vyraacutebějiacute z relativně levnyacutech
a dostupnyacutech surovin a že majiacute vyacutehodneacute chemickeacute fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti
vysokou staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute našly využitiacute zejmeacutena
ve stavebnictviacute v elektrotechnice v automobiloveacutem a textilniacutem průmyslu na vyacuterobu
předmětů běžneacute spotřeby obalů lepidel laků a naacutetěrovyacutech hmot Nutno
poznamenat že zmiacuteněnaacute staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute nutiacute
v současneacute době společnost k zodpovědnějšiacutemu použiacutevaacuteniacute a recyklaci vyacuterobků
ze syntetickyacutech polymerů a takeacute k synteacuteze novyacutech typů materiaacutelů ktereacute se po sveacutem
komerčniacutem využitiacute stanou součaacutestiacute přiacuterodniacuteho cyklu a životniacute prostřediacute zatiacutežiacute jen
minimaacutelně
11 Zaacutekladniacute pojmy
Makromolekuly jsou molekuloveacute systeacutemy složeneacute z velkeacuteho počtu atomů
vaacutezanyacutech chemickyacutemi vazbami do dlouhyacutech řetězců Tyto řetězce tvořiacute pravidelně se
opakujiacuteciacute čaacutesti ktereacute nazyacutevaacuteme stavebniacute neboli monomerniacute jednotky Počet
stavebniacutech jednotek vaacutezanyacutech v makromolekule je zpravidla různyacute a uvaacutediacute se pomociacute
polymeračniacuteho stupně (n) kteryacute může miacutet hodnotu 10 až 106 Sloučeniny s niacutezkyacutem
polymeračniacutem stupněm (nlt10) se nazyacutevajiacute oligomery s vyššiacutem polymeračniacutem
stupněm (ngt10) to jsou polymery
66
12 Klasifikace polymerů
Polymery lze rozdělit podle několika kriteacuteriiacute
Podle sveacuteho původu na
a) přiacuterodniacute polymery ndash vznikajiacute v rostlinaacutech či v živočišnyacutech organismech složityacutemi
biochemickyacutemi procesy (např biacutelkoviny polysacharidy nukleoveacute kyseliny)
b) syntetickeacute polymery ndash vyraacutebějiacute se z jednoduchyacutech organickyacutech sloučenin
reakcemi při nichž se velkyacute počet molekul vyacutechoziacutech laacutetek spojuje
v makromolekulu (např polystyren polyethylen bakelit)
Syntetickeacute polymery rozdělujeme
bull podle typu chemickyacutech reakciacute kteryacutemi vznikajiacute na
a) polymery připraveneacute polymeraciacute
b) polymery připraveneacute polykondenzaciacute
c) polymery připraveneacute polyadiciacute
bull podle tvaru makromolekulaacuterniacuteho řetězce na polymery (Obr 1)
a) lineaacuterniacute b) rozvětveneacute
c) plošně zesiacuteťovaneacute
d) prostorově zesiacuteťovaneacute
bull podle struktury a fyzikaacutelniacutech kriteacuteriiacute na
a) termoplasty ndash zahřiacutevaacuteniacutem měknou staacutevajiacute se plastickyacutemi a mohou se opakovaně
tvarovat (např polyethylen polypropylen)
b) termosety ndash přechodně tvaacuterliveacute zahřiacutevaacuteniacutem se chemicky měniacute a tiacutem ztraacutecejiacute
plastičnost majiacute molekulu trojrozměrně zesiacuteťovanou jsou tvrdeacute netavitelneacute
a nerozpustneacute ve většině rozpouštědel (např bakelit)
c) elastomery ndash pružneacute uacutečinkem vnějšiacute siacutely se deformujiacute a poteacute opět zaujiacutemajiacute
původniacute tvar zahřiacutevaacuteniacutem měknou majiacute dlouheacute a velmi maacutelo propojeneacute řetězce
(např syntetickyacute kaučuk)
67
Obr 1 Znaacutezorněniacute makromolekulaacuterniacuteho řetězce polymeru
a) lineaacuterniacuteho b) rozvětveneacuteho c) plošně zesiacuteťovaneacuteho d) prostorově zesiacuteťovaneacuteho
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
Jak bylo již napsaacuteno v předešleacutem textu syntetickeacute polymery se sklaacutedajiacute
ze strukturně složityacutech makromolekul ktereacute většinou tvořiacute atomy uhliacuteku a vodiacuteku
Ve skeletu makromolekuly mohou byacutet takeacute přiacutetomny i jineacute prvky jako jsou napřiacuteklad
kysliacutek dusiacutek siacutera nebo křemiacutek Přiacutetomnost některeacuteho z těchto prvků může vyacuteznamně
ovlivnit vlastnosti syntetickeacuteho polymeru a jeho naacutesledneacute praktickeacute využitiacute
Pro lepšiacute pochopeniacute již tak složiteacute problematiky si nejprve vysvětliacuteme tři zaacutekladniacute
pojmy jako jsou monomer stavebniacute a strukturniacute jednotka
Monomer ndash vyacutechoziacute laacutetka jejiacutež molekuly se mohou spojovat v makromolekuly
Stavebniacute jednotka (mer monomerniacute jednotka) ndash pravidelně se opakujiacuteciacute čaacutest
makromolekuly kteraacute maacute staacutele stejneacute složeniacute
Strukturniacute jednotka ndash představuje nejjednoduššiacute uspořaacutedaacuteniacute stavebniacutech jednotek
ve struktuře makromolekuly
a) b)
c) d)
68
Některeacute makromolekulaacuterniacute laacutetky majiacute totožnou stavebniacute a strukturniacute jednotku
(např polyethylen Scheacutema 1) Tyto makromolekulaacuterniacute laacutetky nazyacutevaacuteme obecně jako
homopolymery Pokud se však strukturniacute jednotka makromolekulaacuterniacutech laacutetek sklaacutedaacute
z odlišnyacutech stavebniacutech jednotek pak se jednaacute o kopolymery (např butadien-
-styrenovyacute kaučuk Scheacutema 2)
Scheacutema 1
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky homopolymeru (polyethylen)
CH2 CH CH CH2 CHCH2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH n + n
buta-13-dien
monomer
styren
monomer
polymerace
n
stavebniacute jednotka stavebniacute jednotka
strukturniacute jednotkabutadien-styrenoveacuteho kaučuku
kopolymer Scheacutema 2
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky kopolymeru (butadien-styrenovyacute kaučuk) 132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
Vztah mezi chemickyacutem složeniacutem strukturou a vlastnostmi laacutetek platiacute jak
pro maleacute organickeacute molekuly tak i pro makromolekulaacuterniacute sloučeniny Jedniacutem
z činitelů ovlivňujiacuteciacutech vlastnosti polymerů je velikost makromolekul Polymery
ktereacute tvořiacute maleacute makromolekuly majiacute nižšiacute polymeračniacute stupeň (n) kratšiacute řetězec
a tiacutem i nižšiacute relativniacute molekulovou hmotnost Při běžneacute teplotě jsou kapalneacute lepkaveacute
rozpustneacute v organickyacutech rozpouštědlech Naopak čiacutem je řetězec delšiacute tiacutem maacute
polymer vyššiacute relativniacute molekulovou hmotnost je pevnějšiacute a leacutepe odolaacutevaacute
rozpouštědlům
CH2 CH2 CH2 CH2
polymeracen n
ethylen
monomer
stavebniacute i strukturniacutejednotka polyethylenu
homopolymer
69
Polymery obecně nejsou chemickaacute individua ale jsou to směsi obsahujiacuteciacute
makromolekuly různyacutech velikostiacute Tato vlastnost vede k pojmu bdquoprůměrnaacute relativniacute
molekulovaacute hmotnostldquo a v zaacutesadě vyjadřuje kvantitativně stupeň polymerace
Mnohem leacutepe tuto skutečnost popisuje tzv distribučniacute křivka kteraacute graficky
vyjadřuje distribuci (rozděleniacute) četnosti molekul s určitou konkreacutetniacute relativniacute
molekulovou hmotnostiacute v daneacute směsi Grafickeacute vyjaacutedřeniacute je na Obr 2
Obr 2 Distribučniacute křivka (převzato z [8])
1 - uacutezkaacute 2 - širokaacute distribučniacute křivka - průměrnaacute relativniacute molekulovaacute hmotnost
V praxi se snažiacuteme o přiacutepravu polymerů s uacutezkou distribučniacute křivkou protože takoveacute
polymery majiacute obvykle lepšiacute užitneacute vlastnosti
Tvar makromolekul určuje rozpustnost v polaacuterniacutech nebo nepolaacuterniacutech
rozpouštědlech a chovaacuteniacute polymeru za zvyacutešeneacute teploty Lineaacuterniacute polymery jsou
při vyššiacute teplotě měkkeacute a rozpustneacute ve většině organickyacutech rozpouštědel
Rozvětveneacute a prostorově zesiacuteťovaneacute polymery se zahřiacutevaacuteniacutem chemicky měniacute
ztraacutecejiacute plastičnost a majiacute omezenou rozpustnost Energie chemickeacute vazby mezi atomy prvků v řetězci patřiacute mezi dalšiacute
vyacuteznamneacute činitele ktereacute určujiacute vlastnosti a použitelnost polymerů Pokud jsou vazby
mezi atomy v řetězci makromolekuly pevneacute energie těchto chemickyacutech vazeb bude
vysokaacute a polymer bude stabilniacute Přiacutekladem mohou byacutet silikony u kteryacutech se
pravidelně střiacutedajiacute v řetězci atomy křemiacuteku a kysliacuteku (Obr 3 energie vazby SindashO je
4441 kJmol) V důsledku vysokeacute energie vazby SindashO budou staacutelejšiacute na rozdiacutel od
70
polymerů složenyacutech jen z atomů uhliacuteku u kteryacutech energie chemickeacute vazby dosahuje
mnohem nižšiacute hodnoty (energie vazby CndashC je 3478 kJmol) Silikony majiacute dobreacute
elektroizolačniacute vlastnosti odolaacutevajiacute extreacutemně vysokyacutem i niacutezkyacutem teplotaacutem a takeacute jsou
vodou nesmaacutečiveacute Těchto vlastnostiacute se využiacutevaacute k vyacuterobě mazaciacutech olejů vazeliacuten
past pro uacutedržbu strojů nebo takeacute k vyacuterobě impregnačniacutech či leštiacuteciacutech přiacutepravků pro
uacutepravu povrchu obuvi sportovniacuteho oblečeniacute karoseacuterie aut apod
Obr 3 Strukturniacute jednotka silikonů
(R = organickyacute uhlovodiacutekovyacute zbytek např ndashCH3 ndashC2H5)
Mezi řetězci makromolekul mohou rovněž působit mezimolekulaacuterniacute siacutely
Přiacutekladem jsou vodiacutekoveacute můstky prostřednictviacutem kteryacutech se zvyšuje soudružnost
polymeru pevnost teplota taacuteniacute nebo odolnost proti rozpouštědlům Vodiacutekoveacute můstky
se nachaacutezejiacute napřiacuteklad u polyamidů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
Chemickeacute reakce kteryacutemi vznikajiacute syntetickeacute polymery se nazyacutevajiacute polyreakce
Podle průběhu se dajiacute dělit na řetězoveacute při kteryacutech dochaacuteziacute k postupneacutemu spojovaacuteniacute
molekul monomerů v dlouheacute řetězce a na stupňoviteacute u kteryacutech se monomery
nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky a ty se pak vzaacutejemně spojujiacute ve velkeacute
makromolekuly V praxi se polyreakce děliacute na polymerace polykondenzace
a polyadice
21 Polymerace
Polymerace je chemickaacute reakce při niacutež se velkyacute počet molekul monomeru
spojuje v makromolekulu syntetickeacuteho polymeru přičemž nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute
produkt Pokud se polyreakce zuacutečastňuje pouze jeden typ monomeru pak hovořiacuteme
o homopolymeraci Naopak kopolymeraciacute se rozumiacute takoveacute polymerace
O Si O Si O
R R
R Rn
71
CH2 CH2 CH2 CH2 n n
při kteryacutech reagujiacute dva a viacutece různyacutech monomerů V obou přiacutepadech je nutneacute
aby vyacutechoziacute laacutetky (monomery) měly přiacutetomnu alespoň jednu dvojnou vazbu
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
Polyethylen
bull zkratka PE
bull Piktogram (bdquorecyklovatelnyacute materiaacutelldquo)
HDPE LDPE
(vysokohustotniacute PE) (niacutezkohustotniacute PE)
(high density PE) (low density PE)
bull vlastnosti biacutelaacute poloprůsvitnaacute na dotek matnaacute pružnaacute a houževnataacute laacutetka
maacute vynikajiacuteciacute elektroizolačniacute vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute
tvarovat na požadovaneacute vyacuterobky
bull použitiacute obaly na potraviny foacutelie naacutedobiacute hračky lahve na chemikaacutelie hadice
izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute na vyacuterobu umělyacutech ceacutev aj
bull monomer ethen (ethylen)
Scheacutema 3 Polymerace ethenu
Polypropylen
bull zkratka PP
bull piktogram
bull vlastnosti podobneacute jako u PE je však pevnějšiacute odolnyacute teplotaacutem do 160 degC
bull použitiacute obalovyacute materiaacutel naacutedobiacute izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute
na vyacuterobu injekčniacutech střiacutekaček a předmětů ktereacute se dajiacute při teplotaacutech nad 60 degC
sterilizovat (zbavovat choroboplodnyacutech zaacuterodků) na vyacuterobu vlaacuteken do provazů
a lan aj
bull monomer propen (propylen)
72
Scheacutema 4
Polymerace propenu Poly(vinylchlorid)
bull zkratka PVC
bull piktogram PVC
bull vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute dobře tepelně tvarovat (měkne při
80degC) odolnyacute vůči kyselinaacutem i hydroxidům
bull použitiacute neměkčenyacute PVC (tzv Novodur) se použiacutevaacute na vyacuterobu vodovodniacutech
trubek tyčiacute či desek měkčenyacute PVC (tzv Novoplast) na vyacuterobu igelitu foacuteliiacute plaacutešťů
do deště hraček filmů ubrusů lahviacute umělyacutech kožešin aj
bull monomer vinylchlorid
Scheacutema 5
Polymerace vinylchloridu
Polystyren
bull zkratka PS
bull piktogram
bull vlastnosti tvrdyacute pevnyacute ale křehkyacute odolaacutevaacute kyselinaacutem a zaacutesadaacutem termoplast
rozpustnyacute v organickyacutech rozpouštědlech (aldehydy ketony benziacuten) zvukovyacute
a niacutezkoteplotniacute izolaacutetor
HC CH2 CH CH2
CH3CH3
n n
HC CH2 CH CH2
Cl Cl
n n
73
bull použitiacute na vyacuterobu spotřebniacuteho zbožiacute obalů hřebenů misek lžiček keliacutemků
od jogurtů pěnovyacute PS jako tepelnyacute popř izolačniacute materiaacutel ve stavebnictviacute
a chladiacuterenstviacute aj
bull monomer styren (vinylbenzen)
Scheacutema 6
Polymerace styrenu Poly(tetrafluoretylen)
bull zkratka PTFE
bull obchodniacute naacutezev Teflon
bull vlastnosti nehořlavyacute nejedovatyacute termoplast chemicky velmi odolnyacute (odolaacutevaacute
i horkeacute lučavce kraacutelovskeacute)
bull použitiacute speciaacutelniacute laboratorniacute technika kostniacute naacutehrady v chirurgii kuchyňskeacute
naacutedobiacute aj
bull monomer tetrafluorethen (tetrafluorethylen)
Scheacutema 7
Polymerace tetrafluorethenu Polybutadienovyacute kaučuk
bull zkratka BR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Buna
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik
HC CH2 CH CH2 n n
F2C CF2 CF2 CF2 n n
74
bull monomer buta-13-dien
bull patřiacute do skupiny syntetickyacutech kaučuků vyraacutebiacute se polymeraciacute konjugovanyacutech
dienů u kteryacutech se v molekule pravidelně střiacutedaacute jednoduchaacute a dvojnaacute vazba
bull syntetickeacute kaučuky jsou zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu pryžiacute nespraacutevně
označovanyacutech jako guma pryž vznikaacute z kaučuku vulkanizaciacute což je děj
při ktereacutem za tepla a v přiacutetomnosti vulkanizačniacuteho činidla (siacutera sirneacute sloučeniny)
dojde ke vzniku polysulfidickyacutech můstků mezi makromolekulami kaučuku
a k tvorbě řiacutedkeacute trojrozměrneacute polymeračniacute siacutetě čiacutem deacutele vulkanizace probiacutehaacute
tiacutem viacutece můstků vznikaacute vyacuteslednaacute pryž je tvrdšiacute a odolnějšiacute proti staacuternutiacute vlivem
vzdušneacute oxidace viz Obr 4
Scheacutema 8
Polymerace buta-13-dienu
Obr 4 Zesiacuteťovanaacute struktura vulkanizovaneacuteho kaučuku (x = 2-6)
bull přiacuterodniacute pryž se vyraacutebiacute vulkanizaciacute krepy kteraacute vznikaacute opakovanyacutem sušeniacutem
a vodniacutem louženiacutem sraženiny z latexoveacuteho mleacuteka a kyseliny mravenčiacute zdrojem
latexoveacuteho mleacuteka je tropickyacute strom Kaučukovniacutek brazilskyacute (Obr 5)
bull po chemickeacute straacutence odpoviacutedaacute přiacuterodniacute kaučuk z kaučukovniacuteku polyisoprenu
v cis-konfiguraci (Obr 6)
CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2nn
CH CH2
S
S
CH2 CH
CH CH2
S
CH2 CH
x
x
x
75
CH2
C C
H3C H
H2C
n
CH2
C C
H3C
HH2C
n
bull Gutaperča je rovněž přiacuterodniacute materiaacutel pochaacutezejiacuteciacute ze stromu Palaquium gutta
chemicky se jednaacute o praktickyacute čistyacute trans-izomer polyisoprenu (Obr 7) kteryacute maacute
mnohem menšiacute pružnost než kaučuk
Obr 5 Odkapaacutevajiacuteciacute latexoveacute mleacuteko z dřeviny kaučukovniacuteku (převzato z [13])
Obr 6 Strukturniacute jednotka přiacuterodniacuteho kaučuku (cis-izomer)
Obr 7 Strukturniacute jednotka gutaperči (trans-izomer)
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
Polymerace ktereacute se uacutečastniacute dva nebo viacutece různyacutech monomerů s naacutesobnou
vazbou označujeme jako kopolymerace Mezi polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
bychom mohli zařadit velkou skupinu laacutetek u kteryacutech vyacuteslednyacute makromolekulaacuterniacute
řetězec obsahuje stavebniacute jednotky obou monomerů v různeacutem pořadiacute nebo poměru
76
Dajiacute se tak vyrobit různeacute syntetickeacute kaučuky (butadien-styrenovyacute kaučuk butadien-
-akrylonitrilovyacute kaučuk aj) s vhodnyacutemi mechanickyacutemi vlastnostmi jako jsou např
pevnost a pružnost
Butadien-styrenovyacute kaučuk
bull zkratka SBR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Kralex Buna S
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik latexů (naacutetěroveacute a spojovaciacute hmoty)
bull monomery buta-13-dien styren (viz Scheacutema 2)
22 Polykondenzace
Polykondenzace je polyreakce při ktereacute dochaacuteziacute k reakci molekul dvou různyacutech
monomerů z nichž každyacute obsahuje nejmeacuteně dvě reaktivniacute funkčniacute skupiny
(např ndashOH) Na rozdiacutel od polymerace maacute stupňovityacute průběh při ktereacutem se
monomery nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky ktereacute se pak vzaacutejemně spojujiacute
v obrovskeacute makromolekuly Ve vyacuterobniacute praxi to představuje značnou vyacutehodu neboť
tak můžeme z reakčniacute směsi kdykoliv izolovat makromolekuly s různou deacutelkou
řetězce a tiacutem i s různyacutemi fyzikaacutelniacutemi vlastnostmi Stupňoviteacute polykondenzačniacute reakce
se od řetězovyacutech polymeračniacutech reakciacute lišiacute i z termodynamickeacuteho hlediska jsou to
obvykle endotermickeacute děje u kteryacutech musiacuteme do reakčniacute soustavy dodaacutevat teplo
Na rozdiacutel od polymerace vznikaacute při polykondenzaci vždy vedlejšiacute produkt jako je
nejčastěji voda amoniak nebo chlorovodiacutek
Mezi polymery vznikajiacuteciacute polykondenzaciacute patřiacute napřiacuteklad polyestery polyamidy
fenolformaldehydoveacute a močovinoformaldehydoveacute pryskyřice
Polyestery se vyraacutebějiacute z dvojsytnyacutech alkoholů a dikarboxylovyacutech kyselin
Použiacutevajiacute se k vyacuterobě textilniacutech materiaacutelů (např tesil terylen) nejčastěji ve směsi
s přiacuterodniacutemi vlaacutekny (vlna bavlna) Tyto materiaacutely jsou pevneacute pružneacute nemačkaveacute
rychle schnouciacute a odolneacute vůči molům i pliacutesniacutem Nevyacutehodou je jejich hořlavost
schopnost nabiacutejet se statickou elektřinou a malaacute schopnost pohlcovat pot
77
Z polyesterů se rovněž zhotovujiacute lana fotografickeacute filmy nebo plastoveacute lahve (PET
Scheacutema 9) Vyacuteznamneacute jsou i polyesteroveacute sklolaminaacutety (polyesteroveacute pryskyřice
vyztuženeacute skelnyacutemi vlaacutekny) neboť majiacute velkou pevnost dobreacute elektroizolačniacute
vlastnosti a odolaacutevajiacute chemikaacuteliiacutem Použiacutevajiacute se k vyacuterobě automobilovyacutech karoseacuteriiacute
letadel střešniacutech krytin potrubiacute v chemickyacutech provozech aj
CH2 CH2 OHHO COOHHOOC
O CH2 CH2 O OC CO
n + n
ethan-12-diol tereftalovaacute kyselina
polykondenzace
poly(ethylen-tereftalaacutet)PET
polyesterifikace
polykondenzace
polyesterifikaceH2O +
n
(2n-1)
Scheacutema 9
Polykondenzace ethan-12-diolu a tereftaloveacute kyseliny Polyamidy jsou dalšiacute vyacuteznamneacute polykondenzaacutety Připravujiacute se polykondenzaciacute
diaminů s dikarboxylovyacutemi kyselinami (např polykondenzaacutet Nylon) nebo polymeraciacute
cyklickyacutech amidů (např polykondenzaacutet Silon na jeho přiacutepravě se podiacutelel slavnyacute
českyacute chemik Otto Wichterle kteryacute je viacutece znaacutem v souvislosti s objevem měkkyacutech
kontaktniacutech očniacutech čoček) Molekuly polyamidů obsahujiacute peptidickou vazbu (Obr 8)
kteraacute se v řetězciacutech pravidelně opakuje tudiacutež můžeme tyto laacutetky považovat za
syntetickou obdobu biacutelkovin
Obr 8 Peptidickaacute vazba
C
O
NH
78
Materiaacutely z polyamidů jsou velmi pevneacute tvrdeacute a maacutelo se opotřebovaacutevajiacute Pro tyto
vlastnosti se použiacutevajiacute k vyacuterobě ozubenyacutech kol a ložisek daacutele k vyacuterobě textilniacutech
vlaacuteken užitkovyacutech předmětů foacuteliiacute aj
Fenolformaldehydoveacute pryskyřice (fenoplasty) jsou ze všech plastů nejdeacutele
znaacutemeacute V roce 1907 připravil L H Baekeland prvniacute fenoplast kondenzaciacute fenolu
s formaldehydem Uvedenaacute polykondenzace může probiacutehat v kyseleacutem i zaacutesaditeacutem
prostřediacute V přiacutepadě kyseleacuteho prostřediacute vznikaacute lineaacuterniacute polykondenzaacutet kteryacute se
nazyacutevaacute Novolak (Scheacutema 10) Je to termoplast kteryacute je rozpustnyacute v řadě
organickyacutech rozpouštědel a použiacutevaacute se k vyacuterobě naacutetěrovyacutech hmot a lepidel
Uskutečniacute-li se kondenzace v zaacutesaditeacutem prostřediacute bude konečnyacutem produktem
nerozpustnaacute a netavitelnaacute pryskyřice znaacutemaacute pod obchodniacutem naacutezvem Bakelit (maacute již
hustě zesiacuteťovanou strukturu) Použiacutevaacute se na vyacuterobu spotřebniacuteho materiaacutelu
a předevšiacutem v elektrotechnice
OH
C
O
H HOH
CH2n
fenol
polykondenzace
H+n H2O +
n
+ n
formaldehyd novolak
Scheacutema 10
Polykondenzace fenolu a formaldehydu
Močovinoformaldehydoveacute pryskyřice (aminoplasty) vznikajiacute polykondenzaciacute
močoviny nebo jejiacutech derivaacutetů s formaldehydem Jsou to bezbarveacute laacutetky ktereacute se dajiacute
libovolně barvit a proto se hojně využiacutevajiacute k vyacuterobě spotřebniacuteho zbožiacute naacutetěrovyacutech
laacutetek tmelů lepidel elektrotechnickyacutech vyacuterobků k obklaacutedaacuteniacute naacutebytku aj V praxi jsou
znaacutemy např pod naacutezvem Umakart (horniacute vrstva)
79
C
O
C
O
H HH2N NH2
C
O
H2N NH2H N CH2
OC
H N CH2
N H
OC
N H
n +polykondenzace
H2O ++
formaldehydmočovinoformaldehydovaacute pryskyřice
močovina n
2 n 2 n
Scheacutema 11
Polykondenzace močoviny a formaldehydu
23 Polyadice
Polyadice je polyreakciacute molekul dvou různyacutech monomerů ktereacute obsahujiacute
odlišnou reaktivniacute funkčniacute skupinu Jeden z monomerů musiacute obsahovat takovou
funkčniacute skupinu kteraacute obsahuje slabě kyselyacute vodiacutek (např ndashOH) kteryacute může
naacutesledně uvolnit Tento vodiacutek se přesune na druhyacute monomer což umožniacute spojeniacute
obou monomerů v jeden celek Polyadice mohou miacutet řetězovyacute i stupňovityacute průběh
při ktereacutem nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute produkt Polyadici si ukaacutežeme na synteacuteze
polyurethanu (Scheacutema 12) Polyurethany jsou materiaacutely lehkeacute a pevneacute použiacutevajiacuteciacute se
k vyacuterobě syntetickyacutech vlaacuteken molitanu naacutehražek kůžiacute a lepidel
Scheacutema 12
Polyadice butan-14-diolu a hexamethylendiisokyanaacutetu
OHO
O O CO CO
(CH2)4 O C N (CH2)6 N C O
(CH2)4 NH (CH2)6 NH
n + n
butan-14-diol hexamethylendiisokyanaacutet
polyadice
polyurethanPUR
n
H
polyadice
80
3 Užitiacute plastů Plasty představujiacute početnou a staacutele se rozšiřujiacuteciacute skupinu materiaacutelů jejichž
podstatu tvořiacute syntetickeacute polymery V zaacutejmu zlepšeniacute některyacutech vlastnostiacute plastů se
k zaacutekladniacutem syntetickyacutem polymerům přidaacutevajiacute různeacute přiacutesady jako jsou pigmenty
(obarvujiacute plasty) stabilizaacutetory (zvyšujiacute životnost plastů) nebo změkčovadla (zlepšujiacute
mechanickeacute vlastnosti plastů)
Jednou z oblastiacute kde plasty zaujiacutemajiacute teacuteměř monopolniacute postaveniacute a doprovaacuteziacute
denně život každeacuteho z naacutes je obalovaacute technika Tyto obaly z plastů postupně
vytlačily klasickeacute materiaacutely jako jsou napřiacuteklad sklo nebo papiacuter Největšiacute uplatněniacute
v tomto smyslu našly polyethylen (PE) polypropylen (PP) polystyren (PS)
poly(ethylen-tereftalaacutet) (PET) a poly(vinylchlorid) (PVC) diacuteky svyacutem zejmeacutena
mechanickyacutem vlastnostem nebo odolnosti k vodě či mikroorganismům Nutno
poznamenat že vyacuterobky z těchto polymerů majiacute tzv kraacutetkyacute životniacute cyklus a staacutevajiacute se
nevyacutehodneacute v okamžiku kdy dosloužiacute Proto jsme staacutele naleacutehavěji nabaacutedaacuteni
k důsledneacutemu třiacuteděniacute odpadů mezi ktereacute vyacuterobky z plastů neodmyslitelně patřiacute
31 Recyklace odpadů z plastů
Recyklaciacute se v tomto slova smyslu rozumiacute vraacuteceniacute plastoveacuteho odpadu
do procesu ve ktereacutem vznikl Lze ji považovat za strategii kteraacute opětovnyacutem
využiacutevaacuteniacutem odpadů šetřiacute přiacuterodniacute zdroje a současně omezuje zatěžovaacuteniacute prostřediacute
škodlivinami Recyklace polymerniacuteho odpadu je dosud v Českeacute republice jen
na niacutezkeacute uacuterovni Uvaacutediacute se že se v současneacute době recykluje něco maacutelo přes 20
vyrobenyacutech plastů Většina polymerniacuteho odpadu tak končiacute na sklaacutedkaacutech kde může
přežiacutevat desetiletiacute bez podstatnyacutech změn Proti teacuteto nelichotiveacute statistice bojujiacute nejen
ekologickaacute hnutiacute ale i uacuteřady ktereacute majiacute danou problematiku v naacuteplni praacutece Pro tyto
uacutečely byla vyrobena řada televizniacutech upoutaacutevek informativniacutech letaacuteků nebo
uspořaacutedaacuteny různeacute soutěže pro žaacuteky a studenty škol ktereacute majiacute oslovit a předevšiacutem
naučit společnost jak naklaacutedat nejen s polymerniacutemi odpady
81
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
Plastoveacute odpady patřiacute do kontejneru žluteacute barvy (Obr 9) Pojmem bdquoplastoveacute
odpadyldquo v tomto přiacutepadě mysliacuteme PET lahve od naacutepojů keliacutemky plastoveacute tašky
saacutečky foacutelie obaly od praciacutech čisticiacutech a kosmetickyacutech přiacutepravků obaly od CD disků
pěnovyacute polystyren a dalšiacute vyacuterobky z plastů (je třeba sledovat naacutelepky na žlutyacutech
kontejnerech neboť zaacuteležiacute na podmiacutenkaacutech a technickeacutem vybaveniacute třiacutediciacutech linek
ve vašem městě) PET lahve se do kontejneru daacutevajiacute sešlaacutepnuteacute s utaacutehnutyacutem viacutečkem
a etiketou (ta bude odstraněna při dotřiacuteďovaacuteniacute) Plastoveacute lahve nesmiacute byacutet v žaacutedneacutem
přiacutepadě znečištěneacute Pokud chceme vytřiacutedit keliacutemky od potravin (např od jogurtů)
nemusiacuteme je vymyacutevat stačiacute jen jejich obsah vyškraacutebnout lžičkou (keliacutemky jsou
vymyacutevaacuteny až při naacutesledneacutem dotřiacuteďovaacuteniacute)
Do kontejnerů na plasty nepatřiacute novoduroveacute trubky guma molitan textil
z umělyacutech vlaacuteken linolea pneumatiky a obaly od nebezpečnyacutech laacutetek
(od motoroveacuteho oleje chemikaacuteliiacute barev)
Průměrnaacute českaacute domaacutecnost vyhodiacute za rok asi 150-200 kg odpadů Pokud
odpady třiacutediacuteme a daacutevaacuteme je do barevnyacutech kontejnerů (žlutyacute kontejner na plasty biacutelyacute
a zelenyacute na sklo modryacute na papiacuter oranžovyacute na naacutepojoveacute kartony) umožniacuteme tak
recyklaci viacutece než třetiny tohoto množstviacute Za rok tak lze vytřiacutedit až 30 kg papiacuteru
25 kg plastů a 15 kg skla
Obr 9 Kontejner na plasty (převzato z [14])
Recyklovaneacute plasty sloužiacute k vyacuterobě napřiacuteklad izolačniacutech tvaacuternic řady stavebniacutech
a zahradniacutech prvků (ploty zatravňovaciacute dlažba protihlukoveacute zaacutebrany či zahradniacute
komposteacutery) fleesovyacutech oděvů z PET (sportovniacute dresy naacutekupniacute tašky aj) pytlů
koberců a spousty dalšiacutech vyacuterobků (Obr 10)
82
a) fleesovyacute oděv b) taška c) sportovniacute dres
Obr 10 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů (a-c převzato z [1415])
Nadějiacute do budoucna jsou tzv biodegradovatelneacute (biologicky rozložitelneacute)
polymery Tyto materiaacutely se mohou ve vhodneacutem prostřediacute vlivem mikroorganismů
rozložit až na vodu a oxid uhličityacute popřiacutepadě na jineacute ekologicky přijatelneacute produkty
V současneacute době se vyraacutebiacute několik syntetickyacutech polymerů ktereacute splňujiacute kriteacuteria
biodegradovatelnosti K nejvyacuteznamnějšiacutem patřiacute kyselina polymleacutečnaacute (PLA) využiacutevanaacute
na vyacuterobu leacutekařskyacutech nitiacute ktereacute se v organismu pacienta samy časem rozložiacute
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Problematika makromolekulaacuterniacutech laacutetek a předevšiacutem syntetickyacutech polymerů nepatřiacute u studentů
gymnaacuteziiacute mezi přiacuteliš obliacutebeneacute pasaacuteže ve vyacuteuce chemie Pro tyto uacutečely vznikl tento text kteryacute maacute
shrnout nejzaacutekladnějšiacute poznatky z teacuteto problematiky a takeacute posloužit jako doprovodnyacute text k tematicky
vytvořeneacute powerpointoveacute prezentaci
Nutno poznamenat že oba dokumenty nemajiacute za uacutekol omezit tvůrčiacute přiacutestup učitele chemie
ve vyacutekladu zpracovaneacute laacutetky naopak je viacutetaacutena jakaacutekoliv improvizace v metodickeacutem či jejiacutem
obsahoveacutem pojetiacute Předevšiacutem by se měl učitel chemie opřiacutet o již zavedeneacute kurikulum ve vzdělaacutevaciacute
oblasti Člověk a přiacuteroda a přizpůsobit vyacuteuku konkreacutetniacutemu učebniacutemu plaacutenu chemie a takeacute ŠVP
gymnaacutezia
Vzhledem k tomu že teacutema plastů je nediacutelnou součaacutestiacute environmentaacutelniacute vyacutechovy
kteraacute se v raacutemci RVP pro gymnaacutezia stala vyacuteznamnyacutem průřezovyacutem teacutematem doporučuje se
vysvětlovat laacutetku v kontextu přiacuterodovědnyacutech i společenskovědniacutech oborů Je tudiacutež žaacutedouciacute aby
studentům nebyly poskytnuty pouze odborneacute informace o chemii plastů ale takeacute fakta souvisejiacuteciacute
s problematikou odpadů jejich třiacuteděniacutem a s opakovanyacutem využitiacutem recyklovatelnyacutech plastů Z tohoto
důvodu se doporučuje využiacutet formy projektoveacute vyacuteuky Projekt může byacutet realizovaacuten v raacutemci jedneacute třiacutedy
83
nebo viacutece třiacuted gymnaacutezia Teacutematem projektu může byacutet napřiacuteklad historie plastů plasty v životě
moderniacuteho člověka bdquoWichterleholdquo kontaktniacute čočky vliv plastů na životniacute prostřediacute plasty jako
konstrukčniacute materiaacutel aneb vyacuterobky z plastoveacuteho odpadu spraacutevneacute třiacuteděniacute odpadů jak se obejiacutet bez
obalů aj Uacutekolem projektu je vytvořeniacute posteru či prezentace kteraacute je společnyacutem diacutelem každeacute
řešitelskeacute skupiny Uacutespěšnaacute realizace takoveacuteho projektu zaacutevisiacute na kreativitě naacutepadech aktivniacute
spolupraacuteci studentů chuti pracovat a spolupodiacutelet se na teacutematu nejen ve vyučovaacuteniacute ale i formou
domaacuteciacute praacutece Rovněž je zapotřebiacute využitiacute školniacute knihovny a internetu učebny popřiacutepadě laboratoře
chemie a takeacute spolupraacutece s vedeniacutem školy i s učiteli fyziky biologie (ekologie) vyacutetvarneacute vyacutechovy aj
Poznaacutemka autora textu k naacutezvům polymerniacutech laacutetek bdquoMezinaacuterodniacute unie pro čistou a aplikovanou
chemii IUPAC nevydaacutevaacute přiacutekazy ani jinaacute praacutevně zaacutevaznaacute nařiacutezeniacute ale jen doporučeniacute jak tvořit
systematickeacute naacutezvy laacutetek včetně polymerů Chemickaacute veřejnost se může rozhodnout zda se bude či
nebude těmito doporučeniacutemi řiacutedit Nomenklaturniacute doporučeniacute IUPAC pro oblast polymerů respektujiacute
skutečnost že polymery jsou běžně pojmenovaacutevaacuteny jednak na zaacutekladě monomerů
ze kteryacutech jsou připravovaacuteny a jednak na zaacutekladě konstitučniacutech skupin obsaženyacutech v jejich
makromolekulaacutech V mnoha přiacutepadech jsou naacutezvy bez kulatyacutech zaacutevorek nepřiacutepustneacute Kulateacute zaacutevorky
se použiacutevajiacute v naacutezvech předevšiacutem k odděleniacute čaacutesti naacutezvu se specifickyacutemi strukturniacutemi znaky aby se
struktura vyjaacutedřila co nejsrozumitelněji Doporučuji čtenaacuteřům tohoto textu prostudovat publikaci autorů
Fikr J a Kahovec J (ref 11) ve ktereacute je stručně a přehledně vysvětleno tvořeniacute naacutezvů organickyacutech
sloučenin i polymerůldquo
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Prokopovaacute I Makromolekulaacuterniacute chemie VŠCHT Praha 2007
2 Duchaacuteček V Prokopovaacute I Dobiaacuteš J Bicheze 15 21 (2006)
3 Duchaacuteček V Bicheze 14 22 (2005)
4 Duchaacuteček V Bicheze 13 232 (2004)
5 Deviacutensky F a kol Organickaacute cheacutemia pre farmaceutov OSVETA Martin 2001
6 Blažek J Fabini J Chemie pro studijniacute obory SOŠ a SOU nechemickeacuteho
zaměřeniacute SPN Praha 1999
7 Duchaacuteček V Zaacutekladniacute pojmy z chemie a technologie polymerů jejich
mezinaacuterodniacute zkratky a obchodniacute naacutezvy VŠCHT Praha 1996
8 Naacutelepa K Stručneacute zaacuteklady chemie a fyziky polymerů UP Olomouc 1993
9 Vaciacutek J a kol Přehled středoškolskeacute chemie SPN Praha 1993
10 Čaacutersky J a kol Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute SPN Praha 1986
11 Fikr J Kahovec J Naacutezvosloviacute organickeacute chemie (3 vyd) Rubico Olomouc
2008
84
Internetoveacute odkazy 12 Šulcovaacute R Přiacuterodovědneacute projekty [online 2011-04-15] Dostupneacute z www
lthttprenasulcovaswebczprirodovedne_projektyPrirodovedne_projektypdfgt
13 Surovyacute kaučuk odkapaacutevajiacuteciacute z kaučukovniacuteku [online 2011-04-11]
Dostupneacute z www
lthttpuploadwikimediaorgwikipediacommonsthumbbb3Latex_drippingJPG
220px-Latex_drippingJPGgt
14 Kontejner na plasty Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08]
Dostupneacute z www lthttpwwwjaktriditczgt
15 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08] Dostupneacute z www
lthttpimgaktualnecentrumcz320303203037-dres-z-pet-lahvijpggt
16 Vohliacutedal J Proč a jak spraacutevně nazyacutevat polymery [online 2012-10-28]
Dostupneacute z www lthttpwwwnaturcunicz~vohlidalmchNazvypolymerudocgt
85
VYacuteBUŠNINY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc Osnova 1 Uacutevod do problematiky vyacutebušnin
11 Historie zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace vyacutebušnin
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin
21 Nitrace
22 Trhaviny
23 Střeliviny
24 Třaskaviny
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Uacutevod 11 Historie zaacutekladniacute pojmy
Vyacutebušniny definujeme obecně jako laacutetky ktereacute jsou schopny velmi rychleacute
(explozivniacute) přeměny během zlomku sekundy Při vyacutebuchu probiacutehaacute chemickaacute reakce
(rozklad laacutetky) a uvolňuje se přitom zpravidla velkeacute množstviacute tepla a různyacutech plynů
(např N2 CO CO2 H2O O2 HCl SO2 aj)
Z historie je znaacutemo že až do konce 80 let 19 stol byl jedinou vyacuteznamnou
vyacutebušninou tzv černyacute střelnyacute prach Jde o jemnou směs draselneacuteho ledku siacutery a
dřevneacuteho uhliacute při explozi probiacutehaacute reakce (zjednodušeno)
2 KNO3 + S + 3 C rarr K2S + N2 + 3 CO2
Vyacuteznamnyacutem mezniacutekem pro vyacuterobu vyacutebušnin byl objev nitračniacutech reakciacute
nitrosloučeniny však byly vesměs velmi nestabilniacute a jejich vyacuteroba i distribuce velmi
problematickaacute (např nitroglycerin snadno nečekaně exploduje i naacuterazem)
Převratnyacutem rokem ve vyacuterobě vyacutebušnin ve velkeacutem byl až r 1869 kdy šveacutedskyacute chemik
Alfreacuted Nobel (zakladatel znaacutemeacute Nobelovy nadace) vyřešil probleacutem stabilizace
nitroglycerinu jeho nasaacuteknutiacutem do vhodneacuteho nosiče (křemelina) Takto upravenyacute
nitroglycerin pak exploduje až po vhodneacute iniciaci např roznětkou Ohromnyacute rozvoj
průmyslu vyacutebušnin nastal v obdobiacute prvniacute a zejmeacutena pak druheacute světoveacute vaacutelky
Každaacute vyacutebušnina je charakterizovaacutena řadou fyzikaacutelně-chemickyacutech parametrů
Mezi nejdůležitějšiacute patřiacute
a) Detonačniacute rychlost v - u běžně použiacutevanyacutech laacutetek ve vojenstviacute byacutevaacute v rozmeziacute
6000ndash8000 ms u průmyslovyacutech trhavin do 5000 ms
b) Uvolněnaacute energie při vyacutebuchu Q ndash s hodnotami dnes většinou nad 900 kcalkg
Např pro vyacuteše uvedenyacute černyacute střelnyacute prach jsou tyto hodnoty v = 400 ms Q = 600-800kcalkg
Mezi zaacutekladniacute požadavky na komerčně vyraacuteběneacute vyacutebušniny patřiacute daacutele fyzikaacutelniacute i chemickaacute stabilita
(staacutelost v teplotniacutem rozmeziacute -30 až +40ordmC) necitlivost k vnějšiacutem podnětům (bezpečnost při
zachaacutezeniacute) dostupnostcena vyacutechoziacutech laacutetek potřebnyacutech k vyacuterobě a bezpečnost vyacuteroby
___________ Přesnějšiacute reakce vyacutebuchu dle Bertholeta 16 KNO3 + 6 S + 13 C rarr 5 K2SO4 + 2 K2CO3 + K2S + 8 N2 + 11CO2
Je-li v lt 330 ms (rychlost zvuku) jde o tzv deflagraci
při v gt 330 ms se pak jednaacute o detonaci
87
12 Klasifikace vyacutebušnin
Vyacutebušniny lze dělit podle různyacutech hledisek
I Podle způsobu použitiacute
a) Trhaviny (maacutelo citliveacute k vyacutebuchu je nutnaacute roznětka) ndash např dynamit
b) Střeliviny (prachy k vyacutestřelu střely z hlavně) ndash např bezdyacutemyacute prach
c) Třaskaviny (citliveacute na naacuteraz jiskru užitiacute jako rozbušky) ndash např azidy
II Podle chemickeacuteho složeniacute
Chemickaacute individua
a) Nitrosloučeniny (obsahujiacute R3C-NO2) ndash např trinitrotoluen TNT
b) Estery HNO3 (s alkoholy R3C-O-NO2) ndash např nitroglycerin
c) Nitraminy (obsahujiacute R2N-NO2) ndash např hexogen
d) Vyacutebušneacute soli kyselin ndash např od HNO3 HClO3 HClO4
e) Sloučeniny azoimidu (obsahujiacute skupinu N3-) ndash např AgN3
f) Ostatniacute (acetylidy fulminaacutety aj)
Směsi (např amatoly TNT + NH4NO3 + hexogen)
III Dle konzistence
- pevneacute (krystalickeacute či praacuteškoviteacute) ndash např kyselina pikrovaacute
- kapalneacute (nitroglycerin)
- polotekuteacute a plastickeacute (Semtex)
____________ Maacuteme na mysli tzv bdquoklasickeacute vyacutebušninyldquo použiacutevaneacute jak k vaacutelečnyacutem tak i k miacuterovyacutem uacutečelům Dnešniacute
vojenstviacute ovšem disponuje i moderniacutemi zbraněmi založenyacutemi na řetězoveacute štěpneacute reakci uranu 235U (atomovaacute bomba) např
235
92U n U 10
23592 + rarr139
56 Ba + 94
36Kr + 3 10 n
popř využiacutevajiacuteciacute spojovaacuteniacute lehčiacutech jader (bdquosleacutevaacuteniacuteldquo jader - vodiacutekovaacute bomba) např
21D + 31T rarr 4
2He + 10n s nebyacutevale mohutnyacutemi uacutečinky (např atomovaacute bomba v Hirošimě měla ekvivalent cca 30 kt TNT)
88
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin 21 Nitrace
Principem nitračniacutech reakciacute je vpravovaacuteniacute funkčniacute skupiny ndashNO2 do molekul
(organickyacutech) laacutetek pomociacute tzv nitračniacute směsi (= směs konc HNO3 + H2SO4)
Vyacuteznam majiacute předevšiacutem aromatickeacute nitroderivaacutety např
C6H6 + 3 HNO3 rarr (135-)(NO2)3C6H3 + 3 H2O
benzen sym-trinitrobenzen Poznaacutemka
Zjednodušenaacute interpretace že kyselina siacuterovaacute pouze bdquovaacuteželdquo vzniklou vodu je nepřesnaacute ndash ve
skutečnosti jde o tzv elektrofilniacute substituci kdy zpočaacutetku probiacutehaacute reakce
HNO3 + 2 H2SO4 rarr NO2+ + H3O+ + 2 HSO4
-
a takto vzniklyacute nitroniovyacute kation je vlastniacutem elektrofilniacutem činidlem atakujiacuteciacutem aromatickeacute jaacutedro
(kyselina siacuterovaacute se tedy uacutečastniacute reakce)
Nitračniacute reakce probiacutehajiacute ochotněji u derivaacutetů benzenu (fenol toluen) přitom je nutno
vziacutet v potaz znaacutemaacute substitučniacute pravidla na aromatickeacutem jaacutedře
- substituenty I třiacutedy jako např ndashCH3 ndashOH řiacutediacute substituci do poloh ortho- para-
- substituenty II třiacutedy jako ndashNO2 řiacutediacute substituci do poloh meta-
Přesneacute složeniacute nitračniacute směsi se voliacute podle typu nitrovaneacute laacutetky a stupně nitrace (u
vyššiacutech nitroderivaacutetů pracujeme zpravidla v přebytku kyseliny dusičneacute)
Vlastniacute reakce probiacutehaacute za intenzivniacuteho miacutechaacuteniacute a chlazeniacute ve specielniacutech kotliacutech
(nitraacutetory) s dvojityacutem plaacuteštěm Při nitraciacutech je nutno dodržovat přiacutesnaacute bezpečnostniacute
pravidla ndash hroziacute např přehřaacutetiacute směsi a naacuteslednyacute vyacutebuch
Přehled nejznaacutemějšiacutech a nejviacutece použiacutevanyacutech nitrolaacutetek a jejich explozivniacutech reakciacute
je uveden v naacutesledujiacuteciacutech kapitolaacutech
22 Trhaviny
Jde o největšiacute skupinu vyacutebušnin poměrně maacutelo citlivyacutech k jednoduchyacutem
podnětům (třeniacute naacuteraz) K detonaci jsou přivaacuteděny pomociacute rozbušky (roznětky
detonaacutetoru) Použiacutevajiacute se jak k uacutečelům miacuterovyacutem (kamenolomy doly tunely) tak i
vaacutelečnyacutem (naacuteplně granaacutetů min bomb)
89
Než probereme nejznaacutemějšiacute zaacutestupce teacuteto skupiny je třeba zdůraznit že
z hlediska terminologie lze jako skutečneacute nitroderivaacutety označovat pouze sloučeniny
majiacuteciacute nitroskupinu vaacutezanou přiacutemo na uhliacutek (obsahujiacute vazbu C ndash NO2)
a) Nitrosloučeniny
Praktickyacute vyacuteznam majiacute pouze aromatickeacute nitrolaacutetky
Nejviacutece použiacutevaneacute sloučeniny
bdquoTritolldquo TNT IUPAC 246-trinitrotoluen ( v = 7400 ms Q = 950 kcalkg) CH3
NO2
O2N NO2
Vyacuteroba Nitraciacute toluenu do 3 stupně
Vlastnosti nažloutleacute jehlice teplota taacuteniacute 80ordmC
Referenčniacute laacutetka pro ekvivalent atomovyacutech bomb (viz str 3) Pozn Během II světoveacute vaacutelky vyraacutebělo Německo cca 4000 tun TNT měsiacutečně
bdquoEkrazitldquo kyselina pikrovaacute IUPAC 246-trinitrofenol (v= 7000ms Q = 1000kcalkg)
NO2
NO2O2N
OH
Vyacuteroba Nitraciacute fenolu do 3 stupně
Vlastnosti Žluteacute krystalky nahořkleacute chuti teplota taacuteniacute 122ordmC tvořiacute soli (vyacutebušnyacute pikraacutet
amonnyacute) Užiacutevaacuten mj do dělostřeleckyacutech granaacutetů
bdquoHexylldquo sym-hexanitrodifenylamin teacutež dipikrylamin
dle IUPAC 246-trinitro-N-(246-trinitrophenyl)anilin ( v = 7100 ms Q = 1040 kcalkg)
NH NO2
O2N
O2NNO2
NO2
O2N
90
Vyacuteroba Kompletniacute nitraciacute difenylaminu
Vlastnosti Žluteacute jehličky viacutece citliveacute k naacuterazu (použiacutevanyacute např jako naacuteplň torpeacuted)
b) Nitroestery
Jednaacute se o sloučeniny s vazbou ndashCH2ndashOndashNO2 vznikajiacuteciacute esterifikačniacute reakciacute např
viacutecesytnyacutech alkoholů s HNO3 Nejznaacutemějšiacute laacutetky
Nitroglycerin (spraacutevně trinitraacutet glycerolu) v = 8000 ms Q = 1500 kcalkg
Nitroglycerin se vyraacutebiacute uacuteplnou nitraciacute glycerolu CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2
H2SO4
- 3 H2O
Vlastnosti Bezbarvaacute jedovataacute viskoacutezniacute kapalina naslaacutedleacute chuti nerozpustnaacute ve vodě
Pozor Hroziacute nebezpečiacute explozivniacuteho rozkladu zahřaacutetiacutem nad 50ordmC či naacuterazem
Vyrobenyacute nitroglycerin se zpracovaacutevaacute na dynamit (nasaacuteklyacute v křemelině v poměru
31) nebo na bezdyacutemyacute střelnyacute prach (viz střeliviny)
Vyacuteroba u naacutes Semtiacuten u Pardubic přiacutesnaacute bezpečnostniacute opatřeniacute (bunkry s lehkyacutemi
střechami omezeniacute ručniacute manipulace)
nitroglycerin ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
4 C3H5(ONO2)3 rarr 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Kromě nitroglyceriacutenu existuje řada nitroesterů dvoj- až čtyřsytnyacutech alkoholů
(glykolů) s podobnyacutemi vlastnostmi
Nejznaacutemějšiacute z nich je tzv pentrit (pentaerythrit-tetranitraacutet) v = 8000 ms Q = 1530 kcalkg
OO2N C
CH2
CH2
CH2
CH2
O NO2
O NO2
O NO2
Na baacutezi pentritu s butadienstyreacutenovyacutem kaučukem jsou založeny tzv plastickeacute
trhaviny (Semtex)
91
Nitrocelulosa (nitraacutet celulosy) v = 7000 ms Q = 950-1025 kcalkg
Nitrocelulosa vznikaacute nitraciacute polysacharidu celulosy (velmi čisteacute) do obsahu cca 14
dusiacuteku (což odpoviacutedaacute bdquotrinitraacutetuldquo celulosy)
Historie 1845 Schoumlnbein ndash nitrace bavlny (bdquostřelnaacute bavlnaldquo)
Nitrocelulosa ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
2 C24H29O9(ONO2)11rarr 36CO2+ 47CO+ 4CH4+ 39H2O+ 2C2H2+ 3HCN+ 72 H2 + 372 N2 + 2NH4HCO3
c) Nitraminy
Jde o sloučeniny obsahujiacuteciacute funkčniacute skupinu =NndashNO2
Jsou znaacutemy jak alifatickeacute tak aromatickeacute i heterocyklickeacute laacutetky tohoto typu
(Daacutele se děliacute na primaacuterniacute R-NH-NO2 a sekundaacuterniacute R1R2-N-NO2)
Nejdůležitějšiacute zaacutestupci
Tetryl (246-trinitrofenyl-methyl-nitramin IUPAC N-methyl-N246-tetranitroanilin) v = 7500 ms Q = 1100 kcalkg
NCH3
NO2
NO2
O2N
O2N
Hexogen (cyklotrimethylentrinitramin IUPAC 135-trinitro-135-triazin) v = 8000 ms Q = 1390 kcalkg
N
N N
NO2
NO2O2N
92
d) Vyacutebušneacute soli kyselin
K vyacutebušnyacutem soliacutem patřiacute zejmeacutena amonneacute soli kyseliny dusičneacute chlorečneacute chloristeacute
(di)chromany a manganistany Vyacutebušneacute soli ndash rovnice vybranyacutech vyacutebušnyacutech reakciacute
NH4NO3 rarr N2 + 2 H2O + frac12 O2 ndash 346 kcalkg
2 NH4ClO3 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 32 O2 ndash 359 kcalkg
2 NH4ClO4 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 52 O2 ndash 266 kcalkg
(NH4)2Cr2O7 rarr Cr2O3 + N2 + 4 H2O ndash 310 kcalkg
2 NH4MnO4 rarr N2 + 2 MnO2 + 4 H2O ndash 280 kcalkg
23 Střeliviny (bdquostřelneacute prachyldquo)
Střeliviny patřiacute mezi vyacutebušneacute směsi sloužiacuteciacute k vystřeleniacute naacuteboje z hlavně
v důsledku mohutneacuteho tlaku plynů vzniklyacutech při explozi Jak již bylo zmiacuteněno
v uacutevodu patři sem i klasickyacute černyacute střelnyacute prach (prvniacute popis R Bacon r 1249)
jehož složeniacute se v čase měnilo a ustaacutelilo se na 75 KNO3 (NaNO3 nelze použiacutet pro
hygroskopičnost) 15 dřevneacuteho uhliacute a 10 siacutery
K vyacuterobě je nutneacute použiacutet jemně praacuteškovaneacute velmi čisteacute komponenty Při
vyacuterobě se suroviny melou miacutesiacute v dřevěnyacutech bubnech zvlhčujiacute a zhutňujiacute a nakonec
lisujiacute mezi měděnyacutemi deskami pod tlakem 30 at vyacuteslednyacute produkt se granuluje nebo
lisuje do vaacutelečků o průměru cca 3 cm Vyacuteroba je velmi nebezpečnaacute ndash snadno může
dojiacutet k explozi vyvolaneacute i např statickou elektřinou Černyacute prach se použiacuteval jako
vyacutemetnaacute naacuteplň roznětka zaacutepalnice s časovyacutem zpožděniacutem apod
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (v = 3800 ndash 7000 ms Q = 700 ndash 950 kcalkg)
Jeho vyacuteroba vychaacuteziacute z nitrocelulosy a nitroglycerinu Probleacutemem při použitiacute byl
obrovskyacute tlak při explozi kteryacute může veacutest až k roztrženiacute hlavně Proto se
nitrocelulosa zpočaacutetku rozpouštěla v organickyacutech rozpouštědlech (ether aceton) po
jejichž odpařeniacute vznikne bdquoblaacutenaldquo hořiacuteciacute pomaleji R 1888 A Nobel navrhl rozpouštět
nitrocelulosu v nitroglycerinu (vznikl tzv bdquobalistitldquo) takže běžnaacute hlaveň děla bdquovydrželaldquo
až 1700 vyacutestřelů přiacutedavkem nitrodiglykolu se vyacutedrž zvyacutešila až přes 10 000 vyacutestřelů
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach je poměrně nestabilniacute jeho stabilitu lze zvyacutešit
přiacutedavkem difenylaminu nebo MgO Vyrobenyacute prach se expeduje ve formě malyacutech
šupinek či destiček nebo se lisuje do tyčinek (viz Obr 1)
Prvniacute velkeacute použitiacute černeacuteho prachu u dělostřelectva se datuje r 1346 v bitvě u Kresčaku Byla zaznamenaacutena řada katastrof (1905 exploze prachu na japonskeacutem křižniacuteku Mikasa 1907
vyacutebuch muničniacuteho skladiště Jena aj)
93
Obr 1 Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (vlevo ndash naacuteplň střely do samopalu vpravo ndash dělostřeleckyacute prach
ve formě slisovaneacute trubičky) Pro naacutezornost na obraacutezku uprostřed kancelaacuteřskaacute sponka
24 Třaskaviny
Do teacuteto skupiny patřiacute celaacute řada různorodyacutech chemickyacutech sloučenin (fulminaacutety
azidy acetylidy) Jde o laacutetky vybuchujiacuteciacute po iniciaci (např zahřaacutetiacutem naacuterazem
elektrickou jiskrou) Sloužiacute jako rozbušky (roznětky) pro hlavniacute naacutelož trhaviny
a) Fulminaacutety Tyto laacutetky se odvozujiacute od kyseliny třaskaveacute (fulminoveacute) |CequivNndashOH kteraacute neniacute znaacutema
volnaacute pouze ve formě soliacute Nejdeacutele znaacutemyacute je fulminaacutet rtuti (bdquotřaskavaacuteldquo rtuť)
Hg(ONC)2 Jde o šedobiacutelou laacutetku maacutelo rozpustnou ve vodě leacutepe v alkoholu
Rovnice vyacutebušneacute reakce Hg(ONC)2 rarr Hg + 2 CO + N2 ndash 357 kcalkg (v = 6500 ms)
Velmi podobneacute vlastnosti maacute i třaskaveacute střiacutebro Ag(ONC) ktereacute je však dražšiacute a
meacuteně užiacutevaneacute
b) Azidy Jsou to soli azoimidu (HN3 těkavaacute jedovataacute kapalina pronikaveacuteho zaacutepachu)
Nejpoužiacutevanějšiacute jsou
Azid olovnatyacute Pb(N3)2 ndash nažloutlaacute laacutetka stabilniacute do 75ordmC meacuteně citlivaacute k naacuterazu viacutece
ke třeniacute
Rovnice rozkladu Pb(N3)2 rarr Pb + 3 N2
Azid střiacutebrnyacute AgN3 maacute podobneacute vlastnosti
Azid měďnatyacute Cu(N3)2 je extreacutemně citlivyacute i na dotyk
94
c) Acetylidy
Tyto třaskaviny se odvozujiacute od ethynu HCequivCH naacutehradou atomů vodiacuteku kovem
Praktickyacute vyacuteznam maacute acetylid měďnyacute Cu-CequivC-Cu a střiacutebrnyacute Ag-CequivC-Ag
Rovnice rozkladu Ag2C2 rarr 2 Ag + 2 C (se vzdušnyacutem kysliacutekem dalšiacute reakce na oxidy)
Jde o krystalickeacute laacutetky nerozpustneacute ve vodě vybuchujiacuteciacute naacuterazem či zahřaacutetiacutem
d) Ostatniacute třaskaviny
Do teacuteto skupiny laacutetek lze zařadit
Tetranitrid tetrasiacutery S4N4 ndash oranžoveacute krystalky vybuchujiacuteciacute naacuterazem zahřaacutetiacutem
Jododusiacutek NI3nNH3 je hnědočervenaacute laacutetka explodujiacuteciacute i pouhyacutem dotykem ()
Peroxosloučeniny (i samotnyacute konc H2O2) např peroxoaceton
CH3
CH3
O O CH3
CH3O O
Bertholetovo třaskaveacute střiacutebro Ag3N citliveacute i na sebemenšiacute mechanickyacute impuls
Pozor Tato laacutetka může vzniknout i při Tollensově reakci (Ag-zrcaacutetko) při vyschnutiacute
obsahu zkumavky - pak hroziacute při čištěniacute zkumavky exploze
3 [Ag(NH3)2]Cl rarr Ag3N + 3 NH4Cl + 2NH3
3 Jednoducheacute ilustračniacute pokusy Všechny daacutele uvedeneacute experimenty je možneacute provaacutedět pouze v digestoři za
asistence a pod odbornyacutem dohledem učitele a za použitiacute ochrannyacutech prostředků
(obličejovyacute štiacutet)
a) Přiacuteprava černeacuteho střelneacuteho prachu a jeho vlastnosti Na papiacuteře důkladně promiacutechaacuteme směs malou lžičku KNO3 půl lžičky jemně praacuteškoveacute siacutery a
čtvrt lžičky rozetřeneacuteho dřevěneacuteho uhliacute Tuto směs nasypeme do železneacute misky na piacutesku a
zapaacuteliacuteme špejliacute Pozorujeme prudkou exotermniacute reakci
95
b) Hořeniacute střelneacute bavlny Střelnaacute bavlna je vlastně nitraacutet celulosy kteryacute lze připravit reakciacute chomaacutečku vaty (1 g)
s nitračniacute směsiacute (10 cm3 konc H2SO4 + 10 cm3 konc HNO3) v kaacutedince po dobu cca 20 min
Obr 2 Hořeniacute nitrocelulosy
Vatu potom vyjmeme propereme vodou a volně usušiacuteme Kousek produktu zapaacuteliacuteme a
pozorujeme jak prudce shořiacute (viz obr 2)
c) Exploze směsi chlorečnanu s praacuteškovou siacuterou (fosforem) Pouhyacutem volnyacutem přesypaacutevaacuteniacutem na papiacuteře bez doteku smiacutechaacuteme malaacute množstviacute (jen na
špičku špachtle) KClO3 a stejneacute množstviacute praacuteškoveacute siacutery (nebo červeneacuteho fosforu) Směs
opatrně zabaliacuteme do tenkeacuteho papiacuteru položiacuteme na pevnou podložku (betonovaacute dlažba) a
uacutederem kladiacutevka přivedeme k explozi
Rovnice vyacutebušneacute reakce 2 KClO3 + 3 S rarr 2 KCl + 3 SO2
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů Literatura Urbaňski T Chemie a technologie vyacutebušnin I ndash III SNTL Praha 1958
Babaacutek Z Vraacutebel Z Chemie ndash vybraneacute kapitoly scrpt VA Brno 1994
Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
UP Olomouc 2007
Internetoveacute odkazy httpcswikipediaorgwikiVC3BDbuC5A1nina
httpwwwjergymhieducz~canovmvybusninvybusninhtm
96
ELEKTROLYacuteZA
Text zpracoval Doc RNDr Zdeněk Šindelaacuteř CSc
Osnova
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
Zaacutekladniacute pojmy
2 Elektrolyacuteza
21 Elektrolyacuteza chloridu zinečnateacuteho a sodneacuteho
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli
23 Faradayovy zaacutekony
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
97
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
11 Zaacutekladniacute pojmy
Elektrochemiiacute rozumiacuteme obor chemie kteryacute se zabyacutevaacute procesy probiacutehajiacuteciacutemi
na rozhraniacute mezi elektrodou a elektrolytem Elektrodou je zpravidla vodič 1 druhu
(kov ndash např měď rtuť železo nikl chrom platina ale i uhliacutek ve formě grafitu) Volba
materiaacutelu elektrody souvisiacute s chemickyacutemi vlastnostmi elektrolytu a se změnami ke
kteryacutem v elektrolytu dochaacuteziacute Elektrolytem je roztok nebo i tavenina laacutetky kteraacute maacute
schopnost disociovat na volneacute ionty Takovou laacutetkou je napřiacuteklad chlorid sodnyacute jehož
vodnyacute roztok nebo jeho tavenina jsou elektrolyty Je to sloučenina ve ktereacute jsou
atomy vaacutezaacuteny chemickou vazbou kteraacute maacute vyacuterazně iontovyacute charakter Elektrolyty
jsou takeacute vodiči elektrickeacuteho proudu a označujeme je jako vodiče 2 druhu
Elektrolytickou disociaci (rozpad laacutetky na ionty v tavenině a ve vodneacutem roztoku)
zapiacutešeme rovniciacute
NaCl rarr Na+ + Cl-
Schopnost laacutetek disociovat v roztoku popisujeme pojmem siacutela elektrolytu
V přiacutepadě NaCl se jednaacute o silnyacute elektrolyt tedy prakticky všechen rozpuštěnyacute chlorid
sodnyacute je ve vodneacutem roztoku disociovaacuten na ionty ktereacute jsou tak od sebe odděleny a
jsou obklopeny molekulami rozpouštědla v našem přiacutepadě molekulami vody
Řiacutekaacuteme že ionty jsou ve vodnyacutech roztociacutech hydratovaacuteny
2 Elektrolyacuteza
Elektrolyacutezu lze chaacutepat jako děj při ktereacutem dochaacuteziacute na elektrodaacutech
vloženyacutech do elektrolytu k chemickyacutem změnaacutem způsobenyacutech průchodem elektrickeacuteho proudu z vnějšiacuteho zdroje V tomto přiacutepadě budeme většinou volit
takoveacute elektrody ktereacute nebudou podleacutehat během procesu změnaacutem (budou chemicky
inertniacute) Na obr 1 je znaacutezorněn schematicky pokus kteryacute naacutem pomůže pochopit
jakeacute děje během elektrolyacutezy probiacutehajiacute
98
Obr 1 Elektrolyzeacuter
Ve scheacutematu vidiacuteme jednotliveacute elektrody ktereacute nesou označeniacute podle toho ke
ktereacutemu poacutelu zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute jsou připojeny V přiacutepadě elektrolyacutezy
je elektroda připojenaacute ke kladneacutemu poacutelu zdroje označovaacutena jako anoda protože k niacute
elektromigraciacute putujiacute ionty opačneacute polarity ndash tedy zaacuteporně nabiteacute anionty Anoda je
elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy oxidace (bez ohledu na polaritu elektrod)
K zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje je připojena katoda ke ktereacute analogicky putujiacute kladně
nabiteacute čaacutestice ndash kationty Katoda je elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy redukce (opět
bez ohledu na polaritu elektrod) Elektromigrace je tedy pohyb nabityacutech čaacutestic
usměrněnyacute vlivem elektrickeacuteho pole
Před zapojeniacutem zdroje jsou koncentrace všech složek elektrolytu v každeacutem
miacutestě roztoku stejneacute (jak viacuteme roztok je homogenniacute směs) Po zapnutiacute zdroje se
začnou ionty v důsledku přiacutetomnosti elektrickeacuteho pole pohybovat k opačně nabiteacute
elektrodě Když dospějiacute až k jejiacutemu povrchu vybijiacute se a produkt se buď vyloučiacute na
přiacuteslušneacute elektrodě přiacutepadně ihned reaguje s dalšiacutemi složkami elektrolytu nebo
přiacutemo s elektrodou V důsledku toho se však sniacutežiacute koncentrace vybiacutejenyacutech iontů
v bliacutezkosti elektrody a přiacutesun novyacutech iontů k elektrodě začiacutenaacute byacutet řiacutezen difuacuteziacute Ionty
difundujiacute do miacutest s nižšiacute koncentraciacute ve snaze obnovit homogenniacute prostřediacute Procesy probiacutehajiacuteciacute v bliacutezkosti elektrod nejsou jednoducheacute a zaacutevisejiacute silně na dalšiacutech faktorech
Jedniacutem z důležityacutech faktorů je zda budeme elektrolyt během elektrolyacutezy miacutechat protože konvekce
(prouděniacute) maacute velkyacute vliv na průběh celeacuteho procesu
99
Velmi důležiteacute je takeacute zda odděliacuteme anodovyacute a katodovyacute prostor přepaacutežkou
kteraacute umožniacute průchod elektrickeacuteho proudu elektrolyzeacuterem a přitom zabraacuteniacute
promiacutechaacutevaacuteniacute vzniklyacutech produktů elektrolyacutezy v bliacutezkosti elektrod Tato přepaacutežka se
nazyacutevaacute diafragma a byacutevaacute to obvykle poreacutezniacute keramickyacute materiaacutel Mohou to byacutet
podle uacutečelu ale různeacute jineacute materiaacutely na baacutezi plastickyacutech hmot polymerniacute gely nebo
napřiacuteklad celofaacuten Jak již bylo řečeno aby mohl elektrolyzeacuterem proteacutekat elektrickyacute proud musiacuteme na elektrody
vložit elektrickeacute napětiacute Minimaacutelniacute napětiacute ktereacute způsobiacute že začne systeacutemem proteacutekat elektrickyacute proud
označujeme jako rozkladneacute napětiacute jeho velikost souvisiacute uacutezce s pojmem elektrochemickyacute člaacutenek
Velikost proudu kteryacute zařiacutezeniacutem prochaacuteziacute zaacutevisiacute rovněž na mnoha faktorech Velkyacute vliv majiacute zejmeacutena
velikost plochy elektrod a koncentrace elektrolytu Velikost proudu vztaženaacute na jednotku plochy
(obvykle cm2) označujeme pojmem proudovaacute hustota [Acm-2] Proudovaacute hustota a složeniacute
(koncentrace) elektrolytu rozhodujiacuteciacutem způsobem ovlivňujiacute konečneacute složeniacute produktů elektrolyacutezy
21 Elektrolyacuteza ZnCl2 a NaCl
Průběh elektrolyacutezy vodneacuteho roztoku chloridu zinečnateacuteho můžeme zapsat
naacutesledovně
katoda Zn2+ + 2 e- rarr Zn
anoda 2 Cl- rarr Cl2 + 2 e-
Produkty procesu jsou plynnyacute chlor a zinek jako volnyacute kov
Elektrolyacuteza však může miacutet i značně komplikovanyacute průběh kteryacute je silně zaacutevislyacute
na podmiacutenkaacutech provedeniacute Přiacutekladem může byacutet elektrolyacuteza chloridu sodneacuteho
Budeme-li při odděleneacutem katodoveacutem a anodoveacutem prostoru v inertniacute atmosfeacuteře
elektrolyzovat taveninu chloridu sodneacuteho ziacuteskaacuteme kovovyacute sodiacutek a plynnyacute chlor
katoda 2 Na+ + 2 e- rarr 2 Na
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
Všimněme si že složeniacute elektrolytu (taveniny) se nijak vyacuteznamně neměniacute
vylučujiacute se ekvivalentniacute množstviacute chloru a sodiacuteku
Při elektrolyacuteze vodneacuteho roztoku NaCl je situace složitějšiacute V přiacutepadě oddělenyacutech
prostorů elektrod bude v katodoveacutem prostoru dochaacutezet k vyredukovaacuteniacute vodiacuteku
protože elektron přenesenyacute na ion sodnyacute přechaacuteziacute ihned na molekulu vody
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2 NaOH + H2
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
100
Při tomto procesu se ale vyacuteznamně měniacute složeniacute elektrolytu postupně miziacute z roztoku
chloridovyacute ion kteryacute je nahrazen aniontem OH- Po vyčerpaacuteniacute chloridovyacutech iontů bude pokračovat elektrolyacuteza za vzniku kysliacuteku z vybiacutejenyacutech iontů
hydroxidovyacutech
anoda 4 OH- rarr 4 OHbull + 4 e- a daacutele 4 OHbull rarr 2 H2O2 rarr 2 H2O + 2 Obull
2 Obull rarr O2
Pokud provedeme elektrolyacutezu na rtuťoveacute elektrodě (-) s oddělenyacutemi
elektrodovyacutemi prostory bude se na katodě pouze redukovat sodiacutek kteryacute se rtutiacute
vytvořiacute amalgaacutem Na anodě se bude opět vylučovat chlor Po vypnutiacute elektrickeacuteho
zdroje se začne z amalgaacutemu vylučovat sodiacutek a reagovat s vodou za vzniku vodiacuteku a
hydroxidu sodneacuteho Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem vodiacuteku na rtuťoveacute
elektrodě Při elektrolyacuteze s neoddělenyacutemi prostory elektrod za miacutechaacuteniacute a chlazeniacute elektrolytu
Primaacuterniacute procesy na elektrodaacutech jsou stejneacute jako v předchoziacutem přiacutepadě ale naacutesleduje reakce
2 NaOH + Cl2 rarr NaCl + NaClO + H2O
Produktem procesu je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlornanu sodneacuteho
Nebudeme-li elektrolyt chladit dojde k disproporcionaci NaClO
3 NaClO rarr 2 NaCl + NaClO3
nebo
6 NaOH + 3 Cl2 rarr 5 NaCl + NaClO3 + 3 H2O
Konečnyacutem produktem je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlorečnanu sodneacuteho
Poznamenejme ještě že elektrolyacutezou roztoků chlorečnanu za silneacuteho chlazeniacute (teplota by
neměla překročit přiacuteliš přes 20degC) s použitiacutem platinovyacutech elektrod ziacuteskaacuteme roztoky chloristanů
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2Na+ + 2OH- + H2
anoda 2 ClO3- rarr 2 ClO3 + 2 e-
2 ClO3 + H2O rarr HClO3 + HClO4
s naacuteslednou neutralizaciacute 2 NaOH + HClO3 + HClO4 rarr NaClO3 + NaClO4 + 2 H2O
Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem platinoveacute elektrody ke kysliacuteku
Při vyššiacutech teplotaacutech dochaacuteziacute k reakci
2 ClO3 + H2O rarr 2 HClO3 + Obull a naacutesledně 2 Obull rarr O2
a na anodě dojde k vylučovaacuteniacute kysliacuteku V tomto přiacutepadě jsou produkty elektrolyacutezy stejneacute jako při
elektrolyacuteze vody okyseleneacute zředěnou kyselinou siacuterovou tj vodiacutek a kysliacutek
101
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli CuSO4
Elektrolyacuteza měďnateacute soli ve vodneacutem roztoku s využitiacutem měděnyacutech elektrod
(anoda i katoda jsou ze stejneacuteho materiaacutelu tedy z mědi) vede k vylučovaacuteniacute mědi na
katodě z roztoku za současneacuteho doplňovaacuteniacute měďnatyacutech iontů z rozpouštěneacute anody
katoda Cu2+ + 2e- rarr Cu
anoda Cu + SO42- rarr Cu2+ + SO4
2- + 2e-
Vyacutesledkem je přenos materiaacutelu anody (suroveacute mědi) na katodu (čistaacute měď)
Tento postup se v praxi využiacutevaacute k elektrolytickeacutemu čištěniacute suroveacute mědi Ziacuteskaacute se tak
kov vysokeacute čistoty
Poznaacutemka pod anodou se usazujiacute anodoveacute kaly (nečistoty v anodě obsaženeacute) ktereacute jsou zdrojem
dalšiacutech prvků ktereacute doprovaacutezejiacute v přiacuterodě měď - zejmeacutena Ag Au platinoveacute kovy Rozkladneacute napětiacute
takoveacuteho roztoku (např CuSO4 slabě okyseleneacuteho kyselinou siacuterovou pro potlačeniacute hydrolytickyacutech
procesů) je velmi niacutezkeacute Virtuaacutelniacute pokus je možno snadno proveacutest nebo simulovat na přiloženeacutem
programu Vaacuteženiacutem elektrod po provedeneacutem experimentu a měřeniacutem času a proudu je naviacutec možno
ověřit platnost Faradayovyacutech zaacutekonů 23 Faradayovy zaacutekony elektrolyacutezy
1 Faradayův zaacutekon vyjadřuje množstviacute (hmotnost) laacutetky kteraacute vznikne při
průchodu stejnosměrneacuteho elektrickeacuteho proudu za určitou dobu
m = A middot I middot t kde m ndash hmotnost vyloučeneacute laacutetky
A - konstanta (tzv elektrochemickyacute ekvivalent)
I - elektrickyacute proud
t - čas
Protože elektrickyacute naacuteboj Q = I t můžeme vyacuteraz zkraacuteceně zapsat m = AQ
2 Faradayův zaacutekon formuluje vyacuteraz pro vyacutepočet elektrochemickeacuteho
ekvivalentu A Slovně ho lze vyjaacutedřit větou že laacutetkovaacute množstviacute
vyloučenaacute stejnyacutem naacutebojem jsou chemicky ekvivalentniacute Potom platiacute
FzMAsdot
=
kde M - molaacuterniacute hmotnost
z - počet vyměňovanyacutech elektronů při elektrodoveacutem ději
102
F je Faradayova konstanta (F = 96485104 Cmol-1) kteraacute je čiacuteselně
rovna elektrickeacutemu naacuteboji potřebneacuteho k vyloučeniacute 1z molu laacutetky
Konečnyacute vyacuteraz pro vyacutepočet množstviacute laacutetky přeměněneacute průchodem elektrickeacuteho
proudu po danou dobu lze tedy zapsat ve tvaru
tIFz
Mm sdotsdot=sdot
Poznaacutemka je zaacutesadně důležiteacute dosadit do vzorce veličiny ve spraacutevnyacutech jednotkaacutech
Požadujeme-li vyacutesledek m [g] pak musiacuteme dosazovat I [A] t [s]
Přiacuteklad Kolik g Cu se vyloučiacute na katodě při rafinaci mědi průchodem proudu 1 A po dobu 300 s
Řešeniacute Protože na přeměnu jednoho iontu Cu2+ na čistou měď potřebujeme vyměnit 2 elektrony (viz kap
22 z = 2) dostaneme po dosazeniacute (relativniacute atomovaacute hmotnost mědi je 6354) do vztahu pro m
Vyacutesledek m = 0099 asymp 01 g mědi
Vyacutepočet probiacutehaacute automaticky např při spuštěniacute přiloženeacute animace (viz 24 ovlaacutedaacuteniacute je intuitivniacute)
Na zaacutevěr je ještě třeba zmiacutenit že technickyacute (dohodnutyacute) směr proudu (fyzika
elektrotechnika) je vždy od kladneacuteho k zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje a je tedy opačnyacute než
pohyb elektronů
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
Všechny animace použiteacute k doplněniacute toto textu jsou k dispozici zde
httpgoogleiastateedusearchq=cachendvLO9akz9cJwwwchemiastateedugro
upGreenbowesectionsprojectfolderanimationsindexhtm+electrolysisampoutput=xml_
no_dtdampclient=default_frontendampproxystylesheet=default_frontendampie=UTF-
8ampaccess=pampoe=ISO-8859-1
Ostatniacute informace potřebneacute k hlubšiacutemu pochopeniacute pojmu elektrolyacuteza najde čtenaacuteř
např v zaacutekladniacute učebnici fyzikaacutelniacute chemie
httpwwwvschtczfchczpomuckyBREVALLpdf
7
že jednu z vyacutechoziacutech laacutetek použijeme v nadbytku Zpětnou reakciacute k esterifikaci je tzv
kyselaacute hydrolyacuteza1
2 Přiacuteklady a chemickyacute pokus 21 Přiacuteklady na procvičeniacute
Napiš produkty naacutesledujiacuteciacutech reakciacute a pojmenuj je
a) b)
22 Pokus ndash přiacuteprava ethylesteru kyseliny octoveacute
Chemikaacutelie ethanol (F) kyselina octovaacute (C) konc kyselina siacuterovaacute (C) uhličitan
sodnyacute (Xi)
Postup Ve zkumavce smiacutechaacuteme 3 ml kyseliny octoveacute a 3 ml ethanolu Ke vznikleacute
směsi opatrně přidaacuteme asi 05 ndash1 ml koncentrovaneacute kyseliny siacuteroveacute Obsah
zkumavky promiacutechaacuteme vylejeme na hodinoveacute skliacutečko a nakonec přisypeme pevnyacute
uhličitan sodnyacute2
Praktickyacute uacutekol
a) Zapiš rovnici reakce
b) Porovnej vůni kyseliny octoveacute a vznikleacuteho esteru
c) V literatuře vyhledej praktickeacute využitiacute vznikleacuteho esteru
d) Proč mysliacuteš že přidaacutevaacuteme do reakčniacute směsi uhličitan sodnyacute
e) Vzniklyacute ester může byacutet pro člověka smrtelnou laacutetkou Smrtelnaacute daacutevka pro
člověka je asi 05 g na každyacute kilogram tělesneacute hmotnosti Jakeacute by bylo
smrtelneacute množstviacute (v gramech) esteru při tveacute hmotnosti Vypočiacutetej i jeho
objem (hustota ethylesteru kyseliny octoveacute je ρ = 1045 gcm3)
1 Viz kapitola 4 2 Dalšiacute možnosti provedeniacute pokusu viz Doplňujiacuteciacute informace pro učitele kap 7
OH CH2 CH3C
O
OHHH
+
+
C
O
OHCH3 +H
+
H O CH2 CH2 CH3
8
f) Na internetu vyhledej bezpečnostniacute list daneacuteho esteru Jakyacutemi piacutesmennyacutemi
symboly označujeme jeho nebezpečneacute vlastnosti a jak tyto vlastnosti
vyjaacutedřiacuteme slovy
Poznaacutemka Řada dalšiacutech esterů jsou kapaliny
přiacutejemneacute vůně a použiacutevajiacute se v potravinaacuteřstviacute jako
vonneacute a chuťoveacute přiacutesady Napřiacuteklad ethylester
kyseliny mravenčiacute se použiacutevaacute jako rumovaacute esence
jako ananasovaacute esence (viz obr 1) se použiacutevaacute
ethylester kyseliny maacuteselneacute1 Obr 1 Ilustračniacute přiacuteklad
3 Mechanismus esterifikace Mechanismus esterifikace je možneacute vyjaacutedřit souborem rovnovaacutežnyacutech reakciacute
C
O
R1 O H C+O
R1O H
H
C
O
R1 O H
H
O+
R2H
CO
R1 O+ HH
OR2
H
OH2-C+O
R1H
OR2
H+
- H+
C
O
R1 O R2
R2
O
H
Prvniacutem krokem esterifikace je protonizace karboxyloveacute skupiny kyseliny
Dochaacuteziacute tak ke zvyacutešeniacute elektronoveacuteho deficitu na karboxyloveacutem uhliacuteku a tiacutem
k usnadněniacute nukleofilniacuteho ataku molekulou alkoholu
V dalšiacutem nejpomalejšiacutem kroku reakce dochaacuteziacute ke vzniku vazby mezi atomem
kysliacuteku alkoholu a atomem uhliacuteku karboxyloveacute skupiny Nakonec dochaacuteziacute k odštěpeniacute
protonu a molekuly vody za vzniku esteru
Z hlediska typu reakce je esterifikace substituciacute nukleofilniacute (SN) kteraacute probiacutehaacute
adičně-eliminačniacutem mechanismem
1 Přehled charakteristickyacutech vůniacute dalšiacutech esterů uveden v kap 7
9
4 Reakce esterů Jak již bylo uvedeno esterifikace je rovnovaacutežnaacute reakce reakce zpětnaacute se
nazyacutevaacute kyselaacute hydrolyacuteza esteru Při teacuteto reakci vznikaacute opět karboxylovaacute kyselina a
alkohol
Estery lze hydrolyzovat i v přiacutetomnosti silnyacutech zaacutesad (tzv alkalickaacute hydrolyacuteza)
vznikaacute však alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
CH3 CO
O CH2 CH3
+ NaOH CH3 CO
O Na
+ CH3 CH2 OH
5 Opakovaciacute cvičeniacute
1) Co je to esterifikace Jakeacute jsou vyacutechoziacute laacutetky a produkty teacuteto reakce Za
jakyacutech podmiacutenek může reakce probiacutehat
2) Kteryacute z naacutesledujiacuteciacutech alkoholů bude podleacutehat esterifikaci nejsnadněji
a) b) c)
3) Jak se nazyacutevaacute zpětnaacute reakce esterifikace
4) Estery majiacute širokeacute uplatněniacute v potravinaacuteřstviacute Jakeacute
5) Produktem naacutesledujiacuteciacute esterifikace bude
C
O
OHCH2CH3 OH CH2 CH3+H
+
a) propylester kyseliny octoveacute
b) ethylester kyseliny octoveacute
c) ethylester kyseliny propionoveacute
6) Zapiš rovnici esterifikace jejiacutemž produktem je ethylester kyseliny benzooveacute
7) Co je produktem alkalickeacute hydrolyacutezy esteru
8) V jedneacute zkumavce smiacutechaacuteme stejnyacute objem ethanolu a kyseliny octoveacute ve
druheacute zkumavce smiacutesiacuteme stejnyacute objem octanu ethylnateacuteho a destilovaneacute
vody Do každeacute zkumavky přidaacuteme několik kapek koncentrovaneacute kyseliny
siacuteroveacute a obsah zkumavek protřepeme Jakeacute změny nastanou v jednotlivyacutech
zkumavkaacutech
CH3
C OHCH3
CH3CH3 CH2 OHCH3 CH OH
CH3
10
a) Obsah obou zkumavek se nezměniacute nedojde k žaacutedneacute reakci
b) V obou zkumavkaacutech vznikne směs ethanolu kyseliny octoveacute ethyl-
acetaacutetu a vody
c) V prvniacute zkumavce bude směs ethyl-acetaacutetu a vody ve druheacute směs
ethanolu a kyseliny octoveacute
d) Obsah druheacute zkumavky se nezměniacute v prvniacute zkumavce dojde
k esterifikaci a vznikne tam směs octanu ethylnateacuteho a vody
6 Řešeniacute uacuteloh
61 Řešeniacute uacutelohy 21 a) ethylester kyseliny mravenčiacute (mravenčan ethylnatyacute ethyl-methanoaacutet ethyl-
formiaacutet) a voda
C
O
OH CH2 CH3 OH2+ b) propylester kyseliny octoveacute (octan propylnatyacute propyl-ethanoaacutet propyl-acetaacutet)
a voda
C
O
OCH3 CH2 CH2 CH3 OH2+ 62 Řešeniacute praktickeacuteho uacutekolu z 22
a)
b) Vůně vznikleacuteho esteru připomiacutenaacute odlakovač na nehty lak na nehty či
modelaacuteřskeacute lepidlo
c) Ethylester kyseliny octoveacute se použiacutevaacute v laboratořiacutech jako rozpouštědlo
d) Uhličitan sodnyacute se přidaacutevaacute do reakce proto aby zreagoval zbytek kyseliny
octoveacute (a siacuteroveacute) kteryacute by negativně ovlivňoval vůni vznikleacuteho produktu
e) Např při hmotnosti člověka m = 60 kg je smrtelnaacute daacutevka ndash lethal dose rArr
mLD = 30 g o objemu V = m ρ = 30 1045 = 2871 cm3
Smrtelnaacute daacutevka pro šedesaacutetikiloveacuteho člověka by byla 287 cm3
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
11
f) Bezpečnostniacute list ethylesteru kyseliny octoveacute je napřiacuteklad na internetoveacutem
odkazu httpwwwmach-chemikalieczdownloadphpid=96 Ethylester
kyseliny octoveacute patřiacute mezi laacutetky vysoce hořlaveacute (F) a draacuteždiveacute (Xi)
63 Řešeniacute opakovaciacuteho cvičeniacute (kap 5) 1) Esterifikace je reakce kterou se připravujiacute estery vedlejšiacutem produktem je
voda Vyacutechoziacutemi laacutetkami pro tuto reakci jsou alkohol a karboxylovaacute kyselina
reakce musiacute probiacutehat v prostřediacute silneacute kyseliny
2) b)
3) kyselaacute hydrolyacuteza
4) Řada esterů se použiacutevaacute v potravinaacuteřstviacute jako vonneacute a přiacutechuťoveacute přiacutesady
5) c)
6)
7) alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
8) c)
reakce probiacutehajiacuteciacute v prvniacute zkumavce
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
reakce probiacutehajiacuteciacute ve druheacute zkumavce
H+
C
O
OCH3 CH2 CH3 OH2+ OH CH2 CH3C
O
OHCH3 +
7 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele 71 Estery anorganickyacutech kyselin
Kromě esterů karboxylovyacutech kyselin tj organickyacutech existujiacute takeacute estery anorganickyacutech
kyselin Esterifikaci anorganickyacutech kyselin můžeme žaacutekům zmiacutenit aby si uvědomili že probiacutehaacute nejen u
organickyacutech kyselin
Reakciacute kyseliny boriteacute s methanolem nebo ethanolem v kyseleacutem prostřediacute vznikajiacute estery kyseliny boriteacute Uvedenou reakci jejiacutež provedeniacute je velmi jednoducheacute lze použiacutet i pro odlišeniacute
C
O
OHC
O
O CH2 CH3OH CH2 CH3+H
+
OH2+
12
methanolu od ethanolu Ve směsi metanol - kyselina boritaacute se tvořiacute ester i bez přiacutedavku kyseliny
siacuteroveacute a ester hořiacute zeleně Ve směsi ethanol - kyselina boritaacute bez přiacutedavku H2SO4 se ester netvořiacute tak
rychle po zapaacuteleniacute reakčniacute směsi je plamen oranžovyacute Po okyseleniacute teacuteto reakčniacute směsi konc H2SO4
vznikaacute triethylester kyseliny boriteacute kteryacute hořiacute takeacute zelenyacutem plamenem
B
OHOH
OH
B
OO
O
CH3
CH3
CH3
+ CH3 OH3 + OH23
Estery kyseliny dusičneacute se použiacutevajiacute jako vyacutebušniny Nitroglycerin ester kyseliny dusičneacute a
glycerolu je nejdůležitějšiacute součaacutestiacute dynamitu Použiacutevaacute se takeacute v leacutekařstviacute jako prostředek pro zklidněniacute
srdečniacutech arytmiiacute a snižovaacuteniacute krevniacuteho tlaku
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3 H2SO4
- 3 H2O
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2 Ester kyseliny dusičneacute a celulosy ndash nitrocelulosa je znaacutemaacute vyacutebušnina
72 Poznaacutemky k chemickeacutemu pokusu (viz 22)
Pokud by vůně vznikleacuteho esteru nebyla vyacuteraznaacute lze zkumavku s reakčniacute směsiacute ještě před
jejiacutem vylitiacutem na hodinoveacute skliacutečko zahřiacutevat (je nutneacute dbaacutet na bezpečnost žaacuteků ndash předevšiacutem braacutet
v uacutevahu možneacute vystřiacuteknutiacute směsi a dodržovat tedy bezpečnyacute odstup od žaacuteků použiacutet ochrannyacute štiacutet)
Pro přiacutepravu většiacuteho množstviacute esteru je vhodneacute použiacutet zpětnyacute chladič Do baňky s 6 ml
kyseliny octoveacute přidaacuteme 5 ml ethanolu Na obličej si nasadiacuteme ochrannyacute štiacutet Opatrně za chlazeniacute
proudem vody přilijeme 6-7 ml konc kyseliny siacuteroveacute Baňku uzavřeme zaacutetkou s jednoduchyacutem
zpětnyacutem chladičem (min 60 cm dlouhaacute skleněnaacute trubička) (viz obr2) a opatrně zahřiacutevaacuteme 7 ndash 10 min
na vodniacute laacutezni
Obr 2 Esterifikace za použitiacute jednoducheacuteho zpětneacuteho chladiče
13
Potom zaměniacuteme zpětnyacute chladič za vzdušnyacute sestupnyacute a oddestilujeme asi 5 ml kapaliny Přisypeme
1 lžičku uhličitanu sodneacuteho kteryacute vytvořiacute oddělenou vrstvu nemiacutesitelnou s vodou nebo můžeme
reakčniacute směs ihned po ukončeniacute zahřiacutevaacuteniacute pod zpětnyacutem chladičem vylit do kaacutedinky s nasycenyacutem
roztokem chloridu sodneacuteho ve vodě čiacutemž se vysoliacute ethylester kyseliny octoveacute
73 Charakteristickeacute vůně esterů
Alkohol Kyselina Ester Vůně
methanol k salicylovaacute methylester kyseliny salicyloveacute karamel
methanol k maacuteselnaacute methylester kyseliny maacuteselneacute ananas
ethanol k maacuteselnaacute ethylester kyseliny maacuteselneacute broskve
ethanol k benzoovaacute ethylester kyseliny benzooveacute karafiaacutety
ethanol k mravenčiacute ethylester kyseliny mravenčiacute rum
ethanol k octovaacute ethylester kyseliny octoveacute rozpouštědla
butan-1-ol k octovaacute butylester kyseliny octoveacute ovoce
butan-1-ol k propionovaacute butylester kyseliny propionoveacute rum
pentan-1-ol k benzoovaacute pentylester kyseliny benzooveacute ambra
pentan-1-ol k octovaacute pentylester kyseliny octoveacute ovoce
pentan-1-ol k salicylovaacute pentylester kyseliny salicyloveacute orchideje
petan-1-ol k maacuteselnaacute pentylester kyseliny maacuteselneacute meruňky
oktan-1-ol k octovaacute oktylester kyseliny octoveacute pomeranče
74 Alkalickaacute hydrolyacuteza esteru (zmyacutedelněniacute)
Alkalickaacute hydrolyacuteza esterů patřiacute mezi průmyslově vyacuteznamneacute reakce ndash využiacutevaacute se při vyacuterobě myacutedel
Zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu myacutedel jsou tuky jejichž hlavniacute součaacutest tvořiacute praacutevě estery vyššiacutech
mastnyacutech kyselin s glycerolem (např kyseliny stearovaacute palmitovaacute olejovaacute atd)
8 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Mareček A Honza J Chemie pro čtyřletaacute gymnaacutezia 3 diacutel Nakladatelstviacute
Olomouc Olomouc 2000
2 Škoda J Douliacutek P Chemie 8 - učebnice pro zaacutekladniacute školy a viacuteceletaacute gymnaacutezia
Fraus Plzeň 2006
CH2
CH
CH2
O
O
O
OC
OC
OC R
R
R
3 NaOH
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 R CO ONa
tuk glycerol sodneacute myacutedlo
+
14
3 Kovaacuteč J a kol Organickaacute cheacutemia 1 Alfa Bratislava 1992
4 Klouda P Janeczkovaacute A Organickaacute chemie studijniacute text pro SPŠCH
Nakladatelstviacute Pavel Klouda Ostrava 2001
5 Hrnčiar P Organickaacute cheacutemia Slovenskeacute pedagogickeacute nakladatelstvo Bratislava
1990
6 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemie sbiacuterka uacuteloh pro společnou čaacutest maturitniacute zkoušky
Tauris Praha 2001
7 Baacuterta M Jak (ne)vyhodit školu do povětřiacute Horaacutekova chemickaacute kuchařka pro
maleacute i velkeacute experimentaacutetory chemickeacute pokusy pro žaacuteky 8 a 9 třiacuted studenty
středniacutech škol a jejich nadšeneacute učitele Didaktis Brno 2004
8 Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
Univerzita Palackeacuteho v Olomouci Olomouc 2007
9 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemickeacute pokusy pro školu a zaacutejmovou činnost
Prospektrum Praha 2000
Internetoveacute odkazy 10 Rum tuzemaacutek [online 2011-09-15] Dostupneacute z www lthttpwwwla-vinczrum-
tuzemak-05l-375p20782gt
11 Ananas plod ananasovniacuteku chocholateacuteho [online 2011-09-15] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiSouborPineapple_and_cross_sectionjpggt
12 Nitroglycerin [online 2012-04-11] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiNitroglyceringt
15
PŘIacuteRODNIacute LAacuteTKY ndash VITAMINY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky přiacuterodniacutech laacutetek
2 Vitaminy
Přehled vybranyacutech vitaminů
21 Vitamin A ndash retinol
22 Vitamin B1 ndash thiamin
23 Vitamin B2 ndash riboflavin
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety
25 Vitamin B12 ndash kobalamin
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute
27 Vitamin D ndash kalciferoly
28 Vitamin E ndash tokoferoly
3 Zaacutevěr
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
16
1 Přiacuterodniacute laacutetky
Za přiacuterodniacute laacutetky se považujiacute organickeacute sloučeniny ktereacute jsou produkty
chemickyacutech reakciacute probiacutehajiacuteciacutech v buňkaacutech Některeacute z přiacuterodniacutech laacutetek jsou
jednoducheacute organickeacute sloučeniny jineacute naopak velmi složiteacute makromolekulaacuterniacute laacutetky
Přiacuterodniacute laacutetky se zpravidla děliacute do skupin podle sveacuteho chemickeacuteho složeniacute a
struktury nebo podle funkciacute ktereacute plniacute v živeacutem organismu Rozlišujeme tedy tzv
energetickeacute živiny (lipidy sacharidy proteiny) biokatalyzaacutetory (vitaminy enzymy
hormony) daacutele nukleoveacute kyseliny a alkaloidy
2 Vitaminy
Vitaminy jsou organickeacute sloučeniny ktereacute již v malyacutech koncentraciacutech ovlivňujiacute
průběh některyacutech chemickyacutech dějů v živeacutem organismu Vyacuteznam vitaminů spočiacutevaacute v
tom že tvořiacute nezbytnou součaacutest enzymů Z chemickeacuteho hlediska patřiacute vitaminy k
různyacutem druhům sloučenin proto je neniacute možneacute dělit podle struktury Z tohoto důvodu
se děliacute nejčastěji podle rozpustnosti a to na vitaminy rozpustneacute ve vodě (hydrofilniacute) a
vitaminy rozpustneacute v tuciacutech (lipofilniacute) Toto rozděleniacute naviacutec koresponduje
s charakteristickyacutemi vlastnostmi jednotlivyacutech vitaminů Napřiacuteklad hydrofilniacute vitaminy
nedokaacuteže organismus skladovat proto se při nadbytečneacutem přiacutejmu vylučujiacute močiacute
Lipofilniacute vitaminy jsou v organismu skladovatelneacute Jejich nadbytečnyacute přiacutejem může
veacutest k hypervitaminoacutezaacutem ktereacute mohou vyvolat vaacutežneacute poruchy (zejmeacutena u vitaminů A
a D)
Před objasněniacutem struktury vitaminů bylo zavedeno jejich označovaacuteniacute piacutesmeny abecedy Vitaminy se stejnyacutemi nebo podobnyacutemi fyziologickyacutemi uacutečinky byly
odlišovaacuteny čiacuteselnyacutemi indexy Později byly použiacutevaacuteny triviaacutelniacute naacutezvy Dnes se
většinou upřednostňujiacute naacutezvy odvozeneacute od chemickeacuteho složeniacute jednotlivyacutech
vitaminů Označovaacuteniacute piacutesmeny staacutele přežiacutevaacute zejmeacutena v leacutekařskeacute praxi a
potravinaacuteřstviacute
17
EE
AA DD
KKEE
AA DD
KK
Vitaminy rozpustneacute ve vodě
Do teacuteto skupiny řadiacuteme předevšiacutem skupinu vitaminů B (B1 ndash thiamin B2 ndash riboflavin
B5 ndash kyselina pantotenovaacute B6 ndash pyridoxin atd) vitamin C (kyselina L-askorbovaacute) a
vitamin H (biotin)
Obr 1 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech ve vodě
Vitaminy rozpustneacute v tuciacutech
Do teacuteto skupiny řadiacuteme vitamin A (retinol) vitamin D (skupina laacutetek označovanyacutech
jako kalciferoly) vitamin E (skupina laacutetek označovanaacute jako tokoferoly) a vitamin K
(existuje opět v různyacutech formaacutech jako fylochinon K1 farnochinon K2 atd)
Obr 2 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech v tuciacutech
Vitaminy si živočišnyacute organismus většinou až na vyacutejimky nedovede saacutem vytvořit
Z tohoto důvodu jsou lideacute i ostatniacute živočichoveacute odkaacutezaniacute na jejich přiacutejem v potravě
Přiacutetomnost a vhodnaacute koncentrace vitaminů v těle jsou nezbytneacute předevšiacutem pro
spraacutevnyacute růst a vyacutevoj jedince Nepřiacutetomnost některeacuteho vitaminu v těle se projevuje
vaacutežnyacutemi fyziologickyacutemi poruchami a onemocněniacutemi ktereacute se obecně označujiacute jako
avitaminosa Typickaacute avitaminosa se vyskytuje v našich podmiacutenkaacutech poměrně
B H
C
18
vzaacutecně Častějšiacute jsou onemocněniacute z nedostatečneacuteho množstviacute vitamiacutenu tzv
hypovitaminosa kteraacute maacute miacuternějšiacute průběh než avitaminosa Naopak nadbytečneacute
množstviacute některeacuteho vitaminu v těle může způsobit hypervitaminosu
Přehled vybranyacutech vitaminů
V teacuteto kapitole jsou podrobněji popsaacuteny nejvyacuteznamnějšiacute vitaminy
21 Vitamin A ndash retinol z chemickeacuteho hlediska se jednaacute o skupinu podobnyacutech
laacutetek patřiacuteciacute mezi tetraterpeny Vitamin A stimuluje růst živočišnyacutech buněk spraacutevnyacute
vyacutevoj kosterniacutech tkaacuteniacute a normaacutelniacute reprodukci Je velice důležityacute při zrakoveacutem vjemu
Denniacute daacutevka pro člověka je 1 mg
Dobryacutem zdrojem je zelenina a ovoce (mrkev špenaacutet petržel rajčata) rybiacute tuk
maacuteslo žloutek jaacutetra Avitaminosa se projevuje šeroslepostiacute zastaveniacutem růstu a
degeneraciacute reprodukčniacutech orgaacutenů Dlouhotrvajiacuteciacute nedostatek vyvolaacutevaacute vypadaacutevaacuteniacute
vlasů krvaacuteceniacute z nosu bolesti kloubů Zaacutesoba vitaminu A je jedniacutem
z faktorů přirozeneacute ochrany organismu před zhoubnyacutem bujeniacutem
22 Vitamin B1 ndash thiamin tvořiacute kofaktor řady enzymů Je syntetizovaacuten střevniacutemi
bakteriemi Rozklaacutedaacute se v alkalickeacutem prostřediacute Průměrnaacute denniacute spotřeba pro
člověka je asi 14 mg Nejdůležitějšiacutemi zdroji je celozrnnaacute mouka luštěniny droždiacute
žloutek vnitřnosti a hověziacute maso Avitaminosa je znaacutema jako nemoc beri-beri (osoby
živeneacute převaacutežně loupanou ryacuteži) Přiacuteznaky nemoci jsou rozmaniteacute od ztraacutety
hmotnosti přes poruchy nervoveacuteho systeacutemu až po svalovou slabost
Obr 3 Ilustračniacute obraacutezky možnyacutech zdrojů vitaminu A zleva komerčniacute tobolky obsahujiacuteciacute rybiacute tuk špenaacutet maacuteslo
19
N
NCH2
N
S CH2CH2
OH
CH3
CH3 NH2
23 Vitamin B2 ndash riboflavin je opět součaacutestiacute kofaktorů řady enzymů Velmi citlivyacute na
světlo Jeho denniacute potřeba pro člověka činiacute 2 mg Zdrojem je listovaacute zelenina rajčata
obilniacute slupky mleacuteko žloutek vnitřnosti Avitaminosa se projevuje zaacutenětlivyacutemi
změnami sliznic a kůže změnami očniacute rohovky poruchami růstu a nervovyacutemi
poruchami
N
NNH
N
OH
OH OH
OH
CH3
CH3
O
O Obr 6 Chemickyacute vzorec vitaminu B2
Obr 5 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B1 zleva droždiacute obilneacute klasy hověziacute maso
Obr 4 Chemickyacute vzorec vitaminu B1
20
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety pyridoxol (pyridoxin) pyridoxal a pyridoxamin jsou to kofaktory enzymů uplatňujiacuteciacutech se při metabolismu
aminokyselin Denniacute daacutevka pro člověka je asi 2 mg Jsou hojně zastoupeneacute zejmeacutena
v mase jaacutetrech droždiacute listoveacute zelenině celozrnneacute mouce Pyridoxol je v rostlinaacutech
ostatniacute v živočišnyacutech tkaacuteniacutech Snadno se rozklaacutedajiacute světlem a teplem Nedostatek je
vzaacutecnyacute a způsobuje předevšiacutem nervoveacute poruchy
25 Vitamin B12 ndash kobalamin jednaacute se o kofaktory enzymů podiacutelejiacuteciacutech se na
biosynteacuteze nukleovyacutech kyselin a metabolismu aminokyselin a biacutelkovin Jsou nezbytneacute
pro tvorbu krve a to zejmeacutena pro tvorbu červenyacutech krvinek Denniacute potřeba u člověka
se pohybuje kolem 3 mg Vyacuteznamnyacutem zdrojem jsou vnitřnosti předevšiacutem jaacutetra
Nedostatek B12 je přiacutečinou vaacutežneacute až smrtelneacute nemoci ndash perniciosniacute anemie
(nedostatek červenyacutech krvinek spojeneacute s neurologickyacutemi komplikacemi)
Obr 7 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B zleva obilniny mleacuteko a čerstvyacute syacuter droždiacute
21
NN
N N
N N
Co+
OHO
NH2
NH2
O
H
O
NH2
O
NH2O
O
OH
OH
O
NH
H OP
OH
OO
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute tvořiacute důležityacute redoxniacute systeacutem kteryacute při
biochemickyacutech reakciacutech vystupuje jako neenzymovyacute přenašeč vodiacuteku Rozklaacutedaacute se
vzdušnyacutem kysliacutekem Daacutele je kofaktorem některyacutech enzymů uacutečastniacute se obrannyacutech
mechanismů vůči chorobaacutem a jinyacutem poškozeniacutem Patřiacute mezi zachytaacutevače volnyacutech
radikaacutelů ale naopak v přiacutetomnosti Fe3+ zvyšuje jejich tvorbu Proto je třeba jeho
přiacutevod do těla regulovat Doporučenaacute denniacute daacutevka pro člověka je 50-60 mg
Vitamin C je rozšiacuteřen v rostlinaacutech nejviacutece v šiacutepciacutech černeacutem rybiacutezu zeleneacute
paprice citronech a pomerančiacutech Při nedostatku nejprve vysychaacute kůže člověk
Obr 8 Chemickyacute vzorec vitaminu B12
Obr 9 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B12 zleva tepelně upravenaacute jaacutetra mleacuteko
22
hubne maacute pocit uacutenavy a později se projevujiacute přiacuteznaky kurdějiacute - podkožniacute krvaacuteceniacute
krvaacuteceniacute daacutesniacute vypadaacutevaacuteniacute zubů naacutechylnost k infekciacutem
27 Vitamin D ndash steroidniacute hormonaacutelniacute prekurzory ndash kalciferoly vznikajiacute ozaacuteřeniacutem
nenasycenyacutech sterolů UV zaacuteřeniacutem U lidiacute se tvořiacute zejmeacutena v kůži Regulujiacute
metabolismus vaacutepniacuteku Svyacutemi uacutečinky připomiacutenajiacute hormony Netvořiacute kofaktory
Velikost denniacute daacutevky zaacutevisiacute na věku a intenzitě ozařovaacuteniacute pokožky Zdrojem
provitaminů D jsou kvasnice některeacute oleje a žloutek Vitaminy D jsou ve většiacute miacuteře
obsaženy v jaterniacutech tuciacutech maacutesle a mleacuteku Nedostatek vitaminu D vyvolaacutevaacute poruchy
metabolismu vaacutepniacuteku a fosforu ktereacute vede k onemocněniacute zvaneacutemu rachitis (křivice)
Obr 10 Chemickyacute vzorec vitaminu C
Obr 11 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu C zleva paprika citrusoveacute plody šiacutepky
Obr 12 Chemickyacute vzorec vitaminu D
23
2288 Vitamin E - tokoferoly - vyacuteznam neniacute zatiacutem přesně znaacutem Všeobecně se miacuteniacute
že chraacuteniacute lipidy před oxidaciacute zejmeacutena pak lipidy buněčnyacutech membraacuten Poškozeniacute
lipidů vyvolaacutevajiacute hlavně volneacute radikaacutely a tokoferoly tyto volneacute radikaacutely zachycujiacute Teacuteto
vlastnosti se využiacutevaacute i při stabilizaci tuků a olejů v průmyslu Denniacute daacutevka pro člověka
se pohybuje v rozmeziacute 15-20 mg Hlavniacute zdroje jsou rostlinneacute oleje olej z obilnyacutech
kliacutečků zelenina luštěniny maacuteslo a vejce Nejsou v rybiacutem tuku
Obr 13 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu D zleva vařenaacute vejce plaacutetek lososa
Obr 14 Chemickyacute vzorec vitaminu E
24
3 Zaacutevěr
Vitaminy jsou nezbytnou součaacutestiacute lidskeacuteho těla a jsou nesmiacuterně důležiteacute aby
organismus mohl spraacutevně fungovat a byl chraacuteněnyacute vůči různyacutem onemocněniacutem Vyššiacute
potřeba vitaminů se projevuje napřiacuteklad po nemoci při většiacute psychickeacute nebo fyzickeacute
zaacutetěži při oslabeneacutem imunitniacutem systeacutemu těhotenstviacute nebo u dětiacute a staršiacutech lidiacute
Jedniacutem z alternativniacutech zdrojů vitaminů jsou různeacute potravinoveacute doplňky
V žaacutedneacutem přiacutepadě by však neměly byacutet naacutehražkou klasickeacute stravy protože
v potravinaacutech jsou kromě vitaminů takeacute pro tělo důležiteacute živiny Konzumovat by se
měly všechny druhy potravin s obsahem jak vitaminů a mineraacutelniacutech laacutetek tak
biacutelkovin sacharidů a tuků
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 wwwwikiskriptaeuindexphpEnzyacutemy_-_Cvičenie
5 orionchemimunicz14-Kinetika-1htm
Obr 15 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu E zleva obilneacute kliacutečky klasy kukuřice
25
6 wwwwikiskriptaeu500px-Schema-koenzymjpg
7 httpfileboxvteduuserschagedorbiol_4684
8 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
9 httphomecaregrouporgclinicalaltmedinteractionsImages
10 httpcswikipediaorgwikiSouborStrukt_vzorec_riboflavinPNG
11 httpcswikipediaorgwikiSouborHydroxocobalaminsvg
12 httpcswikipediaorgwikiSouborL-Ascorbic_acidsvg
13 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
14 httplaveganlocablogspotcom200806corn-sproutshtml
15 httpwwwordinaceczclanekproc-ne-pit-mleko
16 httpwwwdrozdiczclankybezlepkova-dieta
17 httpwwwmojevitaminycz
18 httpwwwdigitalphotoplenphotos-images1633
19 httpnajmamaaktualityskclanok224729kukurica-zdravie-farby-zlata
20 httpprozenybleskczclanekpro-zeny-zdravi-a-hubnuti-
fitness156603zatocte-s-celulitidou-5-5-tipu-proti-pomerancove-kuzihtml
21 httplmatyblogczen1103vejce-a-kraslice
22 httpdomanovaczclanekstihlaafitcitrusy-maji-pri-hubnuti-blahodarny-
ucinekhtml
23 httpwwwwellnesswacomau201102rosehip-tea-rosehip-mask-rosehip-oil-
and-rosehip-lip-balm-a-four-way-rosehip-ritual
24 httpwwwbordeauxcomusblogtagspinach
25 httpwwweducaterercoukpedigree-beef-33-casp
26
ZAacuteKLADNIacute BIOCHEMICKEacute PROCESY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
1 1 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů
1 2 Kategorie metabolismu
2 Katabolickeacute procesy
2 1 Průběh metabolismu v buňce
2 2 Metabolismus sacharidů
2 3 Metabolismus mastnyacutech kyselin
2 4 Metabolismus aminokyselin
3 Anabolickeacute procesy
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
VODIacuteK - H
1p +
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
000
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
--
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
- --
8p +8n
--
--
-- --
--
--
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
- --
6p +6n
--
--
-- --
--
VODIacuteK - H
1p +
-
VODIacuteK - H
1p +
---
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
DUSIacuteK - N
7p +7n
--
--
-- --
--
--
000
1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
11 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů V živeacute buňce probiacutehaacute velkeacute množstviacute chemickyacutech reakciacute Většina z nich se
uskutečňuje současně
Převaacutežnaacute čaacutest biochemickyacutech reakciacute v buňce je součaacutestiacute metabolickyacutech drah ktereacute
na sebe vzaacutejemně navazujiacute a jejichž vyacutesledkem je jeden nebo viacutece produktů
Termiacuten metabolismus můžeme volně přeložit jako laacutetkovaacute vyacuteměna Jednaacute se o
soubor všech chemickyacutech procesů v organismu Mezi zaacutekladniacute biogenniacute prvky patřiacute uhliacutek kysliacutek dusiacutek a vodiacutek
4 Scheacutema atomů jednotlivyacutech biogenniacutech prvků
Z těchto prvků jsou takeacute tvořeny zaacutekladniacute živiny sacharidy lipidy a biacutelkoviny 12 Kategorie metabolismu
Metabolismus se tradičně děliacute na dvě hlavniacute kategorie Katabolismus ndash převažujiacute reakce rozkladneacute (degradačniacute) Živiny a složitějšiacute laacutetky
jsou štěpeny na jednoduššiacute a uvolňuje se energie
Obr 1 Ilustračniacute foto ke katabolickyacutem reakciacutem
Anabolismus ndash převažujiacute reakce syntetickeacute při kteryacutech chemickyacutemi reakcemi
vznikajiacute složitějšiacute biomolekuly z jednoduchyacutech komponent
28
Obr 2 Ilustračniacute foto k anabolickyacutem reakciacutem Katabolickeacute procesy poskytujiacute energii potřebnou k procesům anabolickyacutem Zdrojem
energie pro metabolickeacute reakce je ATP (adenosintrifosfaacutet)
2 Katabolickeacute procesy
Pro ziacuteskaacutevaacuteniacute velkeacuteho množstviacute energie katabolickyacutemi reakcemi jsou
nejvyacutehodnějšiacute tuky (lipidy) Proto si je organismus vytvaacuteřiacute jako zaacutesobniacute formu
energie
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g tuku ziacuteskaacuteme 389 kJ (93 kcal) energie Spalovaacuteniacute je chemickyacute proces rychleacute oxidace kteryacutem se uvolňuje chemickaacute energie
V rozšiacuteřeneacutem nebo přeneseneacutem vyacuteznamu se jednaacute o biochemickyacute proces
přeměňovaacuteniacute živin v pohybovou a tepelnou energii
Dalšiacutem vyacutehodnyacutem zdrojem energie je glukosa Je to naviacutec jedinaacute živina
zpracovaacutevanaacute organismem za vzniku energie i bez přiacutestupu kysliacuteku
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g glukosy ziacuteskaacuteme 17 kJ (41 kcal) energie
Biacutelkoviny jako zdroje energie využiacutevajiacute organismy při zaacutetěžovyacutech stavech
Obr 3 Scheacutema molekuly ATP
29
21 Průběh metabolismu v buňce
Celyacute proces přeměny laacutetek - metabolismu v jedneacute buňce je možneacute rozdělit do
čtyř faacuteziacute probiacutehajiacuteciacute v oddělenyacutech čaacutestech
Extracelulaacuterně (mimo buňku) probiacutehaacute Faacuteze I Traacuteviciacute trakt rarr štěpeniacute živin na zaacutekladniacute složky a jejich transport krviacute
Intracelulaacuterně (v buňce) probiacutehaacute Faacuteze II Štěpeniacute živin na složky citraacutetoveacuteho cyklu rarr uvolněniacute NH3
Faacuteze III Citraacutetovyacute cyklus rarr vznik redukovanyacutech kofaktorů NADH a FHDH2
rarr uvolněniacute CO2
Faacuteze IV Dyacutechaciacute řetězec rarr zpracovaacuteniacute NADH a FADH2 rarr uvolněniacute H2O
rarr uvolněniacute energie rarr oxidativniacute fosforylace
rarr tvorba ATP
NADH reduktasa přesněji NADH ubichinon-reduktasa ndash jednaacute se o velkyacute
enzymatickyacute komplex složenyacute z řady biacutelkovinnyacutech podjednotek
Flavinadenindinukleotid (FAD či FADH2 přiacutepadně riboflavinadenosindifosfaacutet) ndash
jednaacute se o kofaktor neboli niacutezkomolekulaacuterniacute nebiacutelkovinnou čaacutest řady enzymů FAD je
jeho oxidovanaacute forma zatiacutemco FADH2 je jeho forma redukovanaacute
Po přiacutejmu potravy se v traacuteviciacutem traktu jednotliveacute živiny souhrou traacuteviciacutech enzymů
štěpiacute
Z polysacharidů monosacharidy Z lipidů mastneacute kyseliny Z biacutelkovin aminokyseliny 22 Metabolismus sacharidů
Monosacharidy se pomociacute přenašečů dostaacutevajiacute do krve a poteacute do buněk
V buňce se mohou přeměnit na glukosu a ta podleacutehaacute štěpeniacute zvaneacutem glykolysa
tiacutemto procesem vznikaacute acetyl-CoA (aktivovanaacute kyselina octovaacute)
vznikajiacute
vznikajiacute
vznikajiacute
30
Dalšiacute degradace monosacharidů probiacutehaacute v mitochondriiacutech v raacutemci citraacutetoveacuteho
cyklu V reakciacutech cyklu vznikajiacute dvě molekuly CO2 což je konečnyacute produkt
metabolismu uhliacuteku a kysliacuteku z živin
Vodiacutek z živin se takeacute uvolňuje a navaacuteže se na oxidoredukčniacute enzymy
označovaneacute jako pyridinoveacute (NADH) a flavinoveacute (FADH2) dehydrogenasy
Takto vaacutezaneacute vodiacuteky v konečneacute faacutezi vstupujiacute do dyacutechaciacuteho řetězce Zde ztraacutecejiacute
za uvolněniacute energie sveacute elektrony za vzniku čaacutestice (H+) a elektrony se postupně
přenaacutešejiacute až na kysliacutek kteryacute vytvořiacute s H+ molekuly vody Zdrojem kysliacuteku je oxidovanyacute
hemoglobin (oxyhemoglobin) vodiacutek pochaacuteziacute z živin
Uvolněnaacute energie se transformuje v procesu oxidativniacute fosforylace do molekuly
adenosintrifosfaacutetu ndash makroergickeacute sloučeniny bohateacute na energii
Sacharidy (cukry) ndash jsou považovaacuteny za okamžityacute zdroj energie
ndash glukosa je zdrojem energie pro všechny buňky jejiacute staacutelaacute hladina v krvi 44ndash67 mmoll
ndash při zvyacutešeniacute na 10 mmoll se glukosa objevuje v moči
ndash za běžnyacutech podmiacutenek se glukosa z potravy přeměňuje přibližně z 50 na oxid uhličityacute a
vodu (spalovaacuteniacute) 30ndash40 se přestavuje na tuk a 5 se syntetizuje na glykogen
ndash denniacute potřeba glukoacutezy min 160 g denně 300ndash500 g(mozek 120 g svaly v klidu 30ndash100 g)
23 Metabolismus mastnyacutech kyselin
Mastneacute kyseliny vytvořiacute v červenyacutech krvinkaacutech ndash erytrocytech triacylglyceroly
(triglyceridy) ktereacute se zabudujiacute do chylomikronů a přes lymfu proniknou do krve
V krvi se z nich speciaacutelniacutem enzymem zvanyacutem lipasa uvolniacute mastneacute kyseliny ktereacute se
vaacutežiacute na albuminy a poteacute prostupujiacute přes membraacutenu do buněk
Mastneacute kyseliny jsou zpracovaacuteny v β-oxidaci Jednaacute se o cyklus postupneacuteho
odbouraacutevaacuteniacute při němž se postupně odštěpujiacute vždy dvouuhliacutekateacute jednotky z mastneacute
kyseliny ze ktereacute vznikaacute acetyl-CoA Reakce probiacutehaacute v cytosolu mitochondrie
Vzniklyacute acetyl-CoA vstupuje do reakciacute citraacutetoveacuteho cyklu a zbytek mastneacute kyseliny
jejiacutež kostra je kratšiacute o dva uhliacuteky znovu vstupuje do reakce kteraacute vede k odštěpeniacute
dalšiacute dvouuhliacutekateacute jednotky Vyacutesledkem je vysokyacute zisk energie v zaacutevislosti na
velikosti uhliacutekateacute kostry mastneacute kyseliny Scheacutema β-oxidace R-CH2-CH2-CO-S-CoA + HS-CoA rarr R-CO-S-CoA + CH3-CO-S-CoA + H2O
31
Tuky (lipidy) - sloučeniny trojsytneacuteho alkoholu glycerolu s mastnyacutemi kyselinami
Vyacuteznam tuků - umožňujiacute vitamiacutenům A D E K ktereacute jsou lipofilniacute (rozpustneacute v tuciacutech) vstup do
organismu a jejich dalšiacute využitiacute
- jsou zdrojem esenciaacutelniacutech mastnyacutech kyselin
- tvořiacute zaacutesobu energie (v podkožiacute se nachaacuteziacute až 90 tuku)
- jsou součaacutestiacute buněčnyacutech membraacuten (cholesterolu)
Mastneacute kyseliny (MK) ndash jednaacute se o vyššiacute monokarboxyloveacute kyseliny ktereacute se mohou dělit na
1 neesenciaacutelniacute tělo si je dokaacuteže vyrobit samo (z cukrů a tuků živočišneacuteho původu) ty se dajiacute podle
charakteru vazeb daacutele dělit na
a) nasyceneacute - obsahujiacute jednoducheacute vazby mezi atomy uhliacuteku syntetizujiacute se v jaacutetrech
(např kys palmitovaacute ndash obsahuje 16 atomů uhliacuteku v molekule) kys stearovaacute
obsahuje 18 atomů uhliacuteků v molekule)
b) nenasyceneacute - obsahujiacute dvojneacute vazby mezi atomy uhliacuteku jejich vyacuteznamnyacutem zdrojem
je olivovyacute olej (k olejovaacute ndash obsahuje 18 atomů uhliacuteku v molekule)
2 esenciaacutelniacute tělo je samo vytvořit nedokaacuteže musiacute je přijiacutemat v potravě jejich zdrojem jsou zejmeacutena
semena rostlinneacute oleje vlašskeacute ořechy a listovaacute zelenina (kys linolovaacute kys linolenovaacute
kys arachidonovaacute) daacutele ryby a mořštiacute živočichoveacute (kys eikosapentaneovaacute kys dokosahexaenovaacute)
24 Metabolismus aminokyselin
Aminokyseliny se stejnyacutem způsobem jako monosacharidy dostaacutevajiacute
prostřednictviacutem speciaacutelniacutech přenašečů do krve a naacutesledně do buněk Z různorodyacutech
biacutelkovin ziacuteskaacuteme přibližně 20 aminokyselin
Metabolismus aminokyselin je pro jejich vlastniacute různorodou strukturu
komplikovanějšiacute Zaacutekladniacutem rysem přeměny je uvolněniacute jejich aminoskupiny ve formě
škodliveacuteho amoniaku Protože člověk (a primaacuteti) jej nedovedou jednoduše vyloučit
zpracuje se v močovinoveacutem cyklu na netoxickou močovinu Zbyleacute uhliacutekateacute kostry
aminokyselin se různě složityacutemi reakcemi přeměňujiacute na složky citraacutetoveacuteho cyklu Biacutelkoviny (proteiny) ndash patřiacute mezi zaacutekladniacute stavebniacute laacutetky organismu
- biacutelkoviny živeacute hmoty se neustaacutele obnovujiacute (denně cca 300ndash500 g)
- jsou tvořeny aminokyselinami přičemž lidskeacute tělo využiacutevaacute 20 aminokyselin některeacute vytvaacuteřiacute samo
- jednaacute se o vysokomolekulaacuterniacute laacutetky (majiacute velkeacute relativniacute molekuloveacute hmotnosti) se složityacutem
prostorovyacutem uspořaacutedaacuteniacutem
- důsledky nedostatku biacutelkovin
bull chaacutetraacuteniacute těla (marasmus) zpomaleniacute až zastaveniacute růstu aneacutemie sniacuteženiacute odolnosti
narušeniacute vyacutevoje CNS
32
bull kwashiorkar u dětiacute (bdquonafouklaacute břiacuteškaldquo) strava energeticky dostatečnaacute ale chudaacute na
biacutelkoviny zvětšeniacute sleziny jater cirhoacuteza
Vyacutesledkem kompletniacute degradace živin jsou konečneacute produkty metabolismu čtyř
zaacutekladniacutech biogenniacutech prvků C H O N rarr CO2 H2O NH3 (přeměněnyacute na
močovinu) a energie vaacutezanaacute v ATP 3 Anabolickeacute procesy
Při anabolickyacutech procesech se živiny u zdraveacuteho člověka rozklaacutedajiacute na
jednoduššiacute laacutetky Při těchto rekciacutech je ziacuteskaacutevaacutena nejen energie ale čaacutest vzniklyacutech
produktů se využije k obnově tkaacuteniacute nebo tvorbě zaacutesob Napřiacuteklad aminokyseliny se
většinou využijiacute na synteacutezu biacutelkovin podle aktuaacutelniacutech potřeb a přebytek se odbouraacute
Organismus si žaacutedneacute biacutelkoviny do zaacutesob netvořiacute
Naopak glukosu je možno v organismu uchovaacutevat v podobě glykogenu kteryacute se
však vytvaacuteřiacute pouze v jaacutetrech a ve svalech
Hepatocyty (jaterniacute buňky) při vyacuterazneacutem poklesu glykeacutemie doplňujiacute hladinu
glukosy v krvi štěpeniacutem glykogenu Naviacutec jsou schopny syntetizovat glukosu
z glukogenniacutech aminokyselin laktaacutetu a z glycerolu uvolněneacuteho štěpeniacutem
triacylglycerolů
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
Metabolickaacute draacuteha je řada naacuteslednyacutech enzymovyacutech reakciacute vedouciacutech k tvorbě
určiteacuteho produktu Reakčniacute složky meziprodukty a produkty draacutehy jsou označovaacuteny
jako metabolity
1 Metabolickeacute draacutehy jsou nevratneacute Jestliže jsou dva produkty navzaacutejem metabolicky převoditelneacute musiacute byacutet draacuteha
vedouciacute od prveacuteho k druheacutemu produktu odlišnaacute od draacutehy vedouciacute od druheacuteho
produktu k prvniacutemu
2 Každaacute metabolickaacute draacuteha obsahuje časnyacute určujiacuteciacute stupeň Metabolickeacute draacutehy
jsou jako celek nevratneacute ale většina diacutelčiacutech reakciacute probiacutehaacute v bliacutezkosti
rovnovaacutežneacuteho stavu
3 Všechny metabolickeacute draacutehy jsou regulovaneacute
33
4 Metabolickeacute draacutehy probiacutehajiacute v eukaryontniacutech organismech ve specifickyacutech miacutestech
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
Nezbytneacute složky potravy jsou předevšiacutem živiny (lipidy sacharidy proteiny)
vitamiacuteny voda mineraacutelniacute laacutetky vlaacuteknina Jejich optimaacutelniacute procentuaacutelniacute zastoupeniacute
v potravě činiacute cukry 60 tuky 25 biacutelkoviny 15
Obecně lze vyjaacutedřit potřebu přiacutejmu biacutelkovin jako 1 gram na 1 kilogram vaacutehy těla
U dětiacute a těhotnyacutech žen o něco viacutece Rostlinneacute a živočišneacute biacutelkoviny jsou odlišneacute
struktury (esenciaacutelniacute aminokyseliny nejsou v rostlinnyacutech biacutelkovinaacutech) To je tedy
jeden z důvodů proč je vegetariaacutenstviacute nevhodneacute pro děti
Existujiacute vyacutekyvy ve spraacutevneacutem poměru přijiacutemaacuteniacute živin Z těchto vyacutekyvů vyplyacutevajiacute různeacute
patologie hladověniacute podvyacuteživa otylost obezita mentaacutelniacute anorexie a bulimie
Nutričniacute tabulky najdete např na adresehttpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 httpwwwustbonifacembcacusbabernierbiologieModule1Imagesatpjpg
5 httpnd01jxscz951848df6dd214b1_31960153_o2jpg
6 http12912392202isotope
7 httpwwwgoogleczimgresimgurl
8 httpwwwgoogleczimgresimgurl
9 httpwwwprojektalfag6czolygos2gif
10 httpcswikipediaorgwikiSouborFat_structural_formulaepng
11 httpnd01jxscz51188560aec9185e_35721065_o2jpg
34
12 httpwwwwikidocorgimages550-
Metabolism_790px_partly_labeledpngampimgrefurl
13 wwwmojeramaczrama-ideavitaminyjpg DHA (kyselina dokosahexaenovaacute )
ALA (kyselina alfa-linolenovaacute)--omega-3 nenasyceneacute mastneacute kyseliny
14 httpismuniczelportalestudfspsjs07fyziotextych02html
15 httpwwwzdravavyzivaczzdrava-vyziva3jpgampimgrefurl
16 httpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
17 httpwwwnspkaczNSPKA_prirucky2012laboratorni_prirucka_OKBHorlovaW
IAAHhtm
35
NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Uacutevod do problematiky naacutevykovyacutech laacutetek definice drogy rozděleniacute laacutetek
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol
22 Tabaacutek a kouřeniacute
3 Nelegaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu (marihuana hašiš)
32 Halucinogeny (LSD atropin mezkalin)
33 Laacutetky se stimulačniacutem uacutečinkem (kokain amfetaminy aj)
34 Laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem (sedativa-benzodiazepiny barbituraacutety aj)
35 Opiaacutety (morfin heroin aj)
36 Těkaveacute (inhalačniacute) laacutetky (toluen aceton)
4 Zaacutesady prevence a prvniacute pomoci při aplikaci naacutevykoveacute laacutetky
5 Legislativa tyacutekajiacuteciacute se naacutevykovyacutech laacutetek
6 Přehled použiteacute literatury
7 Teacutemata referaacutetů
36
1 Uacutevod
Definice naacutevykoveacute laacutetky (bdquodrogyldquo) jde o aplikaci jakeacutekoliv laacutetky přiacuterodniacuteho či
syntetickeacuteho původu ovlivňujiacuteciacute psychiku člověka a vyvolaacutevajiacuteciacute potřebu
opakovaneacuteho použitiacute (recidivy) takže uživatel se na niacute staacutevaacute zaacutevislyacute (bdquodrogovaacute
zaacutevislostldquo) Vzhledem ke skutečnosti že v posledniacutech letech vidiacuteme zvyacutešenyacute rozsah tohoto fenomeacutenu kteryacute
zasahuje čiacutem daacutel tiacutem mladšiacute skupiny mlaacutedeže se všemi nepřiacuteznivyacutemi důsledky (zdravotniacutemi
ekonomickyacutemi i společenskyacutemi ndash rozvrat osobnosti asociaacutelniacute a protizaacutekonneacute chovaacuteniacute nutnost leacutečby)
je nanejvyacuteš aktuaacutelniacute zavčas varovat žaacuteky ve škole před tiacutemto nebezpečiacutem (tzv toxikomaacutenie)
Na vzniku zaacutevislosti se podiacutelejiacute zejmeacutena tyto faktory
- droga - typ vlastniacute substance působiacuteciacute na psychiku
- člověk - zejmeacutena typ jeho osobnosti (zvyacutešeneacute riziko pro neurotickeacute
nezdrženliveacute nesebejisteacute jedince s absenciacute zaacutejmů a zaacutelib sportu atd)
- prostřediacute - problematickeacute rodinneacute zaacutezemiacute vliv bdquopartyldquo
Většinou při vzniku zaacutevislosti působiacute kombinace vyacuteše uvedenyacutech přiacutečin
Průběh zaacutevislosti
- zprvu jde o zvědavost vyzkoušet si novyacute zaacutežitek zahnat stres uacutenavu
bdquovyřešitldquo probleacutemy s učeniacutem partnerskyacutemi vztahy apod
- postupnyacute naacutevyk na drogu opakovaneacute užiacutevaacuteniacute zvyšujiacuteciacute se tolerance na drogu
(neplatiacute u alkoholu)
- abstinenčniacute přiacuteznaky při vynechaacuteniacute daacutevky (poceniacute třes zvraceniacute průjem hellip)
Psychickaacute zaacutevislost (kouřeniacute) ndash lze překonat silnou vůliacute
Fyzickaacute zaacutevislost (heroin) ndash při absenci drogy těžkeacute zdravotniacute naacutesledky popř
i smrt
- zdravotniacute a sociaacutelniacute konsekvence (rozpad rodiny odchod partnera ztraacuteta
zaměstnaacuteniacute sebevražedneacute pokusy aj)
Je nutneacute nebyacutet nevšiacutemavyacute k jasnyacutem přiacuteznakům počiacutenajiacuteciacute zaacutevislosti ndash změny chovaacuteniacute naacutehleacute
bezdůvodneacute zhoršeniacute prospěchu ztraacuteta zaacutejmů a přaacutetel zaviacuteraacuteniacute se na delšiacute dobu na WC shaacuteněniacute
financiacute (kraacutedeže) modřiny a vpichy na těle hellip
Způsoby aplikace drog
- peroraacutelně (tablety praacutešek roztok) ndash např pervitin extaacuteze
37
- dyacutechaciacutem uacutestrojiacutem (kouřeniacute ndash marihuana šňupaacuteniacute ndash kokain inhalace par ndash
toluen)
- intravenoacutezně (injekčně ndash heroin zvyacutešeneacute riziko přenosu infekciacute chorob ndash
žloutenka AIDS)
- jineacute způsoby (čiacutepky naacuteplasti hellip)
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol bdquoliacutehldquo (chemicky ethanol C2H5OH) Alkohol je staacutetem tolerovanou drogou a lze jej běžně od určiteacuteho věku (18-21 let)
koupit ve formě alkoholickyacutech naacutepojů v obchodech
Pozn Alkoholy obecně obsahujiacute ndashOH skupinu na alifatickeacutem řetězci pozor na zaacuteměnu ethanolu za
methanol CH3OH (možnost vyacuteskytu v různyacutech po domaacutecky paacutelenyacutech produktech) kteryacute je
prudce jedovatyacute ndash při požitiacute hroziacute oslepnutiacute smrt Alkoholismus je historicky jednou
z nejstaršiacutech drogovyacutech zaacutevislostiacute a pokusy o jeho vymyacuteceniacute (viz prohibice v USA Rusku)
vždy vedly pouze k rozmachu černeacuteho trhu
Alkohol působiacute na centraacutelniacute nervovyacute systeacutem a to zpočaacutetku stimulačně daacutele pak
tlumivě
Pro potravinaacuteřskeacute uacutečely se vyraacutebiacute lihovyacutem kvašeniacutem plodin obsahujiacuteciacutech cukr
(melasa z cukroveacute řepy brambory obiliacute různeacute druhy ovoce) za působeniacute enzymu
(zymasa)
C6H12O6 rarr 2 C2H5OH + 2 CO2
Průmyslově se ethanol vyraacutebiacute hydrataciacute ethenu
H2C=CH2 + H2O rarr CH3CH2OH
Pro chemickeacute užitiacute (např jako rozpouštědlo) se alkohol denaturuje tj zaacuteměrně se k němu přidaacutevajiacute
zapaacutechajiacuteciacute laacutetky (např derivaacutety merkaptanů pyridinu methanol benziacuten) aby nebyl poživatelnyacute
100 alkohol nelze ziacuteskat destilačně (s vodou tvořiacute při obsahu 96 tzv azeotropniacute směs kteraacute maacute
konstantniacute teplotu varu) pouze chemicky vaacutezaacuteniacutem vody užitiacutem sikativ (silikagel)
Požiacutevaacuteniacute alkoholu vede k nevratneacutemu poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (jaacutetra ndash cirhoacuteza
žaludek ndash vředy) oslabeniacute imunity poruchaacutem paměti depresiacutem a halucinaciacutem
u těhotnyacutech žen k poškozeniacute plodu Leacutečeniacute alkoholika předpoklaacutedaacute jeho spolupraacuteci a
38
je zdlouhaveacute (uacutestavniacute forma 6 - 12 měsiacuteců) a ne vždy uacutespěšneacute Pro vyleacutečeneacuteho platiacute
100 zaacutekaz alkoholu a doživotniacute bezvyacutejimečnaacute abstinence
Z hlediska konzumace alkoholu rozlišujeme
- abstinenti hellip nepijiacute vůbec či zcela vyacutejimečně v symbolickeacutem množstviacute
- přiacuteležitostniacute konzumenti hellip pijiacute bdquos miacuterouldquo nepravidelně nejsou skoro nikdy opiliacute
- nadměrniacute konzumenti hellip pijiacute trvale přes miacuteru ztraacutecejiacute kontrolu často opiliacute
- alkoholici hellip s chorobnou zaacutevislostiacute ndash nekontrolovatelneacute pitiacute abstinenčniacute přiacuteznaky
Resorpce (odbouraacutevaacuteniacute) alkoholu Odbouraacutevaacuteniacute alkoholu je individuaacutelniacute (u mužů cca 2x rychlejšiacute než u žen zaacutevisiacute i na
hmotnosti osoby) Orientačně lze počiacutetat s odbouraacuteniacutem max 015-02 permil alkoholu v
krvi za hodinu
Vzorec pro vyacutepočet promile alkoholu v krvi permil = mA(g) M (kg) middot k
kde mA hellip hmotnost čisteacuteho alkoholu (g)
M hellip hmotnost člověka (kg)
k koeficient ( 07 pro muže 06 pro ženy)
Vzorovyacute přiacuteklad
Vypočtěte kdy budeme moci sednout za volant vypijeme-li 2 piva 11ordm o obsahu alkoholu 4 obj a
k tomu 3 bdquopanaacutekyldquo vodky po 50 ml 40 alkoholu (hustota ethanolu je ρ = 078 gcm3)
vyacutepočet (přibližně)
a) 2 piva 11deg (4obj ) tzn 1000ml obsahuje cca 40 ml čisteacuteho alkoholu
tj mA = ρ middot V = 078 middot 40 = 312 g
b) 3 bdquopanaacutekyldquo (alkohol 40 obj) tzn 150ml obsahuje 60 ml čisteacuteho alkoholu
tjmA = ρ middot V = 078 middot 60 = 468 g
CELKEM 78 g čisteacuteho alkoholu
V krvi bude naměřeno 78 80 middot 07 = 14 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 80 kg muže)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 7 - 9 hodin ()
78 60 middot 06 = 22 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 60 kg ženu)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 11 - 14 hodin ()
Pozn Uvedenyacute přiacuteklad je pouze ilustračniacute a je nutneacute počiacutetat s časovou rezervou a individuaacutelniacutemi
odchylkami
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 2 - 6
39
22 Tabaacutek a kouřeniacute V současneacute době spolu s alkoholem jedinaacute staacutetem tolerovanaacute droga
Historie kouřeniacute dyacutemky u Indiaacutenů
v Evropě začiacutenaacute od 16 stol největšiacute rozvoj od 2pol 19 stol se seacuteriovou vyacuterobou cigaret
Laacutetky obsaženeacute v tabaacuteku
Hlavniacute roli hraje alkaloid nikotin
3-(1-methylpyrrolidin-2-yl)pyridin
Obr1 Tabaacutek (Nicotiana tabacum)
Nikotin je bezbarvaacute olejovitaacute kapalina rozpustnaacute ve vodě kteraacute na vzduchu hnědne
(oxiduje se na kyselinu nikotinovou) Draacuteždiacute centraacutelniacute nervovou soustavu zvyšuje
krevniacute tlak i sekreci žlaacutez Ve většiacutech daacutevkaacutech působiacute křeče až ochrnutiacute dyacutechaciacuteho
centra a smrt
Dalšiacute laacutetky v tabaacuteku alkaloidy nornikotin anabasin nikotyrin nikotellin hellip a mnoho dalšiacutech
Tabaacutekovyacute kouř daacutele obsahuje toxickeacute zplodiny hořeniacute (aromaacutety CO NOx HCN v cigaretoveacutem papiacuteře
je obsažen radioizotop 210Po)
Jen čaacutest škodlivyacutech laacutetek se zachytiacute na filtru zbytek se dostaacutevaacute do organismu
dyacutechaciacutemi cestami Je prokaacutezaacutena souvislost mezi rakovinou dyacutechaciacutech cest a
kouřeniacutem (varovaacuteniacute na každeacute krabičce cigaret)
Probleacutemem je že kouřeniacute se staacutele posouvaacute do nižšiacutech věkovyacutech skupin a do ženskeacute
populace (cca 13 kuřaacuteků jsou ženy) a negativniacute uacutečinky se bagatelizujiacute (bdquovždyť kouřiacute i
doktořildquohellip)
Způsoby boje proti kouřeniacute
Reklama (moderniacute je nekouřit) osvěta (někdy dost drastickaacute - rentgenoveacute sniacutemky
plic kuřaacuteka) legislativniacute omezeniacute (zaacutekazy kouřeniacute v restauraciacutech zvyšovaacuteniacute ceny)
Terapie
Při odvykaacuteniacute se uplatňuje řiacutezenaacute aplikace nikotinu ve formě žvyacutekačky naacuteplastiacute
elektronickaacute cigareta apod
40
Zaacutevěr
Jde o ošklivyacute zlozvyk jehož se těžce dotyčnyacute (obvykle až po fataacutelniacutech zdravotniacutech
probleacutemech) zbavuje Četnost recidivy je velmi značnaacute
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 6
3 NELEGAacuteLNIacute NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu
Pochaacuteziacute z rostliny Cannabis sativa (konopiacute seteacute) Konopiacute se zneužiacutevaacute nejčastěji
k nelegaacutelniacute vyacuterobě marihuany a hašiše
Konopiacute je původem z Kašmiacuteru je to jedna z nejstaršiacutech kulturniacutech plodin Je užiacutevaacutena k vyacuterobě
pevnyacutech provazů a lan oleje ze semen
Obr 2 Konopiacute seteacute
Uacutečinnou laacutetkou je THC (tetrahydrocannabinol C21H30O2)
Chemicky (-)-(6aR 10aR)-669-trimethyl-3-pentyl-6a7810a-tetrahydro-6H-benzo[c]chromen-1-ol
Marihuana (obsahuje cca 10 THC)
se připravuje fermentačniacutem procesem z mladyacutech listů a květů konopiacute
Na trhu je ve formě zelenošedyacutech sušenyacutech listů nebo slisovanyacutech tyčinek (bdquojiveldquo)
Hašiš (bdquohašldquo bdquokiffldquo bdquolaacutedoldquo s obsahem až 40 THC)
41
je ze samičiacutech květů konopiacute jež obsahujiacute hodně pryskyřice s typickyacutem zaacutepachem
(existujiacute různeacute druhy např charos - čistaacute pryskyřice ganja - z květů bhang - ze
semenhellip) Distribuuje se ve formě hnědyacutech mastnyacutech lisovanyacutech kostek či placek
Aplikace kouřeniacutem cigaret (marihuana) či dyacutemkou (hašiš) možno i peroraacutelně
Přiacuteznaky intoxikace rychlyacute naacutestup uacutečinku (minuty) ndash zrychleniacute tepu sucho v uacutestech
uvolněniacute euforie snoveacute obluzeniacute halucinace trvajiacuteciacute hodiny
Při dlouhodobeacutem pravidelneacutem užiacutevaacuteniacute zpomaleniacute myšleniacute poruchy paměti
schizofrenie riziko zhoubnyacutech naacutedorů dyacutechaciacuteho systeacutemu
Jde pouze o psychickou nikoli fyzickou zaacutevislost (nehroziacute abstinenčniacute syndrom)
Marihuana patřiacute mezi tzv bdquoměkkeacuteldquo drogy ndash otaacutezka bdquopřestupniacute staniceldquo k bdquotvrdyacutemldquo drogaacutem je
nejednoznačnaacute V některyacutech staacutetech (Holandsko Izrael) neniacute marihuana zakaacutezaacutena Řada lidiacute po tom
volaacute i u naacutes Možnost kontrolovaneacuteho leacutečebneacuteho využitiacute (potlačeniacute nevolnosti při chemoterapii
rakoviny roztroušeneacute skleroacutezy parkinsonismu apod)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 7
32 Halucinogeny Tyto laacutetky obecně deformujiacute vniacutemaacuteniacute reality a navozujiacute falešneacute (předevšiacutem zrakoveacute
ale i sluchoveacute čichoveacute) představy Existuje viacutece než 150 rostlin ze kteryacutech lze ziacuteskat halucinogeny Znaacutemy už od starověku (věštiacuterny ndash
Theacuteby Delfy) Děleniacute dle chemickeacuteho složeniacute
a) Indoloveacute derivaacutety (např LSD psilocin harmin)
b) Piperidinoveacute a tropanoveacute laacutetky (atropin skopolamin)
c) Fenylethylaminoveacute derivaacutety (mezkalin)
ad a) LSD = diethylamid kyseliny lysergoveacute ndash obsažen v naacutemelu (parazit na žitě)
LSD Obr 3 Naacutemel
Naacutemel vytvaacuteřiacute parazitniacute houba Paličkovice nachovaacute (viz Obr 3) ve středověku řada otrav bdquoIgnis sacerldquo
(Svatyacute oheň) Od r 1962 Timothy Leary (hnutiacute Hippies) ndash užiacutevaacuteniacute LSD
42
Aplikace ve formě napuštěnyacutech papiacuterků (bdquoblotterldquo)
Uacutečinky Během kraacutetkeacute doby předměty měniacute tvar i barvu zpomaleniacute času
dezorientace fobie
Do teacuteto skupiny drog daacutele patřiacute
Psilocin a psilocybin (obsaženy v houbičce
Lysohlaacutevka kopinataacute ndash viz Obr 4)
Dalšiacute zaacutestupci
Harmin harmalin (Latinskaacute Amerika)
Bufotenin (ropušiacute jed) ibogain (Gabun Afrika)
Obr 4 Lysohlaacutevka
ad b) Atropin ndash v ruliacuteku zlomocneacutem a semenech durmanu Rozšiacuteřeniacute zorniček
Aplikace většinou formou vyacuteluhu Působiacute jako blokaacutetory acetylcholinu (halucinace) Dalšiacute Skopolamin hyoscyamin (obsaženy v bliacutenu) fencyklidin (disociativniacute anestetikum)
ad c) Mezkalin (345-trimethoxyfenylethylamin) v kaktusech (Lophophora Williamsii) Mexiko
Aplikace peroraacutelně i kouřeniacutem uacutečinky podobneacute jako LSD
Všechny drogy teacuteto skupiny působiacute pouze psychickou zaacutevislost
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 8
33 Stimulanty
Jde o přiacuterodniacute (kokain) i syntetickeacute (amfetaminy) laacutetky navozujiacuteciacute stimulačniacute
(povzbudivyacute) uacutečinek odstraněniacute uacutenavy sniacuteženiacute potřeby spaacutenku euforii schopnost
empatie (souciacutetěniacute)
a) Kokain (bdquokoksldquo bdquocrackldquo bdquorockldquo bdquosniacutehldquo) Biacutelyacute praacutešek nahořkleacute chuti patřiacute mezi tropanoveacute alkaloidy
Koka pravaacute (viz Obr 5)
rostlina znaacutema už v řiacuteši Inků v Evropě od 16 stol do r 1903 obsažena i
ve znaacutemeacutem naacutepoji Coca Cola
Aplikace šňupaacuteniacute nosem kouřeniacutem i injekčně
Uacutečinky třes poceniacute sucho v uacutestech rozšiacuteřeniacute zornic zvyacutešeniacute tlaku lesk v očiacutech
paacuteleniacute kůže Vyvolaacutevaacute pocit euforie při předaacutevkovaacuteniacute uacutetlum dyacutechaacuteniacute smrt
Kokain je jednou z nejdražšiacutech tvrdyacutech dog s extreacutemniacute psychickou zaacutevislostiacute
Obr 5 Koka
43
b) Amfetaminy ndash obsahujiacute dusiacutekatyacute atom mimo cyklus
Původně užiacutevaacuteny jako leacutečiva později zjištěny nežaacutedouciacute uacutečinky na psychiku a
naacutevykovost Při delšiacute konzumaci dochaacuteziacute k deformaci osobnosti (bdquoamfetaminovaacute
psychoacutezaldquo) Jde o jeden z nejnebezpečnějšiacutech druhů toxikomaacutenie z hlediska
agresivity a vedlejšiacutech uacutečinků (poškozeniacute ledvin jater) s vysokou psychickou a
čaacutestečně i fyzickou zaacutevislostiacute
Aplikace praacutešek (tablety) injekčně roztok uacutečinky podobneacute kokainu
Zaacutestupci Metamfetamin (bdquopervitinldquo) fenmetrazin MDMA (bdquoextaacutezeldquo)
extaacuteze = N-methyl-34-methylendioxyamphetamin
c) Methylxanthiny Jde o povzbuzujiacuteciacute laacutetky obsaženeacute v kaacutevě kakau čaji Působiacute na svalstvo stimuluje
srdečniacute činnost sekreci žaludečniacutech šťaacutev V malyacutech daacutevkaacutechndashzvyacutešeniacute bdělosti potlačeniacute
uacutenavy většiacute daacutevky (nad 200 mg denně) působiacute nespavost psychickeacute potiacuteže osteoporoacutezu
(odvaacutepněniacute kostiacute)
Nejznaacutemějšiacute zaacutestupce kofein (137-trimethylxanthin)
Kromě kofeinu jsou v kaacutevě a čaji theofylin (13-dimethylxanthin) theobromin (37-dimethylxanthin)
Do teacuteto skupiny daacutele patřiacute
- zaacutevislost kathoveacuteho typu (žvyacutekaacuteniacute listů rostliny Catha edulis rozšiacuteřeno kolem Rudeacuteho moře)
- betel (z palmy Areka obecnaacute obsahuje arekaidin) ndash v Thajsku (červeneacute zbarveniacute jazyka)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 9 10
34 Sedativa
Jde o laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem na centraacutelniacute nervovou soustavu Podporujiacute spaacutenek
navozujiacute zklidněniacute zmiacuterňujiacute uacutezkost Při předaacutevkovaacuteniacute ndash celkovaacute anestezie až smrt
44
a) Barbituraacutety jsou staršiacute skupinou laacutetek a dřiacuteve se užiacutevala jako leacutečiva Pozor ndash už desetinaacutesobek
leacutečebneacute daacutevky může byacutet smrtelnyacute (riziko předaacutevkovaacuteniacute neexistence uacutečinneacuteho
antidota)
Aplikace tablety
Zaacutestupci Veronal (diethylbarbiturovaacute kyselina) Luminal (5-fenyl-5-ethylbarbiturovaacute kys)
Meprobamat Fyzickaacute zaacutevislost nebezpečnyacute abstinenčniacute syndrom
C OC
C OR1
R2O
O
CH2CH3
CH2 CH3
NH2
NH2
O+-2 C2H5OH
NH
NH
R2
R1
O
O
O
močovinadiethylmalonaacutety R1=R2=H kys barbiturovaacute
R1=R2=C2H5 barbital veronal
R1=C2H5 R2=C6H5 luminal fenobarbital b) Benzodiazepiny Novějšiacute preparaacutety - od sedmdesaacutetyacutech let vytlačily předchoziacute z trhu
Vyacutehody menšiacute riziko předaacutevkovaacuteniacute existence uacutečinneacuteho antidota (Flumazenil)
Přiacuteklady Diazepam (Valium)
Flunitrazepam (Rohyphnol Obr 6)
Midazolam (Dormicum)
Způsobujiacute těžkou fyzickou i psychickou zaacutevislost
Užitiacute při předoperačniacute přiacutepravě apod
V posledniacute době se však čiacutem daacutel tiacutem viacutece při leacutečbě
fobiiacute upřednostňuje psychoterapie Obr 6 Rohyphnol
c) Dalšiacute sedativa Přiacuteklady Azapirony (Buspiron) leacutečeniacute dlouhodobyacutech uacutezkostiacute
Cyklopyrolony (Zopiklon) hypnotikum 3 generace proti epilepsii
Imidazopyridin (Zolpidem) svalovaacute relaxace
Mezi sedativa patřiacute takeacute Thaloimid (Contergan) ndash teratogenniacute uacutečinky na plod při užiacutevaacuteniacute v těhotenstviacute
Kava-kava ndash přiacuterodniacute sedativum z pepřovniacuteku opojneacuteho (N Guineia)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 11
45
35 Opiaacutety Jednaacute se o velmi tvrdeacute drogy pochaacutezejiacuteciacute ze šťaacutevy nezralyacutech makovic (opium
morfin) a jejich syntetickeacute derivaacutety (heroin) Morfium bylo znaacutemo jako leacutek tlumiacuteciacute bolest (analgetikum) a bylo využiacutevaacuteno např při ošetřovaacuteniacute
zraněnyacutech vojaacuteků ve vaacutelce
Opium se ziacuteskaacutevaacute z lepkaveacute šťaacutevy nařiacuteznutyacutech makovic kteraacute na vzduchu hnědne
ztuhlaacute se seškrabe dosušiacute a uhněte do cihliček
Obr 7 Maacutek setyacute (Papaver somniferum)
Opium je směs obsahujiacuteciacute desiacutetky alkaloidů fenathrenoveacuteho typu (morfin) a izochinoliacutenoveacuteho typu
(papaverin) Existujiacute různeacute druhy opia (bdquogaliacuteldquo bdquochanduldquo bdquodrossldquo aj)
Aplikace nejviacutece kouřeniacutem v dyacutemkaacutech popř cigaretaacutech řidčeji peroraacutelně Většina
opia se zpracovaacutevaacute na čisteacute alkaloidy
Morfin kodein (methylmorfin) heroin (36-diacetylmorfin)
morfin heroin
Aplikace injekčně vyacutejimečně peroraacutelně
Uacutečinky Jedny z nejtvrdšiacutech drog extreacutemně silnaacute fyzickaacute i psychickaacute zaacutevislost
Projevujiacute se zuacuteženiacutem zorniček (na velikost špendliacutekoveacute hlavičky) po počaacutetečniacute euforii
působiacute poruchy paměti apatii celkovyacute rozvrat osobnosti totaacutelniacute impotenci
46
Těžkyacute abstinenčniacute syndrom vrcholiacute po cca 48 hodinaacutech a připomiacutenaacute silnou chřipku
daacutele zahrnuje zvraceniacute průjem šiacuteleneacute svěděniacute pokožky
Terapie je možnaacute jen uacutestavniacute formou s nevalnou šanciacute na vyleacutečeniacute
Dnes existuje řada syntetickyacutech derivaacutetů laacutetek tohoto typu některeacute z nich majiacute potlačeneacute naacutevykoveacute
uacutečinky a užiacutevajiacute se dokonce i k protidrogoveacute leacutečbě (např metadon)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 12
36 Solvencia (těkaveacute a inhalačniacute laacutetky)
Jde o tzv bdquočichaacuteniacuteldquo tj aplikaci par těkaveacute kapaliny (plynu) do dyacutechaciacuteho uacutestrojiacute
Nejčastěji zneužiacutevaneacute laacutetky
- alifatickeacute uhlovodiacuteky (ethyn propan butan hexan)
- cyklickeacute a aromatickeacute uhlovodiacuteky (cyklopropan toluen xyleny)
- směsi uhlovodiacuteků (benzin nafta)
- halogenderivaacutety (tetrachlormethan chloroform trichlorethylen ethylchlorid
freony)
- kysliacutekateacute derivaacutety (aceton butanon dimethylether methylacetaacutet methyl-terc
butylether MTBE oxid dusnyacute aj) Uacutekol Napište chemickeacute vzorce inhalačniacutech laacutetek
Aplikace čichaacuteniacutem - inhalaciacute par vyacuteše uvedenyacutech laacutetek (tzv bdquosniffing) nosem i uacutesty
Uacutečinky rychlyacute naacutestup ndash euforie zaacutevrať bdquoztraacuteta hmotnostildquo postupneacute upadaacuteniacute do
spaacutenku
Symptomy dilatace zornic slzeniacute vyacutetok z nosu zvraceniacute pokles hmotnosti třes hellip
Důsledky zhoršeniacute paměti pokles inteligence těžkeacute deprese rozpad osobnosti
poruchy krvetvorby nevratneacute poškozeniacute sliznic
Nebezpečiacute
- zadušeniacute např při přetaacutehnutiacute igelitoveacuteho pytliacuteku přes hlavu pro zvyacutešeniacute uacutečinku
- nevratneacuteho poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (ledviny jaacutetra) až smrt při polknutiacute
laacutetky
- jde o jedny z nejlevnějšiacutech a nejdostupnějšiacutech laacutetek ktereacute si každyacute snadno
opatřiacute (bdquodrogy hloupyacutechldquo)
- jednaacute se o silnou psychickou zaacutevislost se sklony k recidivě
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 13
47
4 PREVENCE A PRVNIacute POMOC
Při prevenci je rozhodujiacuteciacute aby se na probleacutem co nejdřiacuteve vůbec přišlo (všiacutemavost
k symptomům toxikomaacutenie)
Typickeacute přiacuteznaky
- naacutehlaacute změna chovaacuteniacute (předraacutežděnost deprese ztraacuteta zaacutejmů)
- zhoršenyacute prospěch ztraacuteta přaacutetel
- uacutebytek hmotnosti zdravotniacute probleacutemy vpichy
- potřeba peněz kraacutedeže střet se zaacutekonem hellip
Prevence
snaha předejiacutet zaacutevislosti zejmeacutena u mladyacutech lidiacute a u rizikovyacutech skupin
- vyacutechova v rodině zaacutejem o diacutetě
- vyacutechova ve škole upozorněniacute na rizika
- sport aktivniacute traacuteveniacute volneacuteho času hellip
Prvniacute pomoc
se nelišiacute od prvniacute pomoci např při nehodě tj je nutno se postarat o zachovaacuteniacute
zaacutekladniacutech životniacutech funkciacute a rychlou leacutekařskou pomoc
Leacutečeniacute
je postaveno na baacutezi dobrovolnosti ndash dlouhodobaacute zaacuteležitost včetně uacutestavniacute leacutečby
riziko recidivy Absolutniacute nutnost_doživotniacute abstinence
Při probleacutemech
V Olomouci existuje P-centrum Lafayettova 9 Olomouc tel 585221983
httpwwwp-centrumcz
p-centrump-centrumcz
5 LEGISLATIVA
Samotneacute užiacutevaacuteniacute drog neniacute trestneacute trestneacute je jejich drženiacute vyacuteroba distribuce
Důležityacute pro policii je pojem tzv bdquomaleacuteholdquo množstviacute zadrženeacute drogy
- při něm jde jen o přestupek s pokutou do 15000 Kč
- při většiacutem množstviacute pak už o trestnyacute čin s možnostiacute vězeniacute až na 5 let
48
Za maleacute množstviacute se považuje např
konopiacute - 5 rostlin marihuana - 15 g sušiny extaacuteze - 4 tablety LSD - 5 papiacuterků
kokain - 1 gram pervitin - 2 gramy
Vybraneacute trestniacute sazby
- za distribuci drog mladistvyacutem až 10 let vězeniacute
- při způsobeniacute těžkeacute uacutejmy na zdraviacute až 15 let
- bdquovařičildquo do 5 let
- za pouheacute neoznaacutemeniacute vyacuteše uvedenyacutech činů hroziacute až 3 roky
Probleacutem
Zaacutekon postihuje zpravidla jen dealery a bdquomenšiacute rybyldquo zatiacutemco velciacute distributoři a
producenti jsou chyceni spiacuteše vyacutejimečně Naviacutec se staacutele objevujiacute noveacute derivaacutety ktereacute
dosud nejsou na seznamech zakaacutezanyacutech laacutetek
Zaacutekony pojednaacutevajiacuteciacute o drogaacutech
č1401961 Sb (trestniacute zaacutekon)
č 2001990 (přestupkovyacute zaacutekon)
č 3321997 (zachaacutezeniacute skladovaacuteniacute likvidace)
č 1671998 (o naacutevykovyacutech laacutetkaacutech)
č 3792005 (prevence toxikomaacutenie)
Vyhlaacuteška č 621989 (seznam psychotropniacutech laacutetek)
Sděleniacute č4621991 (prekurzory omamnyacutech a psychotropniacutech laacutetek)
6 Teacutemata referaacutetů 1 Vznik nebezpečiacute a důsledky toxikomanie analyacuteza přiacutečin
2 Problematika alkoholu sekundaacuterniacute naacutesledky alkohol za volantem
3 Vyacuteroba piva
4 Vyacuteroba viacutena
5 Vyacuteroba destilaacutetů
6 Tabaacutek a kouřeniacute ndash historie pěstovaacuteniacute druhy postup vyacuteroby cigaret
7 Marihuana a hašiš
8 Halucinogeny
9 Stimulancia
49
10 Methylxanthiny
11 Sedativa
12 Opiaacutety
13 Inhalačniacute laacutetky (solvencia)
14 Legislativa - přehled a komentaacuteř platnyacutech zaacutekonů tyacutekajiacuteciacutech se naacutevykovyacutech laacutetek
7 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 M Wenke Farmakologie Avicenum 1986
2 IBečkovaacute PVišňovskyacute Farmakologie drogovyacutech zaacutevislostiacute Karolinum 1999
3 PVišňovskyacute IBečkovaacute Bludnyacute kruh toxikomaacuteniiacute EIA Hradec Kraacuteloveacute 1998
4 MWenke M Mraacutez S Hynie Farmakologie pro leacutekaře Avicenum 1984
5 J Mann Jedy drogy leacuteky Academia Praha 1996
6 wwwmemberstripodcom7EMartinMVdrogyhtml
7 wwwodrogachcz
50
VYacuteROBA CUKRU
Text zpracovali Mgr Jana Praacutešilovaacute a Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru
21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina
22 Chemickeacute složeniacute cukroveacute řepy
3 Vyacuterobniacute etapy
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
32 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
34 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
35 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
36 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech zdrojů
51
1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
Cukr je surovinou kteraacute naacutes doprovaacuteziacute v běžneacutem životě na každeacutem kroku
Mnoziacute z naacutes si hned raacuteno osladiacute čaj či kaacutevu kostkou cukru Pojďme se nyniacute podiacutevat
jak se cukr vyraacutebiacute a kde se kostka cukru vlastně vzala
Nejprve si udělejme kraacutetkou zastaacutevku u historie cukrovarnictviacute na uacutezemiacute Českeacute
republiky
bull v roce 1787 byla založena prvniacute rafinerie (zaacutevod na čištěniacute cukru) v klaacutešteře
na Zbraslavi u Prahy čistil se zde dovaacuteženyacute třtinovyacute cukr
bull v roce 1841 vytvořil ředitel rafinerie v Dačiciacutech prvniacute kostku cukru do teacuteto doby
se v domaacutecnostech použiacutevaly tzv cukroveacute homole
V 19 stoletiacute fungovalo na našem uacutezemiacute přes 150 cukrovarů v současneacute době (rok
2011) u naacutes cukr vyraacutebiacute pouze 7 cukrovarů
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru 21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina Vyacuteroba cukru z cukroveacute třtiny byla znaacutema po celaacute staletiacute V našich krajiacutech však
pro pěstovaacuteniacute teacuteto rostliny nejsou vhodneacute podmiacutenky (pěstuje se v tropickeacutem a
subtropickeacutem paacutesmu) Z miacutestniacutech plodin je pro vyacuterobu cukru vhodnaacute cukrovaacute řepa
Cukrovaacute řepa (Beta vulgaris) Cukrovaacute třtina (Saccharum officinarum)
Obr 1 Cukrovaacute řepa Obr 2 Cukrovaacute třtina - dvouletaacute plodina - cukr se hromadiacute v bulvaacutech - obsah sacharosy 16ndash20 - skladuje se a zpracovaacutevaacute (do 48 h)
- viacuteceletaacute travina - cukr se hromadiacute ve stvolu - obsah sacharosy 13ndash17
52
22 Složeniacute cukroveacute řepy Podrobněji se zaměřiacuteme na cukrovou řepu z niacutež se u naacutes cukr vyraacutebiacute
V bulvaacutech cukroveacute řepy se nachaacuteziacute kromě cukru i dalšiacute laacutetky Jejich obsah vyacuteznamně
ovlivňuje technologickyacute proces a produkci cukru Průměrneacute složeniacute uvaacutediacute Obr 3
5 2
18
75
voda 75
sacharidy 18
dřeň 5
necukerneacute laacutetky 2
Obr 3 Průměrneacute složeniacute cukroveacute řepy Sacharidy Nejdůležitějšiacutem sacharidem a konečnyacutem produktem vyacuteroby je SACHAROSA
Sacharosa patřiacute mezi disacharidy jejiacute molekula je tvořena zbytkem molekuly glukosy
a molekuly fruktosy ktereacute jsou navzaacutejem spojeny glykosidickou vazbou (viz obr 4)
Je to krystalickaacute biacutelaacute laacutetka dobře rozpustnaacute ve vodě Maacute vyacuteraznou sladkou chuť a
použiacutevaacute se jako sladidlo Patřiacute mezi opticky aktivniacute laacutetky a neredukujiacuteciacute sacharidy
Obr 4 Vzorec sacharosy
53
Dřeň Součaacutestiacute dřeně bulvy řepy je celulosa a hemicelulosa (polysacharidy) pektinoveacute
laacutetky1 biacutelkoviny a saponiny2 Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a mohou znesnadňovat
vyacuterobniacute proces způsobujiacute probleacutemy např při filtraci
Necukerneacute laacutetky (šťaacuteva obsahujiacuteciacute necukerneacute laacutetky) Z necukernyacutech laacutetek obsahuje šťaacuteva aminokyseliny amidy biacutelkoviny organickeacute
zaacutesady enzymy soli organickyacutech kyselin (kyseliny mravenčiacute octoveacute šťaveloveacute
citronoveacute) Rozhodujiacuteciacute negativniacute vliv na krystalizaci cukru majiacute mineraacutelniacute laacutetky
(popeloviny)
3 Vyacuterobniacute etapy
Vyacuterobu cukru můžeme rozdělit do několika faacuteziacute
1 Mechanickaacute uacuteprava řepy
2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
6 Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru
1 pektin ndash makromolekulaacuterniacute laacutetka jejiacutemž zaacutekladem jsou sacharidy nachaacuteziacute se např v ovoci
způsobuje rosolovatěniacute ovocnyacutech šťaacutev a zavařenin 2 rostlinnyacute glykosid (derivaacutet sacharidů) tvořiacuteciacute pěnivyacute roztok ve vodě
54
Tab 1 Přehled fyzikaacutelniacutech a chemickyacutech pochodů aplikovanyacutech při vyacuterobě cukru v jednotlivyacutech etapaacutech vyacuteroby
Etapa Fyzikaacutelně-chemickeacute pochody Vstup laacutetek (suroviny) Vyacutestup laacutetek (produkty)
Mechanickaacute uacuteprava řepy bull rozpustnost bull bulvy cukroveacute řepy bull řepneacute řiacutezky
Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy bull koagulace biacutelkovin bull difuacuteze
bull řepneacute řiacutezky bull horkaacute voda
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull vyslazeneacute řepneacute řiacutezky
Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull sraacuteženiacute necukernyacutech laacutetek
bull saturace bull filtrace sraženin
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull Ca(OH)2 bull CO2
bull lehkaacute šťaacuteva bull saturačniacute kaly
Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace
bull lehkaacute šťaacuteva bull těžkaacute šťaacuteva bull I cukrovina
Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
bull odstřeďovaacuteniacute bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace bull vykryacutevaacuteniacute bull filtrace bull adsorpce
bull I cukrovina bull surovyacute cukr bull voda bull Ca(OH)2 bull adsorbent
bull surovyacute cukr bull zelenyacute sirob bull II cukrovina bull zadinovyacute cukr bull melasa bull biacutelaacute cukrovina
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
Ciacutel
bull očištěniacute řepy
bull rozřezaacuteniacute řepy na řiacutezky
Při podzimniacutem vyacuteletu do přiacuterody můžeme na poliacutech vidět zemědělce skliacutezejiacuteciacute
cukrovou řepu Na poliacutech se řepa zbaviacute chraacutestu (zelenyacutech listů) a nahrubo očistiacute od
hliacuteny Po dopraveniacute do cukrovaru je řepa důkladně očištěna vodou od zbyacutevajiacuteciacute hliacuteny
kameniacute piacutesku a kořiacutenků pomociacute řepnyacutech splavů1 a řepnyacutech praček2 Voda z řepy
odkape na třasadlu3 Vyacutetah dopraviacute řepu na automatickou vaacutehu a z niacute putuje řepa do
řezačky4 kteraacute nařeže bulvu na řiacutezky (obr 5 6) s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
Obr 5 Řepneacute řiacutezky Obr 6 Nože řezačky Otaacutezka Proč se řepa porcuje na řiacutezky trojuacutehelniacutekoveacuteho profilu Uacutečelem rozřezaacuteniacute bulvy na řiacutezky je zvětšit povrh (styčnou plochu) řepy pro naacuteslednou difuacutezi cukru z buněk pletiva Trojuacutehelniacutekovyacute profil byl vyhodnocen jako nejvhodnějšiacute tvar pro optimaacutelniacute vyluhovatelnost cukru 3 2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull vyluhovaacuteniacute cukru (sacharosy) z buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků
bull ziacuteskaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Sacharosa se nachaacuteziacute uvnitř buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků Membraacutena buněk
sacharosu volně ven z buňky nepropustiacute proto je nutneacute řiacutezky luhovat horkou vodou
Od 60degC začiacutenajiacute biacutelkoviny membraacuteny buněk koagulovat a ty se tak staacutevajiacute pro cukr
leacutepe propustneacute 1 řepnyacute splav ndash betonovyacute kanaacutel do ktereacuteho je napouštěna voda kteraacute unaacutešiacute řepu k pračce 2 řepnaacute pračka ndash zařiacutezeniacute na odstraněniacute hliacuteny kameniacute a kořiacutenků proti proudu vody je přivaacuteděna řepa kameny a dalšiacute odpad odpadaacutevajiacute ze dna pračky 3 třasadlo ndash kmitajiacuteciacute se siacuteto k odstraněniacute vody 4 řezačka ndash zařiacutezeniacute se sadou nožů rozporcuje řepu na řiacutezky s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
56
Otaacutezka Co je to KOAGULACE Koagulace (shlukovaacuteniacute) je postupneacute uspořaacutedaacutevaacuteniacute jednotlivyacutech čaacutestic do jineacuteho prostoroveacuteho umiacutestěniacute V našem přiacutepadě dochaacuteziacute ke koagulaci biacutelkovin membraacuteny buněk vlivem zvyacutešeneacute teploty Vyzkoušet si koagulaci můžete i doma ndash stačiacute si usmažit vajiacutečka k sniacutedani Vyluhovaacuteniacute řiacutezků se děje v zařiacutezeniacutech zvanyacutech difuzeacutery1 Řiacutezky jsou v nich
přivaacuteděny proti proudu horkeacute vody Řiacutezky nově přivaacuteděneacute do difuzeacuteru jsou
promyacutevaacuteny nejsladšiacute vodou a na řiacutezky zbaveneacute cukru steacutekaacute voda čistaacute čiacutemž jsou
zajištěny optimaacutelniacute podmiacutenky difuacuteze Z difuzeacuteru odteacutekaacute difuacutezniacute šťaacuteva jako nakyslaacute
kapalina tmaveacute barvy Otaacutezka Co je to DIFUacuteZE Tvrdiacuteme-li že laacutetka difunduje pak se jejiacute čaacutestice v roztoku pohybujiacute z miacutest o vyššiacute koncentraci čaacutestic do miacutest s nižšiacute koncentraciacute čaacutestic Po vyluhovaacuteniacute se řiacutezky označujiacute jako vyslazeneacute řiacutezky Ty se daacutele zpracovaacutevajiacute
- sušiacute popř lisujiacute a využiacutevajiacute se jako krmivo nebo v kvasneacutem průmyslu (vyacuteroba
alkoholu)
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull odstraněniacute necukernyacutech laacutetek z difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull ziacuteskaacuteniacute tzv lehkeacute šťaacutevy
Spolu se sacharosou difunduje z buněk i velkeacute množstviacute necukernyacutech laacutetek (viz
složeniacute řepy) Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a ztěžujiacute vyacuterobniacute proces (např krystalizaci
cukru filtraci atd)
Čištěniacute probiacutehaacute ve dvou faacuteziacutech
1 Čeřeniacute difuacutezniacute šťaacutevy
2 Saturace šťaacutevy
Při čeřeniacute se k difuacutezniacute šťaacutevě vyhřaacuteteacute na 90degC přivaacutediacute postupně 15 ndash 2 vaacutepenneacute
mleacuteko - roztok Ca(OH)2 Ca2+ ionty reagujiacute s necukernyacutemi laacutetkami za vzniku
nerozpustnyacutech vaacutepenatyacutech soliacute ktereacute lze naacutesledně odfiltrovat a šťaacutevu tak vyčistit
Přiacuteklad reakci Ca2+ iontů s kyselinou šťavelovou uvaacutediacute naacutesledujiacute rovnice
1 difuzeacuter ndash velkaacute naacutedoba s vyhřiacutevanyacutem plaacuteštěm do ktereacute jsou z jedneacute strany přivaacuteděny řepneacute řiacutezky ze strany druheacute horkaacute voda
57
Ca2+ + (C2O4)2- rarr Ca(COO)2 Obdobnou roli hrajiacute i ionty OH- Neutralizujiacute volneacute kyseliny a s Al3+ Fe3+ Mg2+
ionty reagujiacute za vzniku nerozpustnyacutech hydroxidů ktereacute lze rovněž odfiltrovat
2 Al3+ + 3 Ca(OH)2 rarr 2 Al(OH)3 + 3 Ca2+ Vaacutepenneacute mleacuteko je ke šťaacutevě přidaacutevaacuteno i z dalšiacutech důvodů Pro dalšiacute
technologickyacute proces je třeba neutralizovat kyselou reakci difuacutezniacute šťaacutevy a
v neposledniacute řadě je vaacutepennyacutem mleacutekem šťaacuteva desinfikovaacutena Otaacutezka Co je to NEUTRALIZACE Neutralizace je reakce kyseliny a zaacutesady při niacutež vznikaacute sůl a voda V našem přiacutepadě reaguje vaacutepenneacute mleacuteko (zaacutesada) s kyselinami přirozeně obsaženyacutemi v řepě (viz složeniacute řepy) Daacutele šťaacuteva pokračuje do saturačniacuteho zařiacutezeniacute1 ve ktereacutem probiacutehaacute saturace
oxidem uhličityacutem Saturace se provaacutediacute k odstraněniacute přebytečnyacutech Ca2+ iontů Do
saturačniacuteho zařiacutezeniacute je vhaacuteněn oxid uhličityacute vznikaacute uhličitan vaacutepenatyacute kteryacute lze
odfiltrovat (na kalolisech2 či jinyacutech filtrech) Reakci uvaacutediacute naacutesledujiacuteciacute rovnice
Ca(OH)2 + CO2 rarr CaCO3 + H2O Otaacutezka Co je to SATURACE Saturace neboli syceniacute V našem přiacutepadě nasyceniacute roztoku oxidem uhličityacutem kteryacute reaguje s přebytečnyacutemi Ca2+ ionty v roztoku za vzniku uhličitanu vaacutepenateacuteho Vyacutesledkem etapy je tzv lehkaacute šťaacuteva zbytky sraženin na filtrech se nazyacutevajiacute
saturačniacute kaly 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny Ciacutel
bull zahuštěniacute lehkeacute difuacutezniacute šťaacutevy ke krystalizaci (zisk těžkeacute šťaacutevy)
bull ziacuteskaacuteniacute tzv cukroviny (směs krystalků cukru a matečneacuteho sirobu)
1 saturačniacute zařiacutezeniacute (saturaacutek) ndash vaacutelcovitaacute naacutedoba s miacutechadlem u dna přiacutevodem šťaacutevy přiacutevodem oxidu
uhličiteacuteho a odvodem šťaacutevy V horniacute čaacutesti naacutedoby je komiacuten pro odvod plynů 2 kalolis - filtračniacute lis určenyacute k tlakoveacute filtraci kapalin obsahujiacuteciacute řadu raacutemů s napnutyacutemi plachetkami
Pracuje diskontinuaacutelně (střiacutedavě) Raacutemy s plachetkou zaneseneacute kalem jsou periodicky čištěny zatiacutemco v jineacutem přiacutestroji probiacutehaacute filtrace
58
Lehkaacute šťaacuteva maacute světle žlutou barvu a je teacuteměř zbavena všech nežaacutedouciacutech laacutetek
V roztoku je rozpuštěna sacharosa (přibližně
12-15 ) a již velmi malyacute podiacutel necukernyacutech
laacutetek Sacharosu z roztoku izolujeme
krystalizaciacute Lehkou šťaacutevu je třeba zahustit
ke krystalizaci ndash odpařit přebytečnou vodu
Zahušťovaacuteniacute ke krystalizaci se provaacutediacute ve
vakuovyacutech odparkaacutech1 Objem šťaacutevy se
zmenšiacute přibližně na čtvrtinu původniacuteho
objemu a ziacuteskaacute se tzv těžkaacute šťaacuteva (zahuštěnaacute)
s obsahem 60 cukru
Otaacutezka Co je to ODPAŘOVAacuteNIacute Proč se využiacutevaacute praacutece za sniacuteženeacuteho tlaku Odpařovaacuteniacute patřiacute mezi děliciacute metody laacutetek Rychlost odpařovaacuteniacute a jeho uacutečinnost zaacutevisiacute na velikosti povrchu odpařovaneacuteho roztoku na rychlosti odtahu vzniklyacutech par a předevšiacutem na teplotě a tlaku Teplotu varu roztoku můžeme sniacutežit praacutevě za použitiacute vakua (sniacuteženeacuteho tlaku) Ušetřiacuteme tiacutem energii potřebnou pro zahřiacutevaacuteniacute šťaacutevy
Těžkaacute šťaacuteva je daacutele zahušťovaacutena ve varostrojiacutech2 neboli zrničiacutech Ve
varostrojiacutech se šťaacuteva zahřiacutevaacute a odpařuje se zbytek vody tak dlouho až začne cukr ve
šťaacutevě krystalovat Krystalizace cukru se dokončiacute v zařiacutezeniacutech zvanyacutech krystalizaacutetor Otaacutezka Co je to KRYSTALIZACE Za jakyacutech podmiacutenek vykrystaluje cukr ze šťaacutevy Krystalizace patřiacute mezi zaacutekladniacute chemickeacute operace pomociacute nichž lze oddělit složky směsi bdquoAby mohla sacharosa krystalovat je třeba vytvořit přesycenyacute cukernyacute roztok V technickyacutech cukernyacutech roztociacutech za přiacutetomnosti necukernyacutech laacutetek je rozpustnost sacharosy obvykle vyššiacute Přesycenyacute cukernyacute roztok se připraviacute např tiacutem způsobem že se rychle zchladiacute nasycenyacute roztok technickyacute Z roztoku se ihned nevyloučiacute krystaly cukru a takovyacute roztok pak obsahuje viacutece rozpuštěneacuteho cukru než odpoviacutedaacute nasyceneacutemu roztoku Tento přebytečnyacute cukr vykrystaluje přidajiacute-li se k roztoku krystalky cukru (roztok se očkuje)ldquo [1] 3 5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute Ciacutel
bull odděleniacute krystalů cukru z cukroviny
bull očištěniacute suroveacuteho cukru
1 vakuovaacute odparka - soustava několika seacuteriově zapojenyacutech těles vyhřiacutevanyacutech paacuterou Prvniacute těleso je vyhřiacutevaacuteno parou o teplotě 130degC voda vypařenaacute v prvniacutem tělese se vede do dalšiacuteho tělesa jako tzv bryacutedovaacute paacutera atd Vyacutepary z posledniacute odparky se ochlazujiacute studenou vodou čiacutemž vznikaacute podtlak a tiacutem se snižuje tlak v odparkaacutech 2 varostroj - naacutedoba s trubkovou topnou komorou a miacutechadlem
Obr 7 Soustava odparek
59
bull zpracovaacuteniacute matečneacuteho sirobu na dalšiacute podiacutel cukru
bull přiacuteprava biacuteleacute cukroviny
Krystalky sacharosy je třeba oddělit od matečneacuteho sirobu K tomuto uacutečelu se
využiacutevajiacute odstředivky1 Oddělenyacute cukr maacute žlutavou barvu a je nazyacutevaacuten surovyacutem
cukrem (v obchodech se zdravou vyacuteživou si můžete zakoupit i surovyacute cukr)
Oddělenyacute matečnyacute roztok se nazyacutevaacute zelenyacute sirob
Zelenyacute sirob se zpracuje na meacuteně kvalitniacute (tzv zadinovyacute) cukr a odpadniacutem
produktem je tzv melasa (obr 8) kteraacute ještě obsahuje menšiacute podiacutel cukru a lze ji
využiacutet jako krmivo popř po zkvašeniacute k vyacuterobě lihu
Surovyacute řepnyacute cukr se přiacuteliš nehodiacute k přiacutemeacute spotřebě ndash jeho krystaly jsou žluteacute
a lepiveacute Je třeba je očistit Surovyacute cukr se čistiacute promyacutevaacuteniacutem vodou v odstředivkaacutech
Naacutesleduje filtrace cukerneacuteho roztoku přes bavlněneacute polyamidoveacute či kovoveacute tkaniny a
poreacutezniacute materiaacutely z keramiky
Posledniacute uacutepravou je odbarveniacute cukerneacuteho roztoku K tomuto uacutečelu se využiacutevaacute
metody adsorpce Jako absorbenty jsou využiacutevaacuteny ionexy aktivniacute uhliacute či hlinky
Vyacuteslednyacute cukernyacute roztok s krystalky cukru se nazyacutevaacute biacutelaacute cukrovina
Otaacutezka Co je to ADSORPCE Na jakeacutem principu absorbenty fungujiacute Z fyzikaacutelniacuteho hlediska se jednaacute o poutaacuteniacute laacutetky pomociacute van der Waalsovyacutech sil na povrchu vhodneacuteho adsorbentu (aktivniacute uhliacute silikagel) V přiacutepadě tzv chemisorpce jsou laacutetky poutaacuteny na povrch adsorbentu chemickyacutemi vazbami
Obr 8 Melasa
1 odstředivka (centrifuga) - sestaacutevaacute z dvouplaacutešťoveacute komory vevnitř je buben se siacutetem Do bubnu se napustiacute cukrovina a buben se roztočiacute Vlivem odstřediveacute siacutely prochaacutezejiacute kapky sirobu přes siacuteto bubnu a cukr zůstaacutevaacute uvnitř
60
3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
Biacutelaacute cukrovina se daacutele zpracovaacutevaacute krystalizaciacute na krystalovyacute cukr kostkovyacute
cukr a cukr moučku Dřiacuteve se vyraacuteběly i cukroveacute homole dnes sloužiacute pouze jako
suvenyacuter
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Kapitola 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru byla po dlouhou dobu tajena Prvniacute technologii zpracoval v roce 1764 francouzskyacute chemik Duhamel de Monceau Prvniacute kostkovyacute cukr u naacutes byl vyroben v Dačiciacutech v roce 1841 Patent ziacuteskal roku 1843 ředitel rafinerie J Ch Rada Češtiacute cukrovarniacuteci se nemaacutelo zasloužili o rozvoj rafinace cukru a kvalita našich cukrovarnickyacutech vyacuterobků byla obecně uznaacutevanou normou
bull vzhledem k vysokeacute ceně třtinoveacuteho cukru se cukrovarniacuteci pokoušeli vyrobit cukr z jinyacutech plodin mimo jineacute i z řepy
bull v roce 1829 byl založen prvniacute průmyslovyacute cukrovar v Kostelniacutem Vydřiacute (okres Jindřichův Hradec)
bull v obdobiacute 1831 ndash 1945 nastal boom v zaklaacutedaacuteniacute cukrovarů u naacutes plně fungovalo přes 150 cukrovarů
bull po roce 1990 fungovalo již pouze 60 cukrovarů po roce 2004 zbylo pouhyacutech 10 cukrovarů 7 fungujiacuteciacutech cukrovarů (2011)
bull Odštěpnyacute zaacutevod Opava - Vaacutevrovice bull Ředitelstviacute a zaacutevod Hrušovany nad Jevišovkou bull Cukrovar Dobrovice bull Cukrovar Českeacute Meziřiacutečiacute bull Cukrovar Vrbaacutetky as bull Cukrovar Prosenice bull Litovelskaacute cukrovarna as
Kapitola 2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru Zařazeniacute cukroveacute řepy do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Rodopsida ndash vyššiacute dvouděložneacute rostliny řaacuted Caryophyllales ndash hvozdiacutekotvareacute čeleď Chenopodiaceae ndash mečiacutekoviteacute rod Beta ndash řepa druh Beta vulgaris ndash řepa obecnaacute Zařazeniacute cukroveacute třtiny do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Liliopsida ndash rostliny jednoděložneacute
61
řaacuted Poales ndash lipnicotvareacute čeleď Poaceae ndash lipnicoviteacute rod Saccharum ndash třtina druh Saccharum officinarum ndash třtina cukrovaacute Podkapitola 3 3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Po prvniacute saturaci je odfiltrovaacuten kal buď na zařiacutezeniacutech zvanyacutech kalolis nebo na jinyacutech typech filtračniacutech zařiacutezeniacute Ve šťaacutevě je obsažen i hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute kteryacute se naacuteslednyacutem vyvařeniacutem rozložiacute na uhličitan kteryacute je možno odfiltrovat Děj je zapsaacuten pomociacute naacutesledujiacuteciacute rovnice Ca(HCO3)2 rarr CaCO3 + H2O + CO2 Pro maximaacutelniacute sniacuteženiacute vaacutepenatyacutech iontů v difuacutezniacute šťaacutevě se provaacutediacute druhaacute saturace oxidem uhličityacutem Neodstraniacute-li se vaacutepenateacute soli dokonale odparka se rychle inkrustuje Vaacutepenateacute soli v cukernyacutech šťaacutevaacutech působiacute obtiacuteže při vařeniacute cukrovin zvyšujiacute množstviacute melasy a tiacutem ztraacutety cukru Druhaacute saturace se provaacutediacute při teplotě 95 ndash 98degC a oxidem uhličityacutem se saturuje až do dosaženiacute pH 9 ndash 95 Při druheacute saturaci vznikaacute hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute ten se odstraňuje vyvařovaacuteniacute na tzv vyvařovaacuteku kde se šťaacuteva zahřiacutevaacute na teplotu 100degC Podkapitola 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
Při zahušťovaacuteniacute ve varostrojiacutech se vytvořiacute směs krystalů a matečneacuteho roztoku (sirobu) tzv I cukrovina Přibližně frac34 cukru vykrystalizuje Zbytek cukru zůstaacutevaacute v roztoku Růst krystalů se kontroluje tzv cukroskopem (bdquolupaldquo) popř se využiacutevaacute automatickeacute kontroly elektrickeacute vodivosti Vodivost roztoku klesaacute s rostouciacute koncentraciacute cukru v roztoku Podkapitola 3 5 Ziacuteskaacutevaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
Ziacuteskaacutevaacuteniacute čisteacute cukroviny je mnohem složitějšiacute proces v textu je popsaacuten pouze jednoduše Ve skutečnosti se proces popsanyacute v textu několikraacutet opakuje Cukrovina se několikraacutet čistiacute svařuje nechaacute se krystalovat a odstřeďuje Podkapitola 3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny ndash Vyacuteroba krystaloveacuteho cukru
Biacutelaacute cukrovina se odstřediacute a ziacuteskanyacute krystalovyacute cukr se smiacutechaacute s nasycenyacutem cukernyacutem roztokem za vzniku tzv uměleacute cukroviny Umělaacute cukrovina se odstřediacute vykryacutevaacute parou nebo vodou a ziacuteskaacute se konečnyacute produkt ndash krystalovyacute cukr Krystalovyacute cukr je třeba vysušit K sušeniacute se využiacutevaacute vzduch ohřaacutetyacute na 70degC nebo tzv fluidniacute metoda Při fluidniacute metodě jsou krystalky na roštu zespod profukovaacuteny proudem vzduchu dojde k odstraněniacute vlhkosti ochlazeniacute krystalků a zaacuteroveň odpraacutešeniacute cukru Vysušenyacute cukr krystal se třiacutediacute na siacutetech dle velikosti zrn plniacute se do jutovyacutech nebo papiacuterovyacutech pytlů
Otaacutezka Jakyacute je rozdiacutel mezi krystalovyacutem cukrem a krupicovyacutem cukrem bdquoCukr krystal - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 04 - 02 mm Cukr krupice - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 016 ndash 08 mm a maximaacutelně 5 krystalů cukru maacute velikost nad 1 mmldquo[2]
Vyacuteroba kostkoveacuteho cukru K vyacuterobě kostek se použiacutevaacute kostkovaacute moučka kteraacute vznikla ze speciaacutelně upraveneacute cukroviny nebo netřiacuteděnyacute krystalovyacute cukr Tento materiaacutel se vlhčiacute vodou a cukernyacutem roztokem lisuje se na tyčinky ktereacute se vysušiacute a rozsekajiacute na kostky Možneacute je přiacutemeacute lisovaacuteniacute do formy kostek Vyraacutebějiacute se kostky různyacutech velikostiacute kvaacutedry i kostky ve tvaru karetniacutech symbolů tzv cukr bridž Vyacuteroba moučkoveacuteho cukru Materiaacutelem pro vyacuterobu moučkoveacuteho cukru je krystalovyacute cukr s malyacutemi zrny nebo zbytky kostkoveacuteho cukru Tento cukr se rozdrtiacute na mlyacutenech Mlyacutenice musiacute byacutet umiacutestěna v samostatneacutem objektu mimo ostatniacute čaacutesti cukrovaru nebo alespoň oddělena železnyacutemi vraty Opatřeniacute jsou nutnaacute z důvodu vzniku vyacutebušneacuteho cukerneacuteho prachu
62
Aby se zabraacutenilo tvrdnutiacute a rozpouštěniacute cukerneacute moučky při skladovaacuteniacute přidaacutevaacute se k cukru modifikovanyacute škrob Zrnka škrobu přiacutepadnou vlhkost pojmou Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute V dřiacutevějšiacutech dobaacutech se cukr pro domaacuteciacute použitiacute vyraacuteběl ve formě homoliacute (obr 9) Dnes je již toto zbožiacute vyraacuteběno pouze jako suvenyacuter pro turisty Liteacute homole se vyraacuteběly tak že se horkaacute cukrovina naleacutevala do forem z oceloveacuteho plechu na špičce opatřenyacutech otvorem Forma s cukrovinou se nasadila na hřebiacutek vyčniacutevajiacuteciacute ze dna voziacuteku na kteryacute se homole sklaacutedaly po ztuhnutiacute cukroviny Po ztuhnutiacute se homoly sejmuly ze hřebiacuteků a vložily do homoloveacute odstředivky ve ktereacute se dokonale očistily Dokonale biacutelaacute homole se pak vyrazila z oceloveacute formy a vysušila v sušaacuterně Vysušeneacute homole se očistily ofreacutezovaly u spodu a zabalily do papiacuteru Lisovaneacute homole se vyraacuteběly lisovaacuteniacutem nepatrně ovlhčeneacute moučky v lisu Pak se homole sušily a upravily jako homole liteacute 5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Pelikaacuten M Hřivna L Humpola J Technologie sacharidů Mendelova
zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně Brno 1999 2 Cukrovary a lihovary TTD [online 2011-04-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovaryttdczcaste-otazkycaste-otazkygt 3 Neiser J Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob Vysokoškolskaacute učebnice pro studenty
pedagogickyacutech a přiacuterodovědeckyacutech fakult studijniacuteho oboru 76-12-8 učitelstviacute všeobecně vzdělaacutevaciacutech předmětů Praha 1988
4 Kraus J Novyacute akademickyacute slovniacutek ciziacutech slov kolektiv autorů pod vedeniacutem Jiřiacuteho Krause Academia Praha 2007
5 Andrliacutek K Petrů F Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob SPN Praha 1965 6 Kopřiva J Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute (1 diacutel) SPN Praha 1979 7 Moravskoslezskeacute cukrovary as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwagranaczgt 8 Cukrovar Vrbaacutetky as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovarvrbatkyczgt 9 Hanaacuteckaacute potravinaacuteřskaacute společnost as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwhpsczgt
Zdroje obraacutezků
bull Obraacutezek 3 Cukrovaacute řepa [online 2011-12-2] Dostupneacute z www ltwwwtvujdumczgt
Obr 9 Cukroveacute homole
63
bull Obraacutezek 4 Cukrovaacute třtina [online 2011-2-5] Dostupneacute z www ltwwwspriincorggt
bull Obraacutezek 6 Vzorec sacharosy [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpwwwnejlevnejsidoplnkycznejlevnejsidoplnky5-Zajimavosti6-Sacharidygt
bull Obraacutezek 7 Řepneacute řiacutezky [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=376gt
bull Obraacutezek 8 Nože řezačky [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 9 Kalolis [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 10 Plachetka se saturačniacutem kalem [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpcswikipediaorgwikiKalolisgt
bull Obraacutezek 11 Systeacutem odparek [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 12 Varostroj [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtm
bull Obraacutezek 13 Odstředivka [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=380gt
bull Obraacutezek 14 Melasa [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwnazelenoczbiozdrava-vyziva-2bily-cukr-trtinovy-cukr-nebo-prirodni-sladidlaaspxgt
bull Obraacutezek 15 Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute [online 2011-4-27] Dostupniacute z www lthttpwwwcukrovaryttdczgt
bull Obraacutezek 16 Cukroveacute homole [online 2011-3-26] Dostupneacute z www lthttpjohnmadjackfullerhomesteadcomSugarloafhtmgt
64
MAKROMOLEKULAacuteRNIacute LAacuteTKY SYNTETICKEacute POLYMERY
Text zpracoval RNDr Josef Husaacuterek PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
11 Zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace polymerů
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů 131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
21 Polymerace
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
22 Polykondenzace
23 Polyadice
3 Užitiacute plastů
31 Recyklace odpadů z plastů
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
65
1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
Přiacuterodniacute materiaacutely jako je napřiacuteklad dřevo bavlna vlna kůže a slonovina
použiacutevali lideacute po tisiacutece let Teprve s rozvojem vědy a s naacutestupem moderniacutech
analytickyacutech metod se začali lideacute zajiacutemat o strukturu těchto materiaacutelů a snažili se tyto
dary přiacuterody nahradit podobnyacutemi materiaacutely ktereacute budou miacutet srovnatelneacute užitneacute
vlastnosti Kolem roku 1907 se podařilo Baekelandovi synteticky vyrobit prvniacute umělyacute polymer
kteryacute byl pojmenovaacuten jako bakelit a kteryacute vzaacutepětiacute nalezl vyacuteznamneacute technickeacute využitiacute v elektrotechnice
jako izolant Po dobu naacutesledujiacuteciacutech desetiletiacute se polymery staly středem zaacutejmu mnoha chemiků kteřiacute
připravili noveacute polymery na zaacutekladě synteacutezy malyacutech organickyacutech molekul
Velmi brzy se poznalo že syntetickeacute polymery svyacutemi vlastnostmi mohou
nahradit nejen přiacuterodniacute polymery ale často i materiaacutely kovoveacute keramiku i sklo
S ohledem na skutečnost že se syntetickeacute polymery vyraacutebějiacute z relativně levnyacutech
a dostupnyacutech surovin a že majiacute vyacutehodneacute chemickeacute fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti
vysokou staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute našly využitiacute zejmeacutena
ve stavebnictviacute v elektrotechnice v automobiloveacutem a textilniacutem průmyslu na vyacuterobu
předmětů běžneacute spotřeby obalů lepidel laků a naacutetěrovyacutech hmot Nutno
poznamenat že zmiacuteněnaacute staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute nutiacute
v současneacute době společnost k zodpovědnějšiacutemu použiacutevaacuteniacute a recyklaci vyacuterobků
ze syntetickyacutech polymerů a takeacute k synteacuteze novyacutech typů materiaacutelů ktereacute se po sveacutem
komerčniacutem využitiacute stanou součaacutestiacute přiacuterodniacuteho cyklu a životniacute prostřediacute zatiacutežiacute jen
minimaacutelně
11 Zaacutekladniacute pojmy
Makromolekuly jsou molekuloveacute systeacutemy složeneacute z velkeacuteho počtu atomů
vaacutezanyacutech chemickyacutemi vazbami do dlouhyacutech řetězců Tyto řetězce tvořiacute pravidelně se
opakujiacuteciacute čaacutesti ktereacute nazyacutevaacuteme stavebniacute neboli monomerniacute jednotky Počet
stavebniacutech jednotek vaacutezanyacutech v makromolekule je zpravidla různyacute a uvaacutediacute se pomociacute
polymeračniacuteho stupně (n) kteryacute může miacutet hodnotu 10 až 106 Sloučeniny s niacutezkyacutem
polymeračniacutem stupněm (nlt10) se nazyacutevajiacute oligomery s vyššiacutem polymeračniacutem
stupněm (ngt10) to jsou polymery
66
12 Klasifikace polymerů
Polymery lze rozdělit podle několika kriteacuteriiacute
Podle sveacuteho původu na
a) přiacuterodniacute polymery ndash vznikajiacute v rostlinaacutech či v živočišnyacutech organismech složityacutemi
biochemickyacutemi procesy (např biacutelkoviny polysacharidy nukleoveacute kyseliny)
b) syntetickeacute polymery ndash vyraacutebějiacute se z jednoduchyacutech organickyacutech sloučenin
reakcemi při nichž se velkyacute počet molekul vyacutechoziacutech laacutetek spojuje
v makromolekulu (např polystyren polyethylen bakelit)
Syntetickeacute polymery rozdělujeme
bull podle typu chemickyacutech reakciacute kteryacutemi vznikajiacute na
a) polymery připraveneacute polymeraciacute
b) polymery připraveneacute polykondenzaciacute
c) polymery připraveneacute polyadiciacute
bull podle tvaru makromolekulaacuterniacuteho řetězce na polymery (Obr 1)
a) lineaacuterniacute b) rozvětveneacute
c) plošně zesiacuteťovaneacute
d) prostorově zesiacuteťovaneacute
bull podle struktury a fyzikaacutelniacutech kriteacuteriiacute na
a) termoplasty ndash zahřiacutevaacuteniacutem měknou staacutevajiacute se plastickyacutemi a mohou se opakovaně
tvarovat (např polyethylen polypropylen)
b) termosety ndash přechodně tvaacuterliveacute zahřiacutevaacuteniacutem se chemicky měniacute a tiacutem ztraacutecejiacute
plastičnost majiacute molekulu trojrozměrně zesiacuteťovanou jsou tvrdeacute netavitelneacute
a nerozpustneacute ve většině rozpouštědel (např bakelit)
c) elastomery ndash pružneacute uacutečinkem vnějšiacute siacutely se deformujiacute a poteacute opět zaujiacutemajiacute
původniacute tvar zahřiacutevaacuteniacutem měknou majiacute dlouheacute a velmi maacutelo propojeneacute řetězce
(např syntetickyacute kaučuk)
67
Obr 1 Znaacutezorněniacute makromolekulaacuterniacuteho řetězce polymeru
a) lineaacuterniacuteho b) rozvětveneacuteho c) plošně zesiacuteťovaneacuteho d) prostorově zesiacuteťovaneacuteho
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
Jak bylo již napsaacuteno v předešleacutem textu syntetickeacute polymery se sklaacutedajiacute
ze strukturně složityacutech makromolekul ktereacute většinou tvořiacute atomy uhliacuteku a vodiacuteku
Ve skeletu makromolekuly mohou byacutet takeacute přiacutetomny i jineacute prvky jako jsou napřiacuteklad
kysliacutek dusiacutek siacutera nebo křemiacutek Přiacutetomnost některeacuteho z těchto prvků může vyacuteznamně
ovlivnit vlastnosti syntetickeacuteho polymeru a jeho naacutesledneacute praktickeacute využitiacute
Pro lepšiacute pochopeniacute již tak složiteacute problematiky si nejprve vysvětliacuteme tři zaacutekladniacute
pojmy jako jsou monomer stavebniacute a strukturniacute jednotka
Monomer ndash vyacutechoziacute laacutetka jejiacutež molekuly se mohou spojovat v makromolekuly
Stavebniacute jednotka (mer monomerniacute jednotka) ndash pravidelně se opakujiacuteciacute čaacutest
makromolekuly kteraacute maacute staacutele stejneacute složeniacute
Strukturniacute jednotka ndash představuje nejjednoduššiacute uspořaacutedaacuteniacute stavebniacutech jednotek
ve struktuře makromolekuly
a) b)
c) d)
68
Některeacute makromolekulaacuterniacute laacutetky majiacute totožnou stavebniacute a strukturniacute jednotku
(např polyethylen Scheacutema 1) Tyto makromolekulaacuterniacute laacutetky nazyacutevaacuteme obecně jako
homopolymery Pokud se však strukturniacute jednotka makromolekulaacuterniacutech laacutetek sklaacutedaacute
z odlišnyacutech stavebniacutech jednotek pak se jednaacute o kopolymery (např butadien-
-styrenovyacute kaučuk Scheacutema 2)
Scheacutema 1
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky homopolymeru (polyethylen)
CH2 CH CH CH2 CHCH2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH n + n
buta-13-dien
monomer
styren
monomer
polymerace
n
stavebniacute jednotka stavebniacute jednotka
strukturniacute jednotkabutadien-styrenoveacuteho kaučuku
kopolymer Scheacutema 2
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky kopolymeru (butadien-styrenovyacute kaučuk) 132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
Vztah mezi chemickyacutem složeniacutem strukturou a vlastnostmi laacutetek platiacute jak
pro maleacute organickeacute molekuly tak i pro makromolekulaacuterniacute sloučeniny Jedniacutem
z činitelů ovlivňujiacuteciacutech vlastnosti polymerů je velikost makromolekul Polymery
ktereacute tvořiacute maleacute makromolekuly majiacute nižšiacute polymeračniacute stupeň (n) kratšiacute řetězec
a tiacutem i nižšiacute relativniacute molekulovou hmotnost Při běžneacute teplotě jsou kapalneacute lepkaveacute
rozpustneacute v organickyacutech rozpouštědlech Naopak čiacutem je řetězec delšiacute tiacutem maacute
polymer vyššiacute relativniacute molekulovou hmotnost je pevnějšiacute a leacutepe odolaacutevaacute
rozpouštědlům
CH2 CH2 CH2 CH2
polymeracen n
ethylen
monomer
stavebniacute i strukturniacutejednotka polyethylenu
homopolymer
69
Polymery obecně nejsou chemickaacute individua ale jsou to směsi obsahujiacuteciacute
makromolekuly různyacutech velikostiacute Tato vlastnost vede k pojmu bdquoprůměrnaacute relativniacute
molekulovaacute hmotnostldquo a v zaacutesadě vyjadřuje kvantitativně stupeň polymerace
Mnohem leacutepe tuto skutečnost popisuje tzv distribučniacute křivka kteraacute graficky
vyjadřuje distribuci (rozděleniacute) četnosti molekul s určitou konkreacutetniacute relativniacute
molekulovou hmotnostiacute v daneacute směsi Grafickeacute vyjaacutedřeniacute je na Obr 2
Obr 2 Distribučniacute křivka (převzato z [8])
1 - uacutezkaacute 2 - širokaacute distribučniacute křivka - průměrnaacute relativniacute molekulovaacute hmotnost
V praxi se snažiacuteme o přiacutepravu polymerů s uacutezkou distribučniacute křivkou protože takoveacute
polymery majiacute obvykle lepšiacute užitneacute vlastnosti
Tvar makromolekul určuje rozpustnost v polaacuterniacutech nebo nepolaacuterniacutech
rozpouštědlech a chovaacuteniacute polymeru za zvyacutešeneacute teploty Lineaacuterniacute polymery jsou
při vyššiacute teplotě měkkeacute a rozpustneacute ve většině organickyacutech rozpouštědel
Rozvětveneacute a prostorově zesiacuteťovaneacute polymery se zahřiacutevaacuteniacutem chemicky měniacute
ztraacutecejiacute plastičnost a majiacute omezenou rozpustnost Energie chemickeacute vazby mezi atomy prvků v řetězci patřiacute mezi dalšiacute
vyacuteznamneacute činitele ktereacute určujiacute vlastnosti a použitelnost polymerů Pokud jsou vazby
mezi atomy v řetězci makromolekuly pevneacute energie těchto chemickyacutech vazeb bude
vysokaacute a polymer bude stabilniacute Přiacutekladem mohou byacutet silikony u kteryacutech se
pravidelně střiacutedajiacute v řetězci atomy křemiacuteku a kysliacuteku (Obr 3 energie vazby SindashO je
4441 kJmol) V důsledku vysokeacute energie vazby SindashO budou staacutelejšiacute na rozdiacutel od
70
polymerů složenyacutech jen z atomů uhliacuteku u kteryacutech energie chemickeacute vazby dosahuje
mnohem nižšiacute hodnoty (energie vazby CndashC je 3478 kJmol) Silikony majiacute dobreacute
elektroizolačniacute vlastnosti odolaacutevajiacute extreacutemně vysokyacutem i niacutezkyacutem teplotaacutem a takeacute jsou
vodou nesmaacutečiveacute Těchto vlastnostiacute se využiacutevaacute k vyacuterobě mazaciacutech olejů vazeliacuten
past pro uacutedržbu strojů nebo takeacute k vyacuterobě impregnačniacutech či leštiacuteciacutech přiacutepravků pro
uacutepravu povrchu obuvi sportovniacuteho oblečeniacute karoseacuterie aut apod
Obr 3 Strukturniacute jednotka silikonů
(R = organickyacute uhlovodiacutekovyacute zbytek např ndashCH3 ndashC2H5)
Mezi řetězci makromolekul mohou rovněž působit mezimolekulaacuterniacute siacutely
Přiacutekladem jsou vodiacutekoveacute můstky prostřednictviacutem kteryacutech se zvyšuje soudružnost
polymeru pevnost teplota taacuteniacute nebo odolnost proti rozpouštědlům Vodiacutekoveacute můstky
se nachaacutezejiacute napřiacuteklad u polyamidů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
Chemickeacute reakce kteryacutemi vznikajiacute syntetickeacute polymery se nazyacutevajiacute polyreakce
Podle průběhu se dajiacute dělit na řetězoveacute při kteryacutech dochaacuteziacute k postupneacutemu spojovaacuteniacute
molekul monomerů v dlouheacute řetězce a na stupňoviteacute u kteryacutech se monomery
nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky a ty se pak vzaacutejemně spojujiacute ve velkeacute
makromolekuly V praxi se polyreakce děliacute na polymerace polykondenzace
a polyadice
21 Polymerace
Polymerace je chemickaacute reakce při niacutež se velkyacute počet molekul monomeru
spojuje v makromolekulu syntetickeacuteho polymeru přičemž nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute
produkt Pokud se polyreakce zuacutečastňuje pouze jeden typ monomeru pak hovořiacuteme
o homopolymeraci Naopak kopolymeraciacute se rozumiacute takoveacute polymerace
O Si O Si O
R R
R Rn
71
CH2 CH2 CH2 CH2 n n
při kteryacutech reagujiacute dva a viacutece různyacutech monomerů V obou přiacutepadech je nutneacute
aby vyacutechoziacute laacutetky (monomery) měly přiacutetomnu alespoň jednu dvojnou vazbu
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
Polyethylen
bull zkratka PE
bull Piktogram (bdquorecyklovatelnyacute materiaacutelldquo)
HDPE LDPE
(vysokohustotniacute PE) (niacutezkohustotniacute PE)
(high density PE) (low density PE)
bull vlastnosti biacutelaacute poloprůsvitnaacute na dotek matnaacute pružnaacute a houževnataacute laacutetka
maacute vynikajiacuteciacute elektroizolačniacute vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute
tvarovat na požadovaneacute vyacuterobky
bull použitiacute obaly na potraviny foacutelie naacutedobiacute hračky lahve na chemikaacutelie hadice
izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute na vyacuterobu umělyacutech ceacutev aj
bull monomer ethen (ethylen)
Scheacutema 3 Polymerace ethenu
Polypropylen
bull zkratka PP
bull piktogram
bull vlastnosti podobneacute jako u PE je však pevnějšiacute odolnyacute teplotaacutem do 160 degC
bull použitiacute obalovyacute materiaacutel naacutedobiacute izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute
na vyacuterobu injekčniacutech střiacutekaček a předmětů ktereacute se dajiacute při teplotaacutech nad 60 degC
sterilizovat (zbavovat choroboplodnyacutech zaacuterodků) na vyacuterobu vlaacuteken do provazů
a lan aj
bull monomer propen (propylen)
72
Scheacutema 4
Polymerace propenu Poly(vinylchlorid)
bull zkratka PVC
bull piktogram PVC
bull vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute dobře tepelně tvarovat (měkne při
80degC) odolnyacute vůči kyselinaacutem i hydroxidům
bull použitiacute neměkčenyacute PVC (tzv Novodur) se použiacutevaacute na vyacuterobu vodovodniacutech
trubek tyčiacute či desek měkčenyacute PVC (tzv Novoplast) na vyacuterobu igelitu foacuteliiacute plaacutešťů
do deště hraček filmů ubrusů lahviacute umělyacutech kožešin aj
bull monomer vinylchlorid
Scheacutema 5
Polymerace vinylchloridu
Polystyren
bull zkratka PS
bull piktogram
bull vlastnosti tvrdyacute pevnyacute ale křehkyacute odolaacutevaacute kyselinaacutem a zaacutesadaacutem termoplast
rozpustnyacute v organickyacutech rozpouštědlech (aldehydy ketony benziacuten) zvukovyacute
a niacutezkoteplotniacute izolaacutetor
HC CH2 CH CH2
CH3CH3
n n
HC CH2 CH CH2
Cl Cl
n n
73
bull použitiacute na vyacuterobu spotřebniacuteho zbožiacute obalů hřebenů misek lžiček keliacutemků
od jogurtů pěnovyacute PS jako tepelnyacute popř izolačniacute materiaacutel ve stavebnictviacute
a chladiacuterenstviacute aj
bull monomer styren (vinylbenzen)
Scheacutema 6
Polymerace styrenu Poly(tetrafluoretylen)
bull zkratka PTFE
bull obchodniacute naacutezev Teflon
bull vlastnosti nehořlavyacute nejedovatyacute termoplast chemicky velmi odolnyacute (odolaacutevaacute
i horkeacute lučavce kraacutelovskeacute)
bull použitiacute speciaacutelniacute laboratorniacute technika kostniacute naacutehrady v chirurgii kuchyňskeacute
naacutedobiacute aj
bull monomer tetrafluorethen (tetrafluorethylen)
Scheacutema 7
Polymerace tetrafluorethenu Polybutadienovyacute kaučuk
bull zkratka BR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Buna
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik
HC CH2 CH CH2 n n
F2C CF2 CF2 CF2 n n
74
bull monomer buta-13-dien
bull patřiacute do skupiny syntetickyacutech kaučuků vyraacutebiacute se polymeraciacute konjugovanyacutech
dienů u kteryacutech se v molekule pravidelně střiacutedaacute jednoduchaacute a dvojnaacute vazba
bull syntetickeacute kaučuky jsou zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu pryžiacute nespraacutevně
označovanyacutech jako guma pryž vznikaacute z kaučuku vulkanizaciacute což je děj
při ktereacutem za tepla a v přiacutetomnosti vulkanizačniacuteho činidla (siacutera sirneacute sloučeniny)
dojde ke vzniku polysulfidickyacutech můstků mezi makromolekulami kaučuku
a k tvorbě řiacutedkeacute trojrozměrneacute polymeračniacute siacutetě čiacutem deacutele vulkanizace probiacutehaacute
tiacutem viacutece můstků vznikaacute vyacuteslednaacute pryž je tvrdšiacute a odolnějšiacute proti staacuternutiacute vlivem
vzdušneacute oxidace viz Obr 4
Scheacutema 8
Polymerace buta-13-dienu
Obr 4 Zesiacuteťovanaacute struktura vulkanizovaneacuteho kaučuku (x = 2-6)
bull přiacuterodniacute pryž se vyraacutebiacute vulkanizaciacute krepy kteraacute vznikaacute opakovanyacutem sušeniacutem
a vodniacutem louženiacutem sraženiny z latexoveacuteho mleacuteka a kyseliny mravenčiacute zdrojem
latexoveacuteho mleacuteka je tropickyacute strom Kaučukovniacutek brazilskyacute (Obr 5)
bull po chemickeacute straacutence odpoviacutedaacute přiacuterodniacute kaučuk z kaučukovniacuteku polyisoprenu
v cis-konfiguraci (Obr 6)
CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2nn
CH CH2
S
S
CH2 CH
CH CH2
S
CH2 CH
x
x
x
75
CH2
C C
H3C H
H2C
n
CH2
C C
H3C
HH2C
n
bull Gutaperča je rovněž přiacuterodniacute materiaacutel pochaacutezejiacuteciacute ze stromu Palaquium gutta
chemicky se jednaacute o praktickyacute čistyacute trans-izomer polyisoprenu (Obr 7) kteryacute maacute
mnohem menšiacute pružnost než kaučuk
Obr 5 Odkapaacutevajiacuteciacute latexoveacute mleacuteko z dřeviny kaučukovniacuteku (převzato z [13])
Obr 6 Strukturniacute jednotka přiacuterodniacuteho kaučuku (cis-izomer)
Obr 7 Strukturniacute jednotka gutaperči (trans-izomer)
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
Polymerace ktereacute se uacutečastniacute dva nebo viacutece různyacutech monomerů s naacutesobnou
vazbou označujeme jako kopolymerace Mezi polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
bychom mohli zařadit velkou skupinu laacutetek u kteryacutech vyacuteslednyacute makromolekulaacuterniacute
řetězec obsahuje stavebniacute jednotky obou monomerů v různeacutem pořadiacute nebo poměru
76
Dajiacute se tak vyrobit různeacute syntetickeacute kaučuky (butadien-styrenovyacute kaučuk butadien-
-akrylonitrilovyacute kaučuk aj) s vhodnyacutemi mechanickyacutemi vlastnostmi jako jsou např
pevnost a pružnost
Butadien-styrenovyacute kaučuk
bull zkratka SBR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Kralex Buna S
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik latexů (naacutetěroveacute a spojovaciacute hmoty)
bull monomery buta-13-dien styren (viz Scheacutema 2)
22 Polykondenzace
Polykondenzace je polyreakce při ktereacute dochaacuteziacute k reakci molekul dvou různyacutech
monomerů z nichž každyacute obsahuje nejmeacuteně dvě reaktivniacute funkčniacute skupiny
(např ndashOH) Na rozdiacutel od polymerace maacute stupňovityacute průběh při ktereacutem se
monomery nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky ktereacute se pak vzaacutejemně spojujiacute
v obrovskeacute makromolekuly Ve vyacuterobniacute praxi to představuje značnou vyacutehodu neboť
tak můžeme z reakčniacute směsi kdykoliv izolovat makromolekuly s různou deacutelkou
řetězce a tiacutem i s různyacutemi fyzikaacutelniacutemi vlastnostmi Stupňoviteacute polykondenzačniacute reakce
se od řetězovyacutech polymeračniacutech reakciacute lišiacute i z termodynamickeacuteho hlediska jsou to
obvykle endotermickeacute děje u kteryacutech musiacuteme do reakčniacute soustavy dodaacutevat teplo
Na rozdiacutel od polymerace vznikaacute při polykondenzaci vždy vedlejšiacute produkt jako je
nejčastěji voda amoniak nebo chlorovodiacutek
Mezi polymery vznikajiacuteciacute polykondenzaciacute patřiacute napřiacuteklad polyestery polyamidy
fenolformaldehydoveacute a močovinoformaldehydoveacute pryskyřice
Polyestery se vyraacutebějiacute z dvojsytnyacutech alkoholů a dikarboxylovyacutech kyselin
Použiacutevajiacute se k vyacuterobě textilniacutech materiaacutelů (např tesil terylen) nejčastěji ve směsi
s přiacuterodniacutemi vlaacutekny (vlna bavlna) Tyto materiaacutely jsou pevneacute pružneacute nemačkaveacute
rychle schnouciacute a odolneacute vůči molům i pliacutesniacutem Nevyacutehodou je jejich hořlavost
schopnost nabiacutejet se statickou elektřinou a malaacute schopnost pohlcovat pot
77
Z polyesterů se rovněž zhotovujiacute lana fotografickeacute filmy nebo plastoveacute lahve (PET
Scheacutema 9) Vyacuteznamneacute jsou i polyesteroveacute sklolaminaacutety (polyesteroveacute pryskyřice
vyztuženeacute skelnyacutemi vlaacutekny) neboť majiacute velkou pevnost dobreacute elektroizolačniacute
vlastnosti a odolaacutevajiacute chemikaacuteliiacutem Použiacutevajiacute se k vyacuterobě automobilovyacutech karoseacuteriiacute
letadel střešniacutech krytin potrubiacute v chemickyacutech provozech aj
CH2 CH2 OHHO COOHHOOC
O CH2 CH2 O OC CO
n + n
ethan-12-diol tereftalovaacute kyselina
polykondenzace
poly(ethylen-tereftalaacutet)PET
polyesterifikace
polykondenzace
polyesterifikaceH2O +
n
(2n-1)
Scheacutema 9
Polykondenzace ethan-12-diolu a tereftaloveacute kyseliny Polyamidy jsou dalšiacute vyacuteznamneacute polykondenzaacutety Připravujiacute se polykondenzaciacute
diaminů s dikarboxylovyacutemi kyselinami (např polykondenzaacutet Nylon) nebo polymeraciacute
cyklickyacutech amidů (např polykondenzaacutet Silon na jeho přiacutepravě se podiacutelel slavnyacute
českyacute chemik Otto Wichterle kteryacute je viacutece znaacutem v souvislosti s objevem měkkyacutech
kontaktniacutech očniacutech čoček) Molekuly polyamidů obsahujiacute peptidickou vazbu (Obr 8)
kteraacute se v řetězciacutech pravidelně opakuje tudiacutež můžeme tyto laacutetky považovat za
syntetickou obdobu biacutelkovin
Obr 8 Peptidickaacute vazba
C
O
NH
78
Materiaacutely z polyamidů jsou velmi pevneacute tvrdeacute a maacutelo se opotřebovaacutevajiacute Pro tyto
vlastnosti se použiacutevajiacute k vyacuterobě ozubenyacutech kol a ložisek daacutele k vyacuterobě textilniacutech
vlaacuteken užitkovyacutech předmětů foacuteliiacute aj
Fenolformaldehydoveacute pryskyřice (fenoplasty) jsou ze všech plastů nejdeacutele
znaacutemeacute V roce 1907 připravil L H Baekeland prvniacute fenoplast kondenzaciacute fenolu
s formaldehydem Uvedenaacute polykondenzace může probiacutehat v kyseleacutem i zaacutesaditeacutem
prostřediacute V přiacutepadě kyseleacuteho prostřediacute vznikaacute lineaacuterniacute polykondenzaacutet kteryacute se
nazyacutevaacute Novolak (Scheacutema 10) Je to termoplast kteryacute je rozpustnyacute v řadě
organickyacutech rozpouštědel a použiacutevaacute se k vyacuterobě naacutetěrovyacutech hmot a lepidel
Uskutečniacute-li se kondenzace v zaacutesaditeacutem prostřediacute bude konečnyacutem produktem
nerozpustnaacute a netavitelnaacute pryskyřice znaacutemaacute pod obchodniacutem naacutezvem Bakelit (maacute již
hustě zesiacuteťovanou strukturu) Použiacutevaacute se na vyacuterobu spotřebniacuteho materiaacutelu
a předevšiacutem v elektrotechnice
OH
C
O
H HOH
CH2n
fenol
polykondenzace
H+n H2O +
n
+ n
formaldehyd novolak
Scheacutema 10
Polykondenzace fenolu a formaldehydu
Močovinoformaldehydoveacute pryskyřice (aminoplasty) vznikajiacute polykondenzaciacute
močoviny nebo jejiacutech derivaacutetů s formaldehydem Jsou to bezbarveacute laacutetky ktereacute se dajiacute
libovolně barvit a proto se hojně využiacutevajiacute k vyacuterobě spotřebniacuteho zbožiacute naacutetěrovyacutech
laacutetek tmelů lepidel elektrotechnickyacutech vyacuterobků k obklaacutedaacuteniacute naacutebytku aj V praxi jsou
znaacutemy např pod naacutezvem Umakart (horniacute vrstva)
79
C
O
C
O
H HH2N NH2
C
O
H2N NH2H N CH2
OC
H N CH2
N H
OC
N H
n +polykondenzace
H2O ++
formaldehydmočovinoformaldehydovaacute pryskyřice
močovina n
2 n 2 n
Scheacutema 11
Polykondenzace močoviny a formaldehydu
23 Polyadice
Polyadice je polyreakciacute molekul dvou různyacutech monomerů ktereacute obsahujiacute
odlišnou reaktivniacute funkčniacute skupinu Jeden z monomerů musiacute obsahovat takovou
funkčniacute skupinu kteraacute obsahuje slabě kyselyacute vodiacutek (např ndashOH) kteryacute může
naacutesledně uvolnit Tento vodiacutek se přesune na druhyacute monomer což umožniacute spojeniacute
obou monomerů v jeden celek Polyadice mohou miacutet řetězovyacute i stupňovityacute průběh
při ktereacutem nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute produkt Polyadici si ukaacutežeme na synteacuteze
polyurethanu (Scheacutema 12) Polyurethany jsou materiaacutely lehkeacute a pevneacute použiacutevajiacuteciacute se
k vyacuterobě syntetickyacutech vlaacuteken molitanu naacutehražek kůžiacute a lepidel
Scheacutema 12
Polyadice butan-14-diolu a hexamethylendiisokyanaacutetu
OHO
O O CO CO
(CH2)4 O C N (CH2)6 N C O
(CH2)4 NH (CH2)6 NH
n + n
butan-14-diol hexamethylendiisokyanaacutet
polyadice
polyurethanPUR
n
H
polyadice
80
3 Užitiacute plastů Plasty představujiacute početnou a staacutele se rozšiřujiacuteciacute skupinu materiaacutelů jejichž
podstatu tvořiacute syntetickeacute polymery V zaacutejmu zlepšeniacute některyacutech vlastnostiacute plastů se
k zaacutekladniacutem syntetickyacutem polymerům přidaacutevajiacute různeacute přiacutesady jako jsou pigmenty
(obarvujiacute plasty) stabilizaacutetory (zvyšujiacute životnost plastů) nebo změkčovadla (zlepšujiacute
mechanickeacute vlastnosti plastů)
Jednou z oblastiacute kde plasty zaujiacutemajiacute teacuteměř monopolniacute postaveniacute a doprovaacuteziacute
denně život každeacuteho z naacutes je obalovaacute technika Tyto obaly z plastů postupně
vytlačily klasickeacute materiaacutely jako jsou napřiacuteklad sklo nebo papiacuter Největšiacute uplatněniacute
v tomto smyslu našly polyethylen (PE) polypropylen (PP) polystyren (PS)
poly(ethylen-tereftalaacutet) (PET) a poly(vinylchlorid) (PVC) diacuteky svyacutem zejmeacutena
mechanickyacutem vlastnostem nebo odolnosti k vodě či mikroorganismům Nutno
poznamenat že vyacuterobky z těchto polymerů majiacute tzv kraacutetkyacute životniacute cyklus a staacutevajiacute se
nevyacutehodneacute v okamžiku kdy dosloužiacute Proto jsme staacutele naleacutehavěji nabaacutedaacuteni
k důsledneacutemu třiacuteděniacute odpadů mezi ktereacute vyacuterobky z plastů neodmyslitelně patřiacute
31 Recyklace odpadů z plastů
Recyklaciacute se v tomto slova smyslu rozumiacute vraacuteceniacute plastoveacuteho odpadu
do procesu ve ktereacutem vznikl Lze ji považovat za strategii kteraacute opětovnyacutem
využiacutevaacuteniacutem odpadů šetřiacute přiacuterodniacute zdroje a současně omezuje zatěžovaacuteniacute prostřediacute
škodlivinami Recyklace polymerniacuteho odpadu je dosud v Českeacute republice jen
na niacutezkeacute uacuterovni Uvaacutediacute se že se v současneacute době recykluje něco maacutelo přes 20
vyrobenyacutech plastů Většina polymerniacuteho odpadu tak končiacute na sklaacutedkaacutech kde může
přežiacutevat desetiletiacute bez podstatnyacutech změn Proti teacuteto nelichotiveacute statistice bojujiacute nejen
ekologickaacute hnutiacute ale i uacuteřady ktereacute majiacute danou problematiku v naacuteplni praacutece Pro tyto
uacutečely byla vyrobena řada televizniacutech upoutaacutevek informativniacutech letaacuteků nebo
uspořaacutedaacuteny různeacute soutěže pro žaacuteky a studenty škol ktereacute majiacute oslovit a předevšiacutem
naučit společnost jak naklaacutedat nejen s polymerniacutemi odpady
81
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
Plastoveacute odpady patřiacute do kontejneru žluteacute barvy (Obr 9) Pojmem bdquoplastoveacute
odpadyldquo v tomto přiacutepadě mysliacuteme PET lahve od naacutepojů keliacutemky plastoveacute tašky
saacutečky foacutelie obaly od praciacutech čisticiacutech a kosmetickyacutech přiacutepravků obaly od CD disků
pěnovyacute polystyren a dalšiacute vyacuterobky z plastů (je třeba sledovat naacutelepky na žlutyacutech
kontejnerech neboť zaacuteležiacute na podmiacutenkaacutech a technickeacutem vybaveniacute třiacutediciacutech linek
ve vašem městě) PET lahve se do kontejneru daacutevajiacute sešlaacutepnuteacute s utaacutehnutyacutem viacutečkem
a etiketou (ta bude odstraněna při dotřiacuteďovaacuteniacute) Plastoveacute lahve nesmiacute byacutet v žaacutedneacutem
přiacutepadě znečištěneacute Pokud chceme vytřiacutedit keliacutemky od potravin (např od jogurtů)
nemusiacuteme je vymyacutevat stačiacute jen jejich obsah vyškraacutebnout lžičkou (keliacutemky jsou
vymyacutevaacuteny až při naacutesledneacutem dotřiacuteďovaacuteniacute)
Do kontejnerů na plasty nepatřiacute novoduroveacute trubky guma molitan textil
z umělyacutech vlaacuteken linolea pneumatiky a obaly od nebezpečnyacutech laacutetek
(od motoroveacuteho oleje chemikaacuteliiacute barev)
Průměrnaacute českaacute domaacutecnost vyhodiacute za rok asi 150-200 kg odpadů Pokud
odpady třiacutediacuteme a daacutevaacuteme je do barevnyacutech kontejnerů (žlutyacute kontejner na plasty biacutelyacute
a zelenyacute na sklo modryacute na papiacuter oranžovyacute na naacutepojoveacute kartony) umožniacuteme tak
recyklaci viacutece než třetiny tohoto množstviacute Za rok tak lze vytřiacutedit až 30 kg papiacuteru
25 kg plastů a 15 kg skla
Obr 9 Kontejner na plasty (převzato z [14])
Recyklovaneacute plasty sloužiacute k vyacuterobě napřiacuteklad izolačniacutech tvaacuternic řady stavebniacutech
a zahradniacutech prvků (ploty zatravňovaciacute dlažba protihlukoveacute zaacutebrany či zahradniacute
komposteacutery) fleesovyacutech oděvů z PET (sportovniacute dresy naacutekupniacute tašky aj) pytlů
koberců a spousty dalšiacutech vyacuterobků (Obr 10)
82
a) fleesovyacute oděv b) taška c) sportovniacute dres
Obr 10 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů (a-c převzato z [1415])
Nadějiacute do budoucna jsou tzv biodegradovatelneacute (biologicky rozložitelneacute)
polymery Tyto materiaacutely se mohou ve vhodneacutem prostřediacute vlivem mikroorganismů
rozložit až na vodu a oxid uhličityacute popřiacutepadě na jineacute ekologicky přijatelneacute produkty
V současneacute době se vyraacutebiacute několik syntetickyacutech polymerů ktereacute splňujiacute kriteacuteria
biodegradovatelnosti K nejvyacuteznamnějšiacutem patřiacute kyselina polymleacutečnaacute (PLA) využiacutevanaacute
na vyacuterobu leacutekařskyacutech nitiacute ktereacute se v organismu pacienta samy časem rozložiacute
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Problematika makromolekulaacuterniacutech laacutetek a předevšiacutem syntetickyacutech polymerů nepatřiacute u studentů
gymnaacuteziiacute mezi přiacuteliš obliacutebeneacute pasaacuteže ve vyacuteuce chemie Pro tyto uacutečely vznikl tento text kteryacute maacute
shrnout nejzaacutekladnějšiacute poznatky z teacuteto problematiky a takeacute posloužit jako doprovodnyacute text k tematicky
vytvořeneacute powerpointoveacute prezentaci
Nutno poznamenat že oba dokumenty nemajiacute za uacutekol omezit tvůrčiacute přiacutestup učitele chemie
ve vyacutekladu zpracovaneacute laacutetky naopak je viacutetaacutena jakaacutekoliv improvizace v metodickeacutem či jejiacutem
obsahoveacutem pojetiacute Předevšiacutem by se měl učitel chemie opřiacutet o již zavedeneacute kurikulum ve vzdělaacutevaciacute
oblasti Člověk a přiacuteroda a přizpůsobit vyacuteuku konkreacutetniacutemu učebniacutemu plaacutenu chemie a takeacute ŠVP
gymnaacutezia
Vzhledem k tomu že teacutema plastů je nediacutelnou součaacutestiacute environmentaacutelniacute vyacutechovy
kteraacute se v raacutemci RVP pro gymnaacutezia stala vyacuteznamnyacutem průřezovyacutem teacutematem doporučuje se
vysvětlovat laacutetku v kontextu přiacuterodovědnyacutech i společenskovědniacutech oborů Je tudiacutež žaacutedouciacute aby
studentům nebyly poskytnuty pouze odborneacute informace o chemii plastů ale takeacute fakta souvisejiacuteciacute
s problematikou odpadů jejich třiacuteděniacutem a s opakovanyacutem využitiacutem recyklovatelnyacutech plastů Z tohoto
důvodu se doporučuje využiacutet formy projektoveacute vyacuteuky Projekt může byacutet realizovaacuten v raacutemci jedneacute třiacutedy
83
nebo viacutece třiacuted gymnaacutezia Teacutematem projektu může byacutet napřiacuteklad historie plastů plasty v životě
moderniacuteho člověka bdquoWichterleholdquo kontaktniacute čočky vliv plastů na životniacute prostřediacute plasty jako
konstrukčniacute materiaacutel aneb vyacuterobky z plastoveacuteho odpadu spraacutevneacute třiacuteděniacute odpadů jak se obejiacutet bez
obalů aj Uacutekolem projektu je vytvořeniacute posteru či prezentace kteraacute je společnyacutem diacutelem každeacute
řešitelskeacute skupiny Uacutespěšnaacute realizace takoveacuteho projektu zaacutevisiacute na kreativitě naacutepadech aktivniacute
spolupraacuteci studentů chuti pracovat a spolupodiacutelet se na teacutematu nejen ve vyučovaacuteniacute ale i formou
domaacuteciacute praacutece Rovněž je zapotřebiacute využitiacute školniacute knihovny a internetu učebny popřiacutepadě laboratoře
chemie a takeacute spolupraacutece s vedeniacutem školy i s učiteli fyziky biologie (ekologie) vyacutetvarneacute vyacutechovy aj
Poznaacutemka autora textu k naacutezvům polymerniacutech laacutetek bdquoMezinaacuterodniacute unie pro čistou a aplikovanou
chemii IUPAC nevydaacutevaacute přiacutekazy ani jinaacute praacutevně zaacutevaznaacute nařiacutezeniacute ale jen doporučeniacute jak tvořit
systematickeacute naacutezvy laacutetek včetně polymerů Chemickaacute veřejnost se může rozhodnout zda se bude či
nebude těmito doporučeniacutemi řiacutedit Nomenklaturniacute doporučeniacute IUPAC pro oblast polymerů respektujiacute
skutečnost že polymery jsou běžně pojmenovaacutevaacuteny jednak na zaacutekladě monomerů
ze kteryacutech jsou připravovaacuteny a jednak na zaacutekladě konstitučniacutech skupin obsaženyacutech v jejich
makromolekulaacutech V mnoha přiacutepadech jsou naacutezvy bez kulatyacutech zaacutevorek nepřiacutepustneacute Kulateacute zaacutevorky
se použiacutevajiacute v naacutezvech předevšiacutem k odděleniacute čaacutesti naacutezvu se specifickyacutemi strukturniacutemi znaky aby se
struktura vyjaacutedřila co nejsrozumitelněji Doporučuji čtenaacuteřům tohoto textu prostudovat publikaci autorů
Fikr J a Kahovec J (ref 11) ve ktereacute je stručně a přehledně vysvětleno tvořeniacute naacutezvů organickyacutech
sloučenin i polymerůldquo
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Prokopovaacute I Makromolekulaacuterniacute chemie VŠCHT Praha 2007
2 Duchaacuteček V Prokopovaacute I Dobiaacuteš J Bicheze 15 21 (2006)
3 Duchaacuteček V Bicheze 14 22 (2005)
4 Duchaacuteček V Bicheze 13 232 (2004)
5 Deviacutensky F a kol Organickaacute cheacutemia pre farmaceutov OSVETA Martin 2001
6 Blažek J Fabini J Chemie pro studijniacute obory SOŠ a SOU nechemickeacuteho
zaměřeniacute SPN Praha 1999
7 Duchaacuteček V Zaacutekladniacute pojmy z chemie a technologie polymerů jejich
mezinaacuterodniacute zkratky a obchodniacute naacutezvy VŠCHT Praha 1996
8 Naacutelepa K Stručneacute zaacuteklady chemie a fyziky polymerů UP Olomouc 1993
9 Vaciacutek J a kol Přehled středoškolskeacute chemie SPN Praha 1993
10 Čaacutersky J a kol Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute SPN Praha 1986
11 Fikr J Kahovec J Naacutezvosloviacute organickeacute chemie (3 vyd) Rubico Olomouc
2008
84
Internetoveacute odkazy 12 Šulcovaacute R Přiacuterodovědneacute projekty [online 2011-04-15] Dostupneacute z www
lthttprenasulcovaswebczprirodovedne_projektyPrirodovedne_projektypdfgt
13 Surovyacute kaučuk odkapaacutevajiacuteciacute z kaučukovniacuteku [online 2011-04-11]
Dostupneacute z www
lthttpuploadwikimediaorgwikipediacommonsthumbbb3Latex_drippingJPG
220px-Latex_drippingJPGgt
14 Kontejner na plasty Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08]
Dostupneacute z www lthttpwwwjaktriditczgt
15 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08] Dostupneacute z www
lthttpimgaktualnecentrumcz320303203037-dres-z-pet-lahvijpggt
16 Vohliacutedal J Proč a jak spraacutevně nazyacutevat polymery [online 2012-10-28]
Dostupneacute z www lthttpwwwnaturcunicz~vohlidalmchNazvypolymerudocgt
85
VYacuteBUŠNINY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc Osnova 1 Uacutevod do problematiky vyacutebušnin
11 Historie zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace vyacutebušnin
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin
21 Nitrace
22 Trhaviny
23 Střeliviny
24 Třaskaviny
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Uacutevod 11 Historie zaacutekladniacute pojmy
Vyacutebušniny definujeme obecně jako laacutetky ktereacute jsou schopny velmi rychleacute
(explozivniacute) přeměny během zlomku sekundy Při vyacutebuchu probiacutehaacute chemickaacute reakce
(rozklad laacutetky) a uvolňuje se přitom zpravidla velkeacute množstviacute tepla a různyacutech plynů
(např N2 CO CO2 H2O O2 HCl SO2 aj)
Z historie je znaacutemo že až do konce 80 let 19 stol byl jedinou vyacuteznamnou
vyacutebušninou tzv černyacute střelnyacute prach Jde o jemnou směs draselneacuteho ledku siacutery a
dřevneacuteho uhliacute při explozi probiacutehaacute reakce (zjednodušeno)
2 KNO3 + S + 3 C rarr K2S + N2 + 3 CO2
Vyacuteznamnyacutem mezniacutekem pro vyacuterobu vyacutebušnin byl objev nitračniacutech reakciacute
nitrosloučeniny však byly vesměs velmi nestabilniacute a jejich vyacuteroba i distribuce velmi
problematickaacute (např nitroglycerin snadno nečekaně exploduje i naacuterazem)
Převratnyacutem rokem ve vyacuterobě vyacutebušnin ve velkeacutem byl až r 1869 kdy šveacutedskyacute chemik
Alfreacuted Nobel (zakladatel znaacutemeacute Nobelovy nadace) vyřešil probleacutem stabilizace
nitroglycerinu jeho nasaacuteknutiacutem do vhodneacuteho nosiče (křemelina) Takto upravenyacute
nitroglycerin pak exploduje až po vhodneacute iniciaci např roznětkou Ohromnyacute rozvoj
průmyslu vyacutebušnin nastal v obdobiacute prvniacute a zejmeacutena pak druheacute světoveacute vaacutelky
Každaacute vyacutebušnina je charakterizovaacutena řadou fyzikaacutelně-chemickyacutech parametrů
Mezi nejdůležitějšiacute patřiacute
a) Detonačniacute rychlost v - u běžně použiacutevanyacutech laacutetek ve vojenstviacute byacutevaacute v rozmeziacute
6000ndash8000 ms u průmyslovyacutech trhavin do 5000 ms
b) Uvolněnaacute energie při vyacutebuchu Q ndash s hodnotami dnes většinou nad 900 kcalkg
Např pro vyacuteše uvedenyacute černyacute střelnyacute prach jsou tyto hodnoty v = 400 ms Q = 600-800kcalkg
Mezi zaacutekladniacute požadavky na komerčně vyraacuteběneacute vyacutebušniny patřiacute daacutele fyzikaacutelniacute i chemickaacute stabilita
(staacutelost v teplotniacutem rozmeziacute -30 až +40ordmC) necitlivost k vnějšiacutem podnětům (bezpečnost při
zachaacutezeniacute) dostupnostcena vyacutechoziacutech laacutetek potřebnyacutech k vyacuterobě a bezpečnost vyacuteroby
___________ Přesnějšiacute reakce vyacutebuchu dle Bertholeta 16 KNO3 + 6 S + 13 C rarr 5 K2SO4 + 2 K2CO3 + K2S + 8 N2 + 11CO2
Je-li v lt 330 ms (rychlost zvuku) jde o tzv deflagraci
při v gt 330 ms se pak jednaacute o detonaci
87
12 Klasifikace vyacutebušnin
Vyacutebušniny lze dělit podle různyacutech hledisek
I Podle způsobu použitiacute
a) Trhaviny (maacutelo citliveacute k vyacutebuchu je nutnaacute roznětka) ndash např dynamit
b) Střeliviny (prachy k vyacutestřelu střely z hlavně) ndash např bezdyacutemyacute prach
c) Třaskaviny (citliveacute na naacuteraz jiskru užitiacute jako rozbušky) ndash např azidy
II Podle chemickeacuteho složeniacute
Chemickaacute individua
a) Nitrosloučeniny (obsahujiacute R3C-NO2) ndash např trinitrotoluen TNT
b) Estery HNO3 (s alkoholy R3C-O-NO2) ndash např nitroglycerin
c) Nitraminy (obsahujiacute R2N-NO2) ndash např hexogen
d) Vyacutebušneacute soli kyselin ndash např od HNO3 HClO3 HClO4
e) Sloučeniny azoimidu (obsahujiacute skupinu N3-) ndash např AgN3
f) Ostatniacute (acetylidy fulminaacutety aj)
Směsi (např amatoly TNT + NH4NO3 + hexogen)
III Dle konzistence
- pevneacute (krystalickeacute či praacuteškoviteacute) ndash např kyselina pikrovaacute
- kapalneacute (nitroglycerin)
- polotekuteacute a plastickeacute (Semtex)
____________ Maacuteme na mysli tzv bdquoklasickeacute vyacutebušninyldquo použiacutevaneacute jak k vaacutelečnyacutem tak i k miacuterovyacutem uacutečelům Dnešniacute
vojenstviacute ovšem disponuje i moderniacutemi zbraněmi založenyacutemi na řetězoveacute štěpneacute reakci uranu 235U (atomovaacute bomba) např
235
92U n U 10
23592 + rarr139
56 Ba + 94
36Kr + 3 10 n
popř využiacutevajiacuteciacute spojovaacuteniacute lehčiacutech jader (bdquosleacutevaacuteniacuteldquo jader - vodiacutekovaacute bomba) např
21D + 31T rarr 4
2He + 10n s nebyacutevale mohutnyacutemi uacutečinky (např atomovaacute bomba v Hirošimě měla ekvivalent cca 30 kt TNT)
88
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin 21 Nitrace
Principem nitračniacutech reakciacute je vpravovaacuteniacute funkčniacute skupiny ndashNO2 do molekul
(organickyacutech) laacutetek pomociacute tzv nitračniacute směsi (= směs konc HNO3 + H2SO4)
Vyacuteznam majiacute předevšiacutem aromatickeacute nitroderivaacutety např
C6H6 + 3 HNO3 rarr (135-)(NO2)3C6H3 + 3 H2O
benzen sym-trinitrobenzen Poznaacutemka
Zjednodušenaacute interpretace že kyselina siacuterovaacute pouze bdquovaacuteželdquo vzniklou vodu je nepřesnaacute ndash ve
skutečnosti jde o tzv elektrofilniacute substituci kdy zpočaacutetku probiacutehaacute reakce
HNO3 + 2 H2SO4 rarr NO2+ + H3O+ + 2 HSO4
-
a takto vzniklyacute nitroniovyacute kation je vlastniacutem elektrofilniacutem činidlem atakujiacuteciacutem aromatickeacute jaacutedro
(kyselina siacuterovaacute se tedy uacutečastniacute reakce)
Nitračniacute reakce probiacutehajiacute ochotněji u derivaacutetů benzenu (fenol toluen) přitom je nutno
vziacutet v potaz znaacutemaacute substitučniacute pravidla na aromatickeacutem jaacutedře
- substituenty I třiacutedy jako např ndashCH3 ndashOH řiacutediacute substituci do poloh ortho- para-
- substituenty II třiacutedy jako ndashNO2 řiacutediacute substituci do poloh meta-
Přesneacute složeniacute nitračniacute směsi se voliacute podle typu nitrovaneacute laacutetky a stupně nitrace (u
vyššiacutech nitroderivaacutetů pracujeme zpravidla v přebytku kyseliny dusičneacute)
Vlastniacute reakce probiacutehaacute za intenzivniacuteho miacutechaacuteniacute a chlazeniacute ve specielniacutech kotliacutech
(nitraacutetory) s dvojityacutem plaacuteštěm Při nitraciacutech je nutno dodržovat přiacutesnaacute bezpečnostniacute
pravidla ndash hroziacute např přehřaacutetiacute směsi a naacuteslednyacute vyacutebuch
Přehled nejznaacutemějšiacutech a nejviacutece použiacutevanyacutech nitrolaacutetek a jejich explozivniacutech reakciacute
je uveden v naacutesledujiacuteciacutech kapitolaacutech
22 Trhaviny
Jde o největšiacute skupinu vyacutebušnin poměrně maacutelo citlivyacutech k jednoduchyacutem
podnětům (třeniacute naacuteraz) K detonaci jsou přivaacuteděny pomociacute rozbušky (roznětky
detonaacutetoru) Použiacutevajiacute se jak k uacutečelům miacuterovyacutem (kamenolomy doly tunely) tak i
vaacutelečnyacutem (naacuteplně granaacutetů min bomb)
89
Než probereme nejznaacutemějšiacute zaacutestupce teacuteto skupiny je třeba zdůraznit že
z hlediska terminologie lze jako skutečneacute nitroderivaacutety označovat pouze sloučeniny
majiacuteciacute nitroskupinu vaacutezanou přiacutemo na uhliacutek (obsahujiacute vazbu C ndash NO2)
a) Nitrosloučeniny
Praktickyacute vyacuteznam majiacute pouze aromatickeacute nitrolaacutetky
Nejviacutece použiacutevaneacute sloučeniny
bdquoTritolldquo TNT IUPAC 246-trinitrotoluen ( v = 7400 ms Q = 950 kcalkg) CH3
NO2
O2N NO2
Vyacuteroba Nitraciacute toluenu do 3 stupně
Vlastnosti nažloutleacute jehlice teplota taacuteniacute 80ordmC
Referenčniacute laacutetka pro ekvivalent atomovyacutech bomb (viz str 3) Pozn Během II světoveacute vaacutelky vyraacutebělo Německo cca 4000 tun TNT měsiacutečně
bdquoEkrazitldquo kyselina pikrovaacute IUPAC 246-trinitrofenol (v= 7000ms Q = 1000kcalkg)
NO2
NO2O2N
OH
Vyacuteroba Nitraciacute fenolu do 3 stupně
Vlastnosti Žluteacute krystalky nahořkleacute chuti teplota taacuteniacute 122ordmC tvořiacute soli (vyacutebušnyacute pikraacutet
amonnyacute) Užiacutevaacuten mj do dělostřeleckyacutech granaacutetů
bdquoHexylldquo sym-hexanitrodifenylamin teacutež dipikrylamin
dle IUPAC 246-trinitro-N-(246-trinitrophenyl)anilin ( v = 7100 ms Q = 1040 kcalkg)
NH NO2
O2N
O2NNO2
NO2
O2N
90
Vyacuteroba Kompletniacute nitraciacute difenylaminu
Vlastnosti Žluteacute jehličky viacutece citliveacute k naacuterazu (použiacutevanyacute např jako naacuteplň torpeacuted)
b) Nitroestery
Jednaacute se o sloučeniny s vazbou ndashCH2ndashOndashNO2 vznikajiacuteciacute esterifikačniacute reakciacute např
viacutecesytnyacutech alkoholů s HNO3 Nejznaacutemějšiacute laacutetky
Nitroglycerin (spraacutevně trinitraacutet glycerolu) v = 8000 ms Q = 1500 kcalkg
Nitroglycerin se vyraacutebiacute uacuteplnou nitraciacute glycerolu CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2
H2SO4
- 3 H2O
Vlastnosti Bezbarvaacute jedovataacute viskoacutezniacute kapalina naslaacutedleacute chuti nerozpustnaacute ve vodě
Pozor Hroziacute nebezpečiacute explozivniacuteho rozkladu zahřaacutetiacutem nad 50ordmC či naacuterazem
Vyrobenyacute nitroglycerin se zpracovaacutevaacute na dynamit (nasaacuteklyacute v křemelině v poměru
31) nebo na bezdyacutemyacute střelnyacute prach (viz střeliviny)
Vyacuteroba u naacutes Semtiacuten u Pardubic přiacutesnaacute bezpečnostniacute opatřeniacute (bunkry s lehkyacutemi
střechami omezeniacute ručniacute manipulace)
nitroglycerin ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
4 C3H5(ONO2)3 rarr 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Kromě nitroglyceriacutenu existuje řada nitroesterů dvoj- až čtyřsytnyacutech alkoholů
(glykolů) s podobnyacutemi vlastnostmi
Nejznaacutemějšiacute z nich je tzv pentrit (pentaerythrit-tetranitraacutet) v = 8000 ms Q = 1530 kcalkg
OO2N C
CH2
CH2
CH2
CH2
O NO2
O NO2
O NO2
Na baacutezi pentritu s butadienstyreacutenovyacutem kaučukem jsou založeny tzv plastickeacute
trhaviny (Semtex)
91
Nitrocelulosa (nitraacutet celulosy) v = 7000 ms Q = 950-1025 kcalkg
Nitrocelulosa vznikaacute nitraciacute polysacharidu celulosy (velmi čisteacute) do obsahu cca 14
dusiacuteku (což odpoviacutedaacute bdquotrinitraacutetuldquo celulosy)
Historie 1845 Schoumlnbein ndash nitrace bavlny (bdquostřelnaacute bavlnaldquo)
Nitrocelulosa ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
2 C24H29O9(ONO2)11rarr 36CO2+ 47CO+ 4CH4+ 39H2O+ 2C2H2+ 3HCN+ 72 H2 + 372 N2 + 2NH4HCO3
c) Nitraminy
Jde o sloučeniny obsahujiacuteciacute funkčniacute skupinu =NndashNO2
Jsou znaacutemy jak alifatickeacute tak aromatickeacute i heterocyklickeacute laacutetky tohoto typu
(Daacutele se děliacute na primaacuterniacute R-NH-NO2 a sekundaacuterniacute R1R2-N-NO2)
Nejdůležitějšiacute zaacutestupci
Tetryl (246-trinitrofenyl-methyl-nitramin IUPAC N-methyl-N246-tetranitroanilin) v = 7500 ms Q = 1100 kcalkg
NCH3
NO2
NO2
O2N
O2N
Hexogen (cyklotrimethylentrinitramin IUPAC 135-trinitro-135-triazin) v = 8000 ms Q = 1390 kcalkg
N
N N
NO2
NO2O2N
92
d) Vyacutebušneacute soli kyselin
K vyacutebušnyacutem soliacutem patřiacute zejmeacutena amonneacute soli kyseliny dusičneacute chlorečneacute chloristeacute
(di)chromany a manganistany Vyacutebušneacute soli ndash rovnice vybranyacutech vyacutebušnyacutech reakciacute
NH4NO3 rarr N2 + 2 H2O + frac12 O2 ndash 346 kcalkg
2 NH4ClO3 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 32 O2 ndash 359 kcalkg
2 NH4ClO4 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 52 O2 ndash 266 kcalkg
(NH4)2Cr2O7 rarr Cr2O3 + N2 + 4 H2O ndash 310 kcalkg
2 NH4MnO4 rarr N2 + 2 MnO2 + 4 H2O ndash 280 kcalkg
23 Střeliviny (bdquostřelneacute prachyldquo)
Střeliviny patřiacute mezi vyacutebušneacute směsi sloužiacuteciacute k vystřeleniacute naacuteboje z hlavně
v důsledku mohutneacuteho tlaku plynů vzniklyacutech při explozi Jak již bylo zmiacuteněno
v uacutevodu patři sem i klasickyacute černyacute střelnyacute prach (prvniacute popis R Bacon r 1249)
jehož složeniacute se v čase měnilo a ustaacutelilo se na 75 KNO3 (NaNO3 nelze použiacutet pro
hygroskopičnost) 15 dřevneacuteho uhliacute a 10 siacutery
K vyacuterobě je nutneacute použiacutet jemně praacuteškovaneacute velmi čisteacute komponenty Při
vyacuterobě se suroviny melou miacutesiacute v dřevěnyacutech bubnech zvlhčujiacute a zhutňujiacute a nakonec
lisujiacute mezi měděnyacutemi deskami pod tlakem 30 at vyacuteslednyacute produkt se granuluje nebo
lisuje do vaacutelečků o průměru cca 3 cm Vyacuteroba je velmi nebezpečnaacute ndash snadno může
dojiacutet k explozi vyvolaneacute i např statickou elektřinou Černyacute prach se použiacuteval jako
vyacutemetnaacute naacuteplň roznětka zaacutepalnice s časovyacutem zpožděniacutem apod
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (v = 3800 ndash 7000 ms Q = 700 ndash 950 kcalkg)
Jeho vyacuteroba vychaacuteziacute z nitrocelulosy a nitroglycerinu Probleacutemem při použitiacute byl
obrovskyacute tlak při explozi kteryacute může veacutest až k roztrženiacute hlavně Proto se
nitrocelulosa zpočaacutetku rozpouštěla v organickyacutech rozpouštědlech (ether aceton) po
jejichž odpařeniacute vznikne bdquoblaacutenaldquo hořiacuteciacute pomaleji R 1888 A Nobel navrhl rozpouštět
nitrocelulosu v nitroglycerinu (vznikl tzv bdquobalistitldquo) takže běžnaacute hlaveň děla bdquovydrželaldquo
až 1700 vyacutestřelů přiacutedavkem nitrodiglykolu se vyacutedrž zvyacutešila až přes 10 000 vyacutestřelů
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach je poměrně nestabilniacute jeho stabilitu lze zvyacutešit
přiacutedavkem difenylaminu nebo MgO Vyrobenyacute prach se expeduje ve formě malyacutech
šupinek či destiček nebo se lisuje do tyčinek (viz Obr 1)
Prvniacute velkeacute použitiacute černeacuteho prachu u dělostřelectva se datuje r 1346 v bitvě u Kresčaku Byla zaznamenaacutena řada katastrof (1905 exploze prachu na japonskeacutem křižniacuteku Mikasa 1907
vyacutebuch muničniacuteho skladiště Jena aj)
93
Obr 1 Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (vlevo ndash naacuteplň střely do samopalu vpravo ndash dělostřeleckyacute prach
ve formě slisovaneacute trubičky) Pro naacutezornost na obraacutezku uprostřed kancelaacuteřskaacute sponka
24 Třaskaviny
Do teacuteto skupiny patřiacute celaacute řada různorodyacutech chemickyacutech sloučenin (fulminaacutety
azidy acetylidy) Jde o laacutetky vybuchujiacuteciacute po iniciaci (např zahřaacutetiacutem naacuterazem
elektrickou jiskrou) Sloužiacute jako rozbušky (roznětky) pro hlavniacute naacutelož trhaviny
a) Fulminaacutety Tyto laacutetky se odvozujiacute od kyseliny třaskaveacute (fulminoveacute) |CequivNndashOH kteraacute neniacute znaacutema
volnaacute pouze ve formě soliacute Nejdeacutele znaacutemyacute je fulminaacutet rtuti (bdquotřaskavaacuteldquo rtuť)
Hg(ONC)2 Jde o šedobiacutelou laacutetku maacutelo rozpustnou ve vodě leacutepe v alkoholu
Rovnice vyacutebušneacute reakce Hg(ONC)2 rarr Hg + 2 CO + N2 ndash 357 kcalkg (v = 6500 ms)
Velmi podobneacute vlastnosti maacute i třaskaveacute střiacutebro Ag(ONC) ktereacute je však dražšiacute a
meacuteně užiacutevaneacute
b) Azidy Jsou to soli azoimidu (HN3 těkavaacute jedovataacute kapalina pronikaveacuteho zaacutepachu)
Nejpoužiacutevanějšiacute jsou
Azid olovnatyacute Pb(N3)2 ndash nažloutlaacute laacutetka stabilniacute do 75ordmC meacuteně citlivaacute k naacuterazu viacutece
ke třeniacute
Rovnice rozkladu Pb(N3)2 rarr Pb + 3 N2
Azid střiacutebrnyacute AgN3 maacute podobneacute vlastnosti
Azid měďnatyacute Cu(N3)2 je extreacutemně citlivyacute i na dotyk
94
c) Acetylidy
Tyto třaskaviny se odvozujiacute od ethynu HCequivCH naacutehradou atomů vodiacuteku kovem
Praktickyacute vyacuteznam maacute acetylid měďnyacute Cu-CequivC-Cu a střiacutebrnyacute Ag-CequivC-Ag
Rovnice rozkladu Ag2C2 rarr 2 Ag + 2 C (se vzdušnyacutem kysliacutekem dalšiacute reakce na oxidy)
Jde o krystalickeacute laacutetky nerozpustneacute ve vodě vybuchujiacuteciacute naacuterazem či zahřaacutetiacutem
d) Ostatniacute třaskaviny
Do teacuteto skupiny laacutetek lze zařadit
Tetranitrid tetrasiacutery S4N4 ndash oranžoveacute krystalky vybuchujiacuteciacute naacuterazem zahřaacutetiacutem
Jododusiacutek NI3nNH3 je hnědočervenaacute laacutetka explodujiacuteciacute i pouhyacutem dotykem ()
Peroxosloučeniny (i samotnyacute konc H2O2) např peroxoaceton
CH3
CH3
O O CH3
CH3O O
Bertholetovo třaskaveacute střiacutebro Ag3N citliveacute i na sebemenšiacute mechanickyacute impuls
Pozor Tato laacutetka může vzniknout i při Tollensově reakci (Ag-zrcaacutetko) při vyschnutiacute
obsahu zkumavky - pak hroziacute při čištěniacute zkumavky exploze
3 [Ag(NH3)2]Cl rarr Ag3N + 3 NH4Cl + 2NH3
3 Jednoducheacute ilustračniacute pokusy Všechny daacutele uvedeneacute experimenty je možneacute provaacutedět pouze v digestoři za
asistence a pod odbornyacutem dohledem učitele a za použitiacute ochrannyacutech prostředků
(obličejovyacute štiacutet)
a) Přiacuteprava černeacuteho střelneacuteho prachu a jeho vlastnosti Na papiacuteře důkladně promiacutechaacuteme směs malou lžičku KNO3 půl lžičky jemně praacuteškoveacute siacutery a
čtvrt lžičky rozetřeneacuteho dřevěneacuteho uhliacute Tuto směs nasypeme do železneacute misky na piacutesku a
zapaacuteliacuteme špejliacute Pozorujeme prudkou exotermniacute reakci
95
b) Hořeniacute střelneacute bavlny Střelnaacute bavlna je vlastně nitraacutet celulosy kteryacute lze připravit reakciacute chomaacutečku vaty (1 g)
s nitračniacute směsiacute (10 cm3 konc H2SO4 + 10 cm3 konc HNO3) v kaacutedince po dobu cca 20 min
Obr 2 Hořeniacute nitrocelulosy
Vatu potom vyjmeme propereme vodou a volně usušiacuteme Kousek produktu zapaacuteliacuteme a
pozorujeme jak prudce shořiacute (viz obr 2)
c) Exploze směsi chlorečnanu s praacuteškovou siacuterou (fosforem) Pouhyacutem volnyacutem přesypaacutevaacuteniacutem na papiacuteře bez doteku smiacutechaacuteme malaacute množstviacute (jen na
špičku špachtle) KClO3 a stejneacute množstviacute praacuteškoveacute siacutery (nebo červeneacuteho fosforu) Směs
opatrně zabaliacuteme do tenkeacuteho papiacuteru položiacuteme na pevnou podložku (betonovaacute dlažba) a
uacutederem kladiacutevka přivedeme k explozi
Rovnice vyacutebušneacute reakce 2 KClO3 + 3 S rarr 2 KCl + 3 SO2
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů Literatura Urbaňski T Chemie a technologie vyacutebušnin I ndash III SNTL Praha 1958
Babaacutek Z Vraacutebel Z Chemie ndash vybraneacute kapitoly scrpt VA Brno 1994
Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
UP Olomouc 2007
Internetoveacute odkazy httpcswikipediaorgwikiVC3BDbuC5A1nina
httpwwwjergymhieducz~canovmvybusninvybusninhtm
96
ELEKTROLYacuteZA
Text zpracoval Doc RNDr Zdeněk Šindelaacuteř CSc
Osnova
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
Zaacutekladniacute pojmy
2 Elektrolyacuteza
21 Elektrolyacuteza chloridu zinečnateacuteho a sodneacuteho
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli
23 Faradayovy zaacutekony
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
97
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
11 Zaacutekladniacute pojmy
Elektrochemiiacute rozumiacuteme obor chemie kteryacute se zabyacutevaacute procesy probiacutehajiacuteciacutemi
na rozhraniacute mezi elektrodou a elektrolytem Elektrodou je zpravidla vodič 1 druhu
(kov ndash např měď rtuť železo nikl chrom platina ale i uhliacutek ve formě grafitu) Volba
materiaacutelu elektrody souvisiacute s chemickyacutemi vlastnostmi elektrolytu a se změnami ke
kteryacutem v elektrolytu dochaacuteziacute Elektrolytem je roztok nebo i tavenina laacutetky kteraacute maacute
schopnost disociovat na volneacute ionty Takovou laacutetkou je napřiacuteklad chlorid sodnyacute jehož
vodnyacute roztok nebo jeho tavenina jsou elektrolyty Je to sloučenina ve ktereacute jsou
atomy vaacutezaacuteny chemickou vazbou kteraacute maacute vyacuterazně iontovyacute charakter Elektrolyty
jsou takeacute vodiči elektrickeacuteho proudu a označujeme je jako vodiče 2 druhu
Elektrolytickou disociaci (rozpad laacutetky na ionty v tavenině a ve vodneacutem roztoku)
zapiacutešeme rovniciacute
NaCl rarr Na+ + Cl-
Schopnost laacutetek disociovat v roztoku popisujeme pojmem siacutela elektrolytu
V přiacutepadě NaCl se jednaacute o silnyacute elektrolyt tedy prakticky všechen rozpuštěnyacute chlorid
sodnyacute je ve vodneacutem roztoku disociovaacuten na ionty ktereacute jsou tak od sebe odděleny a
jsou obklopeny molekulami rozpouštědla v našem přiacutepadě molekulami vody
Řiacutekaacuteme že ionty jsou ve vodnyacutech roztociacutech hydratovaacuteny
2 Elektrolyacuteza
Elektrolyacutezu lze chaacutepat jako děj při ktereacutem dochaacuteziacute na elektrodaacutech
vloženyacutech do elektrolytu k chemickyacutem změnaacutem způsobenyacutech průchodem elektrickeacuteho proudu z vnějšiacuteho zdroje V tomto přiacutepadě budeme většinou volit
takoveacute elektrody ktereacute nebudou podleacutehat během procesu změnaacutem (budou chemicky
inertniacute) Na obr 1 je znaacutezorněn schematicky pokus kteryacute naacutem pomůže pochopit
jakeacute děje během elektrolyacutezy probiacutehajiacute
98
Obr 1 Elektrolyzeacuter
Ve scheacutematu vidiacuteme jednotliveacute elektrody ktereacute nesou označeniacute podle toho ke
ktereacutemu poacutelu zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute jsou připojeny V přiacutepadě elektrolyacutezy
je elektroda připojenaacute ke kladneacutemu poacutelu zdroje označovaacutena jako anoda protože k niacute
elektromigraciacute putujiacute ionty opačneacute polarity ndash tedy zaacuteporně nabiteacute anionty Anoda je
elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy oxidace (bez ohledu na polaritu elektrod)
K zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje je připojena katoda ke ktereacute analogicky putujiacute kladně
nabiteacute čaacutestice ndash kationty Katoda je elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy redukce (opět
bez ohledu na polaritu elektrod) Elektromigrace je tedy pohyb nabityacutech čaacutestic
usměrněnyacute vlivem elektrickeacuteho pole
Před zapojeniacutem zdroje jsou koncentrace všech složek elektrolytu v každeacutem
miacutestě roztoku stejneacute (jak viacuteme roztok je homogenniacute směs) Po zapnutiacute zdroje se
začnou ionty v důsledku přiacutetomnosti elektrickeacuteho pole pohybovat k opačně nabiteacute
elektrodě Když dospějiacute až k jejiacutemu povrchu vybijiacute se a produkt se buď vyloučiacute na
přiacuteslušneacute elektrodě přiacutepadně ihned reaguje s dalšiacutemi složkami elektrolytu nebo
přiacutemo s elektrodou V důsledku toho se však sniacutežiacute koncentrace vybiacutejenyacutech iontů
v bliacutezkosti elektrody a přiacutesun novyacutech iontů k elektrodě začiacutenaacute byacutet řiacutezen difuacuteziacute Ionty
difundujiacute do miacutest s nižšiacute koncentraciacute ve snaze obnovit homogenniacute prostřediacute Procesy probiacutehajiacuteciacute v bliacutezkosti elektrod nejsou jednoducheacute a zaacutevisejiacute silně na dalšiacutech faktorech
Jedniacutem z důležityacutech faktorů je zda budeme elektrolyt během elektrolyacutezy miacutechat protože konvekce
(prouděniacute) maacute velkyacute vliv na průběh celeacuteho procesu
99
Velmi důležiteacute je takeacute zda odděliacuteme anodovyacute a katodovyacute prostor přepaacutežkou
kteraacute umožniacute průchod elektrickeacuteho proudu elektrolyzeacuterem a přitom zabraacuteniacute
promiacutechaacutevaacuteniacute vzniklyacutech produktů elektrolyacutezy v bliacutezkosti elektrod Tato přepaacutežka se
nazyacutevaacute diafragma a byacutevaacute to obvykle poreacutezniacute keramickyacute materiaacutel Mohou to byacutet
podle uacutečelu ale různeacute jineacute materiaacutely na baacutezi plastickyacutech hmot polymerniacute gely nebo
napřiacuteklad celofaacuten Jak již bylo řečeno aby mohl elektrolyzeacuterem proteacutekat elektrickyacute proud musiacuteme na elektrody
vložit elektrickeacute napětiacute Minimaacutelniacute napětiacute ktereacute způsobiacute že začne systeacutemem proteacutekat elektrickyacute proud
označujeme jako rozkladneacute napětiacute jeho velikost souvisiacute uacutezce s pojmem elektrochemickyacute člaacutenek
Velikost proudu kteryacute zařiacutezeniacutem prochaacuteziacute zaacutevisiacute rovněž na mnoha faktorech Velkyacute vliv majiacute zejmeacutena
velikost plochy elektrod a koncentrace elektrolytu Velikost proudu vztaženaacute na jednotku plochy
(obvykle cm2) označujeme pojmem proudovaacute hustota [Acm-2] Proudovaacute hustota a složeniacute
(koncentrace) elektrolytu rozhodujiacuteciacutem způsobem ovlivňujiacute konečneacute složeniacute produktů elektrolyacutezy
21 Elektrolyacuteza ZnCl2 a NaCl
Průběh elektrolyacutezy vodneacuteho roztoku chloridu zinečnateacuteho můžeme zapsat
naacutesledovně
katoda Zn2+ + 2 e- rarr Zn
anoda 2 Cl- rarr Cl2 + 2 e-
Produkty procesu jsou plynnyacute chlor a zinek jako volnyacute kov
Elektrolyacuteza však může miacutet i značně komplikovanyacute průběh kteryacute je silně zaacutevislyacute
na podmiacutenkaacutech provedeniacute Přiacutekladem může byacutet elektrolyacuteza chloridu sodneacuteho
Budeme-li při odděleneacutem katodoveacutem a anodoveacutem prostoru v inertniacute atmosfeacuteře
elektrolyzovat taveninu chloridu sodneacuteho ziacuteskaacuteme kovovyacute sodiacutek a plynnyacute chlor
katoda 2 Na+ + 2 e- rarr 2 Na
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
Všimněme si že složeniacute elektrolytu (taveniny) se nijak vyacuteznamně neměniacute
vylučujiacute se ekvivalentniacute množstviacute chloru a sodiacuteku
Při elektrolyacuteze vodneacuteho roztoku NaCl je situace složitějšiacute V přiacutepadě oddělenyacutech
prostorů elektrod bude v katodoveacutem prostoru dochaacutezet k vyredukovaacuteniacute vodiacuteku
protože elektron přenesenyacute na ion sodnyacute přechaacuteziacute ihned na molekulu vody
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2 NaOH + H2
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
100
Při tomto procesu se ale vyacuteznamně měniacute složeniacute elektrolytu postupně miziacute z roztoku
chloridovyacute ion kteryacute je nahrazen aniontem OH- Po vyčerpaacuteniacute chloridovyacutech iontů bude pokračovat elektrolyacuteza za vzniku kysliacuteku z vybiacutejenyacutech iontů
hydroxidovyacutech
anoda 4 OH- rarr 4 OHbull + 4 e- a daacutele 4 OHbull rarr 2 H2O2 rarr 2 H2O + 2 Obull
2 Obull rarr O2
Pokud provedeme elektrolyacutezu na rtuťoveacute elektrodě (-) s oddělenyacutemi
elektrodovyacutemi prostory bude se na katodě pouze redukovat sodiacutek kteryacute se rtutiacute
vytvořiacute amalgaacutem Na anodě se bude opět vylučovat chlor Po vypnutiacute elektrickeacuteho
zdroje se začne z amalgaacutemu vylučovat sodiacutek a reagovat s vodou za vzniku vodiacuteku a
hydroxidu sodneacuteho Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem vodiacuteku na rtuťoveacute
elektrodě Při elektrolyacuteze s neoddělenyacutemi prostory elektrod za miacutechaacuteniacute a chlazeniacute elektrolytu
Primaacuterniacute procesy na elektrodaacutech jsou stejneacute jako v předchoziacutem přiacutepadě ale naacutesleduje reakce
2 NaOH + Cl2 rarr NaCl + NaClO + H2O
Produktem procesu je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlornanu sodneacuteho
Nebudeme-li elektrolyt chladit dojde k disproporcionaci NaClO
3 NaClO rarr 2 NaCl + NaClO3
nebo
6 NaOH + 3 Cl2 rarr 5 NaCl + NaClO3 + 3 H2O
Konečnyacutem produktem je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlorečnanu sodneacuteho
Poznamenejme ještě že elektrolyacutezou roztoků chlorečnanu za silneacuteho chlazeniacute (teplota by
neměla překročit přiacuteliš přes 20degC) s použitiacutem platinovyacutech elektrod ziacuteskaacuteme roztoky chloristanů
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2Na+ + 2OH- + H2
anoda 2 ClO3- rarr 2 ClO3 + 2 e-
2 ClO3 + H2O rarr HClO3 + HClO4
s naacuteslednou neutralizaciacute 2 NaOH + HClO3 + HClO4 rarr NaClO3 + NaClO4 + 2 H2O
Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem platinoveacute elektrody ke kysliacuteku
Při vyššiacutech teplotaacutech dochaacuteziacute k reakci
2 ClO3 + H2O rarr 2 HClO3 + Obull a naacutesledně 2 Obull rarr O2
a na anodě dojde k vylučovaacuteniacute kysliacuteku V tomto přiacutepadě jsou produkty elektrolyacutezy stejneacute jako při
elektrolyacuteze vody okyseleneacute zředěnou kyselinou siacuterovou tj vodiacutek a kysliacutek
101
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli CuSO4
Elektrolyacuteza měďnateacute soli ve vodneacutem roztoku s využitiacutem měděnyacutech elektrod
(anoda i katoda jsou ze stejneacuteho materiaacutelu tedy z mědi) vede k vylučovaacuteniacute mědi na
katodě z roztoku za současneacuteho doplňovaacuteniacute měďnatyacutech iontů z rozpouštěneacute anody
katoda Cu2+ + 2e- rarr Cu
anoda Cu + SO42- rarr Cu2+ + SO4
2- + 2e-
Vyacutesledkem je přenos materiaacutelu anody (suroveacute mědi) na katodu (čistaacute měď)
Tento postup se v praxi využiacutevaacute k elektrolytickeacutemu čištěniacute suroveacute mědi Ziacuteskaacute se tak
kov vysokeacute čistoty
Poznaacutemka pod anodou se usazujiacute anodoveacute kaly (nečistoty v anodě obsaženeacute) ktereacute jsou zdrojem
dalšiacutech prvků ktereacute doprovaacutezejiacute v přiacuterodě měď - zejmeacutena Ag Au platinoveacute kovy Rozkladneacute napětiacute
takoveacuteho roztoku (např CuSO4 slabě okyseleneacuteho kyselinou siacuterovou pro potlačeniacute hydrolytickyacutech
procesů) je velmi niacutezkeacute Virtuaacutelniacute pokus je možno snadno proveacutest nebo simulovat na přiloženeacutem
programu Vaacuteženiacutem elektrod po provedeneacutem experimentu a měřeniacutem času a proudu je naviacutec možno
ověřit platnost Faradayovyacutech zaacutekonů 23 Faradayovy zaacutekony elektrolyacutezy
1 Faradayův zaacutekon vyjadřuje množstviacute (hmotnost) laacutetky kteraacute vznikne při
průchodu stejnosměrneacuteho elektrickeacuteho proudu za určitou dobu
m = A middot I middot t kde m ndash hmotnost vyloučeneacute laacutetky
A - konstanta (tzv elektrochemickyacute ekvivalent)
I - elektrickyacute proud
t - čas
Protože elektrickyacute naacuteboj Q = I t můžeme vyacuteraz zkraacuteceně zapsat m = AQ
2 Faradayův zaacutekon formuluje vyacuteraz pro vyacutepočet elektrochemickeacuteho
ekvivalentu A Slovně ho lze vyjaacutedřit větou že laacutetkovaacute množstviacute
vyloučenaacute stejnyacutem naacutebojem jsou chemicky ekvivalentniacute Potom platiacute
FzMAsdot
=
kde M - molaacuterniacute hmotnost
z - počet vyměňovanyacutech elektronů při elektrodoveacutem ději
102
F je Faradayova konstanta (F = 96485104 Cmol-1) kteraacute je čiacuteselně
rovna elektrickeacutemu naacuteboji potřebneacuteho k vyloučeniacute 1z molu laacutetky
Konečnyacute vyacuteraz pro vyacutepočet množstviacute laacutetky přeměněneacute průchodem elektrickeacuteho
proudu po danou dobu lze tedy zapsat ve tvaru
tIFz
Mm sdotsdot=sdot
Poznaacutemka je zaacutesadně důležiteacute dosadit do vzorce veličiny ve spraacutevnyacutech jednotkaacutech
Požadujeme-li vyacutesledek m [g] pak musiacuteme dosazovat I [A] t [s]
Přiacuteklad Kolik g Cu se vyloučiacute na katodě při rafinaci mědi průchodem proudu 1 A po dobu 300 s
Řešeniacute Protože na přeměnu jednoho iontu Cu2+ na čistou měď potřebujeme vyměnit 2 elektrony (viz kap
22 z = 2) dostaneme po dosazeniacute (relativniacute atomovaacute hmotnost mědi je 6354) do vztahu pro m
Vyacutesledek m = 0099 asymp 01 g mědi
Vyacutepočet probiacutehaacute automaticky např při spuštěniacute přiloženeacute animace (viz 24 ovlaacutedaacuteniacute je intuitivniacute)
Na zaacutevěr je ještě třeba zmiacutenit že technickyacute (dohodnutyacute) směr proudu (fyzika
elektrotechnika) je vždy od kladneacuteho k zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje a je tedy opačnyacute než
pohyb elektronů
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
Všechny animace použiteacute k doplněniacute toto textu jsou k dispozici zde
httpgoogleiastateedusearchq=cachendvLO9akz9cJwwwchemiastateedugro
upGreenbowesectionsprojectfolderanimationsindexhtm+electrolysisampoutput=xml_
no_dtdampclient=default_frontendampproxystylesheet=default_frontendampie=UTF-
8ampaccess=pampoe=ISO-8859-1
Ostatniacute informace potřebneacute k hlubšiacutemu pochopeniacute pojmu elektrolyacuteza najde čtenaacuteř
např v zaacutekladniacute učebnici fyzikaacutelniacute chemie
httpwwwvschtczfchczpomuckyBREVALLpdf
8
f) Na internetu vyhledej bezpečnostniacute list daneacuteho esteru Jakyacutemi piacutesmennyacutemi
symboly označujeme jeho nebezpečneacute vlastnosti a jak tyto vlastnosti
vyjaacutedřiacuteme slovy
Poznaacutemka Řada dalšiacutech esterů jsou kapaliny
přiacutejemneacute vůně a použiacutevajiacute se v potravinaacuteřstviacute jako
vonneacute a chuťoveacute přiacutesady Napřiacuteklad ethylester
kyseliny mravenčiacute se použiacutevaacute jako rumovaacute esence
jako ananasovaacute esence (viz obr 1) se použiacutevaacute
ethylester kyseliny maacuteselneacute1 Obr 1 Ilustračniacute přiacuteklad
3 Mechanismus esterifikace Mechanismus esterifikace je možneacute vyjaacutedřit souborem rovnovaacutežnyacutech reakciacute
C
O
R1 O H C+O
R1O H
H
C
O
R1 O H
H
O+
R2H
CO
R1 O+ HH
OR2
H
OH2-C+O
R1H
OR2
H+
- H+
C
O
R1 O R2
R2
O
H
Prvniacutem krokem esterifikace je protonizace karboxyloveacute skupiny kyseliny
Dochaacuteziacute tak ke zvyacutešeniacute elektronoveacuteho deficitu na karboxyloveacutem uhliacuteku a tiacutem
k usnadněniacute nukleofilniacuteho ataku molekulou alkoholu
V dalšiacutem nejpomalejšiacutem kroku reakce dochaacuteziacute ke vzniku vazby mezi atomem
kysliacuteku alkoholu a atomem uhliacuteku karboxyloveacute skupiny Nakonec dochaacuteziacute k odštěpeniacute
protonu a molekuly vody za vzniku esteru
Z hlediska typu reakce je esterifikace substituciacute nukleofilniacute (SN) kteraacute probiacutehaacute
adičně-eliminačniacutem mechanismem
1 Přehled charakteristickyacutech vůniacute dalšiacutech esterů uveden v kap 7
9
4 Reakce esterů Jak již bylo uvedeno esterifikace je rovnovaacutežnaacute reakce reakce zpětnaacute se
nazyacutevaacute kyselaacute hydrolyacuteza esteru Při teacuteto reakci vznikaacute opět karboxylovaacute kyselina a
alkohol
Estery lze hydrolyzovat i v přiacutetomnosti silnyacutech zaacutesad (tzv alkalickaacute hydrolyacuteza)
vznikaacute však alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
CH3 CO
O CH2 CH3
+ NaOH CH3 CO
O Na
+ CH3 CH2 OH
5 Opakovaciacute cvičeniacute
1) Co je to esterifikace Jakeacute jsou vyacutechoziacute laacutetky a produkty teacuteto reakce Za
jakyacutech podmiacutenek může reakce probiacutehat
2) Kteryacute z naacutesledujiacuteciacutech alkoholů bude podleacutehat esterifikaci nejsnadněji
a) b) c)
3) Jak se nazyacutevaacute zpětnaacute reakce esterifikace
4) Estery majiacute širokeacute uplatněniacute v potravinaacuteřstviacute Jakeacute
5) Produktem naacutesledujiacuteciacute esterifikace bude
C
O
OHCH2CH3 OH CH2 CH3+H
+
a) propylester kyseliny octoveacute
b) ethylester kyseliny octoveacute
c) ethylester kyseliny propionoveacute
6) Zapiš rovnici esterifikace jejiacutemž produktem je ethylester kyseliny benzooveacute
7) Co je produktem alkalickeacute hydrolyacutezy esteru
8) V jedneacute zkumavce smiacutechaacuteme stejnyacute objem ethanolu a kyseliny octoveacute ve
druheacute zkumavce smiacutesiacuteme stejnyacute objem octanu ethylnateacuteho a destilovaneacute
vody Do každeacute zkumavky přidaacuteme několik kapek koncentrovaneacute kyseliny
siacuteroveacute a obsah zkumavek protřepeme Jakeacute změny nastanou v jednotlivyacutech
zkumavkaacutech
CH3
C OHCH3
CH3CH3 CH2 OHCH3 CH OH
CH3
10
a) Obsah obou zkumavek se nezměniacute nedojde k žaacutedneacute reakci
b) V obou zkumavkaacutech vznikne směs ethanolu kyseliny octoveacute ethyl-
acetaacutetu a vody
c) V prvniacute zkumavce bude směs ethyl-acetaacutetu a vody ve druheacute směs
ethanolu a kyseliny octoveacute
d) Obsah druheacute zkumavky se nezměniacute v prvniacute zkumavce dojde
k esterifikaci a vznikne tam směs octanu ethylnateacuteho a vody
6 Řešeniacute uacuteloh
61 Řešeniacute uacutelohy 21 a) ethylester kyseliny mravenčiacute (mravenčan ethylnatyacute ethyl-methanoaacutet ethyl-
formiaacutet) a voda
C
O
OH CH2 CH3 OH2+ b) propylester kyseliny octoveacute (octan propylnatyacute propyl-ethanoaacutet propyl-acetaacutet)
a voda
C
O
OCH3 CH2 CH2 CH3 OH2+ 62 Řešeniacute praktickeacuteho uacutekolu z 22
a)
b) Vůně vznikleacuteho esteru připomiacutenaacute odlakovač na nehty lak na nehty či
modelaacuteřskeacute lepidlo
c) Ethylester kyseliny octoveacute se použiacutevaacute v laboratořiacutech jako rozpouštědlo
d) Uhličitan sodnyacute se přidaacutevaacute do reakce proto aby zreagoval zbytek kyseliny
octoveacute (a siacuteroveacute) kteryacute by negativně ovlivňoval vůni vznikleacuteho produktu
e) Např při hmotnosti člověka m = 60 kg je smrtelnaacute daacutevka ndash lethal dose rArr
mLD = 30 g o objemu V = m ρ = 30 1045 = 2871 cm3
Smrtelnaacute daacutevka pro šedesaacutetikiloveacuteho člověka by byla 287 cm3
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
11
f) Bezpečnostniacute list ethylesteru kyseliny octoveacute je napřiacuteklad na internetoveacutem
odkazu httpwwwmach-chemikalieczdownloadphpid=96 Ethylester
kyseliny octoveacute patřiacute mezi laacutetky vysoce hořlaveacute (F) a draacuteždiveacute (Xi)
63 Řešeniacute opakovaciacuteho cvičeniacute (kap 5) 1) Esterifikace je reakce kterou se připravujiacute estery vedlejšiacutem produktem je
voda Vyacutechoziacutemi laacutetkami pro tuto reakci jsou alkohol a karboxylovaacute kyselina
reakce musiacute probiacutehat v prostřediacute silneacute kyseliny
2) b)
3) kyselaacute hydrolyacuteza
4) Řada esterů se použiacutevaacute v potravinaacuteřstviacute jako vonneacute a přiacutechuťoveacute přiacutesady
5) c)
6)
7) alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
8) c)
reakce probiacutehajiacuteciacute v prvniacute zkumavce
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
reakce probiacutehajiacuteciacute ve druheacute zkumavce
H+
C
O
OCH3 CH2 CH3 OH2+ OH CH2 CH3C
O
OHCH3 +
7 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele 71 Estery anorganickyacutech kyselin
Kromě esterů karboxylovyacutech kyselin tj organickyacutech existujiacute takeacute estery anorganickyacutech
kyselin Esterifikaci anorganickyacutech kyselin můžeme žaacutekům zmiacutenit aby si uvědomili že probiacutehaacute nejen u
organickyacutech kyselin
Reakciacute kyseliny boriteacute s methanolem nebo ethanolem v kyseleacutem prostřediacute vznikajiacute estery kyseliny boriteacute Uvedenou reakci jejiacutež provedeniacute je velmi jednoducheacute lze použiacutet i pro odlišeniacute
C
O
OHC
O
O CH2 CH3OH CH2 CH3+H
+
OH2+
12
methanolu od ethanolu Ve směsi metanol - kyselina boritaacute se tvořiacute ester i bez přiacutedavku kyseliny
siacuteroveacute a ester hořiacute zeleně Ve směsi ethanol - kyselina boritaacute bez přiacutedavku H2SO4 se ester netvořiacute tak
rychle po zapaacuteleniacute reakčniacute směsi je plamen oranžovyacute Po okyseleniacute teacuteto reakčniacute směsi konc H2SO4
vznikaacute triethylester kyseliny boriteacute kteryacute hořiacute takeacute zelenyacutem plamenem
B
OHOH
OH
B
OO
O
CH3
CH3
CH3
+ CH3 OH3 + OH23
Estery kyseliny dusičneacute se použiacutevajiacute jako vyacutebušniny Nitroglycerin ester kyseliny dusičneacute a
glycerolu je nejdůležitějšiacute součaacutestiacute dynamitu Použiacutevaacute se takeacute v leacutekařstviacute jako prostředek pro zklidněniacute
srdečniacutech arytmiiacute a snižovaacuteniacute krevniacuteho tlaku
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3 H2SO4
- 3 H2O
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2 Ester kyseliny dusičneacute a celulosy ndash nitrocelulosa je znaacutemaacute vyacutebušnina
72 Poznaacutemky k chemickeacutemu pokusu (viz 22)
Pokud by vůně vznikleacuteho esteru nebyla vyacuteraznaacute lze zkumavku s reakčniacute směsiacute ještě před
jejiacutem vylitiacutem na hodinoveacute skliacutečko zahřiacutevat (je nutneacute dbaacutet na bezpečnost žaacuteků ndash předevšiacutem braacutet
v uacutevahu možneacute vystřiacuteknutiacute směsi a dodržovat tedy bezpečnyacute odstup od žaacuteků použiacutet ochrannyacute štiacutet)
Pro přiacutepravu většiacuteho množstviacute esteru je vhodneacute použiacutet zpětnyacute chladič Do baňky s 6 ml
kyseliny octoveacute přidaacuteme 5 ml ethanolu Na obličej si nasadiacuteme ochrannyacute štiacutet Opatrně za chlazeniacute
proudem vody přilijeme 6-7 ml konc kyseliny siacuteroveacute Baňku uzavřeme zaacutetkou s jednoduchyacutem
zpětnyacutem chladičem (min 60 cm dlouhaacute skleněnaacute trubička) (viz obr2) a opatrně zahřiacutevaacuteme 7 ndash 10 min
na vodniacute laacutezni
Obr 2 Esterifikace za použitiacute jednoducheacuteho zpětneacuteho chladiče
13
Potom zaměniacuteme zpětnyacute chladič za vzdušnyacute sestupnyacute a oddestilujeme asi 5 ml kapaliny Přisypeme
1 lžičku uhličitanu sodneacuteho kteryacute vytvořiacute oddělenou vrstvu nemiacutesitelnou s vodou nebo můžeme
reakčniacute směs ihned po ukončeniacute zahřiacutevaacuteniacute pod zpětnyacutem chladičem vylit do kaacutedinky s nasycenyacutem
roztokem chloridu sodneacuteho ve vodě čiacutemž se vysoliacute ethylester kyseliny octoveacute
73 Charakteristickeacute vůně esterů
Alkohol Kyselina Ester Vůně
methanol k salicylovaacute methylester kyseliny salicyloveacute karamel
methanol k maacuteselnaacute methylester kyseliny maacuteselneacute ananas
ethanol k maacuteselnaacute ethylester kyseliny maacuteselneacute broskve
ethanol k benzoovaacute ethylester kyseliny benzooveacute karafiaacutety
ethanol k mravenčiacute ethylester kyseliny mravenčiacute rum
ethanol k octovaacute ethylester kyseliny octoveacute rozpouštědla
butan-1-ol k octovaacute butylester kyseliny octoveacute ovoce
butan-1-ol k propionovaacute butylester kyseliny propionoveacute rum
pentan-1-ol k benzoovaacute pentylester kyseliny benzooveacute ambra
pentan-1-ol k octovaacute pentylester kyseliny octoveacute ovoce
pentan-1-ol k salicylovaacute pentylester kyseliny salicyloveacute orchideje
petan-1-ol k maacuteselnaacute pentylester kyseliny maacuteselneacute meruňky
oktan-1-ol k octovaacute oktylester kyseliny octoveacute pomeranče
74 Alkalickaacute hydrolyacuteza esteru (zmyacutedelněniacute)
Alkalickaacute hydrolyacuteza esterů patřiacute mezi průmyslově vyacuteznamneacute reakce ndash využiacutevaacute se při vyacuterobě myacutedel
Zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu myacutedel jsou tuky jejichž hlavniacute součaacutest tvořiacute praacutevě estery vyššiacutech
mastnyacutech kyselin s glycerolem (např kyseliny stearovaacute palmitovaacute olejovaacute atd)
8 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Mareček A Honza J Chemie pro čtyřletaacute gymnaacutezia 3 diacutel Nakladatelstviacute
Olomouc Olomouc 2000
2 Škoda J Douliacutek P Chemie 8 - učebnice pro zaacutekladniacute školy a viacuteceletaacute gymnaacutezia
Fraus Plzeň 2006
CH2
CH
CH2
O
O
O
OC
OC
OC R
R
R
3 NaOH
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 R CO ONa
tuk glycerol sodneacute myacutedlo
+
14
3 Kovaacuteč J a kol Organickaacute cheacutemia 1 Alfa Bratislava 1992
4 Klouda P Janeczkovaacute A Organickaacute chemie studijniacute text pro SPŠCH
Nakladatelstviacute Pavel Klouda Ostrava 2001
5 Hrnčiar P Organickaacute cheacutemia Slovenskeacute pedagogickeacute nakladatelstvo Bratislava
1990
6 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemie sbiacuterka uacuteloh pro společnou čaacutest maturitniacute zkoušky
Tauris Praha 2001
7 Baacuterta M Jak (ne)vyhodit školu do povětřiacute Horaacutekova chemickaacute kuchařka pro
maleacute i velkeacute experimentaacutetory chemickeacute pokusy pro žaacuteky 8 a 9 třiacuted studenty
středniacutech škol a jejich nadšeneacute učitele Didaktis Brno 2004
8 Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
Univerzita Palackeacuteho v Olomouci Olomouc 2007
9 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemickeacute pokusy pro školu a zaacutejmovou činnost
Prospektrum Praha 2000
Internetoveacute odkazy 10 Rum tuzemaacutek [online 2011-09-15] Dostupneacute z www lthttpwwwla-vinczrum-
tuzemak-05l-375p20782gt
11 Ananas plod ananasovniacuteku chocholateacuteho [online 2011-09-15] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiSouborPineapple_and_cross_sectionjpggt
12 Nitroglycerin [online 2012-04-11] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiNitroglyceringt
15
PŘIacuteRODNIacute LAacuteTKY ndash VITAMINY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky přiacuterodniacutech laacutetek
2 Vitaminy
Přehled vybranyacutech vitaminů
21 Vitamin A ndash retinol
22 Vitamin B1 ndash thiamin
23 Vitamin B2 ndash riboflavin
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety
25 Vitamin B12 ndash kobalamin
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute
27 Vitamin D ndash kalciferoly
28 Vitamin E ndash tokoferoly
3 Zaacutevěr
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
16
1 Přiacuterodniacute laacutetky
Za přiacuterodniacute laacutetky se považujiacute organickeacute sloučeniny ktereacute jsou produkty
chemickyacutech reakciacute probiacutehajiacuteciacutech v buňkaacutech Některeacute z přiacuterodniacutech laacutetek jsou
jednoducheacute organickeacute sloučeniny jineacute naopak velmi složiteacute makromolekulaacuterniacute laacutetky
Přiacuterodniacute laacutetky se zpravidla děliacute do skupin podle sveacuteho chemickeacuteho složeniacute a
struktury nebo podle funkciacute ktereacute plniacute v živeacutem organismu Rozlišujeme tedy tzv
energetickeacute živiny (lipidy sacharidy proteiny) biokatalyzaacutetory (vitaminy enzymy
hormony) daacutele nukleoveacute kyseliny a alkaloidy
2 Vitaminy
Vitaminy jsou organickeacute sloučeniny ktereacute již v malyacutech koncentraciacutech ovlivňujiacute
průběh některyacutech chemickyacutech dějů v živeacutem organismu Vyacuteznam vitaminů spočiacutevaacute v
tom že tvořiacute nezbytnou součaacutest enzymů Z chemickeacuteho hlediska patřiacute vitaminy k
různyacutem druhům sloučenin proto je neniacute možneacute dělit podle struktury Z tohoto důvodu
se děliacute nejčastěji podle rozpustnosti a to na vitaminy rozpustneacute ve vodě (hydrofilniacute) a
vitaminy rozpustneacute v tuciacutech (lipofilniacute) Toto rozděleniacute naviacutec koresponduje
s charakteristickyacutemi vlastnostmi jednotlivyacutech vitaminů Napřiacuteklad hydrofilniacute vitaminy
nedokaacuteže organismus skladovat proto se při nadbytečneacutem přiacutejmu vylučujiacute močiacute
Lipofilniacute vitaminy jsou v organismu skladovatelneacute Jejich nadbytečnyacute přiacutejem může
veacutest k hypervitaminoacutezaacutem ktereacute mohou vyvolat vaacutežneacute poruchy (zejmeacutena u vitaminů A
a D)
Před objasněniacutem struktury vitaminů bylo zavedeno jejich označovaacuteniacute piacutesmeny abecedy Vitaminy se stejnyacutemi nebo podobnyacutemi fyziologickyacutemi uacutečinky byly
odlišovaacuteny čiacuteselnyacutemi indexy Později byly použiacutevaacuteny triviaacutelniacute naacutezvy Dnes se
většinou upřednostňujiacute naacutezvy odvozeneacute od chemickeacuteho složeniacute jednotlivyacutech
vitaminů Označovaacuteniacute piacutesmeny staacutele přežiacutevaacute zejmeacutena v leacutekařskeacute praxi a
potravinaacuteřstviacute
17
EE
AA DD
KKEE
AA DD
KK
Vitaminy rozpustneacute ve vodě
Do teacuteto skupiny řadiacuteme předevšiacutem skupinu vitaminů B (B1 ndash thiamin B2 ndash riboflavin
B5 ndash kyselina pantotenovaacute B6 ndash pyridoxin atd) vitamin C (kyselina L-askorbovaacute) a
vitamin H (biotin)
Obr 1 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech ve vodě
Vitaminy rozpustneacute v tuciacutech
Do teacuteto skupiny řadiacuteme vitamin A (retinol) vitamin D (skupina laacutetek označovanyacutech
jako kalciferoly) vitamin E (skupina laacutetek označovanaacute jako tokoferoly) a vitamin K
(existuje opět v různyacutech formaacutech jako fylochinon K1 farnochinon K2 atd)
Obr 2 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech v tuciacutech
Vitaminy si živočišnyacute organismus většinou až na vyacutejimky nedovede saacutem vytvořit
Z tohoto důvodu jsou lideacute i ostatniacute živočichoveacute odkaacutezaniacute na jejich přiacutejem v potravě
Přiacutetomnost a vhodnaacute koncentrace vitaminů v těle jsou nezbytneacute předevšiacutem pro
spraacutevnyacute růst a vyacutevoj jedince Nepřiacutetomnost některeacuteho vitaminu v těle se projevuje
vaacutežnyacutemi fyziologickyacutemi poruchami a onemocněniacutemi ktereacute se obecně označujiacute jako
avitaminosa Typickaacute avitaminosa se vyskytuje v našich podmiacutenkaacutech poměrně
B H
C
18
vzaacutecně Častějšiacute jsou onemocněniacute z nedostatečneacuteho množstviacute vitamiacutenu tzv
hypovitaminosa kteraacute maacute miacuternějšiacute průběh než avitaminosa Naopak nadbytečneacute
množstviacute některeacuteho vitaminu v těle může způsobit hypervitaminosu
Přehled vybranyacutech vitaminů
V teacuteto kapitole jsou podrobněji popsaacuteny nejvyacuteznamnějšiacute vitaminy
21 Vitamin A ndash retinol z chemickeacuteho hlediska se jednaacute o skupinu podobnyacutech
laacutetek patřiacuteciacute mezi tetraterpeny Vitamin A stimuluje růst živočišnyacutech buněk spraacutevnyacute
vyacutevoj kosterniacutech tkaacuteniacute a normaacutelniacute reprodukci Je velice důležityacute při zrakoveacutem vjemu
Denniacute daacutevka pro člověka je 1 mg
Dobryacutem zdrojem je zelenina a ovoce (mrkev špenaacutet petržel rajčata) rybiacute tuk
maacuteslo žloutek jaacutetra Avitaminosa se projevuje šeroslepostiacute zastaveniacutem růstu a
degeneraciacute reprodukčniacutech orgaacutenů Dlouhotrvajiacuteciacute nedostatek vyvolaacutevaacute vypadaacutevaacuteniacute
vlasů krvaacuteceniacute z nosu bolesti kloubů Zaacutesoba vitaminu A je jedniacutem
z faktorů přirozeneacute ochrany organismu před zhoubnyacutem bujeniacutem
22 Vitamin B1 ndash thiamin tvořiacute kofaktor řady enzymů Je syntetizovaacuten střevniacutemi
bakteriemi Rozklaacutedaacute se v alkalickeacutem prostřediacute Průměrnaacute denniacute spotřeba pro
člověka je asi 14 mg Nejdůležitějšiacutemi zdroji je celozrnnaacute mouka luštěniny droždiacute
žloutek vnitřnosti a hověziacute maso Avitaminosa je znaacutema jako nemoc beri-beri (osoby
živeneacute převaacutežně loupanou ryacuteži) Přiacuteznaky nemoci jsou rozmaniteacute od ztraacutety
hmotnosti přes poruchy nervoveacuteho systeacutemu až po svalovou slabost
Obr 3 Ilustračniacute obraacutezky možnyacutech zdrojů vitaminu A zleva komerčniacute tobolky obsahujiacuteciacute rybiacute tuk špenaacutet maacuteslo
19
N
NCH2
N
S CH2CH2
OH
CH3
CH3 NH2
23 Vitamin B2 ndash riboflavin je opět součaacutestiacute kofaktorů řady enzymů Velmi citlivyacute na
světlo Jeho denniacute potřeba pro člověka činiacute 2 mg Zdrojem je listovaacute zelenina rajčata
obilniacute slupky mleacuteko žloutek vnitřnosti Avitaminosa se projevuje zaacutenětlivyacutemi
změnami sliznic a kůže změnami očniacute rohovky poruchami růstu a nervovyacutemi
poruchami
N
NNH
N
OH
OH OH
OH
CH3
CH3
O
O Obr 6 Chemickyacute vzorec vitaminu B2
Obr 5 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B1 zleva droždiacute obilneacute klasy hověziacute maso
Obr 4 Chemickyacute vzorec vitaminu B1
20
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety pyridoxol (pyridoxin) pyridoxal a pyridoxamin jsou to kofaktory enzymů uplatňujiacuteciacutech se při metabolismu
aminokyselin Denniacute daacutevka pro člověka je asi 2 mg Jsou hojně zastoupeneacute zejmeacutena
v mase jaacutetrech droždiacute listoveacute zelenině celozrnneacute mouce Pyridoxol je v rostlinaacutech
ostatniacute v živočišnyacutech tkaacuteniacutech Snadno se rozklaacutedajiacute světlem a teplem Nedostatek je
vzaacutecnyacute a způsobuje předevšiacutem nervoveacute poruchy
25 Vitamin B12 ndash kobalamin jednaacute se o kofaktory enzymů podiacutelejiacuteciacutech se na
biosynteacuteze nukleovyacutech kyselin a metabolismu aminokyselin a biacutelkovin Jsou nezbytneacute
pro tvorbu krve a to zejmeacutena pro tvorbu červenyacutech krvinek Denniacute potřeba u člověka
se pohybuje kolem 3 mg Vyacuteznamnyacutem zdrojem jsou vnitřnosti předevšiacutem jaacutetra
Nedostatek B12 je přiacutečinou vaacutežneacute až smrtelneacute nemoci ndash perniciosniacute anemie
(nedostatek červenyacutech krvinek spojeneacute s neurologickyacutemi komplikacemi)
Obr 7 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B zleva obilniny mleacuteko a čerstvyacute syacuter droždiacute
21
NN
N N
N N
Co+
OHO
NH2
NH2
O
H
O
NH2
O
NH2O
O
OH
OH
O
NH
H OP
OH
OO
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute tvořiacute důležityacute redoxniacute systeacutem kteryacute při
biochemickyacutech reakciacutech vystupuje jako neenzymovyacute přenašeč vodiacuteku Rozklaacutedaacute se
vzdušnyacutem kysliacutekem Daacutele je kofaktorem některyacutech enzymů uacutečastniacute se obrannyacutech
mechanismů vůči chorobaacutem a jinyacutem poškozeniacutem Patřiacute mezi zachytaacutevače volnyacutech
radikaacutelů ale naopak v přiacutetomnosti Fe3+ zvyšuje jejich tvorbu Proto je třeba jeho
přiacutevod do těla regulovat Doporučenaacute denniacute daacutevka pro člověka je 50-60 mg
Vitamin C je rozšiacuteřen v rostlinaacutech nejviacutece v šiacutepciacutech černeacutem rybiacutezu zeleneacute
paprice citronech a pomerančiacutech Při nedostatku nejprve vysychaacute kůže člověk
Obr 8 Chemickyacute vzorec vitaminu B12
Obr 9 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B12 zleva tepelně upravenaacute jaacutetra mleacuteko
22
hubne maacute pocit uacutenavy a později se projevujiacute přiacuteznaky kurdějiacute - podkožniacute krvaacuteceniacute
krvaacuteceniacute daacutesniacute vypadaacutevaacuteniacute zubů naacutechylnost k infekciacutem
27 Vitamin D ndash steroidniacute hormonaacutelniacute prekurzory ndash kalciferoly vznikajiacute ozaacuteřeniacutem
nenasycenyacutech sterolů UV zaacuteřeniacutem U lidiacute se tvořiacute zejmeacutena v kůži Regulujiacute
metabolismus vaacutepniacuteku Svyacutemi uacutečinky připomiacutenajiacute hormony Netvořiacute kofaktory
Velikost denniacute daacutevky zaacutevisiacute na věku a intenzitě ozařovaacuteniacute pokožky Zdrojem
provitaminů D jsou kvasnice některeacute oleje a žloutek Vitaminy D jsou ve většiacute miacuteře
obsaženy v jaterniacutech tuciacutech maacutesle a mleacuteku Nedostatek vitaminu D vyvolaacutevaacute poruchy
metabolismu vaacutepniacuteku a fosforu ktereacute vede k onemocněniacute zvaneacutemu rachitis (křivice)
Obr 10 Chemickyacute vzorec vitaminu C
Obr 11 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu C zleva paprika citrusoveacute plody šiacutepky
Obr 12 Chemickyacute vzorec vitaminu D
23
2288 Vitamin E - tokoferoly - vyacuteznam neniacute zatiacutem přesně znaacutem Všeobecně se miacuteniacute
že chraacuteniacute lipidy před oxidaciacute zejmeacutena pak lipidy buněčnyacutech membraacuten Poškozeniacute
lipidů vyvolaacutevajiacute hlavně volneacute radikaacutely a tokoferoly tyto volneacute radikaacutely zachycujiacute Teacuteto
vlastnosti se využiacutevaacute i při stabilizaci tuků a olejů v průmyslu Denniacute daacutevka pro člověka
se pohybuje v rozmeziacute 15-20 mg Hlavniacute zdroje jsou rostlinneacute oleje olej z obilnyacutech
kliacutečků zelenina luštěniny maacuteslo a vejce Nejsou v rybiacutem tuku
Obr 13 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu D zleva vařenaacute vejce plaacutetek lososa
Obr 14 Chemickyacute vzorec vitaminu E
24
3 Zaacutevěr
Vitaminy jsou nezbytnou součaacutestiacute lidskeacuteho těla a jsou nesmiacuterně důležiteacute aby
organismus mohl spraacutevně fungovat a byl chraacuteněnyacute vůči různyacutem onemocněniacutem Vyššiacute
potřeba vitaminů se projevuje napřiacuteklad po nemoci při většiacute psychickeacute nebo fyzickeacute
zaacutetěži při oslabeneacutem imunitniacutem systeacutemu těhotenstviacute nebo u dětiacute a staršiacutech lidiacute
Jedniacutem z alternativniacutech zdrojů vitaminů jsou různeacute potravinoveacute doplňky
V žaacutedneacutem přiacutepadě by však neměly byacutet naacutehražkou klasickeacute stravy protože
v potravinaacutech jsou kromě vitaminů takeacute pro tělo důležiteacute živiny Konzumovat by se
měly všechny druhy potravin s obsahem jak vitaminů a mineraacutelniacutech laacutetek tak
biacutelkovin sacharidů a tuků
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 wwwwikiskriptaeuindexphpEnzyacutemy_-_Cvičenie
5 orionchemimunicz14-Kinetika-1htm
Obr 15 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu E zleva obilneacute kliacutečky klasy kukuřice
25
6 wwwwikiskriptaeu500px-Schema-koenzymjpg
7 httpfileboxvteduuserschagedorbiol_4684
8 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
9 httphomecaregrouporgclinicalaltmedinteractionsImages
10 httpcswikipediaorgwikiSouborStrukt_vzorec_riboflavinPNG
11 httpcswikipediaorgwikiSouborHydroxocobalaminsvg
12 httpcswikipediaorgwikiSouborL-Ascorbic_acidsvg
13 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
14 httplaveganlocablogspotcom200806corn-sproutshtml
15 httpwwwordinaceczclanekproc-ne-pit-mleko
16 httpwwwdrozdiczclankybezlepkova-dieta
17 httpwwwmojevitaminycz
18 httpwwwdigitalphotoplenphotos-images1633
19 httpnajmamaaktualityskclanok224729kukurica-zdravie-farby-zlata
20 httpprozenybleskczclanekpro-zeny-zdravi-a-hubnuti-
fitness156603zatocte-s-celulitidou-5-5-tipu-proti-pomerancove-kuzihtml
21 httplmatyblogczen1103vejce-a-kraslice
22 httpdomanovaczclanekstihlaafitcitrusy-maji-pri-hubnuti-blahodarny-
ucinekhtml
23 httpwwwwellnesswacomau201102rosehip-tea-rosehip-mask-rosehip-oil-
and-rosehip-lip-balm-a-four-way-rosehip-ritual
24 httpwwwbordeauxcomusblogtagspinach
25 httpwwweducaterercoukpedigree-beef-33-casp
26
ZAacuteKLADNIacute BIOCHEMICKEacute PROCESY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
1 1 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů
1 2 Kategorie metabolismu
2 Katabolickeacute procesy
2 1 Průběh metabolismu v buňce
2 2 Metabolismus sacharidů
2 3 Metabolismus mastnyacutech kyselin
2 4 Metabolismus aminokyselin
3 Anabolickeacute procesy
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
VODIacuteK - H
1p +
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
000
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
--
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
- --
8p +8n
--
--
-- --
--
--
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
- --
6p +6n
--
--
-- --
--
VODIacuteK - H
1p +
-
VODIacuteK - H
1p +
---
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
DUSIacuteK - N
7p +7n
--
--
-- --
--
--
000
1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
11 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů V živeacute buňce probiacutehaacute velkeacute množstviacute chemickyacutech reakciacute Většina z nich se
uskutečňuje současně
Převaacutežnaacute čaacutest biochemickyacutech reakciacute v buňce je součaacutestiacute metabolickyacutech drah ktereacute
na sebe vzaacutejemně navazujiacute a jejichž vyacutesledkem je jeden nebo viacutece produktů
Termiacuten metabolismus můžeme volně přeložit jako laacutetkovaacute vyacuteměna Jednaacute se o
soubor všech chemickyacutech procesů v organismu Mezi zaacutekladniacute biogenniacute prvky patřiacute uhliacutek kysliacutek dusiacutek a vodiacutek
4 Scheacutema atomů jednotlivyacutech biogenniacutech prvků
Z těchto prvků jsou takeacute tvořeny zaacutekladniacute živiny sacharidy lipidy a biacutelkoviny 12 Kategorie metabolismu
Metabolismus se tradičně děliacute na dvě hlavniacute kategorie Katabolismus ndash převažujiacute reakce rozkladneacute (degradačniacute) Živiny a složitějšiacute laacutetky
jsou štěpeny na jednoduššiacute a uvolňuje se energie
Obr 1 Ilustračniacute foto ke katabolickyacutem reakciacutem
Anabolismus ndash převažujiacute reakce syntetickeacute při kteryacutech chemickyacutemi reakcemi
vznikajiacute složitějšiacute biomolekuly z jednoduchyacutech komponent
28
Obr 2 Ilustračniacute foto k anabolickyacutem reakciacutem Katabolickeacute procesy poskytujiacute energii potřebnou k procesům anabolickyacutem Zdrojem
energie pro metabolickeacute reakce je ATP (adenosintrifosfaacutet)
2 Katabolickeacute procesy
Pro ziacuteskaacutevaacuteniacute velkeacuteho množstviacute energie katabolickyacutemi reakcemi jsou
nejvyacutehodnějšiacute tuky (lipidy) Proto si je organismus vytvaacuteřiacute jako zaacutesobniacute formu
energie
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g tuku ziacuteskaacuteme 389 kJ (93 kcal) energie Spalovaacuteniacute je chemickyacute proces rychleacute oxidace kteryacutem se uvolňuje chemickaacute energie
V rozšiacuteřeneacutem nebo přeneseneacutem vyacuteznamu se jednaacute o biochemickyacute proces
přeměňovaacuteniacute živin v pohybovou a tepelnou energii
Dalšiacutem vyacutehodnyacutem zdrojem energie je glukosa Je to naviacutec jedinaacute živina
zpracovaacutevanaacute organismem za vzniku energie i bez přiacutestupu kysliacuteku
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g glukosy ziacuteskaacuteme 17 kJ (41 kcal) energie
Biacutelkoviny jako zdroje energie využiacutevajiacute organismy při zaacutetěžovyacutech stavech
Obr 3 Scheacutema molekuly ATP
29
21 Průběh metabolismu v buňce
Celyacute proces přeměny laacutetek - metabolismu v jedneacute buňce je možneacute rozdělit do
čtyř faacuteziacute probiacutehajiacuteciacute v oddělenyacutech čaacutestech
Extracelulaacuterně (mimo buňku) probiacutehaacute Faacuteze I Traacuteviciacute trakt rarr štěpeniacute živin na zaacutekladniacute složky a jejich transport krviacute
Intracelulaacuterně (v buňce) probiacutehaacute Faacuteze II Štěpeniacute živin na složky citraacutetoveacuteho cyklu rarr uvolněniacute NH3
Faacuteze III Citraacutetovyacute cyklus rarr vznik redukovanyacutech kofaktorů NADH a FHDH2
rarr uvolněniacute CO2
Faacuteze IV Dyacutechaciacute řetězec rarr zpracovaacuteniacute NADH a FADH2 rarr uvolněniacute H2O
rarr uvolněniacute energie rarr oxidativniacute fosforylace
rarr tvorba ATP
NADH reduktasa přesněji NADH ubichinon-reduktasa ndash jednaacute se o velkyacute
enzymatickyacute komplex složenyacute z řady biacutelkovinnyacutech podjednotek
Flavinadenindinukleotid (FAD či FADH2 přiacutepadně riboflavinadenosindifosfaacutet) ndash
jednaacute se o kofaktor neboli niacutezkomolekulaacuterniacute nebiacutelkovinnou čaacutest řady enzymů FAD je
jeho oxidovanaacute forma zatiacutemco FADH2 je jeho forma redukovanaacute
Po přiacutejmu potravy se v traacuteviciacutem traktu jednotliveacute živiny souhrou traacuteviciacutech enzymů
štěpiacute
Z polysacharidů monosacharidy Z lipidů mastneacute kyseliny Z biacutelkovin aminokyseliny 22 Metabolismus sacharidů
Monosacharidy se pomociacute přenašečů dostaacutevajiacute do krve a poteacute do buněk
V buňce se mohou přeměnit na glukosu a ta podleacutehaacute štěpeniacute zvaneacutem glykolysa
tiacutemto procesem vznikaacute acetyl-CoA (aktivovanaacute kyselina octovaacute)
vznikajiacute
vznikajiacute
vznikajiacute
30
Dalšiacute degradace monosacharidů probiacutehaacute v mitochondriiacutech v raacutemci citraacutetoveacuteho
cyklu V reakciacutech cyklu vznikajiacute dvě molekuly CO2 což je konečnyacute produkt
metabolismu uhliacuteku a kysliacuteku z živin
Vodiacutek z živin se takeacute uvolňuje a navaacuteže se na oxidoredukčniacute enzymy
označovaneacute jako pyridinoveacute (NADH) a flavinoveacute (FADH2) dehydrogenasy
Takto vaacutezaneacute vodiacuteky v konečneacute faacutezi vstupujiacute do dyacutechaciacuteho řetězce Zde ztraacutecejiacute
za uvolněniacute energie sveacute elektrony za vzniku čaacutestice (H+) a elektrony se postupně
přenaacutešejiacute až na kysliacutek kteryacute vytvořiacute s H+ molekuly vody Zdrojem kysliacuteku je oxidovanyacute
hemoglobin (oxyhemoglobin) vodiacutek pochaacuteziacute z živin
Uvolněnaacute energie se transformuje v procesu oxidativniacute fosforylace do molekuly
adenosintrifosfaacutetu ndash makroergickeacute sloučeniny bohateacute na energii
Sacharidy (cukry) ndash jsou považovaacuteny za okamžityacute zdroj energie
ndash glukosa je zdrojem energie pro všechny buňky jejiacute staacutelaacute hladina v krvi 44ndash67 mmoll
ndash při zvyacutešeniacute na 10 mmoll se glukosa objevuje v moči
ndash za běžnyacutech podmiacutenek se glukosa z potravy přeměňuje přibližně z 50 na oxid uhličityacute a
vodu (spalovaacuteniacute) 30ndash40 se přestavuje na tuk a 5 se syntetizuje na glykogen
ndash denniacute potřeba glukoacutezy min 160 g denně 300ndash500 g(mozek 120 g svaly v klidu 30ndash100 g)
23 Metabolismus mastnyacutech kyselin
Mastneacute kyseliny vytvořiacute v červenyacutech krvinkaacutech ndash erytrocytech triacylglyceroly
(triglyceridy) ktereacute se zabudujiacute do chylomikronů a přes lymfu proniknou do krve
V krvi se z nich speciaacutelniacutem enzymem zvanyacutem lipasa uvolniacute mastneacute kyseliny ktereacute se
vaacutežiacute na albuminy a poteacute prostupujiacute přes membraacutenu do buněk
Mastneacute kyseliny jsou zpracovaacuteny v β-oxidaci Jednaacute se o cyklus postupneacuteho
odbouraacutevaacuteniacute při němž se postupně odštěpujiacute vždy dvouuhliacutekateacute jednotky z mastneacute
kyseliny ze ktereacute vznikaacute acetyl-CoA Reakce probiacutehaacute v cytosolu mitochondrie
Vzniklyacute acetyl-CoA vstupuje do reakciacute citraacutetoveacuteho cyklu a zbytek mastneacute kyseliny
jejiacutež kostra je kratšiacute o dva uhliacuteky znovu vstupuje do reakce kteraacute vede k odštěpeniacute
dalšiacute dvouuhliacutekateacute jednotky Vyacutesledkem je vysokyacute zisk energie v zaacutevislosti na
velikosti uhliacutekateacute kostry mastneacute kyseliny Scheacutema β-oxidace R-CH2-CH2-CO-S-CoA + HS-CoA rarr R-CO-S-CoA + CH3-CO-S-CoA + H2O
31
Tuky (lipidy) - sloučeniny trojsytneacuteho alkoholu glycerolu s mastnyacutemi kyselinami
Vyacuteznam tuků - umožňujiacute vitamiacutenům A D E K ktereacute jsou lipofilniacute (rozpustneacute v tuciacutech) vstup do
organismu a jejich dalšiacute využitiacute
- jsou zdrojem esenciaacutelniacutech mastnyacutech kyselin
- tvořiacute zaacutesobu energie (v podkožiacute se nachaacuteziacute až 90 tuku)
- jsou součaacutestiacute buněčnyacutech membraacuten (cholesterolu)
Mastneacute kyseliny (MK) ndash jednaacute se o vyššiacute monokarboxyloveacute kyseliny ktereacute se mohou dělit na
1 neesenciaacutelniacute tělo si je dokaacuteže vyrobit samo (z cukrů a tuků živočišneacuteho původu) ty se dajiacute podle
charakteru vazeb daacutele dělit na
a) nasyceneacute - obsahujiacute jednoducheacute vazby mezi atomy uhliacuteku syntetizujiacute se v jaacutetrech
(např kys palmitovaacute ndash obsahuje 16 atomů uhliacuteku v molekule) kys stearovaacute
obsahuje 18 atomů uhliacuteků v molekule)
b) nenasyceneacute - obsahujiacute dvojneacute vazby mezi atomy uhliacuteku jejich vyacuteznamnyacutem zdrojem
je olivovyacute olej (k olejovaacute ndash obsahuje 18 atomů uhliacuteku v molekule)
2 esenciaacutelniacute tělo je samo vytvořit nedokaacuteže musiacute je přijiacutemat v potravě jejich zdrojem jsou zejmeacutena
semena rostlinneacute oleje vlašskeacute ořechy a listovaacute zelenina (kys linolovaacute kys linolenovaacute
kys arachidonovaacute) daacutele ryby a mořštiacute živočichoveacute (kys eikosapentaneovaacute kys dokosahexaenovaacute)
24 Metabolismus aminokyselin
Aminokyseliny se stejnyacutem způsobem jako monosacharidy dostaacutevajiacute
prostřednictviacutem speciaacutelniacutech přenašečů do krve a naacutesledně do buněk Z různorodyacutech
biacutelkovin ziacuteskaacuteme přibližně 20 aminokyselin
Metabolismus aminokyselin je pro jejich vlastniacute různorodou strukturu
komplikovanějšiacute Zaacutekladniacutem rysem přeměny je uvolněniacute jejich aminoskupiny ve formě
škodliveacuteho amoniaku Protože člověk (a primaacuteti) jej nedovedou jednoduše vyloučit
zpracuje se v močovinoveacutem cyklu na netoxickou močovinu Zbyleacute uhliacutekateacute kostry
aminokyselin se různě složityacutemi reakcemi přeměňujiacute na složky citraacutetoveacuteho cyklu Biacutelkoviny (proteiny) ndash patřiacute mezi zaacutekladniacute stavebniacute laacutetky organismu
- biacutelkoviny živeacute hmoty se neustaacutele obnovujiacute (denně cca 300ndash500 g)
- jsou tvořeny aminokyselinami přičemž lidskeacute tělo využiacutevaacute 20 aminokyselin některeacute vytvaacuteřiacute samo
- jednaacute se o vysokomolekulaacuterniacute laacutetky (majiacute velkeacute relativniacute molekuloveacute hmotnosti) se složityacutem
prostorovyacutem uspořaacutedaacuteniacutem
- důsledky nedostatku biacutelkovin
bull chaacutetraacuteniacute těla (marasmus) zpomaleniacute až zastaveniacute růstu aneacutemie sniacuteženiacute odolnosti
narušeniacute vyacutevoje CNS
32
bull kwashiorkar u dětiacute (bdquonafouklaacute břiacuteškaldquo) strava energeticky dostatečnaacute ale chudaacute na
biacutelkoviny zvětšeniacute sleziny jater cirhoacuteza
Vyacutesledkem kompletniacute degradace živin jsou konečneacute produkty metabolismu čtyř
zaacutekladniacutech biogenniacutech prvků C H O N rarr CO2 H2O NH3 (přeměněnyacute na
močovinu) a energie vaacutezanaacute v ATP 3 Anabolickeacute procesy
Při anabolickyacutech procesech se živiny u zdraveacuteho člověka rozklaacutedajiacute na
jednoduššiacute laacutetky Při těchto rekciacutech je ziacuteskaacutevaacutena nejen energie ale čaacutest vzniklyacutech
produktů se využije k obnově tkaacuteniacute nebo tvorbě zaacutesob Napřiacuteklad aminokyseliny se
většinou využijiacute na synteacutezu biacutelkovin podle aktuaacutelniacutech potřeb a přebytek se odbouraacute
Organismus si žaacutedneacute biacutelkoviny do zaacutesob netvořiacute
Naopak glukosu je možno v organismu uchovaacutevat v podobě glykogenu kteryacute se
však vytvaacuteřiacute pouze v jaacutetrech a ve svalech
Hepatocyty (jaterniacute buňky) při vyacuterazneacutem poklesu glykeacutemie doplňujiacute hladinu
glukosy v krvi štěpeniacutem glykogenu Naviacutec jsou schopny syntetizovat glukosu
z glukogenniacutech aminokyselin laktaacutetu a z glycerolu uvolněneacuteho štěpeniacutem
triacylglycerolů
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
Metabolickaacute draacuteha je řada naacuteslednyacutech enzymovyacutech reakciacute vedouciacutech k tvorbě
určiteacuteho produktu Reakčniacute složky meziprodukty a produkty draacutehy jsou označovaacuteny
jako metabolity
1 Metabolickeacute draacutehy jsou nevratneacute Jestliže jsou dva produkty navzaacutejem metabolicky převoditelneacute musiacute byacutet draacuteha
vedouciacute od prveacuteho k druheacutemu produktu odlišnaacute od draacutehy vedouciacute od druheacuteho
produktu k prvniacutemu
2 Každaacute metabolickaacute draacuteha obsahuje časnyacute určujiacuteciacute stupeň Metabolickeacute draacutehy
jsou jako celek nevratneacute ale většina diacutelčiacutech reakciacute probiacutehaacute v bliacutezkosti
rovnovaacutežneacuteho stavu
3 Všechny metabolickeacute draacutehy jsou regulovaneacute
33
4 Metabolickeacute draacutehy probiacutehajiacute v eukaryontniacutech organismech ve specifickyacutech miacutestech
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
Nezbytneacute složky potravy jsou předevšiacutem živiny (lipidy sacharidy proteiny)
vitamiacuteny voda mineraacutelniacute laacutetky vlaacuteknina Jejich optimaacutelniacute procentuaacutelniacute zastoupeniacute
v potravě činiacute cukry 60 tuky 25 biacutelkoviny 15
Obecně lze vyjaacutedřit potřebu přiacutejmu biacutelkovin jako 1 gram na 1 kilogram vaacutehy těla
U dětiacute a těhotnyacutech žen o něco viacutece Rostlinneacute a živočišneacute biacutelkoviny jsou odlišneacute
struktury (esenciaacutelniacute aminokyseliny nejsou v rostlinnyacutech biacutelkovinaacutech) To je tedy
jeden z důvodů proč je vegetariaacutenstviacute nevhodneacute pro děti
Existujiacute vyacutekyvy ve spraacutevneacutem poměru přijiacutemaacuteniacute živin Z těchto vyacutekyvů vyplyacutevajiacute různeacute
patologie hladověniacute podvyacuteživa otylost obezita mentaacutelniacute anorexie a bulimie
Nutričniacute tabulky najdete např na adresehttpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 httpwwwustbonifacembcacusbabernierbiologieModule1Imagesatpjpg
5 httpnd01jxscz951848df6dd214b1_31960153_o2jpg
6 http12912392202isotope
7 httpwwwgoogleczimgresimgurl
8 httpwwwgoogleczimgresimgurl
9 httpwwwprojektalfag6czolygos2gif
10 httpcswikipediaorgwikiSouborFat_structural_formulaepng
11 httpnd01jxscz51188560aec9185e_35721065_o2jpg
34
12 httpwwwwikidocorgimages550-
Metabolism_790px_partly_labeledpngampimgrefurl
13 wwwmojeramaczrama-ideavitaminyjpg DHA (kyselina dokosahexaenovaacute )
ALA (kyselina alfa-linolenovaacute)--omega-3 nenasyceneacute mastneacute kyseliny
14 httpismuniczelportalestudfspsjs07fyziotextych02html
15 httpwwwzdravavyzivaczzdrava-vyziva3jpgampimgrefurl
16 httpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
17 httpwwwnspkaczNSPKA_prirucky2012laboratorni_prirucka_OKBHorlovaW
IAAHhtm
35
NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Uacutevod do problematiky naacutevykovyacutech laacutetek definice drogy rozděleniacute laacutetek
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol
22 Tabaacutek a kouřeniacute
3 Nelegaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu (marihuana hašiš)
32 Halucinogeny (LSD atropin mezkalin)
33 Laacutetky se stimulačniacutem uacutečinkem (kokain amfetaminy aj)
34 Laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem (sedativa-benzodiazepiny barbituraacutety aj)
35 Opiaacutety (morfin heroin aj)
36 Těkaveacute (inhalačniacute) laacutetky (toluen aceton)
4 Zaacutesady prevence a prvniacute pomoci při aplikaci naacutevykoveacute laacutetky
5 Legislativa tyacutekajiacuteciacute se naacutevykovyacutech laacutetek
6 Přehled použiteacute literatury
7 Teacutemata referaacutetů
36
1 Uacutevod
Definice naacutevykoveacute laacutetky (bdquodrogyldquo) jde o aplikaci jakeacutekoliv laacutetky přiacuterodniacuteho či
syntetickeacuteho původu ovlivňujiacuteciacute psychiku člověka a vyvolaacutevajiacuteciacute potřebu
opakovaneacuteho použitiacute (recidivy) takže uživatel se na niacute staacutevaacute zaacutevislyacute (bdquodrogovaacute
zaacutevislostldquo) Vzhledem ke skutečnosti že v posledniacutech letech vidiacuteme zvyacutešenyacute rozsah tohoto fenomeacutenu kteryacute
zasahuje čiacutem daacutel tiacutem mladšiacute skupiny mlaacutedeže se všemi nepřiacuteznivyacutemi důsledky (zdravotniacutemi
ekonomickyacutemi i společenskyacutemi ndash rozvrat osobnosti asociaacutelniacute a protizaacutekonneacute chovaacuteniacute nutnost leacutečby)
je nanejvyacuteš aktuaacutelniacute zavčas varovat žaacuteky ve škole před tiacutemto nebezpečiacutem (tzv toxikomaacutenie)
Na vzniku zaacutevislosti se podiacutelejiacute zejmeacutena tyto faktory
- droga - typ vlastniacute substance působiacuteciacute na psychiku
- člověk - zejmeacutena typ jeho osobnosti (zvyacutešeneacute riziko pro neurotickeacute
nezdrženliveacute nesebejisteacute jedince s absenciacute zaacutejmů a zaacutelib sportu atd)
- prostřediacute - problematickeacute rodinneacute zaacutezemiacute vliv bdquopartyldquo
Většinou při vzniku zaacutevislosti působiacute kombinace vyacuteše uvedenyacutech přiacutečin
Průběh zaacutevislosti
- zprvu jde o zvědavost vyzkoušet si novyacute zaacutežitek zahnat stres uacutenavu
bdquovyřešitldquo probleacutemy s učeniacutem partnerskyacutemi vztahy apod
- postupnyacute naacutevyk na drogu opakovaneacute užiacutevaacuteniacute zvyšujiacuteciacute se tolerance na drogu
(neplatiacute u alkoholu)
- abstinenčniacute přiacuteznaky při vynechaacuteniacute daacutevky (poceniacute třes zvraceniacute průjem hellip)
Psychickaacute zaacutevislost (kouřeniacute) ndash lze překonat silnou vůliacute
Fyzickaacute zaacutevislost (heroin) ndash při absenci drogy těžkeacute zdravotniacute naacutesledky popř
i smrt
- zdravotniacute a sociaacutelniacute konsekvence (rozpad rodiny odchod partnera ztraacuteta
zaměstnaacuteniacute sebevražedneacute pokusy aj)
Je nutneacute nebyacutet nevšiacutemavyacute k jasnyacutem přiacuteznakům počiacutenajiacuteciacute zaacutevislosti ndash změny chovaacuteniacute naacutehleacute
bezdůvodneacute zhoršeniacute prospěchu ztraacuteta zaacutejmů a přaacutetel zaviacuteraacuteniacute se na delšiacute dobu na WC shaacuteněniacute
financiacute (kraacutedeže) modřiny a vpichy na těle hellip
Způsoby aplikace drog
- peroraacutelně (tablety praacutešek roztok) ndash např pervitin extaacuteze
37
- dyacutechaciacutem uacutestrojiacutem (kouřeniacute ndash marihuana šňupaacuteniacute ndash kokain inhalace par ndash
toluen)
- intravenoacutezně (injekčně ndash heroin zvyacutešeneacute riziko přenosu infekciacute chorob ndash
žloutenka AIDS)
- jineacute způsoby (čiacutepky naacuteplasti hellip)
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol bdquoliacutehldquo (chemicky ethanol C2H5OH) Alkohol je staacutetem tolerovanou drogou a lze jej běžně od určiteacuteho věku (18-21 let)
koupit ve formě alkoholickyacutech naacutepojů v obchodech
Pozn Alkoholy obecně obsahujiacute ndashOH skupinu na alifatickeacutem řetězci pozor na zaacuteměnu ethanolu za
methanol CH3OH (možnost vyacuteskytu v různyacutech po domaacutecky paacutelenyacutech produktech) kteryacute je
prudce jedovatyacute ndash při požitiacute hroziacute oslepnutiacute smrt Alkoholismus je historicky jednou
z nejstaršiacutech drogovyacutech zaacutevislostiacute a pokusy o jeho vymyacuteceniacute (viz prohibice v USA Rusku)
vždy vedly pouze k rozmachu černeacuteho trhu
Alkohol působiacute na centraacutelniacute nervovyacute systeacutem a to zpočaacutetku stimulačně daacutele pak
tlumivě
Pro potravinaacuteřskeacute uacutečely se vyraacutebiacute lihovyacutem kvašeniacutem plodin obsahujiacuteciacutech cukr
(melasa z cukroveacute řepy brambory obiliacute různeacute druhy ovoce) za působeniacute enzymu
(zymasa)
C6H12O6 rarr 2 C2H5OH + 2 CO2
Průmyslově se ethanol vyraacutebiacute hydrataciacute ethenu
H2C=CH2 + H2O rarr CH3CH2OH
Pro chemickeacute užitiacute (např jako rozpouštědlo) se alkohol denaturuje tj zaacuteměrně se k němu přidaacutevajiacute
zapaacutechajiacuteciacute laacutetky (např derivaacutety merkaptanů pyridinu methanol benziacuten) aby nebyl poživatelnyacute
100 alkohol nelze ziacuteskat destilačně (s vodou tvořiacute při obsahu 96 tzv azeotropniacute směs kteraacute maacute
konstantniacute teplotu varu) pouze chemicky vaacutezaacuteniacutem vody užitiacutem sikativ (silikagel)
Požiacutevaacuteniacute alkoholu vede k nevratneacutemu poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (jaacutetra ndash cirhoacuteza
žaludek ndash vředy) oslabeniacute imunity poruchaacutem paměti depresiacutem a halucinaciacutem
u těhotnyacutech žen k poškozeniacute plodu Leacutečeniacute alkoholika předpoklaacutedaacute jeho spolupraacuteci a
38
je zdlouhaveacute (uacutestavniacute forma 6 - 12 měsiacuteců) a ne vždy uacutespěšneacute Pro vyleacutečeneacuteho platiacute
100 zaacutekaz alkoholu a doživotniacute bezvyacutejimečnaacute abstinence
Z hlediska konzumace alkoholu rozlišujeme
- abstinenti hellip nepijiacute vůbec či zcela vyacutejimečně v symbolickeacutem množstviacute
- přiacuteležitostniacute konzumenti hellip pijiacute bdquos miacuterouldquo nepravidelně nejsou skoro nikdy opiliacute
- nadměrniacute konzumenti hellip pijiacute trvale přes miacuteru ztraacutecejiacute kontrolu často opiliacute
- alkoholici hellip s chorobnou zaacutevislostiacute ndash nekontrolovatelneacute pitiacute abstinenčniacute přiacuteznaky
Resorpce (odbouraacutevaacuteniacute) alkoholu Odbouraacutevaacuteniacute alkoholu je individuaacutelniacute (u mužů cca 2x rychlejšiacute než u žen zaacutevisiacute i na
hmotnosti osoby) Orientačně lze počiacutetat s odbouraacuteniacutem max 015-02 permil alkoholu v
krvi za hodinu
Vzorec pro vyacutepočet promile alkoholu v krvi permil = mA(g) M (kg) middot k
kde mA hellip hmotnost čisteacuteho alkoholu (g)
M hellip hmotnost člověka (kg)
k koeficient ( 07 pro muže 06 pro ženy)
Vzorovyacute přiacuteklad
Vypočtěte kdy budeme moci sednout za volant vypijeme-li 2 piva 11ordm o obsahu alkoholu 4 obj a
k tomu 3 bdquopanaacutekyldquo vodky po 50 ml 40 alkoholu (hustota ethanolu je ρ = 078 gcm3)
vyacutepočet (přibližně)
a) 2 piva 11deg (4obj ) tzn 1000ml obsahuje cca 40 ml čisteacuteho alkoholu
tj mA = ρ middot V = 078 middot 40 = 312 g
b) 3 bdquopanaacutekyldquo (alkohol 40 obj) tzn 150ml obsahuje 60 ml čisteacuteho alkoholu
tjmA = ρ middot V = 078 middot 60 = 468 g
CELKEM 78 g čisteacuteho alkoholu
V krvi bude naměřeno 78 80 middot 07 = 14 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 80 kg muže)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 7 - 9 hodin ()
78 60 middot 06 = 22 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 60 kg ženu)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 11 - 14 hodin ()
Pozn Uvedenyacute přiacuteklad je pouze ilustračniacute a je nutneacute počiacutetat s časovou rezervou a individuaacutelniacutemi
odchylkami
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 2 - 6
39
22 Tabaacutek a kouřeniacute V současneacute době spolu s alkoholem jedinaacute staacutetem tolerovanaacute droga
Historie kouřeniacute dyacutemky u Indiaacutenů
v Evropě začiacutenaacute od 16 stol největšiacute rozvoj od 2pol 19 stol se seacuteriovou vyacuterobou cigaret
Laacutetky obsaženeacute v tabaacuteku
Hlavniacute roli hraje alkaloid nikotin
3-(1-methylpyrrolidin-2-yl)pyridin
Obr1 Tabaacutek (Nicotiana tabacum)
Nikotin je bezbarvaacute olejovitaacute kapalina rozpustnaacute ve vodě kteraacute na vzduchu hnědne
(oxiduje se na kyselinu nikotinovou) Draacuteždiacute centraacutelniacute nervovou soustavu zvyšuje
krevniacute tlak i sekreci žlaacutez Ve většiacutech daacutevkaacutech působiacute křeče až ochrnutiacute dyacutechaciacuteho
centra a smrt
Dalšiacute laacutetky v tabaacuteku alkaloidy nornikotin anabasin nikotyrin nikotellin hellip a mnoho dalšiacutech
Tabaacutekovyacute kouř daacutele obsahuje toxickeacute zplodiny hořeniacute (aromaacutety CO NOx HCN v cigaretoveacutem papiacuteře
je obsažen radioizotop 210Po)
Jen čaacutest škodlivyacutech laacutetek se zachytiacute na filtru zbytek se dostaacutevaacute do organismu
dyacutechaciacutemi cestami Je prokaacutezaacutena souvislost mezi rakovinou dyacutechaciacutech cest a
kouřeniacutem (varovaacuteniacute na každeacute krabičce cigaret)
Probleacutemem je že kouřeniacute se staacutele posouvaacute do nižšiacutech věkovyacutech skupin a do ženskeacute
populace (cca 13 kuřaacuteků jsou ženy) a negativniacute uacutečinky se bagatelizujiacute (bdquovždyť kouřiacute i
doktořildquohellip)
Způsoby boje proti kouřeniacute
Reklama (moderniacute je nekouřit) osvěta (někdy dost drastickaacute - rentgenoveacute sniacutemky
plic kuřaacuteka) legislativniacute omezeniacute (zaacutekazy kouřeniacute v restauraciacutech zvyšovaacuteniacute ceny)
Terapie
Při odvykaacuteniacute se uplatňuje řiacutezenaacute aplikace nikotinu ve formě žvyacutekačky naacuteplastiacute
elektronickaacute cigareta apod
40
Zaacutevěr
Jde o ošklivyacute zlozvyk jehož se těžce dotyčnyacute (obvykle až po fataacutelniacutech zdravotniacutech
probleacutemech) zbavuje Četnost recidivy je velmi značnaacute
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 6
3 NELEGAacuteLNIacute NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu
Pochaacuteziacute z rostliny Cannabis sativa (konopiacute seteacute) Konopiacute se zneužiacutevaacute nejčastěji
k nelegaacutelniacute vyacuterobě marihuany a hašiše
Konopiacute je původem z Kašmiacuteru je to jedna z nejstaršiacutech kulturniacutech plodin Je užiacutevaacutena k vyacuterobě
pevnyacutech provazů a lan oleje ze semen
Obr 2 Konopiacute seteacute
Uacutečinnou laacutetkou je THC (tetrahydrocannabinol C21H30O2)
Chemicky (-)-(6aR 10aR)-669-trimethyl-3-pentyl-6a7810a-tetrahydro-6H-benzo[c]chromen-1-ol
Marihuana (obsahuje cca 10 THC)
se připravuje fermentačniacutem procesem z mladyacutech listů a květů konopiacute
Na trhu je ve formě zelenošedyacutech sušenyacutech listů nebo slisovanyacutech tyčinek (bdquojiveldquo)
Hašiš (bdquohašldquo bdquokiffldquo bdquolaacutedoldquo s obsahem až 40 THC)
41
je ze samičiacutech květů konopiacute jež obsahujiacute hodně pryskyřice s typickyacutem zaacutepachem
(existujiacute různeacute druhy např charos - čistaacute pryskyřice ganja - z květů bhang - ze
semenhellip) Distribuuje se ve formě hnědyacutech mastnyacutech lisovanyacutech kostek či placek
Aplikace kouřeniacutem cigaret (marihuana) či dyacutemkou (hašiš) možno i peroraacutelně
Přiacuteznaky intoxikace rychlyacute naacutestup uacutečinku (minuty) ndash zrychleniacute tepu sucho v uacutestech
uvolněniacute euforie snoveacute obluzeniacute halucinace trvajiacuteciacute hodiny
Při dlouhodobeacutem pravidelneacutem užiacutevaacuteniacute zpomaleniacute myšleniacute poruchy paměti
schizofrenie riziko zhoubnyacutech naacutedorů dyacutechaciacuteho systeacutemu
Jde pouze o psychickou nikoli fyzickou zaacutevislost (nehroziacute abstinenčniacute syndrom)
Marihuana patřiacute mezi tzv bdquoměkkeacuteldquo drogy ndash otaacutezka bdquopřestupniacute staniceldquo k bdquotvrdyacutemldquo drogaacutem je
nejednoznačnaacute V některyacutech staacutetech (Holandsko Izrael) neniacute marihuana zakaacutezaacutena Řada lidiacute po tom
volaacute i u naacutes Možnost kontrolovaneacuteho leacutečebneacuteho využitiacute (potlačeniacute nevolnosti při chemoterapii
rakoviny roztroušeneacute skleroacutezy parkinsonismu apod)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 7
32 Halucinogeny Tyto laacutetky obecně deformujiacute vniacutemaacuteniacute reality a navozujiacute falešneacute (předevšiacutem zrakoveacute
ale i sluchoveacute čichoveacute) představy Existuje viacutece než 150 rostlin ze kteryacutech lze ziacuteskat halucinogeny Znaacutemy už od starověku (věštiacuterny ndash
Theacuteby Delfy) Děleniacute dle chemickeacuteho složeniacute
a) Indoloveacute derivaacutety (např LSD psilocin harmin)
b) Piperidinoveacute a tropanoveacute laacutetky (atropin skopolamin)
c) Fenylethylaminoveacute derivaacutety (mezkalin)
ad a) LSD = diethylamid kyseliny lysergoveacute ndash obsažen v naacutemelu (parazit na žitě)
LSD Obr 3 Naacutemel
Naacutemel vytvaacuteřiacute parazitniacute houba Paličkovice nachovaacute (viz Obr 3) ve středověku řada otrav bdquoIgnis sacerldquo
(Svatyacute oheň) Od r 1962 Timothy Leary (hnutiacute Hippies) ndash užiacutevaacuteniacute LSD
42
Aplikace ve formě napuštěnyacutech papiacuterků (bdquoblotterldquo)
Uacutečinky Během kraacutetkeacute doby předměty měniacute tvar i barvu zpomaleniacute času
dezorientace fobie
Do teacuteto skupiny drog daacutele patřiacute
Psilocin a psilocybin (obsaženy v houbičce
Lysohlaacutevka kopinataacute ndash viz Obr 4)
Dalšiacute zaacutestupci
Harmin harmalin (Latinskaacute Amerika)
Bufotenin (ropušiacute jed) ibogain (Gabun Afrika)
Obr 4 Lysohlaacutevka
ad b) Atropin ndash v ruliacuteku zlomocneacutem a semenech durmanu Rozšiacuteřeniacute zorniček
Aplikace většinou formou vyacuteluhu Působiacute jako blokaacutetory acetylcholinu (halucinace) Dalšiacute Skopolamin hyoscyamin (obsaženy v bliacutenu) fencyklidin (disociativniacute anestetikum)
ad c) Mezkalin (345-trimethoxyfenylethylamin) v kaktusech (Lophophora Williamsii) Mexiko
Aplikace peroraacutelně i kouřeniacutem uacutečinky podobneacute jako LSD
Všechny drogy teacuteto skupiny působiacute pouze psychickou zaacutevislost
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 8
33 Stimulanty
Jde o přiacuterodniacute (kokain) i syntetickeacute (amfetaminy) laacutetky navozujiacuteciacute stimulačniacute
(povzbudivyacute) uacutečinek odstraněniacute uacutenavy sniacuteženiacute potřeby spaacutenku euforii schopnost
empatie (souciacutetěniacute)
a) Kokain (bdquokoksldquo bdquocrackldquo bdquorockldquo bdquosniacutehldquo) Biacutelyacute praacutešek nahořkleacute chuti patřiacute mezi tropanoveacute alkaloidy
Koka pravaacute (viz Obr 5)
rostlina znaacutema už v řiacuteši Inků v Evropě od 16 stol do r 1903 obsažena i
ve znaacutemeacutem naacutepoji Coca Cola
Aplikace šňupaacuteniacute nosem kouřeniacutem i injekčně
Uacutečinky třes poceniacute sucho v uacutestech rozšiacuteřeniacute zornic zvyacutešeniacute tlaku lesk v očiacutech
paacuteleniacute kůže Vyvolaacutevaacute pocit euforie při předaacutevkovaacuteniacute uacutetlum dyacutechaacuteniacute smrt
Kokain je jednou z nejdražšiacutech tvrdyacutech dog s extreacutemniacute psychickou zaacutevislostiacute
Obr 5 Koka
43
b) Amfetaminy ndash obsahujiacute dusiacutekatyacute atom mimo cyklus
Původně užiacutevaacuteny jako leacutečiva později zjištěny nežaacutedouciacute uacutečinky na psychiku a
naacutevykovost Při delšiacute konzumaci dochaacuteziacute k deformaci osobnosti (bdquoamfetaminovaacute
psychoacutezaldquo) Jde o jeden z nejnebezpečnějšiacutech druhů toxikomaacutenie z hlediska
agresivity a vedlejšiacutech uacutečinků (poškozeniacute ledvin jater) s vysokou psychickou a
čaacutestečně i fyzickou zaacutevislostiacute
Aplikace praacutešek (tablety) injekčně roztok uacutečinky podobneacute kokainu
Zaacutestupci Metamfetamin (bdquopervitinldquo) fenmetrazin MDMA (bdquoextaacutezeldquo)
extaacuteze = N-methyl-34-methylendioxyamphetamin
c) Methylxanthiny Jde o povzbuzujiacuteciacute laacutetky obsaženeacute v kaacutevě kakau čaji Působiacute na svalstvo stimuluje
srdečniacute činnost sekreci žaludečniacutech šťaacutev V malyacutech daacutevkaacutechndashzvyacutešeniacute bdělosti potlačeniacute
uacutenavy většiacute daacutevky (nad 200 mg denně) působiacute nespavost psychickeacute potiacuteže osteoporoacutezu
(odvaacutepněniacute kostiacute)
Nejznaacutemějšiacute zaacutestupce kofein (137-trimethylxanthin)
Kromě kofeinu jsou v kaacutevě a čaji theofylin (13-dimethylxanthin) theobromin (37-dimethylxanthin)
Do teacuteto skupiny daacutele patřiacute
- zaacutevislost kathoveacuteho typu (žvyacutekaacuteniacute listů rostliny Catha edulis rozšiacuteřeno kolem Rudeacuteho moře)
- betel (z palmy Areka obecnaacute obsahuje arekaidin) ndash v Thajsku (červeneacute zbarveniacute jazyka)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 9 10
34 Sedativa
Jde o laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem na centraacutelniacute nervovou soustavu Podporujiacute spaacutenek
navozujiacute zklidněniacute zmiacuterňujiacute uacutezkost Při předaacutevkovaacuteniacute ndash celkovaacute anestezie až smrt
44
a) Barbituraacutety jsou staršiacute skupinou laacutetek a dřiacuteve se užiacutevala jako leacutečiva Pozor ndash už desetinaacutesobek
leacutečebneacute daacutevky může byacutet smrtelnyacute (riziko předaacutevkovaacuteniacute neexistence uacutečinneacuteho
antidota)
Aplikace tablety
Zaacutestupci Veronal (diethylbarbiturovaacute kyselina) Luminal (5-fenyl-5-ethylbarbiturovaacute kys)
Meprobamat Fyzickaacute zaacutevislost nebezpečnyacute abstinenčniacute syndrom
C OC
C OR1
R2O
O
CH2CH3
CH2 CH3
NH2
NH2
O+-2 C2H5OH
NH
NH
R2
R1
O
O
O
močovinadiethylmalonaacutety R1=R2=H kys barbiturovaacute
R1=R2=C2H5 barbital veronal
R1=C2H5 R2=C6H5 luminal fenobarbital b) Benzodiazepiny Novějšiacute preparaacutety - od sedmdesaacutetyacutech let vytlačily předchoziacute z trhu
Vyacutehody menšiacute riziko předaacutevkovaacuteniacute existence uacutečinneacuteho antidota (Flumazenil)
Přiacuteklady Diazepam (Valium)
Flunitrazepam (Rohyphnol Obr 6)
Midazolam (Dormicum)
Způsobujiacute těžkou fyzickou i psychickou zaacutevislost
Užitiacute při předoperačniacute přiacutepravě apod
V posledniacute době se však čiacutem daacutel tiacutem viacutece při leacutečbě
fobiiacute upřednostňuje psychoterapie Obr 6 Rohyphnol
c) Dalšiacute sedativa Přiacuteklady Azapirony (Buspiron) leacutečeniacute dlouhodobyacutech uacutezkostiacute
Cyklopyrolony (Zopiklon) hypnotikum 3 generace proti epilepsii
Imidazopyridin (Zolpidem) svalovaacute relaxace
Mezi sedativa patřiacute takeacute Thaloimid (Contergan) ndash teratogenniacute uacutečinky na plod při užiacutevaacuteniacute v těhotenstviacute
Kava-kava ndash přiacuterodniacute sedativum z pepřovniacuteku opojneacuteho (N Guineia)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 11
45
35 Opiaacutety Jednaacute se o velmi tvrdeacute drogy pochaacutezejiacuteciacute ze šťaacutevy nezralyacutech makovic (opium
morfin) a jejich syntetickeacute derivaacutety (heroin) Morfium bylo znaacutemo jako leacutek tlumiacuteciacute bolest (analgetikum) a bylo využiacutevaacuteno např při ošetřovaacuteniacute
zraněnyacutech vojaacuteků ve vaacutelce
Opium se ziacuteskaacutevaacute z lepkaveacute šťaacutevy nařiacuteznutyacutech makovic kteraacute na vzduchu hnědne
ztuhlaacute se seškrabe dosušiacute a uhněte do cihliček
Obr 7 Maacutek setyacute (Papaver somniferum)
Opium je směs obsahujiacuteciacute desiacutetky alkaloidů fenathrenoveacuteho typu (morfin) a izochinoliacutenoveacuteho typu
(papaverin) Existujiacute různeacute druhy opia (bdquogaliacuteldquo bdquochanduldquo bdquodrossldquo aj)
Aplikace nejviacutece kouřeniacutem v dyacutemkaacutech popř cigaretaacutech řidčeji peroraacutelně Většina
opia se zpracovaacutevaacute na čisteacute alkaloidy
Morfin kodein (methylmorfin) heroin (36-diacetylmorfin)
morfin heroin
Aplikace injekčně vyacutejimečně peroraacutelně
Uacutečinky Jedny z nejtvrdšiacutech drog extreacutemně silnaacute fyzickaacute i psychickaacute zaacutevislost
Projevujiacute se zuacuteženiacutem zorniček (na velikost špendliacutekoveacute hlavičky) po počaacutetečniacute euforii
působiacute poruchy paměti apatii celkovyacute rozvrat osobnosti totaacutelniacute impotenci
46
Těžkyacute abstinenčniacute syndrom vrcholiacute po cca 48 hodinaacutech a připomiacutenaacute silnou chřipku
daacutele zahrnuje zvraceniacute průjem šiacuteleneacute svěděniacute pokožky
Terapie je možnaacute jen uacutestavniacute formou s nevalnou šanciacute na vyleacutečeniacute
Dnes existuje řada syntetickyacutech derivaacutetů laacutetek tohoto typu některeacute z nich majiacute potlačeneacute naacutevykoveacute
uacutečinky a užiacutevajiacute se dokonce i k protidrogoveacute leacutečbě (např metadon)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 12
36 Solvencia (těkaveacute a inhalačniacute laacutetky)
Jde o tzv bdquočichaacuteniacuteldquo tj aplikaci par těkaveacute kapaliny (plynu) do dyacutechaciacuteho uacutestrojiacute
Nejčastěji zneužiacutevaneacute laacutetky
- alifatickeacute uhlovodiacuteky (ethyn propan butan hexan)
- cyklickeacute a aromatickeacute uhlovodiacuteky (cyklopropan toluen xyleny)
- směsi uhlovodiacuteků (benzin nafta)
- halogenderivaacutety (tetrachlormethan chloroform trichlorethylen ethylchlorid
freony)
- kysliacutekateacute derivaacutety (aceton butanon dimethylether methylacetaacutet methyl-terc
butylether MTBE oxid dusnyacute aj) Uacutekol Napište chemickeacute vzorce inhalačniacutech laacutetek
Aplikace čichaacuteniacutem - inhalaciacute par vyacuteše uvedenyacutech laacutetek (tzv bdquosniffing) nosem i uacutesty
Uacutečinky rychlyacute naacutestup ndash euforie zaacutevrať bdquoztraacuteta hmotnostildquo postupneacute upadaacuteniacute do
spaacutenku
Symptomy dilatace zornic slzeniacute vyacutetok z nosu zvraceniacute pokles hmotnosti třes hellip
Důsledky zhoršeniacute paměti pokles inteligence těžkeacute deprese rozpad osobnosti
poruchy krvetvorby nevratneacute poškozeniacute sliznic
Nebezpečiacute
- zadušeniacute např při přetaacutehnutiacute igelitoveacuteho pytliacuteku přes hlavu pro zvyacutešeniacute uacutečinku
- nevratneacuteho poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (ledviny jaacutetra) až smrt při polknutiacute
laacutetky
- jde o jedny z nejlevnějšiacutech a nejdostupnějšiacutech laacutetek ktereacute si každyacute snadno
opatřiacute (bdquodrogy hloupyacutechldquo)
- jednaacute se o silnou psychickou zaacutevislost se sklony k recidivě
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 13
47
4 PREVENCE A PRVNIacute POMOC
Při prevenci je rozhodujiacuteciacute aby se na probleacutem co nejdřiacuteve vůbec přišlo (všiacutemavost
k symptomům toxikomaacutenie)
Typickeacute přiacuteznaky
- naacutehlaacute změna chovaacuteniacute (předraacutežděnost deprese ztraacuteta zaacutejmů)
- zhoršenyacute prospěch ztraacuteta přaacutetel
- uacutebytek hmotnosti zdravotniacute probleacutemy vpichy
- potřeba peněz kraacutedeže střet se zaacutekonem hellip
Prevence
snaha předejiacutet zaacutevislosti zejmeacutena u mladyacutech lidiacute a u rizikovyacutech skupin
- vyacutechova v rodině zaacutejem o diacutetě
- vyacutechova ve škole upozorněniacute na rizika
- sport aktivniacute traacuteveniacute volneacuteho času hellip
Prvniacute pomoc
se nelišiacute od prvniacute pomoci např při nehodě tj je nutno se postarat o zachovaacuteniacute
zaacutekladniacutech životniacutech funkciacute a rychlou leacutekařskou pomoc
Leacutečeniacute
je postaveno na baacutezi dobrovolnosti ndash dlouhodobaacute zaacuteležitost včetně uacutestavniacute leacutečby
riziko recidivy Absolutniacute nutnost_doživotniacute abstinence
Při probleacutemech
V Olomouci existuje P-centrum Lafayettova 9 Olomouc tel 585221983
httpwwwp-centrumcz
p-centrump-centrumcz
5 LEGISLATIVA
Samotneacute užiacutevaacuteniacute drog neniacute trestneacute trestneacute je jejich drženiacute vyacuteroba distribuce
Důležityacute pro policii je pojem tzv bdquomaleacuteholdquo množstviacute zadrženeacute drogy
- při něm jde jen o přestupek s pokutou do 15000 Kč
- při většiacutem množstviacute pak už o trestnyacute čin s možnostiacute vězeniacute až na 5 let
48
Za maleacute množstviacute se považuje např
konopiacute - 5 rostlin marihuana - 15 g sušiny extaacuteze - 4 tablety LSD - 5 papiacuterků
kokain - 1 gram pervitin - 2 gramy
Vybraneacute trestniacute sazby
- za distribuci drog mladistvyacutem až 10 let vězeniacute
- při způsobeniacute těžkeacute uacutejmy na zdraviacute až 15 let
- bdquovařičildquo do 5 let
- za pouheacute neoznaacutemeniacute vyacuteše uvedenyacutech činů hroziacute až 3 roky
Probleacutem
Zaacutekon postihuje zpravidla jen dealery a bdquomenšiacute rybyldquo zatiacutemco velciacute distributoři a
producenti jsou chyceni spiacuteše vyacutejimečně Naviacutec se staacutele objevujiacute noveacute derivaacutety ktereacute
dosud nejsou na seznamech zakaacutezanyacutech laacutetek
Zaacutekony pojednaacutevajiacuteciacute o drogaacutech
č1401961 Sb (trestniacute zaacutekon)
č 2001990 (přestupkovyacute zaacutekon)
č 3321997 (zachaacutezeniacute skladovaacuteniacute likvidace)
č 1671998 (o naacutevykovyacutech laacutetkaacutech)
č 3792005 (prevence toxikomaacutenie)
Vyhlaacuteška č 621989 (seznam psychotropniacutech laacutetek)
Sděleniacute č4621991 (prekurzory omamnyacutech a psychotropniacutech laacutetek)
6 Teacutemata referaacutetů 1 Vznik nebezpečiacute a důsledky toxikomanie analyacuteza přiacutečin
2 Problematika alkoholu sekundaacuterniacute naacutesledky alkohol za volantem
3 Vyacuteroba piva
4 Vyacuteroba viacutena
5 Vyacuteroba destilaacutetů
6 Tabaacutek a kouřeniacute ndash historie pěstovaacuteniacute druhy postup vyacuteroby cigaret
7 Marihuana a hašiš
8 Halucinogeny
9 Stimulancia
49
10 Methylxanthiny
11 Sedativa
12 Opiaacutety
13 Inhalačniacute laacutetky (solvencia)
14 Legislativa - přehled a komentaacuteř platnyacutech zaacutekonů tyacutekajiacuteciacutech se naacutevykovyacutech laacutetek
7 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 M Wenke Farmakologie Avicenum 1986
2 IBečkovaacute PVišňovskyacute Farmakologie drogovyacutech zaacutevislostiacute Karolinum 1999
3 PVišňovskyacute IBečkovaacute Bludnyacute kruh toxikomaacuteniiacute EIA Hradec Kraacuteloveacute 1998
4 MWenke M Mraacutez S Hynie Farmakologie pro leacutekaře Avicenum 1984
5 J Mann Jedy drogy leacuteky Academia Praha 1996
6 wwwmemberstripodcom7EMartinMVdrogyhtml
7 wwwodrogachcz
50
VYacuteROBA CUKRU
Text zpracovali Mgr Jana Praacutešilovaacute a Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru
21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina
22 Chemickeacute složeniacute cukroveacute řepy
3 Vyacuterobniacute etapy
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
32 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
34 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
35 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
36 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech zdrojů
51
1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
Cukr je surovinou kteraacute naacutes doprovaacuteziacute v běžneacutem životě na každeacutem kroku
Mnoziacute z naacutes si hned raacuteno osladiacute čaj či kaacutevu kostkou cukru Pojďme se nyniacute podiacutevat
jak se cukr vyraacutebiacute a kde se kostka cukru vlastně vzala
Nejprve si udělejme kraacutetkou zastaacutevku u historie cukrovarnictviacute na uacutezemiacute Českeacute
republiky
bull v roce 1787 byla založena prvniacute rafinerie (zaacutevod na čištěniacute cukru) v klaacutešteře
na Zbraslavi u Prahy čistil se zde dovaacuteženyacute třtinovyacute cukr
bull v roce 1841 vytvořil ředitel rafinerie v Dačiciacutech prvniacute kostku cukru do teacuteto doby
se v domaacutecnostech použiacutevaly tzv cukroveacute homole
V 19 stoletiacute fungovalo na našem uacutezemiacute přes 150 cukrovarů v současneacute době (rok
2011) u naacutes cukr vyraacutebiacute pouze 7 cukrovarů
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru 21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina Vyacuteroba cukru z cukroveacute třtiny byla znaacutema po celaacute staletiacute V našich krajiacutech však
pro pěstovaacuteniacute teacuteto rostliny nejsou vhodneacute podmiacutenky (pěstuje se v tropickeacutem a
subtropickeacutem paacutesmu) Z miacutestniacutech plodin je pro vyacuterobu cukru vhodnaacute cukrovaacute řepa
Cukrovaacute řepa (Beta vulgaris) Cukrovaacute třtina (Saccharum officinarum)
Obr 1 Cukrovaacute řepa Obr 2 Cukrovaacute třtina - dvouletaacute plodina - cukr se hromadiacute v bulvaacutech - obsah sacharosy 16ndash20 - skladuje se a zpracovaacutevaacute (do 48 h)
- viacuteceletaacute travina - cukr se hromadiacute ve stvolu - obsah sacharosy 13ndash17
52
22 Složeniacute cukroveacute řepy Podrobněji se zaměřiacuteme na cukrovou řepu z niacutež se u naacutes cukr vyraacutebiacute
V bulvaacutech cukroveacute řepy se nachaacuteziacute kromě cukru i dalšiacute laacutetky Jejich obsah vyacuteznamně
ovlivňuje technologickyacute proces a produkci cukru Průměrneacute složeniacute uvaacutediacute Obr 3
5 2
18
75
voda 75
sacharidy 18
dřeň 5
necukerneacute laacutetky 2
Obr 3 Průměrneacute složeniacute cukroveacute řepy Sacharidy Nejdůležitějšiacutem sacharidem a konečnyacutem produktem vyacuteroby je SACHAROSA
Sacharosa patřiacute mezi disacharidy jejiacute molekula je tvořena zbytkem molekuly glukosy
a molekuly fruktosy ktereacute jsou navzaacutejem spojeny glykosidickou vazbou (viz obr 4)
Je to krystalickaacute biacutelaacute laacutetka dobře rozpustnaacute ve vodě Maacute vyacuteraznou sladkou chuť a
použiacutevaacute se jako sladidlo Patřiacute mezi opticky aktivniacute laacutetky a neredukujiacuteciacute sacharidy
Obr 4 Vzorec sacharosy
53
Dřeň Součaacutestiacute dřeně bulvy řepy je celulosa a hemicelulosa (polysacharidy) pektinoveacute
laacutetky1 biacutelkoviny a saponiny2 Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a mohou znesnadňovat
vyacuterobniacute proces způsobujiacute probleacutemy např při filtraci
Necukerneacute laacutetky (šťaacuteva obsahujiacuteciacute necukerneacute laacutetky) Z necukernyacutech laacutetek obsahuje šťaacuteva aminokyseliny amidy biacutelkoviny organickeacute
zaacutesady enzymy soli organickyacutech kyselin (kyseliny mravenčiacute octoveacute šťaveloveacute
citronoveacute) Rozhodujiacuteciacute negativniacute vliv na krystalizaci cukru majiacute mineraacutelniacute laacutetky
(popeloviny)
3 Vyacuterobniacute etapy
Vyacuterobu cukru můžeme rozdělit do několika faacuteziacute
1 Mechanickaacute uacuteprava řepy
2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
6 Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru
1 pektin ndash makromolekulaacuterniacute laacutetka jejiacutemž zaacutekladem jsou sacharidy nachaacuteziacute se např v ovoci
způsobuje rosolovatěniacute ovocnyacutech šťaacutev a zavařenin 2 rostlinnyacute glykosid (derivaacutet sacharidů) tvořiacuteciacute pěnivyacute roztok ve vodě
54
Tab 1 Přehled fyzikaacutelniacutech a chemickyacutech pochodů aplikovanyacutech při vyacuterobě cukru v jednotlivyacutech etapaacutech vyacuteroby
Etapa Fyzikaacutelně-chemickeacute pochody Vstup laacutetek (suroviny) Vyacutestup laacutetek (produkty)
Mechanickaacute uacuteprava řepy bull rozpustnost bull bulvy cukroveacute řepy bull řepneacute řiacutezky
Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy bull koagulace biacutelkovin bull difuacuteze
bull řepneacute řiacutezky bull horkaacute voda
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull vyslazeneacute řepneacute řiacutezky
Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull sraacuteženiacute necukernyacutech laacutetek
bull saturace bull filtrace sraženin
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull Ca(OH)2 bull CO2
bull lehkaacute šťaacuteva bull saturačniacute kaly
Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace
bull lehkaacute šťaacuteva bull těžkaacute šťaacuteva bull I cukrovina
Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
bull odstřeďovaacuteniacute bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace bull vykryacutevaacuteniacute bull filtrace bull adsorpce
bull I cukrovina bull surovyacute cukr bull voda bull Ca(OH)2 bull adsorbent
bull surovyacute cukr bull zelenyacute sirob bull II cukrovina bull zadinovyacute cukr bull melasa bull biacutelaacute cukrovina
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
Ciacutel
bull očištěniacute řepy
bull rozřezaacuteniacute řepy na řiacutezky
Při podzimniacutem vyacuteletu do přiacuterody můžeme na poliacutech vidět zemědělce skliacutezejiacuteciacute
cukrovou řepu Na poliacutech se řepa zbaviacute chraacutestu (zelenyacutech listů) a nahrubo očistiacute od
hliacuteny Po dopraveniacute do cukrovaru je řepa důkladně očištěna vodou od zbyacutevajiacuteciacute hliacuteny
kameniacute piacutesku a kořiacutenků pomociacute řepnyacutech splavů1 a řepnyacutech praček2 Voda z řepy
odkape na třasadlu3 Vyacutetah dopraviacute řepu na automatickou vaacutehu a z niacute putuje řepa do
řezačky4 kteraacute nařeže bulvu na řiacutezky (obr 5 6) s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
Obr 5 Řepneacute řiacutezky Obr 6 Nože řezačky Otaacutezka Proč se řepa porcuje na řiacutezky trojuacutehelniacutekoveacuteho profilu Uacutečelem rozřezaacuteniacute bulvy na řiacutezky je zvětšit povrh (styčnou plochu) řepy pro naacuteslednou difuacutezi cukru z buněk pletiva Trojuacutehelniacutekovyacute profil byl vyhodnocen jako nejvhodnějšiacute tvar pro optimaacutelniacute vyluhovatelnost cukru 3 2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull vyluhovaacuteniacute cukru (sacharosy) z buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků
bull ziacuteskaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Sacharosa se nachaacuteziacute uvnitř buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků Membraacutena buněk
sacharosu volně ven z buňky nepropustiacute proto je nutneacute řiacutezky luhovat horkou vodou
Od 60degC začiacutenajiacute biacutelkoviny membraacuteny buněk koagulovat a ty se tak staacutevajiacute pro cukr
leacutepe propustneacute 1 řepnyacute splav ndash betonovyacute kanaacutel do ktereacuteho je napouštěna voda kteraacute unaacutešiacute řepu k pračce 2 řepnaacute pračka ndash zařiacutezeniacute na odstraněniacute hliacuteny kameniacute a kořiacutenků proti proudu vody je přivaacuteděna řepa kameny a dalšiacute odpad odpadaacutevajiacute ze dna pračky 3 třasadlo ndash kmitajiacuteciacute se siacuteto k odstraněniacute vody 4 řezačka ndash zařiacutezeniacute se sadou nožů rozporcuje řepu na řiacutezky s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
56
Otaacutezka Co je to KOAGULACE Koagulace (shlukovaacuteniacute) je postupneacute uspořaacutedaacutevaacuteniacute jednotlivyacutech čaacutestic do jineacuteho prostoroveacuteho umiacutestěniacute V našem přiacutepadě dochaacuteziacute ke koagulaci biacutelkovin membraacuteny buněk vlivem zvyacutešeneacute teploty Vyzkoušet si koagulaci můžete i doma ndash stačiacute si usmažit vajiacutečka k sniacutedani Vyluhovaacuteniacute řiacutezků se děje v zařiacutezeniacutech zvanyacutech difuzeacutery1 Řiacutezky jsou v nich
přivaacuteděny proti proudu horkeacute vody Řiacutezky nově přivaacuteděneacute do difuzeacuteru jsou
promyacutevaacuteny nejsladšiacute vodou a na řiacutezky zbaveneacute cukru steacutekaacute voda čistaacute čiacutemž jsou
zajištěny optimaacutelniacute podmiacutenky difuacuteze Z difuzeacuteru odteacutekaacute difuacutezniacute šťaacuteva jako nakyslaacute
kapalina tmaveacute barvy Otaacutezka Co je to DIFUacuteZE Tvrdiacuteme-li že laacutetka difunduje pak se jejiacute čaacutestice v roztoku pohybujiacute z miacutest o vyššiacute koncentraci čaacutestic do miacutest s nižšiacute koncentraciacute čaacutestic Po vyluhovaacuteniacute se řiacutezky označujiacute jako vyslazeneacute řiacutezky Ty se daacutele zpracovaacutevajiacute
- sušiacute popř lisujiacute a využiacutevajiacute se jako krmivo nebo v kvasneacutem průmyslu (vyacuteroba
alkoholu)
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull odstraněniacute necukernyacutech laacutetek z difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull ziacuteskaacuteniacute tzv lehkeacute šťaacutevy
Spolu se sacharosou difunduje z buněk i velkeacute množstviacute necukernyacutech laacutetek (viz
složeniacute řepy) Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a ztěžujiacute vyacuterobniacute proces (např krystalizaci
cukru filtraci atd)
Čištěniacute probiacutehaacute ve dvou faacuteziacutech
1 Čeřeniacute difuacutezniacute šťaacutevy
2 Saturace šťaacutevy
Při čeřeniacute se k difuacutezniacute šťaacutevě vyhřaacuteteacute na 90degC přivaacutediacute postupně 15 ndash 2 vaacutepenneacute
mleacuteko - roztok Ca(OH)2 Ca2+ ionty reagujiacute s necukernyacutemi laacutetkami za vzniku
nerozpustnyacutech vaacutepenatyacutech soliacute ktereacute lze naacutesledně odfiltrovat a šťaacutevu tak vyčistit
Přiacuteklad reakci Ca2+ iontů s kyselinou šťavelovou uvaacutediacute naacutesledujiacute rovnice
1 difuzeacuter ndash velkaacute naacutedoba s vyhřiacutevanyacutem plaacuteštěm do ktereacute jsou z jedneacute strany přivaacuteděny řepneacute řiacutezky ze strany druheacute horkaacute voda
57
Ca2+ + (C2O4)2- rarr Ca(COO)2 Obdobnou roli hrajiacute i ionty OH- Neutralizujiacute volneacute kyseliny a s Al3+ Fe3+ Mg2+
ionty reagujiacute za vzniku nerozpustnyacutech hydroxidů ktereacute lze rovněž odfiltrovat
2 Al3+ + 3 Ca(OH)2 rarr 2 Al(OH)3 + 3 Ca2+ Vaacutepenneacute mleacuteko je ke šťaacutevě přidaacutevaacuteno i z dalšiacutech důvodů Pro dalšiacute
technologickyacute proces je třeba neutralizovat kyselou reakci difuacutezniacute šťaacutevy a
v neposledniacute řadě je vaacutepennyacutem mleacutekem šťaacuteva desinfikovaacutena Otaacutezka Co je to NEUTRALIZACE Neutralizace je reakce kyseliny a zaacutesady při niacutež vznikaacute sůl a voda V našem přiacutepadě reaguje vaacutepenneacute mleacuteko (zaacutesada) s kyselinami přirozeně obsaženyacutemi v řepě (viz složeniacute řepy) Daacutele šťaacuteva pokračuje do saturačniacuteho zařiacutezeniacute1 ve ktereacutem probiacutehaacute saturace
oxidem uhličityacutem Saturace se provaacutediacute k odstraněniacute přebytečnyacutech Ca2+ iontů Do
saturačniacuteho zařiacutezeniacute je vhaacuteněn oxid uhličityacute vznikaacute uhličitan vaacutepenatyacute kteryacute lze
odfiltrovat (na kalolisech2 či jinyacutech filtrech) Reakci uvaacutediacute naacutesledujiacuteciacute rovnice
Ca(OH)2 + CO2 rarr CaCO3 + H2O Otaacutezka Co je to SATURACE Saturace neboli syceniacute V našem přiacutepadě nasyceniacute roztoku oxidem uhličityacutem kteryacute reaguje s přebytečnyacutemi Ca2+ ionty v roztoku za vzniku uhličitanu vaacutepenateacuteho Vyacutesledkem etapy je tzv lehkaacute šťaacuteva zbytky sraženin na filtrech se nazyacutevajiacute
saturačniacute kaly 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny Ciacutel
bull zahuštěniacute lehkeacute difuacutezniacute šťaacutevy ke krystalizaci (zisk těžkeacute šťaacutevy)
bull ziacuteskaacuteniacute tzv cukroviny (směs krystalků cukru a matečneacuteho sirobu)
1 saturačniacute zařiacutezeniacute (saturaacutek) ndash vaacutelcovitaacute naacutedoba s miacutechadlem u dna přiacutevodem šťaacutevy přiacutevodem oxidu
uhličiteacuteho a odvodem šťaacutevy V horniacute čaacutesti naacutedoby je komiacuten pro odvod plynů 2 kalolis - filtračniacute lis určenyacute k tlakoveacute filtraci kapalin obsahujiacuteciacute řadu raacutemů s napnutyacutemi plachetkami
Pracuje diskontinuaacutelně (střiacutedavě) Raacutemy s plachetkou zaneseneacute kalem jsou periodicky čištěny zatiacutemco v jineacutem přiacutestroji probiacutehaacute filtrace
58
Lehkaacute šťaacuteva maacute světle žlutou barvu a je teacuteměř zbavena všech nežaacutedouciacutech laacutetek
V roztoku je rozpuštěna sacharosa (přibližně
12-15 ) a již velmi malyacute podiacutel necukernyacutech
laacutetek Sacharosu z roztoku izolujeme
krystalizaciacute Lehkou šťaacutevu je třeba zahustit
ke krystalizaci ndash odpařit přebytečnou vodu
Zahušťovaacuteniacute ke krystalizaci se provaacutediacute ve
vakuovyacutech odparkaacutech1 Objem šťaacutevy se
zmenšiacute přibližně na čtvrtinu původniacuteho
objemu a ziacuteskaacute se tzv těžkaacute šťaacuteva (zahuštěnaacute)
s obsahem 60 cukru
Otaacutezka Co je to ODPAŘOVAacuteNIacute Proč se využiacutevaacute praacutece za sniacuteženeacuteho tlaku Odpařovaacuteniacute patřiacute mezi děliciacute metody laacutetek Rychlost odpařovaacuteniacute a jeho uacutečinnost zaacutevisiacute na velikosti povrchu odpařovaneacuteho roztoku na rychlosti odtahu vzniklyacutech par a předevšiacutem na teplotě a tlaku Teplotu varu roztoku můžeme sniacutežit praacutevě za použitiacute vakua (sniacuteženeacuteho tlaku) Ušetřiacuteme tiacutem energii potřebnou pro zahřiacutevaacuteniacute šťaacutevy
Těžkaacute šťaacuteva je daacutele zahušťovaacutena ve varostrojiacutech2 neboli zrničiacutech Ve
varostrojiacutech se šťaacuteva zahřiacutevaacute a odpařuje se zbytek vody tak dlouho až začne cukr ve
šťaacutevě krystalovat Krystalizace cukru se dokončiacute v zařiacutezeniacutech zvanyacutech krystalizaacutetor Otaacutezka Co je to KRYSTALIZACE Za jakyacutech podmiacutenek vykrystaluje cukr ze šťaacutevy Krystalizace patřiacute mezi zaacutekladniacute chemickeacute operace pomociacute nichž lze oddělit složky směsi bdquoAby mohla sacharosa krystalovat je třeba vytvořit přesycenyacute cukernyacute roztok V technickyacutech cukernyacutech roztociacutech za přiacutetomnosti necukernyacutech laacutetek je rozpustnost sacharosy obvykle vyššiacute Přesycenyacute cukernyacute roztok se připraviacute např tiacutem způsobem že se rychle zchladiacute nasycenyacute roztok technickyacute Z roztoku se ihned nevyloučiacute krystaly cukru a takovyacute roztok pak obsahuje viacutece rozpuštěneacuteho cukru než odpoviacutedaacute nasyceneacutemu roztoku Tento přebytečnyacute cukr vykrystaluje přidajiacute-li se k roztoku krystalky cukru (roztok se očkuje)ldquo [1] 3 5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute Ciacutel
bull odděleniacute krystalů cukru z cukroviny
bull očištěniacute suroveacuteho cukru
1 vakuovaacute odparka - soustava několika seacuteriově zapojenyacutech těles vyhřiacutevanyacutech paacuterou Prvniacute těleso je vyhřiacutevaacuteno parou o teplotě 130degC voda vypařenaacute v prvniacutem tělese se vede do dalšiacuteho tělesa jako tzv bryacutedovaacute paacutera atd Vyacutepary z posledniacute odparky se ochlazujiacute studenou vodou čiacutemž vznikaacute podtlak a tiacutem se snižuje tlak v odparkaacutech 2 varostroj - naacutedoba s trubkovou topnou komorou a miacutechadlem
Obr 7 Soustava odparek
59
bull zpracovaacuteniacute matečneacuteho sirobu na dalšiacute podiacutel cukru
bull přiacuteprava biacuteleacute cukroviny
Krystalky sacharosy je třeba oddělit od matečneacuteho sirobu K tomuto uacutečelu se
využiacutevajiacute odstředivky1 Oddělenyacute cukr maacute žlutavou barvu a je nazyacutevaacuten surovyacutem
cukrem (v obchodech se zdravou vyacuteživou si můžete zakoupit i surovyacute cukr)
Oddělenyacute matečnyacute roztok se nazyacutevaacute zelenyacute sirob
Zelenyacute sirob se zpracuje na meacuteně kvalitniacute (tzv zadinovyacute) cukr a odpadniacutem
produktem je tzv melasa (obr 8) kteraacute ještě obsahuje menšiacute podiacutel cukru a lze ji
využiacutet jako krmivo popř po zkvašeniacute k vyacuterobě lihu
Surovyacute řepnyacute cukr se přiacuteliš nehodiacute k přiacutemeacute spotřebě ndash jeho krystaly jsou žluteacute
a lepiveacute Je třeba je očistit Surovyacute cukr se čistiacute promyacutevaacuteniacutem vodou v odstředivkaacutech
Naacutesleduje filtrace cukerneacuteho roztoku přes bavlněneacute polyamidoveacute či kovoveacute tkaniny a
poreacutezniacute materiaacutely z keramiky
Posledniacute uacutepravou je odbarveniacute cukerneacuteho roztoku K tomuto uacutečelu se využiacutevaacute
metody adsorpce Jako absorbenty jsou využiacutevaacuteny ionexy aktivniacute uhliacute či hlinky
Vyacuteslednyacute cukernyacute roztok s krystalky cukru se nazyacutevaacute biacutelaacute cukrovina
Otaacutezka Co je to ADSORPCE Na jakeacutem principu absorbenty fungujiacute Z fyzikaacutelniacuteho hlediska se jednaacute o poutaacuteniacute laacutetky pomociacute van der Waalsovyacutech sil na povrchu vhodneacuteho adsorbentu (aktivniacute uhliacute silikagel) V přiacutepadě tzv chemisorpce jsou laacutetky poutaacuteny na povrch adsorbentu chemickyacutemi vazbami
Obr 8 Melasa
1 odstředivka (centrifuga) - sestaacutevaacute z dvouplaacutešťoveacute komory vevnitř je buben se siacutetem Do bubnu se napustiacute cukrovina a buben se roztočiacute Vlivem odstřediveacute siacutely prochaacutezejiacute kapky sirobu přes siacuteto bubnu a cukr zůstaacutevaacute uvnitř
60
3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
Biacutelaacute cukrovina se daacutele zpracovaacutevaacute krystalizaciacute na krystalovyacute cukr kostkovyacute
cukr a cukr moučku Dřiacuteve se vyraacuteběly i cukroveacute homole dnes sloužiacute pouze jako
suvenyacuter
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Kapitola 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru byla po dlouhou dobu tajena Prvniacute technologii zpracoval v roce 1764 francouzskyacute chemik Duhamel de Monceau Prvniacute kostkovyacute cukr u naacutes byl vyroben v Dačiciacutech v roce 1841 Patent ziacuteskal roku 1843 ředitel rafinerie J Ch Rada Češtiacute cukrovarniacuteci se nemaacutelo zasloužili o rozvoj rafinace cukru a kvalita našich cukrovarnickyacutech vyacuterobků byla obecně uznaacutevanou normou
bull vzhledem k vysokeacute ceně třtinoveacuteho cukru se cukrovarniacuteci pokoušeli vyrobit cukr z jinyacutech plodin mimo jineacute i z řepy
bull v roce 1829 byl založen prvniacute průmyslovyacute cukrovar v Kostelniacutem Vydřiacute (okres Jindřichův Hradec)
bull v obdobiacute 1831 ndash 1945 nastal boom v zaklaacutedaacuteniacute cukrovarů u naacutes plně fungovalo přes 150 cukrovarů
bull po roce 1990 fungovalo již pouze 60 cukrovarů po roce 2004 zbylo pouhyacutech 10 cukrovarů 7 fungujiacuteciacutech cukrovarů (2011)
bull Odštěpnyacute zaacutevod Opava - Vaacutevrovice bull Ředitelstviacute a zaacutevod Hrušovany nad Jevišovkou bull Cukrovar Dobrovice bull Cukrovar Českeacute Meziřiacutečiacute bull Cukrovar Vrbaacutetky as bull Cukrovar Prosenice bull Litovelskaacute cukrovarna as
Kapitola 2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru Zařazeniacute cukroveacute řepy do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Rodopsida ndash vyššiacute dvouděložneacute rostliny řaacuted Caryophyllales ndash hvozdiacutekotvareacute čeleď Chenopodiaceae ndash mečiacutekoviteacute rod Beta ndash řepa druh Beta vulgaris ndash řepa obecnaacute Zařazeniacute cukroveacute třtiny do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Liliopsida ndash rostliny jednoděložneacute
61
řaacuted Poales ndash lipnicotvareacute čeleď Poaceae ndash lipnicoviteacute rod Saccharum ndash třtina druh Saccharum officinarum ndash třtina cukrovaacute Podkapitola 3 3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Po prvniacute saturaci je odfiltrovaacuten kal buď na zařiacutezeniacutech zvanyacutech kalolis nebo na jinyacutech typech filtračniacutech zařiacutezeniacute Ve šťaacutevě je obsažen i hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute kteryacute se naacuteslednyacutem vyvařeniacutem rozložiacute na uhličitan kteryacute je možno odfiltrovat Děj je zapsaacuten pomociacute naacutesledujiacuteciacute rovnice Ca(HCO3)2 rarr CaCO3 + H2O + CO2 Pro maximaacutelniacute sniacuteženiacute vaacutepenatyacutech iontů v difuacutezniacute šťaacutevě se provaacutediacute druhaacute saturace oxidem uhličityacutem Neodstraniacute-li se vaacutepenateacute soli dokonale odparka se rychle inkrustuje Vaacutepenateacute soli v cukernyacutech šťaacutevaacutech působiacute obtiacuteže při vařeniacute cukrovin zvyšujiacute množstviacute melasy a tiacutem ztraacutety cukru Druhaacute saturace se provaacutediacute při teplotě 95 ndash 98degC a oxidem uhličityacutem se saturuje až do dosaženiacute pH 9 ndash 95 Při druheacute saturaci vznikaacute hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute ten se odstraňuje vyvařovaacuteniacute na tzv vyvařovaacuteku kde se šťaacuteva zahřiacutevaacute na teplotu 100degC Podkapitola 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
Při zahušťovaacuteniacute ve varostrojiacutech se vytvořiacute směs krystalů a matečneacuteho roztoku (sirobu) tzv I cukrovina Přibližně frac34 cukru vykrystalizuje Zbytek cukru zůstaacutevaacute v roztoku Růst krystalů se kontroluje tzv cukroskopem (bdquolupaldquo) popř se využiacutevaacute automatickeacute kontroly elektrickeacute vodivosti Vodivost roztoku klesaacute s rostouciacute koncentraciacute cukru v roztoku Podkapitola 3 5 Ziacuteskaacutevaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
Ziacuteskaacutevaacuteniacute čisteacute cukroviny je mnohem složitějšiacute proces v textu je popsaacuten pouze jednoduše Ve skutečnosti se proces popsanyacute v textu několikraacutet opakuje Cukrovina se několikraacutet čistiacute svařuje nechaacute se krystalovat a odstřeďuje Podkapitola 3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny ndash Vyacuteroba krystaloveacuteho cukru
Biacutelaacute cukrovina se odstřediacute a ziacuteskanyacute krystalovyacute cukr se smiacutechaacute s nasycenyacutem cukernyacutem roztokem za vzniku tzv uměleacute cukroviny Umělaacute cukrovina se odstřediacute vykryacutevaacute parou nebo vodou a ziacuteskaacute se konečnyacute produkt ndash krystalovyacute cukr Krystalovyacute cukr je třeba vysušit K sušeniacute se využiacutevaacute vzduch ohřaacutetyacute na 70degC nebo tzv fluidniacute metoda Při fluidniacute metodě jsou krystalky na roštu zespod profukovaacuteny proudem vzduchu dojde k odstraněniacute vlhkosti ochlazeniacute krystalků a zaacuteroveň odpraacutešeniacute cukru Vysušenyacute cukr krystal se třiacutediacute na siacutetech dle velikosti zrn plniacute se do jutovyacutech nebo papiacuterovyacutech pytlů
Otaacutezka Jakyacute je rozdiacutel mezi krystalovyacutem cukrem a krupicovyacutem cukrem bdquoCukr krystal - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 04 - 02 mm Cukr krupice - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 016 ndash 08 mm a maximaacutelně 5 krystalů cukru maacute velikost nad 1 mmldquo[2]
Vyacuteroba kostkoveacuteho cukru K vyacuterobě kostek se použiacutevaacute kostkovaacute moučka kteraacute vznikla ze speciaacutelně upraveneacute cukroviny nebo netřiacuteděnyacute krystalovyacute cukr Tento materiaacutel se vlhčiacute vodou a cukernyacutem roztokem lisuje se na tyčinky ktereacute se vysušiacute a rozsekajiacute na kostky Možneacute je přiacutemeacute lisovaacuteniacute do formy kostek Vyraacutebějiacute se kostky různyacutech velikostiacute kvaacutedry i kostky ve tvaru karetniacutech symbolů tzv cukr bridž Vyacuteroba moučkoveacuteho cukru Materiaacutelem pro vyacuterobu moučkoveacuteho cukru je krystalovyacute cukr s malyacutemi zrny nebo zbytky kostkoveacuteho cukru Tento cukr se rozdrtiacute na mlyacutenech Mlyacutenice musiacute byacutet umiacutestěna v samostatneacutem objektu mimo ostatniacute čaacutesti cukrovaru nebo alespoň oddělena železnyacutemi vraty Opatřeniacute jsou nutnaacute z důvodu vzniku vyacutebušneacuteho cukerneacuteho prachu
62
Aby se zabraacutenilo tvrdnutiacute a rozpouštěniacute cukerneacute moučky při skladovaacuteniacute přidaacutevaacute se k cukru modifikovanyacute škrob Zrnka škrobu přiacutepadnou vlhkost pojmou Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute V dřiacutevějšiacutech dobaacutech se cukr pro domaacuteciacute použitiacute vyraacuteběl ve formě homoliacute (obr 9) Dnes je již toto zbožiacute vyraacuteběno pouze jako suvenyacuter pro turisty Liteacute homole se vyraacuteběly tak že se horkaacute cukrovina naleacutevala do forem z oceloveacuteho plechu na špičce opatřenyacutech otvorem Forma s cukrovinou se nasadila na hřebiacutek vyčniacutevajiacuteciacute ze dna voziacuteku na kteryacute se homole sklaacutedaly po ztuhnutiacute cukroviny Po ztuhnutiacute se homoly sejmuly ze hřebiacuteků a vložily do homoloveacute odstředivky ve ktereacute se dokonale očistily Dokonale biacutelaacute homole se pak vyrazila z oceloveacute formy a vysušila v sušaacuterně Vysušeneacute homole se očistily ofreacutezovaly u spodu a zabalily do papiacuteru Lisovaneacute homole se vyraacuteběly lisovaacuteniacutem nepatrně ovlhčeneacute moučky v lisu Pak se homole sušily a upravily jako homole liteacute 5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Pelikaacuten M Hřivna L Humpola J Technologie sacharidů Mendelova
zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně Brno 1999 2 Cukrovary a lihovary TTD [online 2011-04-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovaryttdczcaste-otazkycaste-otazkygt 3 Neiser J Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob Vysokoškolskaacute učebnice pro studenty
pedagogickyacutech a přiacuterodovědeckyacutech fakult studijniacuteho oboru 76-12-8 učitelstviacute všeobecně vzdělaacutevaciacutech předmětů Praha 1988
4 Kraus J Novyacute akademickyacute slovniacutek ciziacutech slov kolektiv autorů pod vedeniacutem Jiřiacuteho Krause Academia Praha 2007
5 Andrliacutek K Petrů F Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob SPN Praha 1965 6 Kopřiva J Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute (1 diacutel) SPN Praha 1979 7 Moravskoslezskeacute cukrovary as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwagranaczgt 8 Cukrovar Vrbaacutetky as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovarvrbatkyczgt 9 Hanaacuteckaacute potravinaacuteřskaacute společnost as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwhpsczgt
Zdroje obraacutezků
bull Obraacutezek 3 Cukrovaacute řepa [online 2011-12-2] Dostupneacute z www ltwwwtvujdumczgt
Obr 9 Cukroveacute homole
63
bull Obraacutezek 4 Cukrovaacute třtina [online 2011-2-5] Dostupneacute z www ltwwwspriincorggt
bull Obraacutezek 6 Vzorec sacharosy [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpwwwnejlevnejsidoplnkycznejlevnejsidoplnky5-Zajimavosti6-Sacharidygt
bull Obraacutezek 7 Řepneacute řiacutezky [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=376gt
bull Obraacutezek 8 Nože řezačky [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 9 Kalolis [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 10 Plachetka se saturačniacutem kalem [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpcswikipediaorgwikiKalolisgt
bull Obraacutezek 11 Systeacutem odparek [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 12 Varostroj [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtm
bull Obraacutezek 13 Odstředivka [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=380gt
bull Obraacutezek 14 Melasa [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwnazelenoczbiozdrava-vyziva-2bily-cukr-trtinovy-cukr-nebo-prirodni-sladidlaaspxgt
bull Obraacutezek 15 Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute [online 2011-4-27] Dostupniacute z www lthttpwwwcukrovaryttdczgt
bull Obraacutezek 16 Cukroveacute homole [online 2011-3-26] Dostupneacute z www lthttpjohnmadjackfullerhomesteadcomSugarloafhtmgt
64
MAKROMOLEKULAacuteRNIacute LAacuteTKY SYNTETICKEacute POLYMERY
Text zpracoval RNDr Josef Husaacuterek PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
11 Zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace polymerů
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů 131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
21 Polymerace
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
22 Polykondenzace
23 Polyadice
3 Užitiacute plastů
31 Recyklace odpadů z plastů
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
65
1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
Přiacuterodniacute materiaacutely jako je napřiacuteklad dřevo bavlna vlna kůže a slonovina
použiacutevali lideacute po tisiacutece let Teprve s rozvojem vědy a s naacutestupem moderniacutech
analytickyacutech metod se začali lideacute zajiacutemat o strukturu těchto materiaacutelů a snažili se tyto
dary přiacuterody nahradit podobnyacutemi materiaacutely ktereacute budou miacutet srovnatelneacute užitneacute
vlastnosti Kolem roku 1907 se podařilo Baekelandovi synteticky vyrobit prvniacute umělyacute polymer
kteryacute byl pojmenovaacuten jako bakelit a kteryacute vzaacutepětiacute nalezl vyacuteznamneacute technickeacute využitiacute v elektrotechnice
jako izolant Po dobu naacutesledujiacuteciacutech desetiletiacute se polymery staly středem zaacutejmu mnoha chemiků kteřiacute
připravili noveacute polymery na zaacutekladě synteacutezy malyacutech organickyacutech molekul
Velmi brzy se poznalo že syntetickeacute polymery svyacutemi vlastnostmi mohou
nahradit nejen přiacuterodniacute polymery ale často i materiaacutely kovoveacute keramiku i sklo
S ohledem na skutečnost že se syntetickeacute polymery vyraacutebějiacute z relativně levnyacutech
a dostupnyacutech surovin a že majiacute vyacutehodneacute chemickeacute fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti
vysokou staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute našly využitiacute zejmeacutena
ve stavebnictviacute v elektrotechnice v automobiloveacutem a textilniacutem průmyslu na vyacuterobu
předmětů běžneacute spotřeby obalů lepidel laků a naacutetěrovyacutech hmot Nutno
poznamenat že zmiacuteněnaacute staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute nutiacute
v současneacute době společnost k zodpovědnějšiacutemu použiacutevaacuteniacute a recyklaci vyacuterobků
ze syntetickyacutech polymerů a takeacute k synteacuteze novyacutech typů materiaacutelů ktereacute se po sveacutem
komerčniacutem využitiacute stanou součaacutestiacute přiacuterodniacuteho cyklu a životniacute prostřediacute zatiacutežiacute jen
minimaacutelně
11 Zaacutekladniacute pojmy
Makromolekuly jsou molekuloveacute systeacutemy složeneacute z velkeacuteho počtu atomů
vaacutezanyacutech chemickyacutemi vazbami do dlouhyacutech řetězců Tyto řetězce tvořiacute pravidelně se
opakujiacuteciacute čaacutesti ktereacute nazyacutevaacuteme stavebniacute neboli monomerniacute jednotky Počet
stavebniacutech jednotek vaacutezanyacutech v makromolekule je zpravidla různyacute a uvaacutediacute se pomociacute
polymeračniacuteho stupně (n) kteryacute může miacutet hodnotu 10 až 106 Sloučeniny s niacutezkyacutem
polymeračniacutem stupněm (nlt10) se nazyacutevajiacute oligomery s vyššiacutem polymeračniacutem
stupněm (ngt10) to jsou polymery
66
12 Klasifikace polymerů
Polymery lze rozdělit podle několika kriteacuteriiacute
Podle sveacuteho původu na
a) přiacuterodniacute polymery ndash vznikajiacute v rostlinaacutech či v živočišnyacutech organismech složityacutemi
biochemickyacutemi procesy (např biacutelkoviny polysacharidy nukleoveacute kyseliny)
b) syntetickeacute polymery ndash vyraacutebějiacute se z jednoduchyacutech organickyacutech sloučenin
reakcemi při nichž se velkyacute počet molekul vyacutechoziacutech laacutetek spojuje
v makromolekulu (např polystyren polyethylen bakelit)
Syntetickeacute polymery rozdělujeme
bull podle typu chemickyacutech reakciacute kteryacutemi vznikajiacute na
a) polymery připraveneacute polymeraciacute
b) polymery připraveneacute polykondenzaciacute
c) polymery připraveneacute polyadiciacute
bull podle tvaru makromolekulaacuterniacuteho řetězce na polymery (Obr 1)
a) lineaacuterniacute b) rozvětveneacute
c) plošně zesiacuteťovaneacute
d) prostorově zesiacuteťovaneacute
bull podle struktury a fyzikaacutelniacutech kriteacuteriiacute na
a) termoplasty ndash zahřiacutevaacuteniacutem měknou staacutevajiacute se plastickyacutemi a mohou se opakovaně
tvarovat (např polyethylen polypropylen)
b) termosety ndash přechodně tvaacuterliveacute zahřiacutevaacuteniacutem se chemicky měniacute a tiacutem ztraacutecejiacute
plastičnost majiacute molekulu trojrozměrně zesiacuteťovanou jsou tvrdeacute netavitelneacute
a nerozpustneacute ve většině rozpouštědel (např bakelit)
c) elastomery ndash pružneacute uacutečinkem vnějšiacute siacutely se deformujiacute a poteacute opět zaujiacutemajiacute
původniacute tvar zahřiacutevaacuteniacutem měknou majiacute dlouheacute a velmi maacutelo propojeneacute řetězce
(např syntetickyacute kaučuk)
67
Obr 1 Znaacutezorněniacute makromolekulaacuterniacuteho řetězce polymeru
a) lineaacuterniacuteho b) rozvětveneacuteho c) plošně zesiacuteťovaneacuteho d) prostorově zesiacuteťovaneacuteho
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
Jak bylo již napsaacuteno v předešleacutem textu syntetickeacute polymery se sklaacutedajiacute
ze strukturně složityacutech makromolekul ktereacute většinou tvořiacute atomy uhliacuteku a vodiacuteku
Ve skeletu makromolekuly mohou byacutet takeacute přiacutetomny i jineacute prvky jako jsou napřiacuteklad
kysliacutek dusiacutek siacutera nebo křemiacutek Přiacutetomnost některeacuteho z těchto prvků může vyacuteznamně
ovlivnit vlastnosti syntetickeacuteho polymeru a jeho naacutesledneacute praktickeacute využitiacute
Pro lepšiacute pochopeniacute již tak složiteacute problematiky si nejprve vysvětliacuteme tři zaacutekladniacute
pojmy jako jsou monomer stavebniacute a strukturniacute jednotka
Monomer ndash vyacutechoziacute laacutetka jejiacutež molekuly se mohou spojovat v makromolekuly
Stavebniacute jednotka (mer monomerniacute jednotka) ndash pravidelně se opakujiacuteciacute čaacutest
makromolekuly kteraacute maacute staacutele stejneacute složeniacute
Strukturniacute jednotka ndash představuje nejjednoduššiacute uspořaacutedaacuteniacute stavebniacutech jednotek
ve struktuře makromolekuly
a) b)
c) d)
68
Některeacute makromolekulaacuterniacute laacutetky majiacute totožnou stavebniacute a strukturniacute jednotku
(např polyethylen Scheacutema 1) Tyto makromolekulaacuterniacute laacutetky nazyacutevaacuteme obecně jako
homopolymery Pokud se však strukturniacute jednotka makromolekulaacuterniacutech laacutetek sklaacutedaacute
z odlišnyacutech stavebniacutech jednotek pak se jednaacute o kopolymery (např butadien-
-styrenovyacute kaučuk Scheacutema 2)
Scheacutema 1
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky homopolymeru (polyethylen)
CH2 CH CH CH2 CHCH2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH n + n
buta-13-dien
monomer
styren
monomer
polymerace
n
stavebniacute jednotka stavebniacute jednotka
strukturniacute jednotkabutadien-styrenoveacuteho kaučuku
kopolymer Scheacutema 2
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky kopolymeru (butadien-styrenovyacute kaučuk) 132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
Vztah mezi chemickyacutem složeniacutem strukturou a vlastnostmi laacutetek platiacute jak
pro maleacute organickeacute molekuly tak i pro makromolekulaacuterniacute sloučeniny Jedniacutem
z činitelů ovlivňujiacuteciacutech vlastnosti polymerů je velikost makromolekul Polymery
ktereacute tvořiacute maleacute makromolekuly majiacute nižšiacute polymeračniacute stupeň (n) kratšiacute řetězec
a tiacutem i nižšiacute relativniacute molekulovou hmotnost Při běžneacute teplotě jsou kapalneacute lepkaveacute
rozpustneacute v organickyacutech rozpouštědlech Naopak čiacutem je řetězec delšiacute tiacutem maacute
polymer vyššiacute relativniacute molekulovou hmotnost je pevnějšiacute a leacutepe odolaacutevaacute
rozpouštědlům
CH2 CH2 CH2 CH2
polymeracen n
ethylen
monomer
stavebniacute i strukturniacutejednotka polyethylenu
homopolymer
69
Polymery obecně nejsou chemickaacute individua ale jsou to směsi obsahujiacuteciacute
makromolekuly různyacutech velikostiacute Tato vlastnost vede k pojmu bdquoprůměrnaacute relativniacute
molekulovaacute hmotnostldquo a v zaacutesadě vyjadřuje kvantitativně stupeň polymerace
Mnohem leacutepe tuto skutečnost popisuje tzv distribučniacute křivka kteraacute graficky
vyjadřuje distribuci (rozděleniacute) četnosti molekul s určitou konkreacutetniacute relativniacute
molekulovou hmotnostiacute v daneacute směsi Grafickeacute vyjaacutedřeniacute je na Obr 2
Obr 2 Distribučniacute křivka (převzato z [8])
1 - uacutezkaacute 2 - širokaacute distribučniacute křivka - průměrnaacute relativniacute molekulovaacute hmotnost
V praxi se snažiacuteme o přiacutepravu polymerů s uacutezkou distribučniacute křivkou protože takoveacute
polymery majiacute obvykle lepšiacute užitneacute vlastnosti
Tvar makromolekul určuje rozpustnost v polaacuterniacutech nebo nepolaacuterniacutech
rozpouštědlech a chovaacuteniacute polymeru za zvyacutešeneacute teploty Lineaacuterniacute polymery jsou
při vyššiacute teplotě měkkeacute a rozpustneacute ve většině organickyacutech rozpouštědel
Rozvětveneacute a prostorově zesiacuteťovaneacute polymery se zahřiacutevaacuteniacutem chemicky měniacute
ztraacutecejiacute plastičnost a majiacute omezenou rozpustnost Energie chemickeacute vazby mezi atomy prvků v řetězci patřiacute mezi dalšiacute
vyacuteznamneacute činitele ktereacute určujiacute vlastnosti a použitelnost polymerů Pokud jsou vazby
mezi atomy v řetězci makromolekuly pevneacute energie těchto chemickyacutech vazeb bude
vysokaacute a polymer bude stabilniacute Přiacutekladem mohou byacutet silikony u kteryacutech se
pravidelně střiacutedajiacute v řetězci atomy křemiacuteku a kysliacuteku (Obr 3 energie vazby SindashO je
4441 kJmol) V důsledku vysokeacute energie vazby SindashO budou staacutelejšiacute na rozdiacutel od
70
polymerů složenyacutech jen z atomů uhliacuteku u kteryacutech energie chemickeacute vazby dosahuje
mnohem nižšiacute hodnoty (energie vazby CndashC je 3478 kJmol) Silikony majiacute dobreacute
elektroizolačniacute vlastnosti odolaacutevajiacute extreacutemně vysokyacutem i niacutezkyacutem teplotaacutem a takeacute jsou
vodou nesmaacutečiveacute Těchto vlastnostiacute se využiacutevaacute k vyacuterobě mazaciacutech olejů vazeliacuten
past pro uacutedržbu strojů nebo takeacute k vyacuterobě impregnačniacutech či leštiacuteciacutech přiacutepravků pro
uacutepravu povrchu obuvi sportovniacuteho oblečeniacute karoseacuterie aut apod
Obr 3 Strukturniacute jednotka silikonů
(R = organickyacute uhlovodiacutekovyacute zbytek např ndashCH3 ndashC2H5)
Mezi řetězci makromolekul mohou rovněž působit mezimolekulaacuterniacute siacutely
Přiacutekladem jsou vodiacutekoveacute můstky prostřednictviacutem kteryacutech se zvyšuje soudružnost
polymeru pevnost teplota taacuteniacute nebo odolnost proti rozpouštědlům Vodiacutekoveacute můstky
se nachaacutezejiacute napřiacuteklad u polyamidů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
Chemickeacute reakce kteryacutemi vznikajiacute syntetickeacute polymery se nazyacutevajiacute polyreakce
Podle průběhu se dajiacute dělit na řetězoveacute při kteryacutech dochaacuteziacute k postupneacutemu spojovaacuteniacute
molekul monomerů v dlouheacute řetězce a na stupňoviteacute u kteryacutech se monomery
nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky a ty se pak vzaacutejemně spojujiacute ve velkeacute
makromolekuly V praxi se polyreakce děliacute na polymerace polykondenzace
a polyadice
21 Polymerace
Polymerace je chemickaacute reakce při niacutež se velkyacute počet molekul monomeru
spojuje v makromolekulu syntetickeacuteho polymeru přičemž nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute
produkt Pokud se polyreakce zuacutečastňuje pouze jeden typ monomeru pak hovořiacuteme
o homopolymeraci Naopak kopolymeraciacute se rozumiacute takoveacute polymerace
O Si O Si O
R R
R Rn
71
CH2 CH2 CH2 CH2 n n
při kteryacutech reagujiacute dva a viacutece různyacutech monomerů V obou přiacutepadech je nutneacute
aby vyacutechoziacute laacutetky (monomery) měly přiacutetomnu alespoň jednu dvojnou vazbu
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
Polyethylen
bull zkratka PE
bull Piktogram (bdquorecyklovatelnyacute materiaacutelldquo)
HDPE LDPE
(vysokohustotniacute PE) (niacutezkohustotniacute PE)
(high density PE) (low density PE)
bull vlastnosti biacutelaacute poloprůsvitnaacute na dotek matnaacute pružnaacute a houževnataacute laacutetka
maacute vynikajiacuteciacute elektroizolačniacute vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute
tvarovat na požadovaneacute vyacuterobky
bull použitiacute obaly na potraviny foacutelie naacutedobiacute hračky lahve na chemikaacutelie hadice
izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute na vyacuterobu umělyacutech ceacutev aj
bull monomer ethen (ethylen)
Scheacutema 3 Polymerace ethenu
Polypropylen
bull zkratka PP
bull piktogram
bull vlastnosti podobneacute jako u PE je však pevnějšiacute odolnyacute teplotaacutem do 160 degC
bull použitiacute obalovyacute materiaacutel naacutedobiacute izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute
na vyacuterobu injekčniacutech střiacutekaček a předmětů ktereacute se dajiacute při teplotaacutech nad 60 degC
sterilizovat (zbavovat choroboplodnyacutech zaacuterodků) na vyacuterobu vlaacuteken do provazů
a lan aj
bull monomer propen (propylen)
72
Scheacutema 4
Polymerace propenu Poly(vinylchlorid)
bull zkratka PVC
bull piktogram PVC
bull vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute dobře tepelně tvarovat (měkne při
80degC) odolnyacute vůči kyselinaacutem i hydroxidům
bull použitiacute neměkčenyacute PVC (tzv Novodur) se použiacutevaacute na vyacuterobu vodovodniacutech
trubek tyčiacute či desek měkčenyacute PVC (tzv Novoplast) na vyacuterobu igelitu foacuteliiacute plaacutešťů
do deště hraček filmů ubrusů lahviacute umělyacutech kožešin aj
bull monomer vinylchlorid
Scheacutema 5
Polymerace vinylchloridu
Polystyren
bull zkratka PS
bull piktogram
bull vlastnosti tvrdyacute pevnyacute ale křehkyacute odolaacutevaacute kyselinaacutem a zaacutesadaacutem termoplast
rozpustnyacute v organickyacutech rozpouštědlech (aldehydy ketony benziacuten) zvukovyacute
a niacutezkoteplotniacute izolaacutetor
HC CH2 CH CH2
CH3CH3
n n
HC CH2 CH CH2
Cl Cl
n n
73
bull použitiacute na vyacuterobu spotřebniacuteho zbožiacute obalů hřebenů misek lžiček keliacutemků
od jogurtů pěnovyacute PS jako tepelnyacute popř izolačniacute materiaacutel ve stavebnictviacute
a chladiacuterenstviacute aj
bull monomer styren (vinylbenzen)
Scheacutema 6
Polymerace styrenu Poly(tetrafluoretylen)
bull zkratka PTFE
bull obchodniacute naacutezev Teflon
bull vlastnosti nehořlavyacute nejedovatyacute termoplast chemicky velmi odolnyacute (odolaacutevaacute
i horkeacute lučavce kraacutelovskeacute)
bull použitiacute speciaacutelniacute laboratorniacute technika kostniacute naacutehrady v chirurgii kuchyňskeacute
naacutedobiacute aj
bull monomer tetrafluorethen (tetrafluorethylen)
Scheacutema 7
Polymerace tetrafluorethenu Polybutadienovyacute kaučuk
bull zkratka BR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Buna
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik
HC CH2 CH CH2 n n
F2C CF2 CF2 CF2 n n
74
bull monomer buta-13-dien
bull patřiacute do skupiny syntetickyacutech kaučuků vyraacutebiacute se polymeraciacute konjugovanyacutech
dienů u kteryacutech se v molekule pravidelně střiacutedaacute jednoduchaacute a dvojnaacute vazba
bull syntetickeacute kaučuky jsou zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu pryžiacute nespraacutevně
označovanyacutech jako guma pryž vznikaacute z kaučuku vulkanizaciacute což je děj
při ktereacutem za tepla a v přiacutetomnosti vulkanizačniacuteho činidla (siacutera sirneacute sloučeniny)
dojde ke vzniku polysulfidickyacutech můstků mezi makromolekulami kaučuku
a k tvorbě řiacutedkeacute trojrozměrneacute polymeračniacute siacutetě čiacutem deacutele vulkanizace probiacutehaacute
tiacutem viacutece můstků vznikaacute vyacuteslednaacute pryž je tvrdšiacute a odolnějšiacute proti staacuternutiacute vlivem
vzdušneacute oxidace viz Obr 4
Scheacutema 8
Polymerace buta-13-dienu
Obr 4 Zesiacuteťovanaacute struktura vulkanizovaneacuteho kaučuku (x = 2-6)
bull přiacuterodniacute pryž se vyraacutebiacute vulkanizaciacute krepy kteraacute vznikaacute opakovanyacutem sušeniacutem
a vodniacutem louženiacutem sraženiny z latexoveacuteho mleacuteka a kyseliny mravenčiacute zdrojem
latexoveacuteho mleacuteka je tropickyacute strom Kaučukovniacutek brazilskyacute (Obr 5)
bull po chemickeacute straacutence odpoviacutedaacute přiacuterodniacute kaučuk z kaučukovniacuteku polyisoprenu
v cis-konfiguraci (Obr 6)
CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2nn
CH CH2
S
S
CH2 CH
CH CH2
S
CH2 CH
x
x
x
75
CH2
C C
H3C H
H2C
n
CH2
C C
H3C
HH2C
n
bull Gutaperča je rovněž přiacuterodniacute materiaacutel pochaacutezejiacuteciacute ze stromu Palaquium gutta
chemicky se jednaacute o praktickyacute čistyacute trans-izomer polyisoprenu (Obr 7) kteryacute maacute
mnohem menšiacute pružnost než kaučuk
Obr 5 Odkapaacutevajiacuteciacute latexoveacute mleacuteko z dřeviny kaučukovniacuteku (převzato z [13])
Obr 6 Strukturniacute jednotka přiacuterodniacuteho kaučuku (cis-izomer)
Obr 7 Strukturniacute jednotka gutaperči (trans-izomer)
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
Polymerace ktereacute se uacutečastniacute dva nebo viacutece různyacutech monomerů s naacutesobnou
vazbou označujeme jako kopolymerace Mezi polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
bychom mohli zařadit velkou skupinu laacutetek u kteryacutech vyacuteslednyacute makromolekulaacuterniacute
řetězec obsahuje stavebniacute jednotky obou monomerů v různeacutem pořadiacute nebo poměru
76
Dajiacute se tak vyrobit různeacute syntetickeacute kaučuky (butadien-styrenovyacute kaučuk butadien-
-akrylonitrilovyacute kaučuk aj) s vhodnyacutemi mechanickyacutemi vlastnostmi jako jsou např
pevnost a pružnost
Butadien-styrenovyacute kaučuk
bull zkratka SBR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Kralex Buna S
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik latexů (naacutetěroveacute a spojovaciacute hmoty)
bull monomery buta-13-dien styren (viz Scheacutema 2)
22 Polykondenzace
Polykondenzace je polyreakce při ktereacute dochaacuteziacute k reakci molekul dvou různyacutech
monomerů z nichž každyacute obsahuje nejmeacuteně dvě reaktivniacute funkčniacute skupiny
(např ndashOH) Na rozdiacutel od polymerace maacute stupňovityacute průběh při ktereacutem se
monomery nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky ktereacute se pak vzaacutejemně spojujiacute
v obrovskeacute makromolekuly Ve vyacuterobniacute praxi to představuje značnou vyacutehodu neboť
tak můžeme z reakčniacute směsi kdykoliv izolovat makromolekuly s různou deacutelkou
řetězce a tiacutem i s různyacutemi fyzikaacutelniacutemi vlastnostmi Stupňoviteacute polykondenzačniacute reakce
se od řetězovyacutech polymeračniacutech reakciacute lišiacute i z termodynamickeacuteho hlediska jsou to
obvykle endotermickeacute děje u kteryacutech musiacuteme do reakčniacute soustavy dodaacutevat teplo
Na rozdiacutel od polymerace vznikaacute při polykondenzaci vždy vedlejšiacute produkt jako je
nejčastěji voda amoniak nebo chlorovodiacutek
Mezi polymery vznikajiacuteciacute polykondenzaciacute patřiacute napřiacuteklad polyestery polyamidy
fenolformaldehydoveacute a močovinoformaldehydoveacute pryskyřice
Polyestery se vyraacutebějiacute z dvojsytnyacutech alkoholů a dikarboxylovyacutech kyselin
Použiacutevajiacute se k vyacuterobě textilniacutech materiaacutelů (např tesil terylen) nejčastěji ve směsi
s přiacuterodniacutemi vlaacutekny (vlna bavlna) Tyto materiaacutely jsou pevneacute pružneacute nemačkaveacute
rychle schnouciacute a odolneacute vůči molům i pliacutesniacutem Nevyacutehodou je jejich hořlavost
schopnost nabiacutejet se statickou elektřinou a malaacute schopnost pohlcovat pot
77
Z polyesterů se rovněž zhotovujiacute lana fotografickeacute filmy nebo plastoveacute lahve (PET
Scheacutema 9) Vyacuteznamneacute jsou i polyesteroveacute sklolaminaacutety (polyesteroveacute pryskyřice
vyztuženeacute skelnyacutemi vlaacutekny) neboť majiacute velkou pevnost dobreacute elektroizolačniacute
vlastnosti a odolaacutevajiacute chemikaacuteliiacutem Použiacutevajiacute se k vyacuterobě automobilovyacutech karoseacuteriiacute
letadel střešniacutech krytin potrubiacute v chemickyacutech provozech aj
CH2 CH2 OHHO COOHHOOC
O CH2 CH2 O OC CO
n + n
ethan-12-diol tereftalovaacute kyselina
polykondenzace
poly(ethylen-tereftalaacutet)PET
polyesterifikace
polykondenzace
polyesterifikaceH2O +
n
(2n-1)
Scheacutema 9
Polykondenzace ethan-12-diolu a tereftaloveacute kyseliny Polyamidy jsou dalšiacute vyacuteznamneacute polykondenzaacutety Připravujiacute se polykondenzaciacute
diaminů s dikarboxylovyacutemi kyselinami (např polykondenzaacutet Nylon) nebo polymeraciacute
cyklickyacutech amidů (např polykondenzaacutet Silon na jeho přiacutepravě se podiacutelel slavnyacute
českyacute chemik Otto Wichterle kteryacute je viacutece znaacutem v souvislosti s objevem měkkyacutech
kontaktniacutech očniacutech čoček) Molekuly polyamidů obsahujiacute peptidickou vazbu (Obr 8)
kteraacute se v řetězciacutech pravidelně opakuje tudiacutež můžeme tyto laacutetky považovat za
syntetickou obdobu biacutelkovin
Obr 8 Peptidickaacute vazba
C
O
NH
78
Materiaacutely z polyamidů jsou velmi pevneacute tvrdeacute a maacutelo se opotřebovaacutevajiacute Pro tyto
vlastnosti se použiacutevajiacute k vyacuterobě ozubenyacutech kol a ložisek daacutele k vyacuterobě textilniacutech
vlaacuteken užitkovyacutech předmětů foacuteliiacute aj
Fenolformaldehydoveacute pryskyřice (fenoplasty) jsou ze všech plastů nejdeacutele
znaacutemeacute V roce 1907 připravil L H Baekeland prvniacute fenoplast kondenzaciacute fenolu
s formaldehydem Uvedenaacute polykondenzace může probiacutehat v kyseleacutem i zaacutesaditeacutem
prostřediacute V přiacutepadě kyseleacuteho prostřediacute vznikaacute lineaacuterniacute polykondenzaacutet kteryacute se
nazyacutevaacute Novolak (Scheacutema 10) Je to termoplast kteryacute je rozpustnyacute v řadě
organickyacutech rozpouštědel a použiacutevaacute se k vyacuterobě naacutetěrovyacutech hmot a lepidel
Uskutečniacute-li se kondenzace v zaacutesaditeacutem prostřediacute bude konečnyacutem produktem
nerozpustnaacute a netavitelnaacute pryskyřice znaacutemaacute pod obchodniacutem naacutezvem Bakelit (maacute již
hustě zesiacuteťovanou strukturu) Použiacutevaacute se na vyacuterobu spotřebniacuteho materiaacutelu
a předevšiacutem v elektrotechnice
OH
C
O
H HOH
CH2n
fenol
polykondenzace
H+n H2O +
n
+ n
formaldehyd novolak
Scheacutema 10
Polykondenzace fenolu a formaldehydu
Močovinoformaldehydoveacute pryskyřice (aminoplasty) vznikajiacute polykondenzaciacute
močoviny nebo jejiacutech derivaacutetů s formaldehydem Jsou to bezbarveacute laacutetky ktereacute se dajiacute
libovolně barvit a proto se hojně využiacutevajiacute k vyacuterobě spotřebniacuteho zbožiacute naacutetěrovyacutech
laacutetek tmelů lepidel elektrotechnickyacutech vyacuterobků k obklaacutedaacuteniacute naacutebytku aj V praxi jsou
znaacutemy např pod naacutezvem Umakart (horniacute vrstva)
79
C
O
C
O
H HH2N NH2
C
O
H2N NH2H N CH2
OC
H N CH2
N H
OC
N H
n +polykondenzace
H2O ++
formaldehydmočovinoformaldehydovaacute pryskyřice
močovina n
2 n 2 n
Scheacutema 11
Polykondenzace močoviny a formaldehydu
23 Polyadice
Polyadice je polyreakciacute molekul dvou různyacutech monomerů ktereacute obsahujiacute
odlišnou reaktivniacute funkčniacute skupinu Jeden z monomerů musiacute obsahovat takovou
funkčniacute skupinu kteraacute obsahuje slabě kyselyacute vodiacutek (např ndashOH) kteryacute může
naacutesledně uvolnit Tento vodiacutek se přesune na druhyacute monomer což umožniacute spojeniacute
obou monomerů v jeden celek Polyadice mohou miacutet řetězovyacute i stupňovityacute průběh
při ktereacutem nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute produkt Polyadici si ukaacutežeme na synteacuteze
polyurethanu (Scheacutema 12) Polyurethany jsou materiaacutely lehkeacute a pevneacute použiacutevajiacuteciacute se
k vyacuterobě syntetickyacutech vlaacuteken molitanu naacutehražek kůžiacute a lepidel
Scheacutema 12
Polyadice butan-14-diolu a hexamethylendiisokyanaacutetu
OHO
O O CO CO
(CH2)4 O C N (CH2)6 N C O
(CH2)4 NH (CH2)6 NH
n + n
butan-14-diol hexamethylendiisokyanaacutet
polyadice
polyurethanPUR
n
H
polyadice
80
3 Užitiacute plastů Plasty představujiacute početnou a staacutele se rozšiřujiacuteciacute skupinu materiaacutelů jejichž
podstatu tvořiacute syntetickeacute polymery V zaacutejmu zlepšeniacute některyacutech vlastnostiacute plastů se
k zaacutekladniacutem syntetickyacutem polymerům přidaacutevajiacute různeacute přiacutesady jako jsou pigmenty
(obarvujiacute plasty) stabilizaacutetory (zvyšujiacute životnost plastů) nebo změkčovadla (zlepšujiacute
mechanickeacute vlastnosti plastů)
Jednou z oblastiacute kde plasty zaujiacutemajiacute teacuteměř monopolniacute postaveniacute a doprovaacuteziacute
denně život každeacuteho z naacutes je obalovaacute technika Tyto obaly z plastů postupně
vytlačily klasickeacute materiaacutely jako jsou napřiacuteklad sklo nebo papiacuter Největšiacute uplatněniacute
v tomto smyslu našly polyethylen (PE) polypropylen (PP) polystyren (PS)
poly(ethylen-tereftalaacutet) (PET) a poly(vinylchlorid) (PVC) diacuteky svyacutem zejmeacutena
mechanickyacutem vlastnostem nebo odolnosti k vodě či mikroorganismům Nutno
poznamenat že vyacuterobky z těchto polymerů majiacute tzv kraacutetkyacute životniacute cyklus a staacutevajiacute se
nevyacutehodneacute v okamžiku kdy dosloužiacute Proto jsme staacutele naleacutehavěji nabaacutedaacuteni
k důsledneacutemu třiacuteděniacute odpadů mezi ktereacute vyacuterobky z plastů neodmyslitelně patřiacute
31 Recyklace odpadů z plastů
Recyklaciacute se v tomto slova smyslu rozumiacute vraacuteceniacute plastoveacuteho odpadu
do procesu ve ktereacutem vznikl Lze ji považovat za strategii kteraacute opětovnyacutem
využiacutevaacuteniacutem odpadů šetřiacute přiacuterodniacute zdroje a současně omezuje zatěžovaacuteniacute prostřediacute
škodlivinami Recyklace polymerniacuteho odpadu je dosud v Českeacute republice jen
na niacutezkeacute uacuterovni Uvaacutediacute se že se v současneacute době recykluje něco maacutelo přes 20
vyrobenyacutech plastů Většina polymerniacuteho odpadu tak končiacute na sklaacutedkaacutech kde může
přežiacutevat desetiletiacute bez podstatnyacutech změn Proti teacuteto nelichotiveacute statistice bojujiacute nejen
ekologickaacute hnutiacute ale i uacuteřady ktereacute majiacute danou problematiku v naacuteplni praacutece Pro tyto
uacutečely byla vyrobena řada televizniacutech upoutaacutevek informativniacutech letaacuteků nebo
uspořaacutedaacuteny různeacute soutěže pro žaacuteky a studenty škol ktereacute majiacute oslovit a předevšiacutem
naučit společnost jak naklaacutedat nejen s polymerniacutemi odpady
81
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
Plastoveacute odpady patřiacute do kontejneru žluteacute barvy (Obr 9) Pojmem bdquoplastoveacute
odpadyldquo v tomto přiacutepadě mysliacuteme PET lahve od naacutepojů keliacutemky plastoveacute tašky
saacutečky foacutelie obaly od praciacutech čisticiacutech a kosmetickyacutech přiacutepravků obaly od CD disků
pěnovyacute polystyren a dalšiacute vyacuterobky z plastů (je třeba sledovat naacutelepky na žlutyacutech
kontejnerech neboť zaacuteležiacute na podmiacutenkaacutech a technickeacutem vybaveniacute třiacutediciacutech linek
ve vašem městě) PET lahve se do kontejneru daacutevajiacute sešlaacutepnuteacute s utaacutehnutyacutem viacutečkem
a etiketou (ta bude odstraněna při dotřiacuteďovaacuteniacute) Plastoveacute lahve nesmiacute byacutet v žaacutedneacutem
přiacutepadě znečištěneacute Pokud chceme vytřiacutedit keliacutemky od potravin (např od jogurtů)
nemusiacuteme je vymyacutevat stačiacute jen jejich obsah vyškraacutebnout lžičkou (keliacutemky jsou
vymyacutevaacuteny až při naacutesledneacutem dotřiacuteďovaacuteniacute)
Do kontejnerů na plasty nepatřiacute novoduroveacute trubky guma molitan textil
z umělyacutech vlaacuteken linolea pneumatiky a obaly od nebezpečnyacutech laacutetek
(od motoroveacuteho oleje chemikaacuteliiacute barev)
Průměrnaacute českaacute domaacutecnost vyhodiacute za rok asi 150-200 kg odpadů Pokud
odpady třiacutediacuteme a daacutevaacuteme je do barevnyacutech kontejnerů (žlutyacute kontejner na plasty biacutelyacute
a zelenyacute na sklo modryacute na papiacuter oranžovyacute na naacutepojoveacute kartony) umožniacuteme tak
recyklaci viacutece než třetiny tohoto množstviacute Za rok tak lze vytřiacutedit až 30 kg papiacuteru
25 kg plastů a 15 kg skla
Obr 9 Kontejner na plasty (převzato z [14])
Recyklovaneacute plasty sloužiacute k vyacuterobě napřiacuteklad izolačniacutech tvaacuternic řady stavebniacutech
a zahradniacutech prvků (ploty zatravňovaciacute dlažba protihlukoveacute zaacutebrany či zahradniacute
komposteacutery) fleesovyacutech oděvů z PET (sportovniacute dresy naacutekupniacute tašky aj) pytlů
koberců a spousty dalšiacutech vyacuterobků (Obr 10)
82
a) fleesovyacute oděv b) taška c) sportovniacute dres
Obr 10 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů (a-c převzato z [1415])
Nadějiacute do budoucna jsou tzv biodegradovatelneacute (biologicky rozložitelneacute)
polymery Tyto materiaacutely se mohou ve vhodneacutem prostřediacute vlivem mikroorganismů
rozložit až na vodu a oxid uhličityacute popřiacutepadě na jineacute ekologicky přijatelneacute produkty
V současneacute době se vyraacutebiacute několik syntetickyacutech polymerů ktereacute splňujiacute kriteacuteria
biodegradovatelnosti K nejvyacuteznamnějšiacutem patřiacute kyselina polymleacutečnaacute (PLA) využiacutevanaacute
na vyacuterobu leacutekařskyacutech nitiacute ktereacute se v organismu pacienta samy časem rozložiacute
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Problematika makromolekulaacuterniacutech laacutetek a předevšiacutem syntetickyacutech polymerů nepatřiacute u studentů
gymnaacuteziiacute mezi přiacuteliš obliacutebeneacute pasaacuteže ve vyacuteuce chemie Pro tyto uacutečely vznikl tento text kteryacute maacute
shrnout nejzaacutekladnějšiacute poznatky z teacuteto problematiky a takeacute posloužit jako doprovodnyacute text k tematicky
vytvořeneacute powerpointoveacute prezentaci
Nutno poznamenat že oba dokumenty nemajiacute za uacutekol omezit tvůrčiacute přiacutestup učitele chemie
ve vyacutekladu zpracovaneacute laacutetky naopak je viacutetaacutena jakaacutekoliv improvizace v metodickeacutem či jejiacutem
obsahoveacutem pojetiacute Předevšiacutem by se měl učitel chemie opřiacutet o již zavedeneacute kurikulum ve vzdělaacutevaciacute
oblasti Člověk a přiacuteroda a přizpůsobit vyacuteuku konkreacutetniacutemu učebniacutemu plaacutenu chemie a takeacute ŠVP
gymnaacutezia
Vzhledem k tomu že teacutema plastů je nediacutelnou součaacutestiacute environmentaacutelniacute vyacutechovy
kteraacute se v raacutemci RVP pro gymnaacutezia stala vyacuteznamnyacutem průřezovyacutem teacutematem doporučuje se
vysvětlovat laacutetku v kontextu přiacuterodovědnyacutech i společenskovědniacutech oborů Je tudiacutež žaacutedouciacute aby
studentům nebyly poskytnuty pouze odborneacute informace o chemii plastů ale takeacute fakta souvisejiacuteciacute
s problematikou odpadů jejich třiacuteděniacutem a s opakovanyacutem využitiacutem recyklovatelnyacutech plastů Z tohoto
důvodu se doporučuje využiacutet formy projektoveacute vyacuteuky Projekt může byacutet realizovaacuten v raacutemci jedneacute třiacutedy
83
nebo viacutece třiacuted gymnaacutezia Teacutematem projektu může byacutet napřiacuteklad historie plastů plasty v životě
moderniacuteho člověka bdquoWichterleholdquo kontaktniacute čočky vliv plastů na životniacute prostřediacute plasty jako
konstrukčniacute materiaacutel aneb vyacuterobky z plastoveacuteho odpadu spraacutevneacute třiacuteděniacute odpadů jak se obejiacutet bez
obalů aj Uacutekolem projektu je vytvořeniacute posteru či prezentace kteraacute je společnyacutem diacutelem každeacute
řešitelskeacute skupiny Uacutespěšnaacute realizace takoveacuteho projektu zaacutevisiacute na kreativitě naacutepadech aktivniacute
spolupraacuteci studentů chuti pracovat a spolupodiacutelet se na teacutematu nejen ve vyučovaacuteniacute ale i formou
domaacuteciacute praacutece Rovněž je zapotřebiacute využitiacute školniacute knihovny a internetu učebny popřiacutepadě laboratoře
chemie a takeacute spolupraacutece s vedeniacutem školy i s učiteli fyziky biologie (ekologie) vyacutetvarneacute vyacutechovy aj
Poznaacutemka autora textu k naacutezvům polymerniacutech laacutetek bdquoMezinaacuterodniacute unie pro čistou a aplikovanou
chemii IUPAC nevydaacutevaacute přiacutekazy ani jinaacute praacutevně zaacutevaznaacute nařiacutezeniacute ale jen doporučeniacute jak tvořit
systematickeacute naacutezvy laacutetek včetně polymerů Chemickaacute veřejnost se může rozhodnout zda se bude či
nebude těmito doporučeniacutemi řiacutedit Nomenklaturniacute doporučeniacute IUPAC pro oblast polymerů respektujiacute
skutečnost že polymery jsou běžně pojmenovaacutevaacuteny jednak na zaacutekladě monomerů
ze kteryacutech jsou připravovaacuteny a jednak na zaacutekladě konstitučniacutech skupin obsaženyacutech v jejich
makromolekulaacutech V mnoha přiacutepadech jsou naacutezvy bez kulatyacutech zaacutevorek nepřiacutepustneacute Kulateacute zaacutevorky
se použiacutevajiacute v naacutezvech předevšiacutem k odděleniacute čaacutesti naacutezvu se specifickyacutemi strukturniacutemi znaky aby se
struktura vyjaacutedřila co nejsrozumitelněji Doporučuji čtenaacuteřům tohoto textu prostudovat publikaci autorů
Fikr J a Kahovec J (ref 11) ve ktereacute je stručně a přehledně vysvětleno tvořeniacute naacutezvů organickyacutech
sloučenin i polymerůldquo
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Prokopovaacute I Makromolekulaacuterniacute chemie VŠCHT Praha 2007
2 Duchaacuteček V Prokopovaacute I Dobiaacuteš J Bicheze 15 21 (2006)
3 Duchaacuteček V Bicheze 14 22 (2005)
4 Duchaacuteček V Bicheze 13 232 (2004)
5 Deviacutensky F a kol Organickaacute cheacutemia pre farmaceutov OSVETA Martin 2001
6 Blažek J Fabini J Chemie pro studijniacute obory SOŠ a SOU nechemickeacuteho
zaměřeniacute SPN Praha 1999
7 Duchaacuteček V Zaacutekladniacute pojmy z chemie a technologie polymerů jejich
mezinaacuterodniacute zkratky a obchodniacute naacutezvy VŠCHT Praha 1996
8 Naacutelepa K Stručneacute zaacuteklady chemie a fyziky polymerů UP Olomouc 1993
9 Vaciacutek J a kol Přehled středoškolskeacute chemie SPN Praha 1993
10 Čaacutersky J a kol Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute SPN Praha 1986
11 Fikr J Kahovec J Naacutezvosloviacute organickeacute chemie (3 vyd) Rubico Olomouc
2008
84
Internetoveacute odkazy 12 Šulcovaacute R Přiacuterodovědneacute projekty [online 2011-04-15] Dostupneacute z www
lthttprenasulcovaswebczprirodovedne_projektyPrirodovedne_projektypdfgt
13 Surovyacute kaučuk odkapaacutevajiacuteciacute z kaučukovniacuteku [online 2011-04-11]
Dostupneacute z www
lthttpuploadwikimediaorgwikipediacommonsthumbbb3Latex_drippingJPG
220px-Latex_drippingJPGgt
14 Kontejner na plasty Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08]
Dostupneacute z www lthttpwwwjaktriditczgt
15 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08] Dostupneacute z www
lthttpimgaktualnecentrumcz320303203037-dres-z-pet-lahvijpggt
16 Vohliacutedal J Proč a jak spraacutevně nazyacutevat polymery [online 2012-10-28]
Dostupneacute z www lthttpwwwnaturcunicz~vohlidalmchNazvypolymerudocgt
85
VYacuteBUŠNINY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc Osnova 1 Uacutevod do problematiky vyacutebušnin
11 Historie zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace vyacutebušnin
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin
21 Nitrace
22 Trhaviny
23 Střeliviny
24 Třaskaviny
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Uacutevod 11 Historie zaacutekladniacute pojmy
Vyacutebušniny definujeme obecně jako laacutetky ktereacute jsou schopny velmi rychleacute
(explozivniacute) přeměny během zlomku sekundy Při vyacutebuchu probiacutehaacute chemickaacute reakce
(rozklad laacutetky) a uvolňuje se přitom zpravidla velkeacute množstviacute tepla a různyacutech plynů
(např N2 CO CO2 H2O O2 HCl SO2 aj)
Z historie je znaacutemo že až do konce 80 let 19 stol byl jedinou vyacuteznamnou
vyacutebušninou tzv černyacute střelnyacute prach Jde o jemnou směs draselneacuteho ledku siacutery a
dřevneacuteho uhliacute při explozi probiacutehaacute reakce (zjednodušeno)
2 KNO3 + S + 3 C rarr K2S + N2 + 3 CO2
Vyacuteznamnyacutem mezniacutekem pro vyacuterobu vyacutebušnin byl objev nitračniacutech reakciacute
nitrosloučeniny však byly vesměs velmi nestabilniacute a jejich vyacuteroba i distribuce velmi
problematickaacute (např nitroglycerin snadno nečekaně exploduje i naacuterazem)
Převratnyacutem rokem ve vyacuterobě vyacutebušnin ve velkeacutem byl až r 1869 kdy šveacutedskyacute chemik
Alfreacuted Nobel (zakladatel znaacutemeacute Nobelovy nadace) vyřešil probleacutem stabilizace
nitroglycerinu jeho nasaacuteknutiacutem do vhodneacuteho nosiče (křemelina) Takto upravenyacute
nitroglycerin pak exploduje až po vhodneacute iniciaci např roznětkou Ohromnyacute rozvoj
průmyslu vyacutebušnin nastal v obdobiacute prvniacute a zejmeacutena pak druheacute světoveacute vaacutelky
Každaacute vyacutebušnina je charakterizovaacutena řadou fyzikaacutelně-chemickyacutech parametrů
Mezi nejdůležitějšiacute patřiacute
a) Detonačniacute rychlost v - u běžně použiacutevanyacutech laacutetek ve vojenstviacute byacutevaacute v rozmeziacute
6000ndash8000 ms u průmyslovyacutech trhavin do 5000 ms
b) Uvolněnaacute energie při vyacutebuchu Q ndash s hodnotami dnes většinou nad 900 kcalkg
Např pro vyacuteše uvedenyacute černyacute střelnyacute prach jsou tyto hodnoty v = 400 ms Q = 600-800kcalkg
Mezi zaacutekladniacute požadavky na komerčně vyraacuteběneacute vyacutebušniny patřiacute daacutele fyzikaacutelniacute i chemickaacute stabilita
(staacutelost v teplotniacutem rozmeziacute -30 až +40ordmC) necitlivost k vnějšiacutem podnětům (bezpečnost při
zachaacutezeniacute) dostupnostcena vyacutechoziacutech laacutetek potřebnyacutech k vyacuterobě a bezpečnost vyacuteroby
___________ Přesnějšiacute reakce vyacutebuchu dle Bertholeta 16 KNO3 + 6 S + 13 C rarr 5 K2SO4 + 2 K2CO3 + K2S + 8 N2 + 11CO2
Je-li v lt 330 ms (rychlost zvuku) jde o tzv deflagraci
při v gt 330 ms se pak jednaacute o detonaci
87
12 Klasifikace vyacutebušnin
Vyacutebušniny lze dělit podle různyacutech hledisek
I Podle způsobu použitiacute
a) Trhaviny (maacutelo citliveacute k vyacutebuchu je nutnaacute roznětka) ndash např dynamit
b) Střeliviny (prachy k vyacutestřelu střely z hlavně) ndash např bezdyacutemyacute prach
c) Třaskaviny (citliveacute na naacuteraz jiskru užitiacute jako rozbušky) ndash např azidy
II Podle chemickeacuteho složeniacute
Chemickaacute individua
a) Nitrosloučeniny (obsahujiacute R3C-NO2) ndash např trinitrotoluen TNT
b) Estery HNO3 (s alkoholy R3C-O-NO2) ndash např nitroglycerin
c) Nitraminy (obsahujiacute R2N-NO2) ndash např hexogen
d) Vyacutebušneacute soli kyselin ndash např od HNO3 HClO3 HClO4
e) Sloučeniny azoimidu (obsahujiacute skupinu N3-) ndash např AgN3
f) Ostatniacute (acetylidy fulminaacutety aj)
Směsi (např amatoly TNT + NH4NO3 + hexogen)
III Dle konzistence
- pevneacute (krystalickeacute či praacuteškoviteacute) ndash např kyselina pikrovaacute
- kapalneacute (nitroglycerin)
- polotekuteacute a plastickeacute (Semtex)
____________ Maacuteme na mysli tzv bdquoklasickeacute vyacutebušninyldquo použiacutevaneacute jak k vaacutelečnyacutem tak i k miacuterovyacutem uacutečelům Dnešniacute
vojenstviacute ovšem disponuje i moderniacutemi zbraněmi založenyacutemi na řetězoveacute štěpneacute reakci uranu 235U (atomovaacute bomba) např
235
92U n U 10
23592 + rarr139
56 Ba + 94
36Kr + 3 10 n
popř využiacutevajiacuteciacute spojovaacuteniacute lehčiacutech jader (bdquosleacutevaacuteniacuteldquo jader - vodiacutekovaacute bomba) např
21D + 31T rarr 4
2He + 10n s nebyacutevale mohutnyacutemi uacutečinky (např atomovaacute bomba v Hirošimě měla ekvivalent cca 30 kt TNT)
88
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin 21 Nitrace
Principem nitračniacutech reakciacute je vpravovaacuteniacute funkčniacute skupiny ndashNO2 do molekul
(organickyacutech) laacutetek pomociacute tzv nitračniacute směsi (= směs konc HNO3 + H2SO4)
Vyacuteznam majiacute předevšiacutem aromatickeacute nitroderivaacutety např
C6H6 + 3 HNO3 rarr (135-)(NO2)3C6H3 + 3 H2O
benzen sym-trinitrobenzen Poznaacutemka
Zjednodušenaacute interpretace že kyselina siacuterovaacute pouze bdquovaacuteželdquo vzniklou vodu je nepřesnaacute ndash ve
skutečnosti jde o tzv elektrofilniacute substituci kdy zpočaacutetku probiacutehaacute reakce
HNO3 + 2 H2SO4 rarr NO2+ + H3O+ + 2 HSO4
-
a takto vzniklyacute nitroniovyacute kation je vlastniacutem elektrofilniacutem činidlem atakujiacuteciacutem aromatickeacute jaacutedro
(kyselina siacuterovaacute se tedy uacutečastniacute reakce)
Nitračniacute reakce probiacutehajiacute ochotněji u derivaacutetů benzenu (fenol toluen) přitom je nutno
vziacutet v potaz znaacutemaacute substitučniacute pravidla na aromatickeacutem jaacutedře
- substituenty I třiacutedy jako např ndashCH3 ndashOH řiacutediacute substituci do poloh ortho- para-
- substituenty II třiacutedy jako ndashNO2 řiacutediacute substituci do poloh meta-
Přesneacute složeniacute nitračniacute směsi se voliacute podle typu nitrovaneacute laacutetky a stupně nitrace (u
vyššiacutech nitroderivaacutetů pracujeme zpravidla v přebytku kyseliny dusičneacute)
Vlastniacute reakce probiacutehaacute za intenzivniacuteho miacutechaacuteniacute a chlazeniacute ve specielniacutech kotliacutech
(nitraacutetory) s dvojityacutem plaacuteštěm Při nitraciacutech je nutno dodržovat přiacutesnaacute bezpečnostniacute
pravidla ndash hroziacute např přehřaacutetiacute směsi a naacuteslednyacute vyacutebuch
Přehled nejznaacutemějšiacutech a nejviacutece použiacutevanyacutech nitrolaacutetek a jejich explozivniacutech reakciacute
je uveden v naacutesledujiacuteciacutech kapitolaacutech
22 Trhaviny
Jde o největšiacute skupinu vyacutebušnin poměrně maacutelo citlivyacutech k jednoduchyacutem
podnětům (třeniacute naacuteraz) K detonaci jsou přivaacuteděny pomociacute rozbušky (roznětky
detonaacutetoru) Použiacutevajiacute se jak k uacutečelům miacuterovyacutem (kamenolomy doly tunely) tak i
vaacutelečnyacutem (naacuteplně granaacutetů min bomb)
89
Než probereme nejznaacutemějšiacute zaacutestupce teacuteto skupiny je třeba zdůraznit že
z hlediska terminologie lze jako skutečneacute nitroderivaacutety označovat pouze sloučeniny
majiacuteciacute nitroskupinu vaacutezanou přiacutemo na uhliacutek (obsahujiacute vazbu C ndash NO2)
a) Nitrosloučeniny
Praktickyacute vyacuteznam majiacute pouze aromatickeacute nitrolaacutetky
Nejviacutece použiacutevaneacute sloučeniny
bdquoTritolldquo TNT IUPAC 246-trinitrotoluen ( v = 7400 ms Q = 950 kcalkg) CH3
NO2
O2N NO2
Vyacuteroba Nitraciacute toluenu do 3 stupně
Vlastnosti nažloutleacute jehlice teplota taacuteniacute 80ordmC
Referenčniacute laacutetka pro ekvivalent atomovyacutech bomb (viz str 3) Pozn Během II světoveacute vaacutelky vyraacutebělo Německo cca 4000 tun TNT měsiacutečně
bdquoEkrazitldquo kyselina pikrovaacute IUPAC 246-trinitrofenol (v= 7000ms Q = 1000kcalkg)
NO2
NO2O2N
OH
Vyacuteroba Nitraciacute fenolu do 3 stupně
Vlastnosti Žluteacute krystalky nahořkleacute chuti teplota taacuteniacute 122ordmC tvořiacute soli (vyacutebušnyacute pikraacutet
amonnyacute) Užiacutevaacuten mj do dělostřeleckyacutech granaacutetů
bdquoHexylldquo sym-hexanitrodifenylamin teacutež dipikrylamin
dle IUPAC 246-trinitro-N-(246-trinitrophenyl)anilin ( v = 7100 ms Q = 1040 kcalkg)
NH NO2
O2N
O2NNO2
NO2
O2N
90
Vyacuteroba Kompletniacute nitraciacute difenylaminu
Vlastnosti Žluteacute jehličky viacutece citliveacute k naacuterazu (použiacutevanyacute např jako naacuteplň torpeacuted)
b) Nitroestery
Jednaacute se o sloučeniny s vazbou ndashCH2ndashOndashNO2 vznikajiacuteciacute esterifikačniacute reakciacute např
viacutecesytnyacutech alkoholů s HNO3 Nejznaacutemějšiacute laacutetky
Nitroglycerin (spraacutevně trinitraacutet glycerolu) v = 8000 ms Q = 1500 kcalkg
Nitroglycerin se vyraacutebiacute uacuteplnou nitraciacute glycerolu CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2
H2SO4
- 3 H2O
Vlastnosti Bezbarvaacute jedovataacute viskoacutezniacute kapalina naslaacutedleacute chuti nerozpustnaacute ve vodě
Pozor Hroziacute nebezpečiacute explozivniacuteho rozkladu zahřaacutetiacutem nad 50ordmC či naacuterazem
Vyrobenyacute nitroglycerin se zpracovaacutevaacute na dynamit (nasaacuteklyacute v křemelině v poměru
31) nebo na bezdyacutemyacute střelnyacute prach (viz střeliviny)
Vyacuteroba u naacutes Semtiacuten u Pardubic přiacutesnaacute bezpečnostniacute opatřeniacute (bunkry s lehkyacutemi
střechami omezeniacute ručniacute manipulace)
nitroglycerin ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
4 C3H5(ONO2)3 rarr 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Kromě nitroglyceriacutenu existuje řada nitroesterů dvoj- až čtyřsytnyacutech alkoholů
(glykolů) s podobnyacutemi vlastnostmi
Nejznaacutemějšiacute z nich je tzv pentrit (pentaerythrit-tetranitraacutet) v = 8000 ms Q = 1530 kcalkg
OO2N C
CH2
CH2
CH2
CH2
O NO2
O NO2
O NO2
Na baacutezi pentritu s butadienstyreacutenovyacutem kaučukem jsou založeny tzv plastickeacute
trhaviny (Semtex)
91
Nitrocelulosa (nitraacutet celulosy) v = 7000 ms Q = 950-1025 kcalkg
Nitrocelulosa vznikaacute nitraciacute polysacharidu celulosy (velmi čisteacute) do obsahu cca 14
dusiacuteku (což odpoviacutedaacute bdquotrinitraacutetuldquo celulosy)
Historie 1845 Schoumlnbein ndash nitrace bavlny (bdquostřelnaacute bavlnaldquo)
Nitrocelulosa ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
2 C24H29O9(ONO2)11rarr 36CO2+ 47CO+ 4CH4+ 39H2O+ 2C2H2+ 3HCN+ 72 H2 + 372 N2 + 2NH4HCO3
c) Nitraminy
Jde o sloučeniny obsahujiacuteciacute funkčniacute skupinu =NndashNO2
Jsou znaacutemy jak alifatickeacute tak aromatickeacute i heterocyklickeacute laacutetky tohoto typu
(Daacutele se děliacute na primaacuterniacute R-NH-NO2 a sekundaacuterniacute R1R2-N-NO2)
Nejdůležitějšiacute zaacutestupci
Tetryl (246-trinitrofenyl-methyl-nitramin IUPAC N-methyl-N246-tetranitroanilin) v = 7500 ms Q = 1100 kcalkg
NCH3
NO2
NO2
O2N
O2N
Hexogen (cyklotrimethylentrinitramin IUPAC 135-trinitro-135-triazin) v = 8000 ms Q = 1390 kcalkg
N
N N
NO2
NO2O2N
92
d) Vyacutebušneacute soli kyselin
K vyacutebušnyacutem soliacutem patřiacute zejmeacutena amonneacute soli kyseliny dusičneacute chlorečneacute chloristeacute
(di)chromany a manganistany Vyacutebušneacute soli ndash rovnice vybranyacutech vyacutebušnyacutech reakciacute
NH4NO3 rarr N2 + 2 H2O + frac12 O2 ndash 346 kcalkg
2 NH4ClO3 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 32 O2 ndash 359 kcalkg
2 NH4ClO4 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 52 O2 ndash 266 kcalkg
(NH4)2Cr2O7 rarr Cr2O3 + N2 + 4 H2O ndash 310 kcalkg
2 NH4MnO4 rarr N2 + 2 MnO2 + 4 H2O ndash 280 kcalkg
23 Střeliviny (bdquostřelneacute prachyldquo)
Střeliviny patřiacute mezi vyacutebušneacute směsi sloužiacuteciacute k vystřeleniacute naacuteboje z hlavně
v důsledku mohutneacuteho tlaku plynů vzniklyacutech při explozi Jak již bylo zmiacuteněno
v uacutevodu patři sem i klasickyacute černyacute střelnyacute prach (prvniacute popis R Bacon r 1249)
jehož složeniacute se v čase měnilo a ustaacutelilo se na 75 KNO3 (NaNO3 nelze použiacutet pro
hygroskopičnost) 15 dřevneacuteho uhliacute a 10 siacutery
K vyacuterobě je nutneacute použiacutet jemně praacuteškovaneacute velmi čisteacute komponenty Při
vyacuterobě se suroviny melou miacutesiacute v dřevěnyacutech bubnech zvlhčujiacute a zhutňujiacute a nakonec
lisujiacute mezi měděnyacutemi deskami pod tlakem 30 at vyacuteslednyacute produkt se granuluje nebo
lisuje do vaacutelečků o průměru cca 3 cm Vyacuteroba je velmi nebezpečnaacute ndash snadno může
dojiacutet k explozi vyvolaneacute i např statickou elektřinou Černyacute prach se použiacuteval jako
vyacutemetnaacute naacuteplň roznětka zaacutepalnice s časovyacutem zpožděniacutem apod
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (v = 3800 ndash 7000 ms Q = 700 ndash 950 kcalkg)
Jeho vyacuteroba vychaacuteziacute z nitrocelulosy a nitroglycerinu Probleacutemem při použitiacute byl
obrovskyacute tlak při explozi kteryacute může veacutest až k roztrženiacute hlavně Proto se
nitrocelulosa zpočaacutetku rozpouštěla v organickyacutech rozpouštědlech (ether aceton) po
jejichž odpařeniacute vznikne bdquoblaacutenaldquo hořiacuteciacute pomaleji R 1888 A Nobel navrhl rozpouštět
nitrocelulosu v nitroglycerinu (vznikl tzv bdquobalistitldquo) takže běžnaacute hlaveň děla bdquovydrželaldquo
až 1700 vyacutestřelů přiacutedavkem nitrodiglykolu se vyacutedrž zvyacutešila až přes 10 000 vyacutestřelů
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach je poměrně nestabilniacute jeho stabilitu lze zvyacutešit
přiacutedavkem difenylaminu nebo MgO Vyrobenyacute prach se expeduje ve formě malyacutech
šupinek či destiček nebo se lisuje do tyčinek (viz Obr 1)
Prvniacute velkeacute použitiacute černeacuteho prachu u dělostřelectva se datuje r 1346 v bitvě u Kresčaku Byla zaznamenaacutena řada katastrof (1905 exploze prachu na japonskeacutem křižniacuteku Mikasa 1907
vyacutebuch muničniacuteho skladiště Jena aj)
93
Obr 1 Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (vlevo ndash naacuteplň střely do samopalu vpravo ndash dělostřeleckyacute prach
ve formě slisovaneacute trubičky) Pro naacutezornost na obraacutezku uprostřed kancelaacuteřskaacute sponka
24 Třaskaviny
Do teacuteto skupiny patřiacute celaacute řada různorodyacutech chemickyacutech sloučenin (fulminaacutety
azidy acetylidy) Jde o laacutetky vybuchujiacuteciacute po iniciaci (např zahřaacutetiacutem naacuterazem
elektrickou jiskrou) Sloužiacute jako rozbušky (roznětky) pro hlavniacute naacutelož trhaviny
a) Fulminaacutety Tyto laacutetky se odvozujiacute od kyseliny třaskaveacute (fulminoveacute) |CequivNndashOH kteraacute neniacute znaacutema
volnaacute pouze ve formě soliacute Nejdeacutele znaacutemyacute je fulminaacutet rtuti (bdquotřaskavaacuteldquo rtuť)
Hg(ONC)2 Jde o šedobiacutelou laacutetku maacutelo rozpustnou ve vodě leacutepe v alkoholu
Rovnice vyacutebušneacute reakce Hg(ONC)2 rarr Hg + 2 CO + N2 ndash 357 kcalkg (v = 6500 ms)
Velmi podobneacute vlastnosti maacute i třaskaveacute střiacutebro Ag(ONC) ktereacute je však dražšiacute a
meacuteně užiacutevaneacute
b) Azidy Jsou to soli azoimidu (HN3 těkavaacute jedovataacute kapalina pronikaveacuteho zaacutepachu)
Nejpoužiacutevanějšiacute jsou
Azid olovnatyacute Pb(N3)2 ndash nažloutlaacute laacutetka stabilniacute do 75ordmC meacuteně citlivaacute k naacuterazu viacutece
ke třeniacute
Rovnice rozkladu Pb(N3)2 rarr Pb + 3 N2
Azid střiacutebrnyacute AgN3 maacute podobneacute vlastnosti
Azid měďnatyacute Cu(N3)2 je extreacutemně citlivyacute i na dotyk
94
c) Acetylidy
Tyto třaskaviny se odvozujiacute od ethynu HCequivCH naacutehradou atomů vodiacuteku kovem
Praktickyacute vyacuteznam maacute acetylid měďnyacute Cu-CequivC-Cu a střiacutebrnyacute Ag-CequivC-Ag
Rovnice rozkladu Ag2C2 rarr 2 Ag + 2 C (se vzdušnyacutem kysliacutekem dalšiacute reakce na oxidy)
Jde o krystalickeacute laacutetky nerozpustneacute ve vodě vybuchujiacuteciacute naacuterazem či zahřaacutetiacutem
d) Ostatniacute třaskaviny
Do teacuteto skupiny laacutetek lze zařadit
Tetranitrid tetrasiacutery S4N4 ndash oranžoveacute krystalky vybuchujiacuteciacute naacuterazem zahřaacutetiacutem
Jododusiacutek NI3nNH3 je hnědočervenaacute laacutetka explodujiacuteciacute i pouhyacutem dotykem ()
Peroxosloučeniny (i samotnyacute konc H2O2) např peroxoaceton
CH3
CH3
O O CH3
CH3O O
Bertholetovo třaskaveacute střiacutebro Ag3N citliveacute i na sebemenšiacute mechanickyacute impuls
Pozor Tato laacutetka může vzniknout i při Tollensově reakci (Ag-zrcaacutetko) při vyschnutiacute
obsahu zkumavky - pak hroziacute při čištěniacute zkumavky exploze
3 [Ag(NH3)2]Cl rarr Ag3N + 3 NH4Cl + 2NH3
3 Jednoducheacute ilustračniacute pokusy Všechny daacutele uvedeneacute experimenty je možneacute provaacutedět pouze v digestoři za
asistence a pod odbornyacutem dohledem učitele a za použitiacute ochrannyacutech prostředků
(obličejovyacute štiacutet)
a) Přiacuteprava černeacuteho střelneacuteho prachu a jeho vlastnosti Na papiacuteře důkladně promiacutechaacuteme směs malou lžičku KNO3 půl lžičky jemně praacuteškoveacute siacutery a
čtvrt lžičky rozetřeneacuteho dřevěneacuteho uhliacute Tuto směs nasypeme do železneacute misky na piacutesku a
zapaacuteliacuteme špejliacute Pozorujeme prudkou exotermniacute reakci
95
b) Hořeniacute střelneacute bavlny Střelnaacute bavlna je vlastně nitraacutet celulosy kteryacute lze připravit reakciacute chomaacutečku vaty (1 g)
s nitračniacute směsiacute (10 cm3 konc H2SO4 + 10 cm3 konc HNO3) v kaacutedince po dobu cca 20 min
Obr 2 Hořeniacute nitrocelulosy
Vatu potom vyjmeme propereme vodou a volně usušiacuteme Kousek produktu zapaacuteliacuteme a
pozorujeme jak prudce shořiacute (viz obr 2)
c) Exploze směsi chlorečnanu s praacuteškovou siacuterou (fosforem) Pouhyacutem volnyacutem přesypaacutevaacuteniacutem na papiacuteře bez doteku smiacutechaacuteme malaacute množstviacute (jen na
špičku špachtle) KClO3 a stejneacute množstviacute praacuteškoveacute siacutery (nebo červeneacuteho fosforu) Směs
opatrně zabaliacuteme do tenkeacuteho papiacuteru položiacuteme na pevnou podložku (betonovaacute dlažba) a
uacutederem kladiacutevka přivedeme k explozi
Rovnice vyacutebušneacute reakce 2 KClO3 + 3 S rarr 2 KCl + 3 SO2
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů Literatura Urbaňski T Chemie a technologie vyacutebušnin I ndash III SNTL Praha 1958
Babaacutek Z Vraacutebel Z Chemie ndash vybraneacute kapitoly scrpt VA Brno 1994
Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
UP Olomouc 2007
Internetoveacute odkazy httpcswikipediaorgwikiVC3BDbuC5A1nina
httpwwwjergymhieducz~canovmvybusninvybusninhtm
96
ELEKTROLYacuteZA
Text zpracoval Doc RNDr Zdeněk Šindelaacuteř CSc
Osnova
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
Zaacutekladniacute pojmy
2 Elektrolyacuteza
21 Elektrolyacuteza chloridu zinečnateacuteho a sodneacuteho
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli
23 Faradayovy zaacutekony
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
97
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
11 Zaacutekladniacute pojmy
Elektrochemiiacute rozumiacuteme obor chemie kteryacute se zabyacutevaacute procesy probiacutehajiacuteciacutemi
na rozhraniacute mezi elektrodou a elektrolytem Elektrodou je zpravidla vodič 1 druhu
(kov ndash např měď rtuť železo nikl chrom platina ale i uhliacutek ve formě grafitu) Volba
materiaacutelu elektrody souvisiacute s chemickyacutemi vlastnostmi elektrolytu a se změnami ke
kteryacutem v elektrolytu dochaacuteziacute Elektrolytem je roztok nebo i tavenina laacutetky kteraacute maacute
schopnost disociovat na volneacute ionty Takovou laacutetkou je napřiacuteklad chlorid sodnyacute jehož
vodnyacute roztok nebo jeho tavenina jsou elektrolyty Je to sloučenina ve ktereacute jsou
atomy vaacutezaacuteny chemickou vazbou kteraacute maacute vyacuterazně iontovyacute charakter Elektrolyty
jsou takeacute vodiči elektrickeacuteho proudu a označujeme je jako vodiče 2 druhu
Elektrolytickou disociaci (rozpad laacutetky na ionty v tavenině a ve vodneacutem roztoku)
zapiacutešeme rovniciacute
NaCl rarr Na+ + Cl-
Schopnost laacutetek disociovat v roztoku popisujeme pojmem siacutela elektrolytu
V přiacutepadě NaCl se jednaacute o silnyacute elektrolyt tedy prakticky všechen rozpuštěnyacute chlorid
sodnyacute je ve vodneacutem roztoku disociovaacuten na ionty ktereacute jsou tak od sebe odděleny a
jsou obklopeny molekulami rozpouštědla v našem přiacutepadě molekulami vody
Řiacutekaacuteme že ionty jsou ve vodnyacutech roztociacutech hydratovaacuteny
2 Elektrolyacuteza
Elektrolyacutezu lze chaacutepat jako děj při ktereacutem dochaacuteziacute na elektrodaacutech
vloženyacutech do elektrolytu k chemickyacutem změnaacutem způsobenyacutech průchodem elektrickeacuteho proudu z vnějšiacuteho zdroje V tomto přiacutepadě budeme většinou volit
takoveacute elektrody ktereacute nebudou podleacutehat během procesu změnaacutem (budou chemicky
inertniacute) Na obr 1 je znaacutezorněn schematicky pokus kteryacute naacutem pomůže pochopit
jakeacute děje během elektrolyacutezy probiacutehajiacute
98
Obr 1 Elektrolyzeacuter
Ve scheacutematu vidiacuteme jednotliveacute elektrody ktereacute nesou označeniacute podle toho ke
ktereacutemu poacutelu zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute jsou připojeny V přiacutepadě elektrolyacutezy
je elektroda připojenaacute ke kladneacutemu poacutelu zdroje označovaacutena jako anoda protože k niacute
elektromigraciacute putujiacute ionty opačneacute polarity ndash tedy zaacuteporně nabiteacute anionty Anoda je
elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy oxidace (bez ohledu na polaritu elektrod)
K zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje je připojena katoda ke ktereacute analogicky putujiacute kladně
nabiteacute čaacutestice ndash kationty Katoda je elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy redukce (opět
bez ohledu na polaritu elektrod) Elektromigrace je tedy pohyb nabityacutech čaacutestic
usměrněnyacute vlivem elektrickeacuteho pole
Před zapojeniacutem zdroje jsou koncentrace všech složek elektrolytu v každeacutem
miacutestě roztoku stejneacute (jak viacuteme roztok je homogenniacute směs) Po zapnutiacute zdroje se
začnou ionty v důsledku přiacutetomnosti elektrickeacuteho pole pohybovat k opačně nabiteacute
elektrodě Když dospějiacute až k jejiacutemu povrchu vybijiacute se a produkt se buď vyloučiacute na
přiacuteslušneacute elektrodě přiacutepadně ihned reaguje s dalšiacutemi složkami elektrolytu nebo
přiacutemo s elektrodou V důsledku toho se však sniacutežiacute koncentrace vybiacutejenyacutech iontů
v bliacutezkosti elektrody a přiacutesun novyacutech iontů k elektrodě začiacutenaacute byacutet řiacutezen difuacuteziacute Ionty
difundujiacute do miacutest s nižšiacute koncentraciacute ve snaze obnovit homogenniacute prostřediacute Procesy probiacutehajiacuteciacute v bliacutezkosti elektrod nejsou jednoducheacute a zaacutevisejiacute silně na dalšiacutech faktorech
Jedniacutem z důležityacutech faktorů je zda budeme elektrolyt během elektrolyacutezy miacutechat protože konvekce
(prouděniacute) maacute velkyacute vliv na průběh celeacuteho procesu
99
Velmi důležiteacute je takeacute zda odděliacuteme anodovyacute a katodovyacute prostor přepaacutežkou
kteraacute umožniacute průchod elektrickeacuteho proudu elektrolyzeacuterem a přitom zabraacuteniacute
promiacutechaacutevaacuteniacute vzniklyacutech produktů elektrolyacutezy v bliacutezkosti elektrod Tato přepaacutežka se
nazyacutevaacute diafragma a byacutevaacute to obvykle poreacutezniacute keramickyacute materiaacutel Mohou to byacutet
podle uacutečelu ale různeacute jineacute materiaacutely na baacutezi plastickyacutech hmot polymerniacute gely nebo
napřiacuteklad celofaacuten Jak již bylo řečeno aby mohl elektrolyzeacuterem proteacutekat elektrickyacute proud musiacuteme na elektrody
vložit elektrickeacute napětiacute Minimaacutelniacute napětiacute ktereacute způsobiacute že začne systeacutemem proteacutekat elektrickyacute proud
označujeme jako rozkladneacute napětiacute jeho velikost souvisiacute uacutezce s pojmem elektrochemickyacute člaacutenek
Velikost proudu kteryacute zařiacutezeniacutem prochaacuteziacute zaacutevisiacute rovněž na mnoha faktorech Velkyacute vliv majiacute zejmeacutena
velikost plochy elektrod a koncentrace elektrolytu Velikost proudu vztaženaacute na jednotku plochy
(obvykle cm2) označujeme pojmem proudovaacute hustota [Acm-2] Proudovaacute hustota a složeniacute
(koncentrace) elektrolytu rozhodujiacuteciacutem způsobem ovlivňujiacute konečneacute složeniacute produktů elektrolyacutezy
21 Elektrolyacuteza ZnCl2 a NaCl
Průběh elektrolyacutezy vodneacuteho roztoku chloridu zinečnateacuteho můžeme zapsat
naacutesledovně
katoda Zn2+ + 2 e- rarr Zn
anoda 2 Cl- rarr Cl2 + 2 e-
Produkty procesu jsou plynnyacute chlor a zinek jako volnyacute kov
Elektrolyacuteza však může miacutet i značně komplikovanyacute průběh kteryacute je silně zaacutevislyacute
na podmiacutenkaacutech provedeniacute Přiacutekladem může byacutet elektrolyacuteza chloridu sodneacuteho
Budeme-li při odděleneacutem katodoveacutem a anodoveacutem prostoru v inertniacute atmosfeacuteře
elektrolyzovat taveninu chloridu sodneacuteho ziacuteskaacuteme kovovyacute sodiacutek a plynnyacute chlor
katoda 2 Na+ + 2 e- rarr 2 Na
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
Všimněme si že složeniacute elektrolytu (taveniny) se nijak vyacuteznamně neměniacute
vylučujiacute se ekvivalentniacute množstviacute chloru a sodiacuteku
Při elektrolyacuteze vodneacuteho roztoku NaCl je situace složitějšiacute V přiacutepadě oddělenyacutech
prostorů elektrod bude v katodoveacutem prostoru dochaacutezet k vyredukovaacuteniacute vodiacuteku
protože elektron přenesenyacute na ion sodnyacute přechaacuteziacute ihned na molekulu vody
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2 NaOH + H2
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
100
Při tomto procesu se ale vyacuteznamně měniacute složeniacute elektrolytu postupně miziacute z roztoku
chloridovyacute ion kteryacute je nahrazen aniontem OH- Po vyčerpaacuteniacute chloridovyacutech iontů bude pokračovat elektrolyacuteza za vzniku kysliacuteku z vybiacutejenyacutech iontů
hydroxidovyacutech
anoda 4 OH- rarr 4 OHbull + 4 e- a daacutele 4 OHbull rarr 2 H2O2 rarr 2 H2O + 2 Obull
2 Obull rarr O2
Pokud provedeme elektrolyacutezu na rtuťoveacute elektrodě (-) s oddělenyacutemi
elektrodovyacutemi prostory bude se na katodě pouze redukovat sodiacutek kteryacute se rtutiacute
vytvořiacute amalgaacutem Na anodě se bude opět vylučovat chlor Po vypnutiacute elektrickeacuteho
zdroje se začne z amalgaacutemu vylučovat sodiacutek a reagovat s vodou za vzniku vodiacuteku a
hydroxidu sodneacuteho Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem vodiacuteku na rtuťoveacute
elektrodě Při elektrolyacuteze s neoddělenyacutemi prostory elektrod za miacutechaacuteniacute a chlazeniacute elektrolytu
Primaacuterniacute procesy na elektrodaacutech jsou stejneacute jako v předchoziacutem přiacutepadě ale naacutesleduje reakce
2 NaOH + Cl2 rarr NaCl + NaClO + H2O
Produktem procesu je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlornanu sodneacuteho
Nebudeme-li elektrolyt chladit dojde k disproporcionaci NaClO
3 NaClO rarr 2 NaCl + NaClO3
nebo
6 NaOH + 3 Cl2 rarr 5 NaCl + NaClO3 + 3 H2O
Konečnyacutem produktem je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlorečnanu sodneacuteho
Poznamenejme ještě že elektrolyacutezou roztoků chlorečnanu za silneacuteho chlazeniacute (teplota by
neměla překročit přiacuteliš přes 20degC) s použitiacutem platinovyacutech elektrod ziacuteskaacuteme roztoky chloristanů
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2Na+ + 2OH- + H2
anoda 2 ClO3- rarr 2 ClO3 + 2 e-
2 ClO3 + H2O rarr HClO3 + HClO4
s naacuteslednou neutralizaciacute 2 NaOH + HClO3 + HClO4 rarr NaClO3 + NaClO4 + 2 H2O
Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem platinoveacute elektrody ke kysliacuteku
Při vyššiacutech teplotaacutech dochaacuteziacute k reakci
2 ClO3 + H2O rarr 2 HClO3 + Obull a naacutesledně 2 Obull rarr O2
a na anodě dojde k vylučovaacuteniacute kysliacuteku V tomto přiacutepadě jsou produkty elektrolyacutezy stejneacute jako při
elektrolyacuteze vody okyseleneacute zředěnou kyselinou siacuterovou tj vodiacutek a kysliacutek
101
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli CuSO4
Elektrolyacuteza měďnateacute soli ve vodneacutem roztoku s využitiacutem měděnyacutech elektrod
(anoda i katoda jsou ze stejneacuteho materiaacutelu tedy z mědi) vede k vylučovaacuteniacute mědi na
katodě z roztoku za současneacuteho doplňovaacuteniacute měďnatyacutech iontů z rozpouštěneacute anody
katoda Cu2+ + 2e- rarr Cu
anoda Cu + SO42- rarr Cu2+ + SO4
2- + 2e-
Vyacutesledkem je přenos materiaacutelu anody (suroveacute mědi) na katodu (čistaacute měď)
Tento postup se v praxi využiacutevaacute k elektrolytickeacutemu čištěniacute suroveacute mědi Ziacuteskaacute se tak
kov vysokeacute čistoty
Poznaacutemka pod anodou se usazujiacute anodoveacute kaly (nečistoty v anodě obsaženeacute) ktereacute jsou zdrojem
dalšiacutech prvků ktereacute doprovaacutezejiacute v přiacuterodě měď - zejmeacutena Ag Au platinoveacute kovy Rozkladneacute napětiacute
takoveacuteho roztoku (např CuSO4 slabě okyseleneacuteho kyselinou siacuterovou pro potlačeniacute hydrolytickyacutech
procesů) je velmi niacutezkeacute Virtuaacutelniacute pokus je možno snadno proveacutest nebo simulovat na přiloženeacutem
programu Vaacuteženiacutem elektrod po provedeneacutem experimentu a měřeniacutem času a proudu je naviacutec možno
ověřit platnost Faradayovyacutech zaacutekonů 23 Faradayovy zaacutekony elektrolyacutezy
1 Faradayův zaacutekon vyjadřuje množstviacute (hmotnost) laacutetky kteraacute vznikne při
průchodu stejnosměrneacuteho elektrickeacuteho proudu za určitou dobu
m = A middot I middot t kde m ndash hmotnost vyloučeneacute laacutetky
A - konstanta (tzv elektrochemickyacute ekvivalent)
I - elektrickyacute proud
t - čas
Protože elektrickyacute naacuteboj Q = I t můžeme vyacuteraz zkraacuteceně zapsat m = AQ
2 Faradayův zaacutekon formuluje vyacuteraz pro vyacutepočet elektrochemickeacuteho
ekvivalentu A Slovně ho lze vyjaacutedřit větou že laacutetkovaacute množstviacute
vyloučenaacute stejnyacutem naacutebojem jsou chemicky ekvivalentniacute Potom platiacute
FzMAsdot
=
kde M - molaacuterniacute hmotnost
z - počet vyměňovanyacutech elektronů při elektrodoveacutem ději
102
F je Faradayova konstanta (F = 96485104 Cmol-1) kteraacute je čiacuteselně
rovna elektrickeacutemu naacuteboji potřebneacuteho k vyloučeniacute 1z molu laacutetky
Konečnyacute vyacuteraz pro vyacutepočet množstviacute laacutetky přeměněneacute průchodem elektrickeacuteho
proudu po danou dobu lze tedy zapsat ve tvaru
tIFz
Mm sdotsdot=sdot
Poznaacutemka je zaacutesadně důležiteacute dosadit do vzorce veličiny ve spraacutevnyacutech jednotkaacutech
Požadujeme-li vyacutesledek m [g] pak musiacuteme dosazovat I [A] t [s]
Přiacuteklad Kolik g Cu se vyloučiacute na katodě při rafinaci mědi průchodem proudu 1 A po dobu 300 s
Řešeniacute Protože na přeměnu jednoho iontu Cu2+ na čistou měď potřebujeme vyměnit 2 elektrony (viz kap
22 z = 2) dostaneme po dosazeniacute (relativniacute atomovaacute hmotnost mědi je 6354) do vztahu pro m
Vyacutesledek m = 0099 asymp 01 g mědi
Vyacutepočet probiacutehaacute automaticky např při spuštěniacute přiloženeacute animace (viz 24 ovlaacutedaacuteniacute je intuitivniacute)
Na zaacutevěr je ještě třeba zmiacutenit že technickyacute (dohodnutyacute) směr proudu (fyzika
elektrotechnika) je vždy od kladneacuteho k zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje a je tedy opačnyacute než
pohyb elektronů
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
Všechny animace použiteacute k doplněniacute toto textu jsou k dispozici zde
httpgoogleiastateedusearchq=cachendvLO9akz9cJwwwchemiastateedugro
upGreenbowesectionsprojectfolderanimationsindexhtm+electrolysisampoutput=xml_
no_dtdampclient=default_frontendampproxystylesheet=default_frontendampie=UTF-
8ampaccess=pampoe=ISO-8859-1
Ostatniacute informace potřebneacute k hlubšiacutemu pochopeniacute pojmu elektrolyacuteza najde čtenaacuteř
např v zaacutekladniacute učebnici fyzikaacutelniacute chemie
httpwwwvschtczfchczpomuckyBREVALLpdf
9
4 Reakce esterů Jak již bylo uvedeno esterifikace je rovnovaacutežnaacute reakce reakce zpětnaacute se
nazyacutevaacute kyselaacute hydrolyacuteza esteru Při teacuteto reakci vznikaacute opět karboxylovaacute kyselina a
alkohol
Estery lze hydrolyzovat i v přiacutetomnosti silnyacutech zaacutesad (tzv alkalickaacute hydrolyacuteza)
vznikaacute však alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
CH3 CO
O CH2 CH3
+ NaOH CH3 CO
O Na
+ CH3 CH2 OH
5 Opakovaciacute cvičeniacute
1) Co je to esterifikace Jakeacute jsou vyacutechoziacute laacutetky a produkty teacuteto reakce Za
jakyacutech podmiacutenek může reakce probiacutehat
2) Kteryacute z naacutesledujiacuteciacutech alkoholů bude podleacutehat esterifikaci nejsnadněji
a) b) c)
3) Jak se nazyacutevaacute zpětnaacute reakce esterifikace
4) Estery majiacute širokeacute uplatněniacute v potravinaacuteřstviacute Jakeacute
5) Produktem naacutesledujiacuteciacute esterifikace bude
C
O
OHCH2CH3 OH CH2 CH3+H
+
a) propylester kyseliny octoveacute
b) ethylester kyseliny octoveacute
c) ethylester kyseliny propionoveacute
6) Zapiš rovnici esterifikace jejiacutemž produktem je ethylester kyseliny benzooveacute
7) Co je produktem alkalickeacute hydrolyacutezy esteru
8) V jedneacute zkumavce smiacutechaacuteme stejnyacute objem ethanolu a kyseliny octoveacute ve
druheacute zkumavce smiacutesiacuteme stejnyacute objem octanu ethylnateacuteho a destilovaneacute
vody Do každeacute zkumavky přidaacuteme několik kapek koncentrovaneacute kyseliny
siacuteroveacute a obsah zkumavek protřepeme Jakeacute změny nastanou v jednotlivyacutech
zkumavkaacutech
CH3
C OHCH3
CH3CH3 CH2 OHCH3 CH OH
CH3
10
a) Obsah obou zkumavek se nezměniacute nedojde k žaacutedneacute reakci
b) V obou zkumavkaacutech vznikne směs ethanolu kyseliny octoveacute ethyl-
acetaacutetu a vody
c) V prvniacute zkumavce bude směs ethyl-acetaacutetu a vody ve druheacute směs
ethanolu a kyseliny octoveacute
d) Obsah druheacute zkumavky se nezměniacute v prvniacute zkumavce dojde
k esterifikaci a vznikne tam směs octanu ethylnateacuteho a vody
6 Řešeniacute uacuteloh
61 Řešeniacute uacutelohy 21 a) ethylester kyseliny mravenčiacute (mravenčan ethylnatyacute ethyl-methanoaacutet ethyl-
formiaacutet) a voda
C
O
OH CH2 CH3 OH2+ b) propylester kyseliny octoveacute (octan propylnatyacute propyl-ethanoaacutet propyl-acetaacutet)
a voda
C
O
OCH3 CH2 CH2 CH3 OH2+ 62 Řešeniacute praktickeacuteho uacutekolu z 22
a)
b) Vůně vznikleacuteho esteru připomiacutenaacute odlakovač na nehty lak na nehty či
modelaacuteřskeacute lepidlo
c) Ethylester kyseliny octoveacute se použiacutevaacute v laboratořiacutech jako rozpouštědlo
d) Uhličitan sodnyacute se přidaacutevaacute do reakce proto aby zreagoval zbytek kyseliny
octoveacute (a siacuteroveacute) kteryacute by negativně ovlivňoval vůni vznikleacuteho produktu
e) Např při hmotnosti člověka m = 60 kg je smrtelnaacute daacutevka ndash lethal dose rArr
mLD = 30 g o objemu V = m ρ = 30 1045 = 2871 cm3
Smrtelnaacute daacutevka pro šedesaacutetikiloveacuteho člověka by byla 287 cm3
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
11
f) Bezpečnostniacute list ethylesteru kyseliny octoveacute je napřiacuteklad na internetoveacutem
odkazu httpwwwmach-chemikalieczdownloadphpid=96 Ethylester
kyseliny octoveacute patřiacute mezi laacutetky vysoce hořlaveacute (F) a draacuteždiveacute (Xi)
63 Řešeniacute opakovaciacuteho cvičeniacute (kap 5) 1) Esterifikace je reakce kterou se připravujiacute estery vedlejšiacutem produktem je
voda Vyacutechoziacutemi laacutetkami pro tuto reakci jsou alkohol a karboxylovaacute kyselina
reakce musiacute probiacutehat v prostřediacute silneacute kyseliny
2) b)
3) kyselaacute hydrolyacuteza
4) Řada esterů se použiacutevaacute v potravinaacuteřstviacute jako vonneacute a přiacutechuťoveacute přiacutesady
5) c)
6)
7) alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
8) c)
reakce probiacutehajiacuteciacute v prvniacute zkumavce
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
reakce probiacutehajiacuteciacute ve druheacute zkumavce
H+
C
O
OCH3 CH2 CH3 OH2+ OH CH2 CH3C
O
OHCH3 +
7 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele 71 Estery anorganickyacutech kyselin
Kromě esterů karboxylovyacutech kyselin tj organickyacutech existujiacute takeacute estery anorganickyacutech
kyselin Esterifikaci anorganickyacutech kyselin můžeme žaacutekům zmiacutenit aby si uvědomili že probiacutehaacute nejen u
organickyacutech kyselin
Reakciacute kyseliny boriteacute s methanolem nebo ethanolem v kyseleacutem prostřediacute vznikajiacute estery kyseliny boriteacute Uvedenou reakci jejiacutež provedeniacute je velmi jednoducheacute lze použiacutet i pro odlišeniacute
C
O
OHC
O
O CH2 CH3OH CH2 CH3+H
+
OH2+
12
methanolu od ethanolu Ve směsi metanol - kyselina boritaacute se tvořiacute ester i bez přiacutedavku kyseliny
siacuteroveacute a ester hořiacute zeleně Ve směsi ethanol - kyselina boritaacute bez přiacutedavku H2SO4 se ester netvořiacute tak
rychle po zapaacuteleniacute reakčniacute směsi je plamen oranžovyacute Po okyseleniacute teacuteto reakčniacute směsi konc H2SO4
vznikaacute triethylester kyseliny boriteacute kteryacute hořiacute takeacute zelenyacutem plamenem
B
OHOH
OH
B
OO
O
CH3
CH3
CH3
+ CH3 OH3 + OH23
Estery kyseliny dusičneacute se použiacutevajiacute jako vyacutebušniny Nitroglycerin ester kyseliny dusičneacute a
glycerolu je nejdůležitějšiacute součaacutestiacute dynamitu Použiacutevaacute se takeacute v leacutekařstviacute jako prostředek pro zklidněniacute
srdečniacutech arytmiiacute a snižovaacuteniacute krevniacuteho tlaku
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3 H2SO4
- 3 H2O
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2 Ester kyseliny dusičneacute a celulosy ndash nitrocelulosa je znaacutemaacute vyacutebušnina
72 Poznaacutemky k chemickeacutemu pokusu (viz 22)
Pokud by vůně vznikleacuteho esteru nebyla vyacuteraznaacute lze zkumavku s reakčniacute směsiacute ještě před
jejiacutem vylitiacutem na hodinoveacute skliacutečko zahřiacutevat (je nutneacute dbaacutet na bezpečnost žaacuteků ndash předevšiacutem braacutet
v uacutevahu možneacute vystřiacuteknutiacute směsi a dodržovat tedy bezpečnyacute odstup od žaacuteků použiacutet ochrannyacute štiacutet)
Pro přiacutepravu většiacuteho množstviacute esteru je vhodneacute použiacutet zpětnyacute chladič Do baňky s 6 ml
kyseliny octoveacute přidaacuteme 5 ml ethanolu Na obličej si nasadiacuteme ochrannyacute štiacutet Opatrně za chlazeniacute
proudem vody přilijeme 6-7 ml konc kyseliny siacuteroveacute Baňku uzavřeme zaacutetkou s jednoduchyacutem
zpětnyacutem chladičem (min 60 cm dlouhaacute skleněnaacute trubička) (viz obr2) a opatrně zahřiacutevaacuteme 7 ndash 10 min
na vodniacute laacutezni
Obr 2 Esterifikace za použitiacute jednoducheacuteho zpětneacuteho chladiče
13
Potom zaměniacuteme zpětnyacute chladič za vzdušnyacute sestupnyacute a oddestilujeme asi 5 ml kapaliny Přisypeme
1 lžičku uhličitanu sodneacuteho kteryacute vytvořiacute oddělenou vrstvu nemiacutesitelnou s vodou nebo můžeme
reakčniacute směs ihned po ukončeniacute zahřiacutevaacuteniacute pod zpětnyacutem chladičem vylit do kaacutedinky s nasycenyacutem
roztokem chloridu sodneacuteho ve vodě čiacutemž se vysoliacute ethylester kyseliny octoveacute
73 Charakteristickeacute vůně esterů
Alkohol Kyselina Ester Vůně
methanol k salicylovaacute methylester kyseliny salicyloveacute karamel
methanol k maacuteselnaacute methylester kyseliny maacuteselneacute ananas
ethanol k maacuteselnaacute ethylester kyseliny maacuteselneacute broskve
ethanol k benzoovaacute ethylester kyseliny benzooveacute karafiaacutety
ethanol k mravenčiacute ethylester kyseliny mravenčiacute rum
ethanol k octovaacute ethylester kyseliny octoveacute rozpouštědla
butan-1-ol k octovaacute butylester kyseliny octoveacute ovoce
butan-1-ol k propionovaacute butylester kyseliny propionoveacute rum
pentan-1-ol k benzoovaacute pentylester kyseliny benzooveacute ambra
pentan-1-ol k octovaacute pentylester kyseliny octoveacute ovoce
pentan-1-ol k salicylovaacute pentylester kyseliny salicyloveacute orchideje
petan-1-ol k maacuteselnaacute pentylester kyseliny maacuteselneacute meruňky
oktan-1-ol k octovaacute oktylester kyseliny octoveacute pomeranče
74 Alkalickaacute hydrolyacuteza esteru (zmyacutedelněniacute)
Alkalickaacute hydrolyacuteza esterů patřiacute mezi průmyslově vyacuteznamneacute reakce ndash využiacutevaacute se při vyacuterobě myacutedel
Zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu myacutedel jsou tuky jejichž hlavniacute součaacutest tvořiacute praacutevě estery vyššiacutech
mastnyacutech kyselin s glycerolem (např kyseliny stearovaacute palmitovaacute olejovaacute atd)
8 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Mareček A Honza J Chemie pro čtyřletaacute gymnaacutezia 3 diacutel Nakladatelstviacute
Olomouc Olomouc 2000
2 Škoda J Douliacutek P Chemie 8 - učebnice pro zaacutekladniacute školy a viacuteceletaacute gymnaacutezia
Fraus Plzeň 2006
CH2
CH
CH2
O
O
O
OC
OC
OC R
R
R
3 NaOH
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 R CO ONa
tuk glycerol sodneacute myacutedlo
+
14
3 Kovaacuteč J a kol Organickaacute cheacutemia 1 Alfa Bratislava 1992
4 Klouda P Janeczkovaacute A Organickaacute chemie studijniacute text pro SPŠCH
Nakladatelstviacute Pavel Klouda Ostrava 2001
5 Hrnčiar P Organickaacute cheacutemia Slovenskeacute pedagogickeacute nakladatelstvo Bratislava
1990
6 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemie sbiacuterka uacuteloh pro společnou čaacutest maturitniacute zkoušky
Tauris Praha 2001
7 Baacuterta M Jak (ne)vyhodit školu do povětřiacute Horaacutekova chemickaacute kuchařka pro
maleacute i velkeacute experimentaacutetory chemickeacute pokusy pro žaacuteky 8 a 9 třiacuted studenty
středniacutech škol a jejich nadšeneacute učitele Didaktis Brno 2004
8 Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
Univerzita Palackeacuteho v Olomouci Olomouc 2007
9 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemickeacute pokusy pro školu a zaacutejmovou činnost
Prospektrum Praha 2000
Internetoveacute odkazy 10 Rum tuzemaacutek [online 2011-09-15] Dostupneacute z www lthttpwwwla-vinczrum-
tuzemak-05l-375p20782gt
11 Ananas plod ananasovniacuteku chocholateacuteho [online 2011-09-15] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiSouborPineapple_and_cross_sectionjpggt
12 Nitroglycerin [online 2012-04-11] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiNitroglyceringt
15
PŘIacuteRODNIacute LAacuteTKY ndash VITAMINY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky přiacuterodniacutech laacutetek
2 Vitaminy
Přehled vybranyacutech vitaminů
21 Vitamin A ndash retinol
22 Vitamin B1 ndash thiamin
23 Vitamin B2 ndash riboflavin
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety
25 Vitamin B12 ndash kobalamin
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute
27 Vitamin D ndash kalciferoly
28 Vitamin E ndash tokoferoly
3 Zaacutevěr
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
16
1 Přiacuterodniacute laacutetky
Za přiacuterodniacute laacutetky se považujiacute organickeacute sloučeniny ktereacute jsou produkty
chemickyacutech reakciacute probiacutehajiacuteciacutech v buňkaacutech Některeacute z přiacuterodniacutech laacutetek jsou
jednoducheacute organickeacute sloučeniny jineacute naopak velmi složiteacute makromolekulaacuterniacute laacutetky
Přiacuterodniacute laacutetky se zpravidla děliacute do skupin podle sveacuteho chemickeacuteho složeniacute a
struktury nebo podle funkciacute ktereacute plniacute v živeacutem organismu Rozlišujeme tedy tzv
energetickeacute živiny (lipidy sacharidy proteiny) biokatalyzaacutetory (vitaminy enzymy
hormony) daacutele nukleoveacute kyseliny a alkaloidy
2 Vitaminy
Vitaminy jsou organickeacute sloučeniny ktereacute již v malyacutech koncentraciacutech ovlivňujiacute
průběh některyacutech chemickyacutech dějů v živeacutem organismu Vyacuteznam vitaminů spočiacutevaacute v
tom že tvořiacute nezbytnou součaacutest enzymů Z chemickeacuteho hlediska patřiacute vitaminy k
různyacutem druhům sloučenin proto je neniacute možneacute dělit podle struktury Z tohoto důvodu
se děliacute nejčastěji podle rozpustnosti a to na vitaminy rozpustneacute ve vodě (hydrofilniacute) a
vitaminy rozpustneacute v tuciacutech (lipofilniacute) Toto rozděleniacute naviacutec koresponduje
s charakteristickyacutemi vlastnostmi jednotlivyacutech vitaminů Napřiacuteklad hydrofilniacute vitaminy
nedokaacuteže organismus skladovat proto se při nadbytečneacutem přiacutejmu vylučujiacute močiacute
Lipofilniacute vitaminy jsou v organismu skladovatelneacute Jejich nadbytečnyacute přiacutejem může
veacutest k hypervitaminoacutezaacutem ktereacute mohou vyvolat vaacutežneacute poruchy (zejmeacutena u vitaminů A
a D)
Před objasněniacutem struktury vitaminů bylo zavedeno jejich označovaacuteniacute piacutesmeny abecedy Vitaminy se stejnyacutemi nebo podobnyacutemi fyziologickyacutemi uacutečinky byly
odlišovaacuteny čiacuteselnyacutemi indexy Později byly použiacutevaacuteny triviaacutelniacute naacutezvy Dnes se
většinou upřednostňujiacute naacutezvy odvozeneacute od chemickeacuteho složeniacute jednotlivyacutech
vitaminů Označovaacuteniacute piacutesmeny staacutele přežiacutevaacute zejmeacutena v leacutekařskeacute praxi a
potravinaacuteřstviacute
17
EE
AA DD
KKEE
AA DD
KK
Vitaminy rozpustneacute ve vodě
Do teacuteto skupiny řadiacuteme předevšiacutem skupinu vitaminů B (B1 ndash thiamin B2 ndash riboflavin
B5 ndash kyselina pantotenovaacute B6 ndash pyridoxin atd) vitamin C (kyselina L-askorbovaacute) a
vitamin H (biotin)
Obr 1 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech ve vodě
Vitaminy rozpustneacute v tuciacutech
Do teacuteto skupiny řadiacuteme vitamin A (retinol) vitamin D (skupina laacutetek označovanyacutech
jako kalciferoly) vitamin E (skupina laacutetek označovanaacute jako tokoferoly) a vitamin K
(existuje opět v různyacutech formaacutech jako fylochinon K1 farnochinon K2 atd)
Obr 2 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech v tuciacutech
Vitaminy si živočišnyacute organismus většinou až na vyacutejimky nedovede saacutem vytvořit
Z tohoto důvodu jsou lideacute i ostatniacute živočichoveacute odkaacutezaniacute na jejich přiacutejem v potravě
Přiacutetomnost a vhodnaacute koncentrace vitaminů v těle jsou nezbytneacute předevšiacutem pro
spraacutevnyacute růst a vyacutevoj jedince Nepřiacutetomnost některeacuteho vitaminu v těle se projevuje
vaacutežnyacutemi fyziologickyacutemi poruchami a onemocněniacutemi ktereacute se obecně označujiacute jako
avitaminosa Typickaacute avitaminosa se vyskytuje v našich podmiacutenkaacutech poměrně
B H
C
18
vzaacutecně Častějšiacute jsou onemocněniacute z nedostatečneacuteho množstviacute vitamiacutenu tzv
hypovitaminosa kteraacute maacute miacuternějšiacute průběh než avitaminosa Naopak nadbytečneacute
množstviacute některeacuteho vitaminu v těle může způsobit hypervitaminosu
Přehled vybranyacutech vitaminů
V teacuteto kapitole jsou podrobněji popsaacuteny nejvyacuteznamnějšiacute vitaminy
21 Vitamin A ndash retinol z chemickeacuteho hlediska se jednaacute o skupinu podobnyacutech
laacutetek patřiacuteciacute mezi tetraterpeny Vitamin A stimuluje růst živočišnyacutech buněk spraacutevnyacute
vyacutevoj kosterniacutech tkaacuteniacute a normaacutelniacute reprodukci Je velice důležityacute při zrakoveacutem vjemu
Denniacute daacutevka pro člověka je 1 mg
Dobryacutem zdrojem je zelenina a ovoce (mrkev špenaacutet petržel rajčata) rybiacute tuk
maacuteslo žloutek jaacutetra Avitaminosa se projevuje šeroslepostiacute zastaveniacutem růstu a
degeneraciacute reprodukčniacutech orgaacutenů Dlouhotrvajiacuteciacute nedostatek vyvolaacutevaacute vypadaacutevaacuteniacute
vlasů krvaacuteceniacute z nosu bolesti kloubů Zaacutesoba vitaminu A je jedniacutem
z faktorů přirozeneacute ochrany organismu před zhoubnyacutem bujeniacutem
22 Vitamin B1 ndash thiamin tvořiacute kofaktor řady enzymů Je syntetizovaacuten střevniacutemi
bakteriemi Rozklaacutedaacute se v alkalickeacutem prostřediacute Průměrnaacute denniacute spotřeba pro
člověka je asi 14 mg Nejdůležitějšiacutemi zdroji je celozrnnaacute mouka luštěniny droždiacute
žloutek vnitřnosti a hověziacute maso Avitaminosa je znaacutema jako nemoc beri-beri (osoby
živeneacute převaacutežně loupanou ryacuteži) Přiacuteznaky nemoci jsou rozmaniteacute od ztraacutety
hmotnosti přes poruchy nervoveacuteho systeacutemu až po svalovou slabost
Obr 3 Ilustračniacute obraacutezky možnyacutech zdrojů vitaminu A zleva komerčniacute tobolky obsahujiacuteciacute rybiacute tuk špenaacutet maacuteslo
19
N
NCH2
N
S CH2CH2
OH
CH3
CH3 NH2
23 Vitamin B2 ndash riboflavin je opět součaacutestiacute kofaktorů řady enzymů Velmi citlivyacute na
světlo Jeho denniacute potřeba pro člověka činiacute 2 mg Zdrojem je listovaacute zelenina rajčata
obilniacute slupky mleacuteko žloutek vnitřnosti Avitaminosa se projevuje zaacutenětlivyacutemi
změnami sliznic a kůže změnami očniacute rohovky poruchami růstu a nervovyacutemi
poruchami
N
NNH
N
OH
OH OH
OH
CH3
CH3
O
O Obr 6 Chemickyacute vzorec vitaminu B2
Obr 5 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B1 zleva droždiacute obilneacute klasy hověziacute maso
Obr 4 Chemickyacute vzorec vitaminu B1
20
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety pyridoxol (pyridoxin) pyridoxal a pyridoxamin jsou to kofaktory enzymů uplatňujiacuteciacutech se při metabolismu
aminokyselin Denniacute daacutevka pro člověka je asi 2 mg Jsou hojně zastoupeneacute zejmeacutena
v mase jaacutetrech droždiacute listoveacute zelenině celozrnneacute mouce Pyridoxol je v rostlinaacutech
ostatniacute v živočišnyacutech tkaacuteniacutech Snadno se rozklaacutedajiacute světlem a teplem Nedostatek je
vzaacutecnyacute a způsobuje předevšiacutem nervoveacute poruchy
25 Vitamin B12 ndash kobalamin jednaacute se o kofaktory enzymů podiacutelejiacuteciacutech se na
biosynteacuteze nukleovyacutech kyselin a metabolismu aminokyselin a biacutelkovin Jsou nezbytneacute
pro tvorbu krve a to zejmeacutena pro tvorbu červenyacutech krvinek Denniacute potřeba u člověka
se pohybuje kolem 3 mg Vyacuteznamnyacutem zdrojem jsou vnitřnosti předevšiacutem jaacutetra
Nedostatek B12 je přiacutečinou vaacutežneacute až smrtelneacute nemoci ndash perniciosniacute anemie
(nedostatek červenyacutech krvinek spojeneacute s neurologickyacutemi komplikacemi)
Obr 7 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B zleva obilniny mleacuteko a čerstvyacute syacuter droždiacute
21
NN
N N
N N
Co+
OHO
NH2
NH2
O
H
O
NH2
O
NH2O
O
OH
OH
O
NH
H OP
OH
OO
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute tvořiacute důležityacute redoxniacute systeacutem kteryacute při
biochemickyacutech reakciacutech vystupuje jako neenzymovyacute přenašeč vodiacuteku Rozklaacutedaacute se
vzdušnyacutem kysliacutekem Daacutele je kofaktorem některyacutech enzymů uacutečastniacute se obrannyacutech
mechanismů vůči chorobaacutem a jinyacutem poškozeniacutem Patřiacute mezi zachytaacutevače volnyacutech
radikaacutelů ale naopak v přiacutetomnosti Fe3+ zvyšuje jejich tvorbu Proto je třeba jeho
přiacutevod do těla regulovat Doporučenaacute denniacute daacutevka pro člověka je 50-60 mg
Vitamin C je rozšiacuteřen v rostlinaacutech nejviacutece v šiacutepciacutech černeacutem rybiacutezu zeleneacute
paprice citronech a pomerančiacutech Při nedostatku nejprve vysychaacute kůže člověk
Obr 8 Chemickyacute vzorec vitaminu B12
Obr 9 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B12 zleva tepelně upravenaacute jaacutetra mleacuteko
22
hubne maacute pocit uacutenavy a později se projevujiacute přiacuteznaky kurdějiacute - podkožniacute krvaacuteceniacute
krvaacuteceniacute daacutesniacute vypadaacutevaacuteniacute zubů naacutechylnost k infekciacutem
27 Vitamin D ndash steroidniacute hormonaacutelniacute prekurzory ndash kalciferoly vznikajiacute ozaacuteřeniacutem
nenasycenyacutech sterolů UV zaacuteřeniacutem U lidiacute se tvořiacute zejmeacutena v kůži Regulujiacute
metabolismus vaacutepniacuteku Svyacutemi uacutečinky připomiacutenajiacute hormony Netvořiacute kofaktory
Velikost denniacute daacutevky zaacutevisiacute na věku a intenzitě ozařovaacuteniacute pokožky Zdrojem
provitaminů D jsou kvasnice některeacute oleje a žloutek Vitaminy D jsou ve většiacute miacuteře
obsaženy v jaterniacutech tuciacutech maacutesle a mleacuteku Nedostatek vitaminu D vyvolaacutevaacute poruchy
metabolismu vaacutepniacuteku a fosforu ktereacute vede k onemocněniacute zvaneacutemu rachitis (křivice)
Obr 10 Chemickyacute vzorec vitaminu C
Obr 11 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu C zleva paprika citrusoveacute plody šiacutepky
Obr 12 Chemickyacute vzorec vitaminu D
23
2288 Vitamin E - tokoferoly - vyacuteznam neniacute zatiacutem přesně znaacutem Všeobecně se miacuteniacute
že chraacuteniacute lipidy před oxidaciacute zejmeacutena pak lipidy buněčnyacutech membraacuten Poškozeniacute
lipidů vyvolaacutevajiacute hlavně volneacute radikaacutely a tokoferoly tyto volneacute radikaacutely zachycujiacute Teacuteto
vlastnosti se využiacutevaacute i při stabilizaci tuků a olejů v průmyslu Denniacute daacutevka pro člověka
se pohybuje v rozmeziacute 15-20 mg Hlavniacute zdroje jsou rostlinneacute oleje olej z obilnyacutech
kliacutečků zelenina luštěniny maacuteslo a vejce Nejsou v rybiacutem tuku
Obr 13 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu D zleva vařenaacute vejce plaacutetek lososa
Obr 14 Chemickyacute vzorec vitaminu E
24
3 Zaacutevěr
Vitaminy jsou nezbytnou součaacutestiacute lidskeacuteho těla a jsou nesmiacuterně důležiteacute aby
organismus mohl spraacutevně fungovat a byl chraacuteněnyacute vůči různyacutem onemocněniacutem Vyššiacute
potřeba vitaminů se projevuje napřiacuteklad po nemoci při většiacute psychickeacute nebo fyzickeacute
zaacutetěži při oslabeneacutem imunitniacutem systeacutemu těhotenstviacute nebo u dětiacute a staršiacutech lidiacute
Jedniacutem z alternativniacutech zdrojů vitaminů jsou různeacute potravinoveacute doplňky
V žaacutedneacutem přiacutepadě by však neměly byacutet naacutehražkou klasickeacute stravy protože
v potravinaacutech jsou kromě vitaminů takeacute pro tělo důležiteacute živiny Konzumovat by se
měly všechny druhy potravin s obsahem jak vitaminů a mineraacutelniacutech laacutetek tak
biacutelkovin sacharidů a tuků
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 wwwwikiskriptaeuindexphpEnzyacutemy_-_Cvičenie
5 orionchemimunicz14-Kinetika-1htm
Obr 15 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu E zleva obilneacute kliacutečky klasy kukuřice
25
6 wwwwikiskriptaeu500px-Schema-koenzymjpg
7 httpfileboxvteduuserschagedorbiol_4684
8 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
9 httphomecaregrouporgclinicalaltmedinteractionsImages
10 httpcswikipediaorgwikiSouborStrukt_vzorec_riboflavinPNG
11 httpcswikipediaorgwikiSouborHydroxocobalaminsvg
12 httpcswikipediaorgwikiSouborL-Ascorbic_acidsvg
13 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
14 httplaveganlocablogspotcom200806corn-sproutshtml
15 httpwwwordinaceczclanekproc-ne-pit-mleko
16 httpwwwdrozdiczclankybezlepkova-dieta
17 httpwwwmojevitaminycz
18 httpwwwdigitalphotoplenphotos-images1633
19 httpnajmamaaktualityskclanok224729kukurica-zdravie-farby-zlata
20 httpprozenybleskczclanekpro-zeny-zdravi-a-hubnuti-
fitness156603zatocte-s-celulitidou-5-5-tipu-proti-pomerancove-kuzihtml
21 httplmatyblogczen1103vejce-a-kraslice
22 httpdomanovaczclanekstihlaafitcitrusy-maji-pri-hubnuti-blahodarny-
ucinekhtml
23 httpwwwwellnesswacomau201102rosehip-tea-rosehip-mask-rosehip-oil-
and-rosehip-lip-balm-a-four-way-rosehip-ritual
24 httpwwwbordeauxcomusblogtagspinach
25 httpwwweducaterercoukpedigree-beef-33-casp
26
ZAacuteKLADNIacute BIOCHEMICKEacute PROCESY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
1 1 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů
1 2 Kategorie metabolismu
2 Katabolickeacute procesy
2 1 Průběh metabolismu v buňce
2 2 Metabolismus sacharidů
2 3 Metabolismus mastnyacutech kyselin
2 4 Metabolismus aminokyselin
3 Anabolickeacute procesy
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
VODIacuteK - H
1p +
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
000
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
--
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
- --
8p +8n
--
--
-- --
--
--
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
- --
6p +6n
--
--
-- --
--
VODIacuteK - H
1p +
-
VODIacuteK - H
1p +
---
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
DUSIacuteK - N
7p +7n
--
--
-- --
--
--
000
1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
11 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů V živeacute buňce probiacutehaacute velkeacute množstviacute chemickyacutech reakciacute Většina z nich se
uskutečňuje současně
Převaacutežnaacute čaacutest biochemickyacutech reakciacute v buňce je součaacutestiacute metabolickyacutech drah ktereacute
na sebe vzaacutejemně navazujiacute a jejichž vyacutesledkem je jeden nebo viacutece produktů
Termiacuten metabolismus můžeme volně přeložit jako laacutetkovaacute vyacuteměna Jednaacute se o
soubor všech chemickyacutech procesů v organismu Mezi zaacutekladniacute biogenniacute prvky patřiacute uhliacutek kysliacutek dusiacutek a vodiacutek
4 Scheacutema atomů jednotlivyacutech biogenniacutech prvků
Z těchto prvků jsou takeacute tvořeny zaacutekladniacute živiny sacharidy lipidy a biacutelkoviny 12 Kategorie metabolismu
Metabolismus se tradičně děliacute na dvě hlavniacute kategorie Katabolismus ndash převažujiacute reakce rozkladneacute (degradačniacute) Živiny a složitějšiacute laacutetky
jsou štěpeny na jednoduššiacute a uvolňuje se energie
Obr 1 Ilustračniacute foto ke katabolickyacutem reakciacutem
Anabolismus ndash převažujiacute reakce syntetickeacute při kteryacutech chemickyacutemi reakcemi
vznikajiacute složitějšiacute biomolekuly z jednoduchyacutech komponent
28
Obr 2 Ilustračniacute foto k anabolickyacutem reakciacutem Katabolickeacute procesy poskytujiacute energii potřebnou k procesům anabolickyacutem Zdrojem
energie pro metabolickeacute reakce je ATP (adenosintrifosfaacutet)
2 Katabolickeacute procesy
Pro ziacuteskaacutevaacuteniacute velkeacuteho množstviacute energie katabolickyacutemi reakcemi jsou
nejvyacutehodnějšiacute tuky (lipidy) Proto si je organismus vytvaacuteřiacute jako zaacutesobniacute formu
energie
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g tuku ziacuteskaacuteme 389 kJ (93 kcal) energie Spalovaacuteniacute je chemickyacute proces rychleacute oxidace kteryacutem se uvolňuje chemickaacute energie
V rozšiacuteřeneacutem nebo přeneseneacutem vyacuteznamu se jednaacute o biochemickyacute proces
přeměňovaacuteniacute živin v pohybovou a tepelnou energii
Dalšiacutem vyacutehodnyacutem zdrojem energie je glukosa Je to naviacutec jedinaacute živina
zpracovaacutevanaacute organismem za vzniku energie i bez přiacutestupu kysliacuteku
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g glukosy ziacuteskaacuteme 17 kJ (41 kcal) energie
Biacutelkoviny jako zdroje energie využiacutevajiacute organismy při zaacutetěžovyacutech stavech
Obr 3 Scheacutema molekuly ATP
29
21 Průběh metabolismu v buňce
Celyacute proces přeměny laacutetek - metabolismu v jedneacute buňce je možneacute rozdělit do
čtyř faacuteziacute probiacutehajiacuteciacute v oddělenyacutech čaacutestech
Extracelulaacuterně (mimo buňku) probiacutehaacute Faacuteze I Traacuteviciacute trakt rarr štěpeniacute živin na zaacutekladniacute složky a jejich transport krviacute
Intracelulaacuterně (v buňce) probiacutehaacute Faacuteze II Štěpeniacute živin na složky citraacutetoveacuteho cyklu rarr uvolněniacute NH3
Faacuteze III Citraacutetovyacute cyklus rarr vznik redukovanyacutech kofaktorů NADH a FHDH2
rarr uvolněniacute CO2
Faacuteze IV Dyacutechaciacute řetězec rarr zpracovaacuteniacute NADH a FADH2 rarr uvolněniacute H2O
rarr uvolněniacute energie rarr oxidativniacute fosforylace
rarr tvorba ATP
NADH reduktasa přesněji NADH ubichinon-reduktasa ndash jednaacute se o velkyacute
enzymatickyacute komplex složenyacute z řady biacutelkovinnyacutech podjednotek
Flavinadenindinukleotid (FAD či FADH2 přiacutepadně riboflavinadenosindifosfaacutet) ndash
jednaacute se o kofaktor neboli niacutezkomolekulaacuterniacute nebiacutelkovinnou čaacutest řady enzymů FAD je
jeho oxidovanaacute forma zatiacutemco FADH2 je jeho forma redukovanaacute
Po přiacutejmu potravy se v traacuteviciacutem traktu jednotliveacute živiny souhrou traacuteviciacutech enzymů
štěpiacute
Z polysacharidů monosacharidy Z lipidů mastneacute kyseliny Z biacutelkovin aminokyseliny 22 Metabolismus sacharidů
Monosacharidy se pomociacute přenašečů dostaacutevajiacute do krve a poteacute do buněk
V buňce se mohou přeměnit na glukosu a ta podleacutehaacute štěpeniacute zvaneacutem glykolysa
tiacutemto procesem vznikaacute acetyl-CoA (aktivovanaacute kyselina octovaacute)
vznikajiacute
vznikajiacute
vznikajiacute
30
Dalšiacute degradace monosacharidů probiacutehaacute v mitochondriiacutech v raacutemci citraacutetoveacuteho
cyklu V reakciacutech cyklu vznikajiacute dvě molekuly CO2 což je konečnyacute produkt
metabolismu uhliacuteku a kysliacuteku z živin
Vodiacutek z živin se takeacute uvolňuje a navaacuteže se na oxidoredukčniacute enzymy
označovaneacute jako pyridinoveacute (NADH) a flavinoveacute (FADH2) dehydrogenasy
Takto vaacutezaneacute vodiacuteky v konečneacute faacutezi vstupujiacute do dyacutechaciacuteho řetězce Zde ztraacutecejiacute
za uvolněniacute energie sveacute elektrony za vzniku čaacutestice (H+) a elektrony se postupně
přenaacutešejiacute až na kysliacutek kteryacute vytvořiacute s H+ molekuly vody Zdrojem kysliacuteku je oxidovanyacute
hemoglobin (oxyhemoglobin) vodiacutek pochaacuteziacute z živin
Uvolněnaacute energie se transformuje v procesu oxidativniacute fosforylace do molekuly
adenosintrifosfaacutetu ndash makroergickeacute sloučeniny bohateacute na energii
Sacharidy (cukry) ndash jsou považovaacuteny za okamžityacute zdroj energie
ndash glukosa je zdrojem energie pro všechny buňky jejiacute staacutelaacute hladina v krvi 44ndash67 mmoll
ndash při zvyacutešeniacute na 10 mmoll se glukosa objevuje v moči
ndash za běžnyacutech podmiacutenek se glukosa z potravy přeměňuje přibližně z 50 na oxid uhličityacute a
vodu (spalovaacuteniacute) 30ndash40 se přestavuje na tuk a 5 se syntetizuje na glykogen
ndash denniacute potřeba glukoacutezy min 160 g denně 300ndash500 g(mozek 120 g svaly v klidu 30ndash100 g)
23 Metabolismus mastnyacutech kyselin
Mastneacute kyseliny vytvořiacute v červenyacutech krvinkaacutech ndash erytrocytech triacylglyceroly
(triglyceridy) ktereacute se zabudujiacute do chylomikronů a přes lymfu proniknou do krve
V krvi se z nich speciaacutelniacutem enzymem zvanyacutem lipasa uvolniacute mastneacute kyseliny ktereacute se
vaacutežiacute na albuminy a poteacute prostupujiacute přes membraacutenu do buněk
Mastneacute kyseliny jsou zpracovaacuteny v β-oxidaci Jednaacute se o cyklus postupneacuteho
odbouraacutevaacuteniacute při němž se postupně odštěpujiacute vždy dvouuhliacutekateacute jednotky z mastneacute
kyseliny ze ktereacute vznikaacute acetyl-CoA Reakce probiacutehaacute v cytosolu mitochondrie
Vzniklyacute acetyl-CoA vstupuje do reakciacute citraacutetoveacuteho cyklu a zbytek mastneacute kyseliny
jejiacutež kostra je kratšiacute o dva uhliacuteky znovu vstupuje do reakce kteraacute vede k odštěpeniacute
dalšiacute dvouuhliacutekateacute jednotky Vyacutesledkem je vysokyacute zisk energie v zaacutevislosti na
velikosti uhliacutekateacute kostry mastneacute kyseliny Scheacutema β-oxidace R-CH2-CH2-CO-S-CoA + HS-CoA rarr R-CO-S-CoA + CH3-CO-S-CoA + H2O
31
Tuky (lipidy) - sloučeniny trojsytneacuteho alkoholu glycerolu s mastnyacutemi kyselinami
Vyacuteznam tuků - umožňujiacute vitamiacutenům A D E K ktereacute jsou lipofilniacute (rozpustneacute v tuciacutech) vstup do
organismu a jejich dalšiacute využitiacute
- jsou zdrojem esenciaacutelniacutech mastnyacutech kyselin
- tvořiacute zaacutesobu energie (v podkožiacute se nachaacuteziacute až 90 tuku)
- jsou součaacutestiacute buněčnyacutech membraacuten (cholesterolu)
Mastneacute kyseliny (MK) ndash jednaacute se o vyššiacute monokarboxyloveacute kyseliny ktereacute se mohou dělit na
1 neesenciaacutelniacute tělo si je dokaacuteže vyrobit samo (z cukrů a tuků živočišneacuteho původu) ty se dajiacute podle
charakteru vazeb daacutele dělit na
a) nasyceneacute - obsahujiacute jednoducheacute vazby mezi atomy uhliacuteku syntetizujiacute se v jaacutetrech
(např kys palmitovaacute ndash obsahuje 16 atomů uhliacuteku v molekule) kys stearovaacute
obsahuje 18 atomů uhliacuteků v molekule)
b) nenasyceneacute - obsahujiacute dvojneacute vazby mezi atomy uhliacuteku jejich vyacuteznamnyacutem zdrojem
je olivovyacute olej (k olejovaacute ndash obsahuje 18 atomů uhliacuteku v molekule)
2 esenciaacutelniacute tělo je samo vytvořit nedokaacuteže musiacute je přijiacutemat v potravě jejich zdrojem jsou zejmeacutena
semena rostlinneacute oleje vlašskeacute ořechy a listovaacute zelenina (kys linolovaacute kys linolenovaacute
kys arachidonovaacute) daacutele ryby a mořštiacute živočichoveacute (kys eikosapentaneovaacute kys dokosahexaenovaacute)
24 Metabolismus aminokyselin
Aminokyseliny se stejnyacutem způsobem jako monosacharidy dostaacutevajiacute
prostřednictviacutem speciaacutelniacutech přenašečů do krve a naacutesledně do buněk Z různorodyacutech
biacutelkovin ziacuteskaacuteme přibližně 20 aminokyselin
Metabolismus aminokyselin je pro jejich vlastniacute různorodou strukturu
komplikovanějšiacute Zaacutekladniacutem rysem přeměny je uvolněniacute jejich aminoskupiny ve formě
škodliveacuteho amoniaku Protože člověk (a primaacuteti) jej nedovedou jednoduše vyloučit
zpracuje se v močovinoveacutem cyklu na netoxickou močovinu Zbyleacute uhliacutekateacute kostry
aminokyselin se různě složityacutemi reakcemi přeměňujiacute na složky citraacutetoveacuteho cyklu Biacutelkoviny (proteiny) ndash patřiacute mezi zaacutekladniacute stavebniacute laacutetky organismu
- biacutelkoviny živeacute hmoty se neustaacutele obnovujiacute (denně cca 300ndash500 g)
- jsou tvořeny aminokyselinami přičemž lidskeacute tělo využiacutevaacute 20 aminokyselin některeacute vytvaacuteřiacute samo
- jednaacute se o vysokomolekulaacuterniacute laacutetky (majiacute velkeacute relativniacute molekuloveacute hmotnosti) se složityacutem
prostorovyacutem uspořaacutedaacuteniacutem
- důsledky nedostatku biacutelkovin
bull chaacutetraacuteniacute těla (marasmus) zpomaleniacute až zastaveniacute růstu aneacutemie sniacuteženiacute odolnosti
narušeniacute vyacutevoje CNS
32
bull kwashiorkar u dětiacute (bdquonafouklaacute břiacuteškaldquo) strava energeticky dostatečnaacute ale chudaacute na
biacutelkoviny zvětšeniacute sleziny jater cirhoacuteza
Vyacutesledkem kompletniacute degradace živin jsou konečneacute produkty metabolismu čtyř
zaacutekladniacutech biogenniacutech prvků C H O N rarr CO2 H2O NH3 (přeměněnyacute na
močovinu) a energie vaacutezanaacute v ATP 3 Anabolickeacute procesy
Při anabolickyacutech procesech se živiny u zdraveacuteho člověka rozklaacutedajiacute na
jednoduššiacute laacutetky Při těchto rekciacutech je ziacuteskaacutevaacutena nejen energie ale čaacutest vzniklyacutech
produktů se využije k obnově tkaacuteniacute nebo tvorbě zaacutesob Napřiacuteklad aminokyseliny se
většinou využijiacute na synteacutezu biacutelkovin podle aktuaacutelniacutech potřeb a přebytek se odbouraacute
Organismus si žaacutedneacute biacutelkoviny do zaacutesob netvořiacute
Naopak glukosu je možno v organismu uchovaacutevat v podobě glykogenu kteryacute se
však vytvaacuteřiacute pouze v jaacutetrech a ve svalech
Hepatocyty (jaterniacute buňky) při vyacuterazneacutem poklesu glykeacutemie doplňujiacute hladinu
glukosy v krvi štěpeniacutem glykogenu Naviacutec jsou schopny syntetizovat glukosu
z glukogenniacutech aminokyselin laktaacutetu a z glycerolu uvolněneacuteho štěpeniacutem
triacylglycerolů
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
Metabolickaacute draacuteha je řada naacuteslednyacutech enzymovyacutech reakciacute vedouciacutech k tvorbě
určiteacuteho produktu Reakčniacute složky meziprodukty a produkty draacutehy jsou označovaacuteny
jako metabolity
1 Metabolickeacute draacutehy jsou nevratneacute Jestliže jsou dva produkty navzaacutejem metabolicky převoditelneacute musiacute byacutet draacuteha
vedouciacute od prveacuteho k druheacutemu produktu odlišnaacute od draacutehy vedouciacute od druheacuteho
produktu k prvniacutemu
2 Každaacute metabolickaacute draacuteha obsahuje časnyacute určujiacuteciacute stupeň Metabolickeacute draacutehy
jsou jako celek nevratneacute ale většina diacutelčiacutech reakciacute probiacutehaacute v bliacutezkosti
rovnovaacutežneacuteho stavu
3 Všechny metabolickeacute draacutehy jsou regulovaneacute
33
4 Metabolickeacute draacutehy probiacutehajiacute v eukaryontniacutech organismech ve specifickyacutech miacutestech
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
Nezbytneacute složky potravy jsou předevšiacutem živiny (lipidy sacharidy proteiny)
vitamiacuteny voda mineraacutelniacute laacutetky vlaacuteknina Jejich optimaacutelniacute procentuaacutelniacute zastoupeniacute
v potravě činiacute cukry 60 tuky 25 biacutelkoviny 15
Obecně lze vyjaacutedřit potřebu přiacutejmu biacutelkovin jako 1 gram na 1 kilogram vaacutehy těla
U dětiacute a těhotnyacutech žen o něco viacutece Rostlinneacute a živočišneacute biacutelkoviny jsou odlišneacute
struktury (esenciaacutelniacute aminokyseliny nejsou v rostlinnyacutech biacutelkovinaacutech) To je tedy
jeden z důvodů proč je vegetariaacutenstviacute nevhodneacute pro děti
Existujiacute vyacutekyvy ve spraacutevneacutem poměru přijiacutemaacuteniacute živin Z těchto vyacutekyvů vyplyacutevajiacute různeacute
patologie hladověniacute podvyacuteživa otylost obezita mentaacutelniacute anorexie a bulimie
Nutričniacute tabulky najdete např na adresehttpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 httpwwwustbonifacembcacusbabernierbiologieModule1Imagesatpjpg
5 httpnd01jxscz951848df6dd214b1_31960153_o2jpg
6 http12912392202isotope
7 httpwwwgoogleczimgresimgurl
8 httpwwwgoogleczimgresimgurl
9 httpwwwprojektalfag6czolygos2gif
10 httpcswikipediaorgwikiSouborFat_structural_formulaepng
11 httpnd01jxscz51188560aec9185e_35721065_o2jpg
34
12 httpwwwwikidocorgimages550-
Metabolism_790px_partly_labeledpngampimgrefurl
13 wwwmojeramaczrama-ideavitaminyjpg DHA (kyselina dokosahexaenovaacute )
ALA (kyselina alfa-linolenovaacute)--omega-3 nenasyceneacute mastneacute kyseliny
14 httpismuniczelportalestudfspsjs07fyziotextych02html
15 httpwwwzdravavyzivaczzdrava-vyziva3jpgampimgrefurl
16 httpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
17 httpwwwnspkaczNSPKA_prirucky2012laboratorni_prirucka_OKBHorlovaW
IAAHhtm
35
NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Uacutevod do problematiky naacutevykovyacutech laacutetek definice drogy rozděleniacute laacutetek
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol
22 Tabaacutek a kouřeniacute
3 Nelegaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu (marihuana hašiš)
32 Halucinogeny (LSD atropin mezkalin)
33 Laacutetky se stimulačniacutem uacutečinkem (kokain amfetaminy aj)
34 Laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem (sedativa-benzodiazepiny barbituraacutety aj)
35 Opiaacutety (morfin heroin aj)
36 Těkaveacute (inhalačniacute) laacutetky (toluen aceton)
4 Zaacutesady prevence a prvniacute pomoci při aplikaci naacutevykoveacute laacutetky
5 Legislativa tyacutekajiacuteciacute se naacutevykovyacutech laacutetek
6 Přehled použiteacute literatury
7 Teacutemata referaacutetů
36
1 Uacutevod
Definice naacutevykoveacute laacutetky (bdquodrogyldquo) jde o aplikaci jakeacutekoliv laacutetky přiacuterodniacuteho či
syntetickeacuteho původu ovlivňujiacuteciacute psychiku člověka a vyvolaacutevajiacuteciacute potřebu
opakovaneacuteho použitiacute (recidivy) takže uživatel se na niacute staacutevaacute zaacutevislyacute (bdquodrogovaacute
zaacutevislostldquo) Vzhledem ke skutečnosti že v posledniacutech letech vidiacuteme zvyacutešenyacute rozsah tohoto fenomeacutenu kteryacute
zasahuje čiacutem daacutel tiacutem mladšiacute skupiny mlaacutedeže se všemi nepřiacuteznivyacutemi důsledky (zdravotniacutemi
ekonomickyacutemi i společenskyacutemi ndash rozvrat osobnosti asociaacutelniacute a protizaacutekonneacute chovaacuteniacute nutnost leacutečby)
je nanejvyacuteš aktuaacutelniacute zavčas varovat žaacuteky ve škole před tiacutemto nebezpečiacutem (tzv toxikomaacutenie)
Na vzniku zaacutevislosti se podiacutelejiacute zejmeacutena tyto faktory
- droga - typ vlastniacute substance působiacuteciacute na psychiku
- člověk - zejmeacutena typ jeho osobnosti (zvyacutešeneacute riziko pro neurotickeacute
nezdrženliveacute nesebejisteacute jedince s absenciacute zaacutejmů a zaacutelib sportu atd)
- prostřediacute - problematickeacute rodinneacute zaacutezemiacute vliv bdquopartyldquo
Většinou při vzniku zaacutevislosti působiacute kombinace vyacuteše uvedenyacutech přiacutečin
Průběh zaacutevislosti
- zprvu jde o zvědavost vyzkoušet si novyacute zaacutežitek zahnat stres uacutenavu
bdquovyřešitldquo probleacutemy s učeniacutem partnerskyacutemi vztahy apod
- postupnyacute naacutevyk na drogu opakovaneacute užiacutevaacuteniacute zvyšujiacuteciacute se tolerance na drogu
(neplatiacute u alkoholu)
- abstinenčniacute přiacuteznaky při vynechaacuteniacute daacutevky (poceniacute třes zvraceniacute průjem hellip)
Psychickaacute zaacutevislost (kouřeniacute) ndash lze překonat silnou vůliacute
Fyzickaacute zaacutevislost (heroin) ndash při absenci drogy těžkeacute zdravotniacute naacutesledky popř
i smrt
- zdravotniacute a sociaacutelniacute konsekvence (rozpad rodiny odchod partnera ztraacuteta
zaměstnaacuteniacute sebevražedneacute pokusy aj)
Je nutneacute nebyacutet nevšiacutemavyacute k jasnyacutem přiacuteznakům počiacutenajiacuteciacute zaacutevislosti ndash změny chovaacuteniacute naacutehleacute
bezdůvodneacute zhoršeniacute prospěchu ztraacuteta zaacutejmů a přaacutetel zaviacuteraacuteniacute se na delšiacute dobu na WC shaacuteněniacute
financiacute (kraacutedeže) modřiny a vpichy na těle hellip
Způsoby aplikace drog
- peroraacutelně (tablety praacutešek roztok) ndash např pervitin extaacuteze
37
- dyacutechaciacutem uacutestrojiacutem (kouřeniacute ndash marihuana šňupaacuteniacute ndash kokain inhalace par ndash
toluen)
- intravenoacutezně (injekčně ndash heroin zvyacutešeneacute riziko přenosu infekciacute chorob ndash
žloutenka AIDS)
- jineacute způsoby (čiacutepky naacuteplasti hellip)
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol bdquoliacutehldquo (chemicky ethanol C2H5OH) Alkohol je staacutetem tolerovanou drogou a lze jej běžně od určiteacuteho věku (18-21 let)
koupit ve formě alkoholickyacutech naacutepojů v obchodech
Pozn Alkoholy obecně obsahujiacute ndashOH skupinu na alifatickeacutem řetězci pozor na zaacuteměnu ethanolu za
methanol CH3OH (možnost vyacuteskytu v různyacutech po domaacutecky paacutelenyacutech produktech) kteryacute je
prudce jedovatyacute ndash při požitiacute hroziacute oslepnutiacute smrt Alkoholismus je historicky jednou
z nejstaršiacutech drogovyacutech zaacutevislostiacute a pokusy o jeho vymyacuteceniacute (viz prohibice v USA Rusku)
vždy vedly pouze k rozmachu černeacuteho trhu
Alkohol působiacute na centraacutelniacute nervovyacute systeacutem a to zpočaacutetku stimulačně daacutele pak
tlumivě
Pro potravinaacuteřskeacute uacutečely se vyraacutebiacute lihovyacutem kvašeniacutem plodin obsahujiacuteciacutech cukr
(melasa z cukroveacute řepy brambory obiliacute různeacute druhy ovoce) za působeniacute enzymu
(zymasa)
C6H12O6 rarr 2 C2H5OH + 2 CO2
Průmyslově se ethanol vyraacutebiacute hydrataciacute ethenu
H2C=CH2 + H2O rarr CH3CH2OH
Pro chemickeacute užitiacute (např jako rozpouštědlo) se alkohol denaturuje tj zaacuteměrně se k němu přidaacutevajiacute
zapaacutechajiacuteciacute laacutetky (např derivaacutety merkaptanů pyridinu methanol benziacuten) aby nebyl poživatelnyacute
100 alkohol nelze ziacuteskat destilačně (s vodou tvořiacute při obsahu 96 tzv azeotropniacute směs kteraacute maacute
konstantniacute teplotu varu) pouze chemicky vaacutezaacuteniacutem vody užitiacutem sikativ (silikagel)
Požiacutevaacuteniacute alkoholu vede k nevratneacutemu poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (jaacutetra ndash cirhoacuteza
žaludek ndash vředy) oslabeniacute imunity poruchaacutem paměti depresiacutem a halucinaciacutem
u těhotnyacutech žen k poškozeniacute plodu Leacutečeniacute alkoholika předpoklaacutedaacute jeho spolupraacuteci a
38
je zdlouhaveacute (uacutestavniacute forma 6 - 12 měsiacuteců) a ne vždy uacutespěšneacute Pro vyleacutečeneacuteho platiacute
100 zaacutekaz alkoholu a doživotniacute bezvyacutejimečnaacute abstinence
Z hlediska konzumace alkoholu rozlišujeme
- abstinenti hellip nepijiacute vůbec či zcela vyacutejimečně v symbolickeacutem množstviacute
- přiacuteležitostniacute konzumenti hellip pijiacute bdquos miacuterouldquo nepravidelně nejsou skoro nikdy opiliacute
- nadměrniacute konzumenti hellip pijiacute trvale přes miacuteru ztraacutecejiacute kontrolu často opiliacute
- alkoholici hellip s chorobnou zaacutevislostiacute ndash nekontrolovatelneacute pitiacute abstinenčniacute přiacuteznaky
Resorpce (odbouraacutevaacuteniacute) alkoholu Odbouraacutevaacuteniacute alkoholu je individuaacutelniacute (u mužů cca 2x rychlejšiacute než u žen zaacutevisiacute i na
hmotnosti osoby) Orientačně lze počiacutetat s odbouraacuteniacutem max 015-02 permil alkoholu v
krvi za hodinu
Vzorec pro vyacutepočet promile alkoholu v krvi permil = mA(g) M (kg) middot k
kde mA hellip hmotnost čisteacuteho alkoholu (g)
M hellip hmotnost člověka (kg)
k koeficient ( 07 pro muže 06 pro ženy)
Vzorovyacute přiacuteklad
Vypočtěte kdy budeme moci sednout za volant vypijeme-li 2 piva 11ordm o obsahu alkoholu 4 obj a
k tomu 3 bdquopanaacutekyldquo vodky po 50 ml 40 alkoholu (hustota ethanolu je ρ = 078 gcm3)
vyacutepočet (přibližně)
a) 2 piva 11deg (4obj ) tzn 1000ml obsahuje cca 40 ml čisteacuteho alkoholu
tj mA = ρ middot V = 078 middot 40 = 312 g
b) 3 bdquopanaacutekyldquo (alkohol 40 obj) tzn 150ml obsahuje 60 ml čisteacuteho alkoholu
tjmA = ρ middot V = 078 middot 60 = 468 g
CELKEM 78 g čisteacuteho alkoholu
V krvi bude naměřeno 78 80 middot 07 = 14 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 80 kg muže)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 7 - 9 hodin ()
78 60 middot 06 = 22 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 60 kg ženu)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 11 - 14 hodin ()
Pozn Uvedenyacute přiacuteklad je pouze ilustračniacute a je nutneacute počiacutetat s časovou rezervou a individuaacutelniacutemi
odchylkami
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 2 - 6
39
22 Tabaacutek a kouřeniacute V současneacute době spolu s alkoholem jedinaacute staacutetem tolerovanaacute droga
Historie kouřeniacute dyacutemky u Indiaacutenů
v Evropě začiacutenaacute od 16 stol největšiacute rozvoj od 2pol 19 stol se seacuteriovou vyacuterobou cigaret
Laacutetky obsaženeacute v tabaacuteku
Hlavniacute roli hraje alkaloid nikotin
3-(1-methylpyrrolidin-2-yl)pyridin
Obr1 Tabaacutek (Nicotiana tabacum)
Nikotin je bezbarvaacute olejovitaacute kapalina rozpustnaacute ve vodě kteraacute na vzduchu hnědne
(oxiduje se na kyselinu nikotinovou) Draacuteždiacute centraacutelniacute nervovou soustavu zvyšuje
krevniacute tlak i sekreci žlaacutez Ve většiacutech daacutevkaacutech působiacute křeče až ochrnutiacute dyacutechaciacuteho
centra a smrt
Dalšiacute laacutetky v tabaacuteku alkaloidy nornikotin anabasin nikotyrin nikotellin hellip a mnoho dalšiacutech
Tabaacutekovyacute kouř daacutele obsahuje toxickeacute zplodiny hořeniacute (aromaacutety CO NOx HCN v cigaretoveacutem papiacuteře
je obsažen radioizotop 210Po)
Jen čaacutest škodlivyacutech laacutetek se zachytiacute na filtru zbytek se dostaacutevaacute do organismu
dyacutechaciacutemi cestami Je prokaacutezaacutena souvislost mezi rakovinou dyacutechaciacutech cest a
kouřeniacutem (varovaacuteniacute na každeacute krabičce cigaret)
Probleacutemem je že kouřeniacute se staacutele posouvaacute do nižšiacutech věkovyacutech skupin a do ženskeacute
populace (cca 13 kuřaacuteků jsou ženy) a negativniacute uacutečinky se bagatelizujiacute (bdquovždyť kouřiacute i
doktořildquohellip)
Způsoby boje proti kouřeniacute
Reklama (moderniacute je nekouřit) osvěta (někdy dost drastickaacute - rentgenoveacute sniacutemky
plic kuřaacuteka) legislativniacute omezeniacute (zaacutekazy kouřeniacute v restauraciacutech zvyšovaacuteniacute ceny)
Terapie
Při odvykaacuteniacute se uplatňuje řiacutezenaacute aplikace nikotinu ve formě žvyacutekačky naacuteplastiacute
elektronickaacute cigareta apod
40
Zaacutevěr
Jde o ošklivyacute zlozvyk jehož se těžce dotyčnyacute (obvykle až po fataacutelniacutech zdravotniacutech
probleacutemech) zbavuje Četnost recidivy je velmi značnaacute
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 6
3 NELEGAacuteLNIacute NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu
Pochaacuteziacute z rostliny Cannabis sativa (konopiacute seteacute) Konopiacute se zneužiacutevaacute nejčastěji
k nelegaacutelniacute vyacuterobě marihuany a hašiše
Konopiacute je původem z Kašmiacuteru je to jedna z nejstaršiacutech kulturniacutech plodin Je užiacutevaacutena k vyacuterobě
pevnyacutech provazů a lan oleje ze semen
Obr 2 Konopiacute seteacute
Uacutečinnou laacutetkou je THC (tetrahydrocannabinol C21H30O2)
Chemicky (-)-(6aR 10aR)-669-trimethyl-3-pentyl-6a7810a-tetrahydro-6H-benzo[c]chromen-1-ol
Marihuana (obsahuje cca 10 THC)
se připravuje fermentačniacutem procesem z mladyacutech listů a květů konopiacute
Na trhu je ve formě zelenošedyacutech sušenyacutech listů nebo slisovanyacutech tyčinek (bdquojiveldquo)
Hašiš (bdquohašldquo bdquokiffldquo bdquolaacutedoldquo s obsahem až 40 THC)
41
je ze samičiacutech květů konopiacute jež obsahujiacute hodně pryskyřice s typickyacutem zaacutepachem
(existujiacute různeacute druhy např charos - čistaacute pryskyřice ganja - z květů bhang - ze
semenhellip) Distribuuje se ve formě hnědyacutech mastnyacutech lisovanyacutech kostek či placek
Aplikace kouřeniacutem cigaret (marihuana) či dyacutemkou (hašiš) možno i peroraacutelně
Přiacuteznaky intoxikace rychlyacute naacutestup uacutečinku (minuty) ndash zrychleniacute tepu sucho v uacutestech
uvolněniacute euforie snoveacute obluzeniacute halucinace trvajiacuteciacute hodiny
Při dlouhodobeacutem pravidelneacutem užiacutevaacuteniacute zpomaleniacute myšleniacute poruchy paměti
schizofrenie riziko zhoubnyacutech naacutedorů dyacutechaciacuteho systeacutemu
Jde pouze o psychickou nikoli fyzickou zaacutevislost (nehroziacute abstinenčniacute syndrom)
Marihuana patřiacute mezi tzv bdquoměkkeacuteldquo drogy ndash otaacutezka bdquopřestupniacute staniceldquo k bdquotvrdyacutemldquo drogaacutem je
nejednoznačnaacute V některyacutech staacutetech (Holandsko Izrael) neniacute marihuana zakaacutezaacutena Řada lidiacute po tom
volaacute i u naacutes Možnost kontrolovaneacuteho leacutečebneacuteho využitiacute (potlačeniacute nevolnosti při chemoterapii
rakoviny roztroušeneacute skleroacutezy parkinsonismu apod)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 7
32 Halucinogeny Tyto laacutetky obecně deformujiacute vniacutemaacuteniacute reality a navozujiacute falešneacute (předevšiacutem zrakoveacute
ale i sluchoveacute čichoveacute) představy Existuje viacutece než 150 rostlin ze kteryacutech lze ziacuteskat halucinogeny Znaacutemy už od starověku (věštiacuterny ndash
Theacuteby Delfy) Děleniacute dle chemickeacuteho složeniacute
a) Indoloveacute derivaacutety (např LSD psilocin harmin)
b) Piperidinoveacute a tropanoveacute laacutetky (atropin skopolamin)
c) Fenylethylaminoveacute derivaacutety (mezkalin)
ad a) LSD = diethylamid kyseliny lysergoveacute ndash obsažen v naacutemelu (parazit na žitě)
LSD Obr 3 Naacutemel
Naacutemel vytvaacuteřiacute parazitniacute houba Paličkovice nachovaacute (viz Obr 3) ve středověku řada otrav bdquoIgnis sacerldquo
(Svatyacute oheň) Od r 1962 Timothy Leary (hnutiacute Hippies) ndash užiacutevaacuteniacute LSD
42
Aplikace ve formě napuštěnyacutech papiacuterků (bdquoblotterldquo)
Uacutečinky Během kraacutetkeacute doby předměty měniacute tvar i barvu zpomaleniacute času
dezorientace fobie
Do teacuteto skupiny drog daacutele patřiacute
Psilocin a psilocybin (obsaženy v houbičce
Lysohlaacutevka kopinataacute ndash viz Obr 4)
Dalšiacute zaacutestupci
Harmin harmalin (Latinskaacute Amerika)
Bufotenin (ropušiacute jed) ibogain (Gabun Afrika)
Obr 4 Lysohlaacutevka
ad b) Atropin ndash v ruliacuteku zlomocneacutem a semenech durmanu Rozšiacuteřeniacute zorniček
Aplikace většinou formou vyacuteluhu Působiacute jako blokaacutetory acetylcholinu (halucinace) Dalšiacute Skopolamin hyoscyamin (obsaženy v bliacutenu) fencyklidin (disociativniacute anestetikum)
ad c) Mezkalin (345-trimethoxyfenylethylamin) v kaktusech (Lophophora Williamsii) Mexiko
Aplikace peroraacutelně i kouřeniacutem uacutečinky podobneacute jako LSD
Všechny drogy teacuteto skupiny působiacute pouze psychickou zaacutevislost
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 8
33 Stimulanty
Jde o přiacuterodniacute (kokain) i syntetickeacute (amfetaminy) laacutetky navozujiacuteciacute stimulačniacute
(povzbudivyacute) uacutečinek odstraněniacute uacutenavy sniacuteženiacute potřeby spaacutenku euforii schopnost
empatie (souciacutetěniacute)
a) Kokain (bdquokoksldquo bdquocrackldquo bdquorockldquo bdquosniacutehldquo) Biacutelyacute praacutešek nahořkleacute chuti patřiacute mezi tropanoveacute alkaloidy
Koka pravaacute (viz Obr 5)
rostlina znaacutema už v řiacuteši Inků v Evropě od 16 stol do r 1903 obsažena i
ve znaacutemeacutem naacutepoji Coca Cola
Aplikace šňupaacuteniacute nosem kouřeniacutem i injekčně
Uacutečinky třes poceniacute sucho v uacutestech rozšiacuteřeniacute zornic zvyacutešeniacute tlaku lesk v očiacutech
paacuteleniacute kůže Vyvolaacutevaacute pocit euforie při předaacutevkovaacuteniacute uacutetlum dyacutechaacuteniacute smrt
Kokain je jednou z nejdražšiacutech tvrdyacutech dog s extreacutemniacute psychickou zaacutevislostiacute
Obr 5 Koka
43
b) Amfetaminy ndash obsahujiacute dusiacutekatyacute atom mimo cyklus
Původně užiacutevaacuteny jako leacutečiva později zjištěny nežaacutedouciacute uacutečinky na psychiku a
naacutevykovost Při delšiacute konzumaci dochaacuteziacute k deformaci osobnosti (bdquoamfetaminovaacute
psychoacutezaldquo) Jde o jeden z nejnebezpečnějšiacutech druhů toxikomaacutenie z hlediska
agresivity a vedlejšiacutech uacutečinků (poškozeniacute ledvin jater) s vysokou psychickou a
čaacutestečně i fyzickou zaacutevislostiacute
Aplikace praacutešek (tablety) injekčně roztok uacutečinky podobneacute kokainu
Zaacutestupci Metamfetamin (bdquopervitinldquo) fenmetrazin MDMA (bdquoextaacutezeldquo)
extaacuteze = N-methyl-34-methylendioxyamphetamin
c) Methylxanthiny Jde o povzbuzujiacuteciacute laacutetky obsaženeacute v kaacutevě kakau čaji Působiacute na svalstvo stimuluje
srdečniacute činnost sekreci žaludečniacutech šťaacutev V malyacutech daacutevkaacutechndashzvyacutešeniacute bdělosti potlačeniacute
uacutenavy většiacute daacutevky (nad 200 mg denně) působiacute nespavost psychickeacute potiacuteže osteoporoacutezu
(odvaacutepněniacute kostiacute)
Nejznaacutemějšiacute zaacutestupce kofein (137-trimethylxanthin)
Kromě kofeinu jsou v kaacutevě a čaji theofylin (13-dimethylxanthin) theobromin (37-dimethylxanthin)
Do teacuteto skupiny daacutele patřiacute
- zaacutevislost kathoveacuteho typu (žvyacutekaacuteniacute listů rostliny Catha edulis rozšiacuteřeno kolem Rudeacuteho moře)
- betel (z palmy Areka obecnaacute obsahuje arekaidin) ndash v Thajsku (červeneacute zbarveniacute jazyka)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 9 10
34 Sedativa
Jde o laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem na centraacutelniacute nervovou soustavu Podporujiacute spaacutenek
navozujiacute zklidněniacute zmiacuterňujiacute uacutezkost Při předaacutevkovaacuteniacute ndash celkovaacute anestezie až smrt
44
a) Barbituraacutety jsou staršiacute skupinou laacutetek a dřiacuteve se užiacutevala jako leacutečiva Pozor ndash už desetinaacutesobek
leacutečebneacute daacutevky může byacutet smrtelnyacute (riziko předaacutevkovaacuteniacute neexistence uacutečinneacuteho
antidota)
Aplikace tablety
Zaacutestupci Veronal (diethylbarbiturovaacute kyselina) Luminal (5-fenyl-5-ethylbarbiturovaacute kys)
Meprobamat Fyzickaacute zaacutevislost nebezpečnyacute abstinenčniacute syndrom
C OC
C OR1
R2O
O
CH2CH3
CH2 CH3
NH2
NH2
O+-2 C2H5OH
NH
NH
R2
R1
O
O
O
močovinadiethylmalonaacutety R1=R2=H kys barbiturovaacute
R1=R2=C2H5 barbital veronal
R1=C2H5 R2=C6H5 luminal fenobarbital b) Benzodiazepiny Novějšiacute preparaacutety - od sedmdesaacutetyacutech let vytlačily předchoziacute z trhu
Vyacutehody menšiacute riziko předaacutevkovaacuteniacute existence uacutečinneacuteho antidota (Flumazenil)
Přiacuteklady Diazepam (Valium)
Flunitrazepam (Rohyphnol Obr 6)
Midazolam (Dormicum)
Způsobujiacute těžkou fyzickou i psychickou zaacutevislost
Užitiacute při předoperačniacute přiacutepravě apod
V posledniacute době se však čiacutem daacutel tiacutem viacutece při leacutečbě
fobiiacute upřednostňuje psychoterapie Obr 6 Rohyphnol
c) Dalšiacute sedativa Přiacuteklady Azapirony (Buspiron) leacutečeniacute dlouhodobyacutech uacutezkostiacute
Cyklopyrolony (Zopiklon) hypnotikum 3 generace proti epilepsii
Imidazopyridin (Zolpidem) svalovaacute relaxace
Mezi sedativa patřiacute takeacute Thaloimid (Contergan) ndash teratogenniacute uacutečinky na plod při užiacutevaacuteniacute v těhotenstviacute
Kava-kava ndash přiacuterodniacute sedativum z pepřovniacuteku opojneacuteho (N Guineia)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 11
45
35 Opiaacutety Jednaacute se o velmi tvrdeacute drogy pochaacutezejiacuteciacute ze šťaacutevy nezralyacutech makovic (opium
morfin) a jejich syntetickeacute derivaacutety (heroin) Morfium bylo znaacutemo jako leacutek tlumiacuteciacute bolest (analgetikum) a bylo využiacutevaacuteno např při ošetřovaacuteniacute
zraněnyacutech vojaacuteků ve vaacutelce
Opium se ziacuteskaacutevaacute z lepkaveacute šťaacutevy nařiacuteznutyacutech makovic kteraacute na vzduchu hnědne
ztuhlaacute se seškrabe dosušiacute a uhněte do cihliček
Obr 7 Maacutek setyacute (Papaver somniferum)
Opium je směs obsahujiacuteciacute desiacutetky alkaloidů fenathrenoveacuteho typu (morfin) a izochinoliacutenoveacuteho typu
(papaverin) Existujiacute různeacute druhy opia (bdquogaliacuteldquo bdquochanduldquo bdquodrossldquo aj)
Aplikace nejviacutece kouřeniacutem v dyacutemkaacutech popř cigaretaacutech řidčeji peroraacutelně Většina
opia se zpracovaacutevaacute na čisteacute alkaloidy
Morfin kodein (methylmorfin) heroin (36-diacetylmorfin)
morfin heroin
Aplikace injekčně vyacutejimečně peroraacutelně
Uacutečinky Jedny z nejtvrdšiacutech drog extreacutemně silnaacute fyzickaacute i psychickaacute zaacutevislost
Projevujiacute se zuacuteženiacutem zorniček (na velikost špendliacutekoveacute hlavičky) po počaacutetečniacute euforii
působiacute poruchy paměti apatii celkovyacute rozvrat osobnosti totaacutelniacute impotenci
46
Těžkyacute abstinenčniacute syndrom vrcholiacute po cca 48 hodinaacutech a připomiacutenaacute silnou chřipku
daacutele zahrnuje zvraceniacute průjem šiacuteleneacute svěděniacute pokožky
Terapie je možnaacute jen uacutestavniacute formou s nevalnou šanciacute na vyleacutečeniacute
Dnes existuje řada syntetickyacutech derivaacutetů laacutetek tohoto typu některeacute z nich majiacute potlačeneacute naacutevykoveacute
uacutečinky a užiacutevajiacute se dokonce i k protidrogoveacute leacutečbě (např metadon)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 12
36 Solvencia (těkaveacute a inhalačniacute laacutetky)
Jde o tzv bdquočichaacuteniacuteldquo tj aplikaci par těkaveacute kapaliny (plynu) do dyacutechaciacuteho uacutestrojiacute
Nejčastěji zneužiacutevaneacute laacutetky
- alifatickeacute uhlovodiacuteky (ethyn propan butan hexan)
- cyklickeacute a aromatickeacute uhlovodiacuteky (cyklopropan toluen xyleny)
- směsi uhlovodiacuteků (benzin nafta)
- halogenderivaacutety (tetrachlormethan chloroform trichlorethylen ethylchlorid
freony)
- kysliacutekateacute derivaacutety (aceton butanon dimethylether methylacetaacutet methyl-terc
butylether MTBE oxid dusnyacute aj) Uacutekol Napište chemickeacute vzorce inhalačniacutech laacutetek
Aplikace čichaacuteniacutem - inhalaciacute par vyacuteše uvedenyacutech laacutetek (tzv bdquosniffing) nosem i uacutesty
Uacutečinky rychlyacute naacutestup ndash euforie zaacutevrať bdquoztraacuteta hmotnostildquo postupneacute upadaacuteniacute do
spaacutenku
Symptomy dilatace zornic slzeniacute vyacutetok z nosu zvraceniacute pokles hmotnosti třes hellip
Důsledky zhoršeniacute paměti pokles inteligence těžkeacute deprese rozpad osobnosti
poruchy krvetvorby nevratneacute poškozeniacute sliznic
Nebezpečiacute
- zadušeniacute např při přetaacutehnutiacute igelitoveacuteho pytliacuteku přes hlavu pro zvyacutešeniacute uacutečinku
- nevratneacuteho poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (ledviny jaacutetra) až smrt při polknutiacute
laacutetky
- jde o jedny z nejlevnějšiacutech a nejdostupnějšiacutech laacutetek ktereacute si každyacute snadno
opatřiacute (bdquodrogy hloupyacutechldquo)
- jednaacute se o silnou psychickou zaacutevislost se sklony k recidivě
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 13
47
4 PREVENCE A PRVNIacute POMOC
Při prevenci je rozhodujiacuteciacute aby se na probleacutem co nejdřiacuteve vůbec přišlo (všiacutemavost
k symptomům toxikomaacutenie)
Typickeacute přiacuteznaky
- naacutehlaacute změna chovaacuteniacute (předraacutežděnost deprese ztraacuteta zaacutejmů)
- zhoršenyacute prospěch ztraacuteta přaacutetel
- uacutebytek hmotnosti zdravotniacute probleacutemy vpichy
- potřeba peněz kraacutedeže střet se zaacutekonem hellip
Prevence
snaha předejiacutet zaacutevislosti zejmeacutena u mladyacutech lidiacute a u rizikovyacutech skupin
- vyacutechova v rodině zaacutejem o diacutetě
- vyacutechova ve škole upozorněniacute na rizika
- sport aktivniacute traacuteveniacute volneacuteho času hellip
Prvniacute pomoc
se nelišiacute od prvniacute pomoci např při nehodě tj je nutno se postarat o zachovaacuteniacute
zaacutekladniacutech životniacutech funkciacute a rychlou leacutekařskou pomoc
Leacutečeniacute
je postaveno na baacutezi dobrovolnosti ndash dlouhodobaacute zaacuteležitost včetně uacutestavniacute leacutečby
riziko recidivy Absolutniacute nutnost_doživotniacute abstinence
Při probleacutemech
V Olomouci existuje P-centrum Lafayettova 9 Olomouc tel 585221983
httpwwwp-centrumcz
p-centrump-centrumcz
5 LEGISLATIVA
Samotneacute užiacutevaacuteniacute drog neniacute trestneacute trestneacute je jejich drženiacute vyacuteroba distribuce
Důležityacute pro policii je pojem tzv bdquomaleacuteholdquo množstviacute zadrženeacute drogy
- při něm jde jen o přestupek s pokutou do 15000 Kč
- při většiacutem množstviacute pak už o trestnyacute čin s možnostiacute vězeniacute až na 5 let
48
Za maleacute množstviacute se považuje např
konopiacute - 5 rostlin marihuana - 15 g sušiny extaacuteze - 4 tablety LSD - 5 papiacuterků
kokain - 1 gram pervitin - 2 gramy
Vybraneacute trestniacute sazby
- za distribuci drog mladistvyacutem až 10 let vězeniacute
- při způsobeniacute těžkeacute uacutejmy na zdraviacute až 15 let
- bdquovařičildquo do 5 let
- za pouheacute neoznaacutemeniacute vyacuteše uvedenyacutech činů hroziacute až 3 roky
Probleacutem
Zaacutekon postihuje zpravidla jen dealery a bdquomenšiacute rybyldquo zatiacutemco velciacute distributoři a
producenti jsou chyceni spiacuteše vyacutejimečně Naviacutec se staacutele objevujiacute noveacute derivaacutety ktereacute
dosud nejsou na seznamech zakaacutezanyacutech laacutetek
Zaacutekony pojednaacutevajiacuteciacute o drogaacutech
č1401961 Sb (trestniacute zaacutekon)
č 2001990 (přestupkovyacute zaacutekon)
č 3321997 (zachaacutezeniacute skladovaacuteniacute likvidace)
č 1671998 (o naacutevykovyacutech laacutetkaacutech)
č 3792005 (prevence toxikomaacutenie)
Vyhlaacuteška č 621989 (seznam psychotropniacutech laacutetek)
Sděleniacute č4621991 (prekurzory omamnyacutech a psychotropniacutech laacutetek)
6 Teacutemata referaacutetů 1 Vznik nebezpečiacute a důsledky toxikomanie analyacuteza přiacutečin
2 Problematika alkoholu sekundaacuterniacute naacutesledky alkohol za volantem
3 Vyacuteroba piva
4 Vyacuteroba viacutena
5 Vyacuteroba destilaacutetů
6 Tabaacutek a kouřeniacute ndash historie pěstovaacuteniacute druhy postup vyacuteroby cigaret
7 Marihuana a hašiš
8 Halucinogeny
9 Stimulancia
49
10 Methylxanthiny
11 Sedativa
12 Opiaacutety
13 Inhalačniacute laacutetky (solvencia)
14 Legislativa - přehled a komentaacuteř platnyacutech zaacutekonů tyacutekajiacuteciacutech se naacutevykovyacutech laacutetek
7 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 M Wenke Farmakologie Avicenum 1986
2 IBečkovaacute PVišňovskyacute Farmakologie drogovyacutech zaacutevislostiacute Karolinum 1999
3 PVišňovskyacute IBečkovaacute Bludnyacute kruh toxikomaacuteniiacute EIA Hradec Kraacuteloveacute 1998
4 MWenke M Mraacutez S Hynie Farmakologie pro leacutekaře Avicenum 1984
5 J Mann Jedy drogy leacuteky Academia Praha 1996
6 wwwmemberstripodcom7EMartinMVdrogyhtml
7 wwwodrogachcz
50
VYacuteROBA CUKRU
Text zpracovali Mgr Jana Praacutešilovaacute a Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru
21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina
22 Chemickeacute složeniacute cukroveacute řepy
3 Vyacuterobniacute etapy
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
32 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
34 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
35 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
36 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech zdrojů
51
1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
Cukr je surovinou kteraacute naacutes doprovaacuteziacute v běžneacutem životě na každeacutem kroku
Mnoziacute z naacutes si hned raacuteno osladiacute čaj či kaacutevu kostkou cukru Pojďme se nyniacute podiacutevat
jak se cukr vyraacutebiacute a kde se kostka cukru vlastně vzala
Nejprve si udělejme kraacutetkou zastaacutevku u historie cukrovarnictviacute na uacutezemiacute Českeacute
republiky
bull v roce 1787 byla založena prvniacute rafinerie (zaacutevod na čištěniacute cukru) v klaacutešteře
na Zbraslavi u Prahy čistil se zde dovaacuteženyacute třtinovyacute cukr
bull v roce 1841 vytvořil ředitel rafinerie v Dačiciacutech prvniacute kostku cukru do teacuteto doby
se v domaacutecnostech použiacutevaly tzv cukroveacute homole
V 19 stoletiacute fungovalo na našem uacutezemiacute přes 150 cukrovarů v současneacute době (rok
2011) u naacutes cukr vyraacutebiacute pouze 7 cukrovarů
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru 21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina Vyacuteroba cukru z cukroveacute třtiny byla znaacutema po celaacute staletiacute V našich krajiacutech však
pro pěstovaacuteniacute teacuteto rostliny nejsou vhodneacute podmiacutenky (pěstuje se v tropickeacutem a
subtropickeacutem paacutesmu) Z miacutestniacutech plodin je pro vyacuterobu cukru vhodnaacute cukrovaacute řepa
Cukrovaacute řepa (Beta vulgaris) Cukrovaacute třtina (Saccharum officinarum)
Obr 1 Cukrovaacute řepa Obr 2 Cukrovaacute třtina - dvouletaacute plodina - cukr se hromadiacute v bulvaacutech - obsah sacharosy 16ndash20 - skladuje se a zpracovaacutevaacute (do 48 h)
- viacuteceletaacute travina - cukr se hromadiacute ve stvolu - obsah sacharosy 13ndash17
52
22 Složeniacute cukroveacute řepy Podrobněji se zaměřiacuteme na cukrovou řepu z niacutež se u naacutes cukr vyraacutebiacute
V bulvaacutech cukroveacute řepy se nachaacuteziacute kromě cukru i dalšiacute laacutetky Jejich obsah vyacuteznamně
ovlivňuje technologickyacute proces a produkci cukru Průměrneacute složeniacute uvaacutediacute Obr 3
5 2
18
75
voda 75
sacharidy 18
dřeň 5
necukerneacute laacutetky 2
Obr 3 Průměrneacute složeniacute cukroveacute řepy Sacharidy Nejdůležitějšiacutem sacharidem a konečnyacutem produktem vyacuteroby je SACHAROSA
Sacharosa patřiacute mezi disacharidy jejiacute molekula je tvořena zbytkem molekuly glukosy
a molekuly fruktosy ktereacute jsou navzaacutejem spojeny glykosidickou vazbou (viz obr 4)
Je to krystalickaacute biacutelaacute laacutetka dobře rozpustnaacute ve vodě Maacute vyacuteraznou sladkou chuť a
použiacutevaacute se jako sladidlo Patřiacute mezi opticky aktivniacute laacutetky a neredukujiacuteciacute sacharidy
Obr 4 Vzorec sacharosy
53
Dřeň Součaacutestiacute dřeně bulvy řepy je celulosa a hemicelulosa (polysacharidy) pektinoveacute
laacutetky1 biacutelkoviny a saponiny2 Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a mohou znesnadňovat
vyacuterobniacute proces způsobujiacute probleacutemy např při filtraci
Necukerneacute laacutetky (šťaacuteva obsahujiacuteciacute necukerneacute laacutetky) Z necukernyacutech laacutetek obsahuje šťaacuteva aminokyseliny amidy biacutelkoviny organickeacute
zaacutesady enzymy soli organickyacutech kyselin (kyseliny mravenčiacute octoveacute šťaveloveacute
citronoveacute) Rozhodujiacuteciacute negativniacute vliv na krystalizaci cukru majiacute mineraacutelniacute laacutetky
(popeloviny)
3 Vyacuterobniacute etapy
Vyacuterobu cukru můžeme rozdělit do několika faacuteziacute
1 Mechanickaacute uacuteprava řepy
2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
6 Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru
1 pektin ndash makromolekulaacuterniacute laacutetka jejiacutemž zaacutekladem jsou sacharidy nachaacuteziacute se např v ovoci
způsobuje rosolovatěniacute ovocnyacutech šťaacutev a zavařenin 2 rostlinnyacute glykosid (derivaacutet sacharidů) tvořiacuteciacute pěnivyacute roztok ve vodě
54
Tab 1 Přehled fyzikaacutelniacutech a chemickyacutech pochodů aplikovanyacutech při vyacuterobě cukru v jednotlivyacutech etapaacutech vyacuteroby
Etapa Fyzikaacutelně-chemickeacute pochody Vstup laacutetek (suroviny) Vyacutestup laacutetek (produkty)
Mechanickaacute uacuteprava řepy bull rozpustnost bull bulvy cukroveacute řepy bull řepneacute řiacutezky
Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy bull koagulace biacutelkovin bull difuacuteze
bull řepneacute řiacutezky bull horkaacute voda
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull vyslazeneacute řepneacute řiacutezky
Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull sraacuteženiacute necukernyacutech laacutetek
bull saturace bull filtrace sraženin
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull Ca(OH)2 bull CO2
bull lehkaacute šťaacuteva bull saturačniacute kaly
Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace
bull lehkaacute šťaacuteva bull těžkaacute šťaacuteva bull I cukrovina
Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
bull odstřeďovaacuteniacute bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace bull vykryacutevaacuteniacute bull filtrace bull adsorpce
bull I cukrovina bull surovyacute cukr bull voda bull Ca(OH)2 bull adsorbent
bull surovyacute cukr bull zelenyacute sirob bull II cukrovina bull zadinovyacute cukr bull melasa bull biacutelaacute cukrovina
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
Ciacutel
bull očištěniacute řepy
bull rozřezaacuteniacute řepy na řiacutezky
Při podzimniacutem vyacuteletu do přiacuterody můžeme na poliacutech vidět zemědělce skliacutezejiacuteciacute
cukrovou řepu Na poliacutech se řepa zbaviacute chraacutestu (zelenyacutech listů) a nahrubo očistiacute od
hliacuteny Po dopraveniacute do cukrovaru je řepa důkladně očištěna vodou od zbyacutevajiacuteciacute hliacuteny
kameniacute piacutesku a kořiacutenků pomociacute řepnyacutech splavů1 a řepnyacutech praček2 Voda z řepy
odkape na třasadlu3 Vyacutetah dopraviacute řepu na automatickou vaacutehu a z niacute putuje řepa do
řezačky4 kteraacute nařeže bulvu na řiacutezky (obr 5 6) s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
Obr 5 Řepneacute řiacutezky Obr 6 Nože řezačky Otaacutezka Proč se řepa porcuje na řiacutezky trojuacutehelniacutekoveacuteho profilu Uacutečelem rozřezaacuteniacute bulvy na řiacutezky je zvětšit povrh (styčnou plochu) řepy pro naacuteslednou difuacutezi cukru z buněk pletiva Trojuacutehelniacutekovyacute profil byl vyhodnocen jako nejvhodnějšiacute tvar pro optimaacutelniacute vyluhovatelnost cukru 3 2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull vyluhovaacuteniacute cukru (sacharosy) z buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků
bull ziacuteskaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Sacharosa se nachaacuteziacute uvnitř buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků Membraacutena buněk
sacharosu volně ven z buňky nepropustiacute proto je nutneacute řiacutezky luhovat horkou vodou
Od 60degC začiacutenajiacute biacutelkoviny membraacuteny buněk koagulovat a ty se tak staacutevajiacute pro cukr
leacutepe propustneacute 1 řepnyacute splav ndash betonovyacute kanaacutel do ktereacuteho je napouštěna voda kteraacute unaacutešiacute řepu k pračce 2 řepnaacute pračka ndash zařiacutezeniacute na odstraněniacute hliacuteny kameniacute a kořiacutenků proti proudu vody je přivaacuteděna řepa kameny a dalšiacute odpad odpadaacutevajiacute ze dna pračky 3 třasadlo ndash kmitajiacuteciacute se siacuteto k odstraněniacute vody 4 řezačka ndash zařiacutezeniacute se sadou nožů rozporcuje řepu na řiacutezky s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
56
Otaacutezka Co je to KOAGULACE Koagulace (shlukovaacuteniacute) je postupneacute uspořaacutedaacutevaacuteniacute jednotlivyacutech čaacutestic do jineacuteho prostoroveacuteho umiacutestěniacute V našem přiacutepadě dochaacuteziacute ke koagulaci biacutelkovin membraacuteny buněk vlivem zvyacutešeneacute teploty Vyzkoušet si koagulaci můžete i doma ndash stačiacute si usmažit vajiacutečka k sniacutedani Vyluhovaacuteniacute řiacutezků se děje v zařiacutezeniacutech zvanyacutech difuzeacutery1 Řiacutezky jsou v nich
přivaacuteděny proti proudu horkeacute vody Řiacutezky nově přivaacuteděneacute do difuzeacuteru jsou
promyacutevaacuteny nejsladšiacute vodou a na řiacutezky zbaveneacute cukru steacutekaacute voda čistaacute čiacutemž jsou
zajištěny optimaacutelniacute podmiacutenky difuacuteze Z difuzeacuteru odteacutekaacute difuacutezniacute šťaacuteva jako nakyslaacute
kapalina tmaveacute barvy Otaacutezka Co je to DIFUacuteZE Tvrdiacuteme-li že laacutetka difunduje pak se jejiacute čaacutestice v roztoku pohybujiacute z miacutest o vyššiacute koncentraci čaacutestic do miacutest s nižšiacute koncentraciacute čaacutestic Po vyluhovaacuteniacute se řiacutezky označujiacute jako vyslazeneacute řiacutezky Ty se daacutele zpracovaacutevajiacute
- sušiacute popř lisujiacute a využiacutevajiacute se jako krmivo nebo v kvasneacutem průmyslu (vyacuteroba
alkoholu)
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull odstraněniacute necukernyacutech laacutetek z difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull ziacuteskaacuteniacute tzv lehkeacute šťaacutevy
Spolu se sacharosou difunduje z buněk i velkeacute množstviacute necukernyacutech laacutetek (viz
složeniacute řepy) Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a ztěžujiacute vyacuterobniacute proces (např krystalizaci
cukru filtraci atd)
Čištěniacute probiacutehaacute ve dvou faacuteziacutech
1 Čeřeniacute difuacutezniacute šťaacutevy
2 Saturace šťaacutevy
Při čeřeniacute se k difuacutezniacute šťaacutevě vyhřaacuteteacute na 90degC přivaacutediacute postupně 15 ndash 2 vaacutepenneacute
mleacuteko - roztok Ca(OH)2 Ca2+ ionty reagujiacute s necukernyacutemi laacutetkami za vzniku
nerozpustnyacutech vaacutepenatyacutech soliacute ktereacute lze naacutesledně odfiltrovat a šťaacutevu tak vyčistit
Přiacuteklad reakci Ca2+ iontů s kyselinou šťavelovou uvaacutediacute naacutesledujiacute rovnice
1 difuzeacuter ndash velkaacute naacutedoba s vyhřiacutevanyacutem plaacuteštěm do ktereacute jsou z jedneacute strany přivaacuteděny řepneacute řiacutezky ze strany druheacute horkaacute voda
57
Ca2+ + (C2O4)2- rarr Ca(COO)2 Obdobnou roli hrajiacute i ionty OH- Neutralizujiacute volneacute kyseliny a s Al3+ Fe3+ Mg2+
ionty reagujiacute za vzniku nerozpustnyacutech hydroxidů ktereacute lze rovněž odfiltrovat
2 Al3+ + 3 Ca(OH)2 rarr 2 Al(OH)3 + 3 Ca2+ Vaacutepenneacute mleacuteko je ke šťaacutevě přidaacutevaacuteno i z dalšiacutech důvodů Pro dalšiacute
technologickyacute proces je třeba neutralizovat kyselou reakci difuacutezniacute šťaacutevy a
v neposledniacute řadě je vaacutepennyacutem mleacutekem šťaacuteva desinfikovaacutena Otaacutezka Co je to NEUTRALIZACE Neutralizace je reakce kyseliny a zaacutesady při niacutež vznikaacute sůl a voda V našem přiacutepadě reaguje vaacutepenneacute mleacuteko (zaacutesada) s kyselinami přirozeně obsaženyacutemi v řepě (viz složeniacute řepy) Daacutele šťaacuteva pokračuje do saturačniacuteho zařiacutezeniacute1 ve ktereacutem probiacutehaacute saturace
oxidem uhličityacutem Saturace se provaacutediacute k odstraněniacute přebytečnyacutech Ca2+ iontů Do
saturačniacuteho zařiacutezeniacute je vhaacuteněn oxid uhličityacute vznikaacute uhličitan vaacutepenatyacute kteryacute lze
odfiltrovat (na kalolisech2 či jinyacutech filtrech) Reakci uvaacutediacute naacutesledujiacuteciacute rovnice
Ca(OH)2 + CO2 rarr CaCO3 + H2O Otaacutezka Co je to SATURACE Saturace neboli syceniacute V našem přiacutepadě nasyceniacute roztoku oxidem uhličityacutem kteryacute reaguje s přebytečnyacutemi Ca2+ ionty v roztoku za vzniku uhličitanu vaacutepenateacuteho Vyacutesledkem etapy je tzv lehkaacute šťaacuteva zbytky sraženin na filtrech se nazyacutevajiacute
saturačniacute kaly 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny Ciacutel
bull zahuštěniacute lehkeacute difuacutezniacute šťaacutevy ke krystalizaci (zisk těžkeacute šťaacutevy)
bull ziacuteskaacuteniacute tzv cukroviny (směs krystalků cukru a matečneacuteho sirobu)
1 saturačniacute zařiacutezeniacute (saturaacutek) ndash vaacutelcovitaacute naacutedoba s miacutechadlem u dna přiacutevodem šťaacutevy přiacutevodem oxidu
uhličiteacuteho a odvodem šťaacutevy V horniacute čaacutesti naacutedoby je komiacuten pro odvod plynů 2 kalolis - filtračniacute lis určenyacute k tlakoveacute filtraci kapalin obsahujiacuteciacute řadu raacutemů s napnutyacutemi plachetkami
Pracuje diskontinuaacutelně (střiacutedavě) Raacutemy s plachetkou zaneseneacute kalem jsou periodicky čištěny zatiacutemco v jineacutem přiacutestroji probiacutehaacute filtrace
58
Lehkaacute šťaacuteva maacute světle žlutou barvu a je teacuteměř zbavena všech nežaacutedouciacutech laacutetek
V roztoku je rozpuštěna sacharosa (přibližně
12-15 ) a již velmi malyacute podiacutel necukernyacutech
laacutetek Sacharosu z roztoku izolujeme
krystalizaciacute Lehkou šťaacutevu je třeba zahustit
ke krystalizaci ndash odpařit přebytečnou vodu
Zahušťovaacuteniacute ke krystalizaci se provaacutediacute ve
vakuovyacutech odparkaacutech1 Objem šťaacutevy se
zmenšiacute přibližně na čtvrtinu původniacuteho
objemu a ziacuteskaacute se tzv těžkaacute šťaacuteva (zahuštěnaacute)
s obsahem 60 cukru
Otaacutezka Co je to ODPAŘOVAacuteNIacute Proč se využiacutevaacute praacutece za sniacuteženeacuteho tlaku Odpařovaacuteniacute patřiacute mezi děliciacute metody laacutetek Rychlost odpařovaacuteniacute a jeho uacutečinnost zaacutevisiacute na velikosti povrchu odpařovaneacuteho roztoku na rychlosti odtahu vzniklyacutech par a předevšiacutem na teplotě a tlaku Teplotu varu roztoku můžeme sniacutežit praacutevě za použitiacute vakua (sniacuteženeacuteho tlaku) Ušetřiacuteme tiacutem energii potřebnou pro zahřiacutevaacuteniacute šťaacutevy
Těžkaacute šťaacuteva je daacutele zahušťovaacutena ve varostrojiacutech2 neboli zrničiacutech Ve
varostrojiacutech se šťaacuteva zahřiacutevaacute a odpařuje se zbytek vody tak dlouho až začne cukr ve
šťaacutevě krystalovat Krystalizace cukru se dokončiacute v zařiacutezeniacutech zvanyacutech krystalizaacutetor Otaacutezka Co je to KRYSTALIZACE Za jakyacutech podmiacutenek vykrystaluje cukr ze šťaacutevy Krystalizace patřiacute mezi zaacutekladniacute chemickeacute operace pomociacute nichž lze oddělit složky směsi bdquoAby mohla sacharosa krystalovat je třeba vytvořit přesycenyacute cukernyacute roztok V technickyacutech cukernyacutech roztociacutech za přiacutetomnosti necukernyacutech laacutetek je rozpustnost sacharosy obvykle vyššiacute Přesycenyacute cukernyacute roztok se připraviacute např tiacutem způsobem že se rychle zchladiacute nasycenyacute roztok technickyacute Z roztoku se ihned nevyloučiacute krystaly cukru a takovyacute roztok pak obsahuje viacutece rozpuštěneacuteho cukru než odpoviacutedaacute nasyceneacutemu roztoku Tento přebytečnyacute cukr vykrystaluje přidajiacute-li se k roztoku krystalky cukru (roztok se očkuje)ldquo [1] 3 5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute Ciacutel
bull odděleniacute krystalů cukru z cukroviny
bull očištěniacute suroveacuteho cukru
1 vakuovaacute odparka - soustava několika seacuteriově zapojenyacutech těles vyhřiacutevanyacutech paacuterou Prvniacute těleso je vyhřiacutevaacuteno parou o teplotě 130degC voda vypařenaacute v prvniacutem tělese se vede do dalšiacuteho tělesa jako tzv bryacutedovaacute paacutera atd Vyacutepary z posledniacute odparky se ochlazujiacute studenou vodou čiacutemž vznikaacute podtlak a tiacutem se snižuje tlak v odparkaacutech 2 varostroj - naacutedoba s trubkovou topnou komorou a miacutechadlem
Obr 7 Soustava odparek
59
bull zpracovaacuteniacute matečneacuteho sirobu na dalšiacute podiacutel cukru
bull přiacuteprava biacuteleacute cukroviny
Krystalky sacharosy je třeba oddělit od matečneacuteho sirobu K tomuto uacutečelu se
využiacutevajiacute odstředivky1 Oddělenyacute cukr maacute žlutavou barvu a je nazyacutevaacuten surovyacutem
cukrem (v obchodech se zdravou vyacuteživou si můžete zakoupit i surovyacute cukr)
Oddělenyacute matečnyacute roztok se nazyacutevaacute zelenyacute sirob
Zelenyacute sirob se zpracuje na meacuteně kvalitniacute (tzv zadinovyacute) cukr a odpadniacutem
produktem je tzv melasa (obr 8) kteraacute ještě obsahuje menšiacute podiacutel cukru a lze ji
využiacutet jako krmivo popř po zkvašeniacute k vyacuterobě lihu
Surovyacute řepnyacute cukr se přiacuteliš nehodiacute k přiacutemeacute spotřebě ndash jeho krystaly jsou žluteacute
a lepiveacute Je třeba je očistit Surovyacute cukr se čistiacute promyacutevaacuteniacutem vodou v odstředivkaacutech
Naacutesleduje filtrace cukerneacuteho roztoku přes bavlněneacute polyamidoveacute či kovoveacute tkaniny a
poreacutezniacute materiaacutely z keramiky
Posledniacute uacutepravou je odbarveniacute cukerneacuteho roztoku K tomuto uacutečelu se využiacutevaacute
metody adsorpce Jako absorbenty jsou využiacutevaacuteny ionexy aktivniacute uhliacute či hlinky
Vyacuteslednyacute cukernyacute roztok s krystalky cukru se nazyacutevaacute biacutelaacute cukrovina
Otaacutezka Co je to ADSORPCE Na jakeacutem principu absorbenty fungujiacute Z fyzikaacutelniacuteho hlediska se jednaacute o poutaacuteniacute laacutetky pomociacute van der Waalsovyacutech sil na povrchu vhodneacuteho adsorbentu (aktivniacute uhliacute silikagel) V přiacutepadě tzv chemisorpce jsou laacutetky poutaacuteny na povrch adsorbentu chemickyacutemi vazbami
Obr 8 Melasa
1 odstředivka (centrifuga) - sestaacutevaacute z dvouplaacutešťoveacute komory vevnitř je buben se siacutetem Do bubnu se napustiacute cukrovina a buben se roztočiacute Vlivem odstřediveacute siacutely prochaacutezejiacute kapky sirobu přes siacuteto bubnu a cukr zůstaacutevaacute uvnitř
60
3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
Biacutelaacute cukrovina se daacutele zpracovaacutevaacute krystalizaciacute na krystalovyacute cukr kostkovyacute
cukr a cukr moučku Dřiacuteve se vyraacuteběly i cukroveacute homole dnes sloužiacute pouze jako
suvenyacuter
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Kapitola 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru byla po dlouhou dobu tajena Prvniacute technologii zpracoval v roce 1764 francouzskyacute chemik Duhamel de Monceau Prvniacute kostkovyacute cukr u naacutes byl vyroben v Dačiciacutech v roce 1841 Patent ziacuteskal roku 1843 ředitel rafinerie J Ch Rada Češtiacute cukrovarniacuteci se nemaacutelo zasloužili o rozvoj rafinace cukru a kvalita našich cukrovarnickyacutech vyacuterobků byla obecně uznaacutevanou normou
bull vzhledem k vysokeacute ceně třtinoveacuteho cukru se cukrovarniacuteci pokoušeli vyrobit cukr z jinyacutech plodin mimo jineacute i z řepy
bull v roce 1829 byl založen prvniacute průmyslovyacute cukrovar v Kostelniacutem Vydřiacute (okres Jindřichův Hradec)
bull v obdobiacute 1831 ndash 1945 nastal boom v zaklaacutedaacuteniacute cukrovarů u naacutes plně fungovalo přes 150 cukrovarů
bull po roce 1990 fungovalo již pouze 60 cukrovarů po roce 2004 zbylo pouhyacutech 10 cukrovarů 7 fungujiacuteciacutech cukrovarů (2011)
bull Odštěpnyacute zaacutevod Opava - Vaacutevrovice bull Ředitelstviacute a zaacutevod Hrušovany nad Jevišovkou bull Cukrovar Dobrovice bull Cukrovar Českeacute Meziřiacutečiacute bull Cukrovar Vrbaacutetky as bull Cukrovar Prosenice bull Litovelskaacute cukrovarna as
Kapitola 2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru Zařazeniacute cukroveacute řepy do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Rodopsida ndash vyššiacute dvouděložneacute rostliny řaacuted Caryophyllales ndash hvozdiacutekotvareacute čeleď Chenopodiaceae ndash mečiacutekoviteacute rod Beta ndash řepa druh Beta vulgaris ndash řepa obecnaacute Zařazeniacute cukroveacute třtiny do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Liliopsida ndash rostliny jednoděložneacute
61
řaacuted Poales ndash lipnicotvareacute čeleď Poaceae ndash lipnicoviteacute rod Saccharum ndash třtina druh Saccharum officinarum ndash třtina cukrovaacute Podkapitola 3 3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Po prvniacute saturaci je odfiltrovaacuten kal buď na zařiacutezeniacutech zvanyacutech kalolis nebo na jinyacutech typech filtračniacutech zařiacutezeniacute Ve šťaacutevě je obsažen i hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute kteryacute se naacuteslednyacutem vyvařeniacutem rozložiacute na uhličitan kteryacute je možno odfiltrovat Děj je zapsaacuten pomociacute naacutesledujiacuteciacute rovnice Ca(HCO3)2 rarr CaCO3 + H2O + CO2 Pro maximaacutelniacute sniacuteženiacute vaacutepenatyacutech iontů v difuacutezniacute šťaacutevě se provaacutediacute druhaacute saturace oxidem uhličityacutem Neodstraniacute-li se vaacutepenateacute soli dokonale odparka se rychle inkrustuje Vaacutepenateacute soli v cukernyacutech šťaacutevaacutech působiacute obtiacuteže při vařeniacute cukrovin zvyšujiacute množstviacute melasy a tiacutem ztraacutety cukru Druhaacute saturace se provaacutediacute při teplotě 95 ndash 98degC a oxidem uhličityacutem se saturuje až do dosaženiacute pH 9 ndash 95 Při druheacute saturaci vznikaacute hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute ten se odstraňuje vyvařovaacuteniacute na tzv vyvařovaacuteku kde se šťaacuteva zahřiacutevaacute na teplotu 100degC Podkapitola 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
Při zahušťovaacuteniacute ve varostrojiacutech se vytvořiacute směs krystalů a matečneacuteho roztoku (sirobu) tzv I cukrovina Přibližně frac34 cukru vykrystalizuje Zbytek cukru zůstaacutevaacute v roztoku Růst krystalů se kontroluje tzv cukroskopem (bdquolupaldquo) popř se využiacutevaacute automatickeacute kontroly elektrickeacute vodivosti Vodivost roztoku klesaacute s rostouciacute koncentraciacute cukru v roztoku Podkapitola 3 5 Ziacuteskaacutevaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
Ziacuteskaacutevaacuteniacute čisteacute cukroviny je mnohem složitějšiacute proces v textu je popsaacuten pouze jednoduše Ve skutečnosti se proces popsanyacute v textu několikraacutet opakuje Cukrovina se několikraacutet čistiacute svařuje nechaacute se krystalovat a odstřeďuje Podkapitola 3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny ndash Vyacuteroba krystaloveacuteho cukru
Biacutelaacute cukrovina se odstřediacute a ziacuteskanyacute krystalovyacute cukr se smiacutechaacute s nasycenyacutem cukernyacutem roztokem za vzniku tzv uměleacute cukroviny Umělaacute cukrovina se odstřediacute vykryacutevaacute parou nebo vodou a ziacuteskaacute se konečnyacute produkt ndash krystalovyacute cukr Krystalovyacute cukr je třeba vysušit K sušeniacute se využiacutevaacute vzduch ohřaacutetyacute na 70degC nebo tzv fluidniacute metoda Při fluidniacute metodě jsou krystalky na roštu zespod profukovaacuteny proudem vzduchu dojde k odstraněniacute vlhkosti ochlazeniacute krystalků a zaacuteroveň odpraacutešeniacute cukru Vysušenyacute cukr krystal se třiacutediacute na siacutetech dle velikosti zrn plniacute se do jutovyacutech nebo papiacuterovyacutech pytlů
Otaacutezka Jakyacute je rozdiacutel mezi krystalovyacutem cukrem a krupicovyacutem cukrem bdquoCukr krystal - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 04 - 02 mm Cukr krupice - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 016 ndash 08 mm a maximaacutelně 5 krystalů cukru maacute velikost nad 1 mmldquo[2]
Vyacuteroba kostkoveacuteho cukru K vyacuterobě kostek se použiacutevaacute kostkovaacute moučka kteraacute vznikla ze speciaacutelně upraveneacute cukroviny nebo netřiacuteděnyacute krystalovyacute cukr Tento materiaacutel se vlhčiacute vodou a cukernyacutem roztokem lisuje se na tyčinky ktereacute se vysušiacute a rozsekajiacute na kostky Možneacute je přiacutemeacute lisovaacuteniacute do formy kostek Vyraacutebějiacute se kostky různyacutech velikostiacute kvaacutedry i kostky ve tvaru karetniacutech symbolů tzv cukr bridž Vyacuteroba moučkoveacuteho cukru Materiaacutelem pro vyacuterobu moučkoveacuteho cukru je krystalovyacute cukr s malyacutemi zrny nebo zbytky kostkoveacuteho cukru Tento cukr se rozdrtiacute na mlyacutenech Mlyacutenice musiacute byacutet umiacutestěna v samostatneacutem objektu mimo ostatniacute čaacutesti cukrovaru nebo alespoň oddělena železnyacutemi vraty Opatřeniacute jsou nutnaacute z důvodu vzniku vyacutebušneacuteho cukerneacuteho prachu
62
Aby se zabraacutenilo tvrdnutiacute a rozpouštěniacute cukerneacute moučky při skladovaacuteniacute přidaacutevaacute se k cukru modifikovanyacute škrob Zrnka škrobu přiacutepadnou vlhkost pojmou Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute V dřiacutevějšiacutech dobaacutech se cukr pro domaacuteciacute použitiacute vyraacuteběl ve formě homoliacute (obr 9) Dnes je již toto zbožiacute vyraacuteběno pouze jako suvenyacuter pro turisty Liteacute homole se vyraacuteběly tak že se horkaacute cukrovina naleacutevala do forem z oceloveacuteho plechu na špičce opatřenyacutech otvorem Forma s cukrovinou se nasadila na hřebiacutek vyčniacutevajiacuteciacute ze dna voziacuteku na kteryacute se homole sklaacutedaly po ztuhnutiacute cukroviny Po ztuhnutiacute se homoly sejmuly ze hřebiacuteků a vložily do homoloveacute odstředivky ve ktereacute se dokonale očistily Dokonale biacutelaacute homole se pak vyrazila z oceloveacute formy a vysušila v sušaacuterně Vysušeneacute homole se očistily ofreacutezovaly u spodu a zabalily do papiacuteru Lisovaneacute homole se vyraacuteběly lisovaacuteniacutem nepatrně ovlhčeneacute moučky v lisu Pak se homole sušily a upravily jako homole liteacute 5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Pelikaacuten M Hřivna L Humpola J Technologie sacharidů Mendelova
zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně Brno 1999 2 Cukrovary a lihovary TTD [online 2011-04-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovaryttdczcaste-otazkycaste-otazkygt 3 Neiser J Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob Vysokoškolskaacute učebnice pro studenty
pedagogickyacutech a přiacuterodovědeckyacutech fakult studijniacuteho oboru 76-12-8 učitelstviacute všeobecně vzdělaacutevaciacutech předmětů Praha 1988
4 Kraus J Novyacute akademickyacute slovniacutek ciziacutech slov kolektiv autorů pod vedeniacutem Jiřiacuteho Krause Academia Praha 2007
5 Andrliacutek K Petrů F Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob SPN Praha 1965 6 Kopřiva J Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute (1 diacutel) SPN Praha 1979 7 Moravskoslezskeacute cukrovary as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwagranaczgt 8 Cukrovar Vrbaacutetky as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovarvrbatkyczgt 9 Hanaacuteckaacute potravinaacuteřskaacute společnost as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwhpsczgt
Zdroje obraacutezků
bull Obraacutezek 3 Cukrovaacute řepa [online 2011-12-2] Dostupneacute z www ltwwwtvujdumczgt
Obr 9 Cukroveacute homole
63
bull Obraacutezek 4 Cukrovaacute třtina [online 2011-2-5] Dostupneacute z www ltwwwspriincorggt
bull Obraacutezek 6 Vzorec sacharosy [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpwwwnejlevnejsidoplnkycznejlevnejsidoplnky5-Zajimavosti6-Sacharidygt
bull Obraacutezek 7 Řepneacute řiacutezky [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=376gt
bull Obraacutezek 8 Nože řezačky [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 9 Kalolis [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 10 Plachetka se saturačniacutem kalem [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpcswikipediaorgwikiKalolisgt
bull Obraacutezek 11 Systeacutem odparek [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 12 Varostroj [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtm
bull Obraacutezek 13 Odstředivka [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=380gt
bull Obraacutezek 14 Melasa [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwnazelenoczbiozdrava-vyziva-2bily-cukr-trtinovy-cukr-nebo-prirodni-sladidlaaspxgt
bull Obraacutezek 15 Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute [online 2011-4-27] Dostupniacute z www lthttpwwwcukrovaryttdczgt
bull Obraacutezek 16 Cukroveacute homole [online 2011-3-26] Dostupneacute z www lthttpjohnmadjackfullerhomesteadcomSugarloafhtmgt
64
MAKROMOLEKULAacuteRNIacute LAacuteTKY SYNTETICKEacute POLYMERY
Text zpracoval RNDr Josef Husaacuterek PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
11 Zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace polymerů
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů 131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
21 Polymerace
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
22 Polykondenzace
23 Polyadice
3 Užitiacute plastů
31 Recyklace odpadů z plastů
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
65
1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
Přiacuterodniacute materiaacutely jako je napřiacuteklad dřevo bavlna vlna kůže a slonovina
použiacutevali lideacute po tisiacutece let Teprve s rozvojem vědy a s naacutestupem moderniacutech
analytickyacutech metod se začali lideacute zajiacutemat o strukturu těchto materiaacutelů a snažili se tyto
dary přiacuterody nahradit podobnyacutemi materiaacutely ktereacute budou miacutet srovnatelneacute užitneacute
vlastnosti Kolem roku 1907 se podařilo Baekelandovi synteticky vyrobit prvniacute umělyacute polymer
kteryacute byl pojmenovaacuten jako bakelit a kteryacute vzaacutepětiacute nalezl vyacuteznamneacute technickeacute využitiacute v elektrotechnice
jako izolant Po dobu naacutesledujiacuteciacutech desetiletiacute se polymery staly středem zaacutejmu mnoha chemiků kteřiacute
připravili noveacute polymery na zaacutekladě synteacutezy malyacutech organickyacutech molekul
Velmi brzy se poznalo že syntetickeacute polymery svyacutemi vlastnostmi mohou
nahradit nejen přiacuterodniacute polymery ale často i materiaacutely kovoveacute keramiku i sklo
S ohledem na skutečnost že se syntetickeacute polymery vyraacutebějiacute z relativně levnyacutech
a dostupnyacutech surovin a že majiacute vyacutehodneacute chemickeacute fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti
vysokou staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute našly využitiacute zejmeacutena
ve stavebnictviacute v elektrotechnice v automobiloveacutem a textilniacutem průmyslu na vyacuterobu
předmětů běžneacute spotřeby obalů lepidel laků a naacutetěrovyacutech hmot Nutno
poznamenat že zmiacuteněnaacute staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute nutiacute
v současneacute době společnost k zodpovědnějšiacutemu použiacutevaacuteniacute a recyklaci vyacuterobků
ze syntetickyacutech polymerů a takeacute k synteacuteze novyacutech typů materiaacutelů ktereacute se po sveacutem
komerčniacutem využitiacute stanou součaacutestiacute přiacuterodniacuteho cyklu a životniacute prostřediacute zatiacutežiacute jen
minimaacutelně
11 Zaacutekladniacute pojmy
Makromolekuly jsou molekuloveacute systeacutemy složeneacute z velkeacuteho počtu atomů
vaacutezanyacutech chemickyacutemi vazbami do dlouhyacutech řetězců Tyto řetězce tvořiacute pravidelně se
opakujiacuteciacute čaacutesti ktereacute nazyacutevaacuteme stavebniacute neboli monomerniacute jednotky Počet
stavebniacutech jednotek vaacutezanyacutech v makromolekule je zpravidla různyacute a uvaacutediacute se pomociacute
polymeračniacuteho stupně (n) kteryacute může miacutet hodnotu 10 až 106 Sloučeniny s niacutezkyacutem
polymeračniacutem stupněm (nlt10) se nazyacutevajiacute oligomery s vyššiacutem polymeračniacutem
stupněm (ngt10) to jsou polymery
66
12 Klasifikace polymerů
Polymery lze rozdělit podle několika kriteacuteriiacute
Podle sveacuteho původu na
a) přiacuterodniacute polymery ndash vznikajiacute v rostlinaacutech či v živočišnyacutech organismech složityacutemi
biochemickyacutemi procesy (např biacutelkoviny polysacharidy nukleoveacute kyseliny)
b) syntetickeacute polymery ndash vyraacutebějiacute se z jednoduchyacutech organickyacutech sloučenin
reakcemi při nichž se velkyacute počet molekul vyacutechoziacutech laacutetek spojuje
v makromolekulu (např polystyren polyethylen bakelit)
Syntetickeacute polymery rozdělujeme
bull podle typu chemickyacutech reakciacute kteryacutemi vznikajiacute na
a) polymery připraveneacute polymeraciacute
b) polymery připraveneacute polykondenzaciacute
c) polymery připraveneacute polyadiciacute
bull podle tvaru makromolekulaacuterniacuteho řetězce na polymery (Obr 1)
a) lineaacuterniacute b) rozvětveneacute
c) plošně zesiacuteťovaneacute
d) prostorově zesiacuteťovaneacute
bull podle struktury a fyzikaacutelniacutech kriteacuteriiacute na
a) termoplasty ndash zahřiacutevaacuteniacutem měknou staacutevajiacute se plastickyacutemi a mohou se opakovaně
tvarovat (např polyethylen polypropylen)
b) termosety ndash přechodně tvaacuterliveacute zahřiacutevaacuteniacutem se chemicky měniacute a tiacutem ztraacutecejiacute
plastičnost majiacute molekulu trojrozměrně zesiacuteťovanou jsou tvrdeacute netavitelneacute
a nerozpustneacute ve většině rozpouštědel (např bakelit)
c) elastomery ndash pružneacute uacutečinkem vnějšiacute siacutely se deformujiacute a poteacute opět zaujiacutemajiacute
původniacute tvar zahřiacutevaacuteniacutem měknou majiacute dlouheacute a velmi maacutelo propojeneacute řetězce
(např syntetickyacute kaučuk)
67
Obr 1 Znaacutezorněniacute makromolekulaacuterniacuteho řetězce polymeru
a) lineaacuterniacuteho b) rozvětveneacuteho c) plošně zesiacuteťovaneacuteho d) prostorově zesiacuteťovaneacuteho
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
Jak bylo již napsaacuteno v předešleacutem textu syntetickeacute polymery se sklaacutedajiacute
ze strukturně složityacutech makromolekul ktereacute většinou tvořiacute atomy uhliacuteku a vodiacuteku
Ve skeletu makromolekuly mohou byacutet takeacute přiacutetomny i jineacute prvky jako jsou napřiacuteklad
kysliacutek dusiacutek siacutera nebo křemiacutek Přiacutetomnost některeacuteho z těchto prvků může vyacuteznamně
ovlivnit vlastnosti syntetickeacuteho polymeru a jeho naacutesledneacute praktickeacute využitiacute
Pro lepšiacute pochopeniacute již tak složiteacute problematiky si nejprve vysvětliacuteme tři zaacutekladniacute
pojmy jako jsou monomer stavebniacute a strukturniacute jednotka
Monomer ndash vyacutechoziacute laacutetka jejiacutež molekuly se mohou spojovat v makromolekuly
Stavebniacute jednotka (mer monomerniacute jednotka) ndash pravidelně se opakujiacuteciacute čaacutest
makromolekuly kteraacute maacute staacutele stejneacute složeniacute
Strukturniacute jednotka ndash představuje nejjednoduššiacute uspořaacutedaacuteniacute stavebniacutech jednotek
ve struktuře makromolekuly
a) b)
c) d)
68
Některeacute makromolekulaacuterniacute laacutetky majiacute totožnou stavebniacute a strukturniacute jednotku
(např polyethylen Scheacutema 1) Tyto makromolekulaacuterniacute laacutetky nazyacutevaacuteme obecně jako
homopolymery Pokud se však strukturniacute jednotka makromolekulaacuterniacutech laacutetek sklaacutedaacute
z odlišnyacutech stavebniacutech jednotek pak se jednaacute o kopolymery (např butadien-
-styrenovyacute kaučuk Scheacutema 2)
Scheacutema 1
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky homopolymeru (polyethylen)
CH2 CH CH CH2 CHCH2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH n + n
buta-13-dien
monomer
styren
monomer
polymerace
n
stavebniacute jednotka stavebniacute jednotka
strukturniacute jednotkabutadien-styrenoveacuteho kaučuku
kopolymer Scheacutema 2
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky kopolymeru (butadien-styrenovyacute kaučuk) 132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
Vztah mezi chemickyacutem složeniacutem strukturou a vlastnostmi laacutetek platiacute jak
pro maleacute organickeacute molekuly tak i pro makromolekulaacuterniacute sloučeniny Jedniacutem
z činitelů ovlivňujiacuteciacutech vlastnosti polymerů je velikost makromolekul Polymery
ktereacute tvořiacute maleacute makromolekuly majiacute nižšiacute polymeračniacute stupeň (n) kratšiacute řetězec
a tiacutem i nižšiacute relativniacute molekulovou hmotnost Při běžneacute teplotě jsou kapalneacute lepkaveacute
rozpustneacute v organickyacutech rozpouštědlech Naopak čiacutem je řetězec delšiacute tiacutem maacute
polymer vyššiacute relativniacute molekulovou hmotnost je pevnějšiacute a leacutepe odolaacutevaacute
rozpouštědlům
CH2 CH2 CH2 CH2
polymeracen n
ethylen
monomer
stavebniacute i strukturniacutejednotka polyethylenu
homopolymer
69
Polymery obecně nejsou chemickaacute individua ale jsou to směsi obsahujiacuteciacute
makromolekuly různyacutech velikostiacute Tato vlastnost vede k pojmu bdquoprůměrnaacute relativniacute
molekulovaacute hmotnostldquo a v zaacutesadě vyjadřuje kvantitativně stupeň polymerace
Mnohem leacutepe tuto skutečnost popisuje tzv distribučniacute křivka kteraacute graficky
vyjadřuje distribuci (rozděleniacute) četnosti molekul s určitou konkreacutetniacute relativniacute
molekulovou hmotnostiacute v daneacute směsi Grafickeacute vyjaacutedřeniacute je na Obr 2
Obr 2 Distribučniacute křivka (převzato z [8])
1 - uacutezkaacute 2 - širokaacute distribučniacute křivka - průměrnaacute relativniacute molekulovaacute hmotnost
V praxi se snažiacuteme o přiacutepravu polymerů s uacutezkou distribučniacute křivkou protože takoveacute
polymery majiacute obvykle lepšiacute užitneacute vlastnosti
Tvar makromolekul určuje rozpustnost v polaacuterniacutech nebo nepolaacuterniacutech
rozpouštědlech a chovaacuteniacute polymeru za zvyacutešeneacute teploty Lineaacuterniacute polymery jsou
při vyššiacute teplotě měkkeacute a rozpustneacute ve většině organickyacutech rozpouštědel
Rozvětveneacute a prostorově zesiacuteťovaneacute polymery se zahřiacutevaacuteniacutem chemicky měniacute
ztraacutecejiacute plastičnost a majiacute omezenou rozpustnost Energie chemickeacute vazby mezi atomy prvků v řetězci patřiacute mezi dalšiacute
vyacuteznamneacute činitele ktereacute určujiacute vlastnosti a použitelnost polymerů Pokud jsou vazby
mezi atomy v řetězci makromolekuly pevneacute energie těchto chemickyacutech vazeb bude
vysokaacute a polymer bude stabilniacute Přiacutekladem mohou byacutet silikony u kteryacutech se
pravidelně střiacutedajiacute v řetězci atomy křemiacuteku a kysliacuteku (Obr 3 energie vazby SindashO je
4441 kJmol) V důsledku vysokeacute energie vazby SindashO budou staacutelejšiacute na rozdiacutel od
70
polymerů složenyacutech jen z atomů uhliacuteku u kteryacutech energie chemickeacute vazby dosahuje
mnohem nižšiacute hodnoty (energie vazby CndashC je 3478 kJmol) Silikony majiacute dobreacute
elektroizolačniacute vlastnosti odolaacutevajiacute extreacutemně vysokyacutem i niacutezkyacutem teplotaacutem a takeacute jsou
vodou nesmaacutečiveacute Těchto vlastnostiacute se využiacutevaacute k vyacuterobě mazaciacutech olejů vazeliacuten
past pro uacutedržbu strojů nebo takeacute k vyacuterobě impregnačniacutech či leštiacuteciacutech přiacutepravků pro
uacutepravu povrchu obuvi sportovniacuteho oblečeniacute karoseacuterie aut apod
Obr 3 Strukturniacute jednotka silikonů
(R = organickyacute uhlovodiacutekovyacute zbytek např ndashCH3 ndashC2H5)
Mezi řetězci makromolekul mohou rovněž působit mezimolekulaacuterniacute siacutely
Přiacutekladem jsou vodiacutekoveacute můstky prostřednictviacutem kteryacutech se zvyšuje soudružnost
polymeru pevnost teplota taacuteniacute nebo odolnost proti rozpouštědlům Vodiacutekoveacute můstky
se nachaacutezejiacute napřiacuteklad u polyamidů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
Chemickeacute reakce kteryacutemi vznikajiacute syntetickeacute polymery se nazyacutevajiacute polyreakce
Podle průběhu se dajiacute dělit na řetězoveacute při kteryacutech dochaacuteziacute k postupneacutemu spojovaacuteniacute
molekul monomerů v dlouheacute řetězce a na stupňoviteacute u kteryacutech se monomery
nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky a ty se pak vzaacutejemně spojujiacute ve velkeacute
makromolekuly V praxi se polyreakce děliacute na polymerace polykondenzace
a polyadice
21 Polymerace
Polymerace je chemickaacute reakce při niacutež se velkyacute počet molekul monomeru
spojuje v makromolekulu syntetickeacuteho polymeru přičemž nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute
produkt Pokud se polyreakce zuacutečastňuje pouze jeden typ monomeru pak hovořiacuteme
o homopolymeraci Naopak kopolymeraciacute se rozumiacute takoveacute polymerace
O Si O Si O
R R
R Rn
71
CH2 CH2 CH2 CH2 n n
při kteryacutech reagujiacute dva a viacutece různyacutech monomerů V obou přiacutepadech je nutneacute
aby vyacutechoziacute laacutetky (monomery) měly přiacutetomnu alespoň jednu dvojnou vazbu
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
Polyethylen
bull zkratka PE
bull Piktogram (bdquorecyklovatelnyacute materiaacutelldquo)
HDPE LDPE
(vysokohustotniacute PE) (niacutezkohustotniacute PE)
(high density PE) (low density PE)
bull vlastnosti biacutelaacute poloprůsvitnaacute na dotek matnaacute pružnaacute a houževnataacute laacutetka
maacute vynikajiacuteciacute elektroizolačniacute vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute
tvarovat na požadovaneacute vyacuterobky
bull použitiacute obaly na potraviny foacutelie naacutedobiacute hračky lahve na chemikaacutelie hadice
izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute na vyacuterobu umělyacutech ceacutev aj
bull monomer ethen (ethylen)
Scheacutema 3 Polymerace ethenu
Polypropylen
bull zkratka PP
bull piktogram
bull vlastnosti podobneacute jako u PE je však pevnějšiacute odolnyacute teplotaacutem do 160 degC
bull použitiacute obalovyacute materiaacutel naacutedobiacute izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute
na vyacuterobu injekčniacutech střiacutekaček a předmětů ktereacute se dajiacute při teplotaacutech nad 60 degC
sterilizovat (zbavovat choroboplodnyacutech zaacuterodků) na vyacuterobu vlaacuteken do provazů
a lan aj
bull monomer propen (propylen)
72
Scheacutema 4
Polymerace propenu Poly(vinylchlorid)
bull zkratka PVC
bull piktogram PVC
bull vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute dobře tepelně tvarovat (měkne při
80degC) odolnyacute vůči kyselinaacutem i hydroxidům
bull použitiacute neměkčenyacute PVC (tzv Novodur) se použiacutevaacute na vyacuterobu vodovodniacutech
trubek tyčiacute či desek měkčenyacute PVC (tzv Novoplast) na vyacuterobu igelitu foacuteliiacute plaacutešťů
do deště hraček filmů ubrusů lahviacute umělyacutech kožešin aj
bull monomer vinylchlorid
Scheacutema 5
Polymerace vinylchloridu
Polystyren
bull zkratka PS
bull piktogram
bull vlastnosti tvrdyacute pevnyacute ale křehkyacute odolaacutevaacute kyselinaacutem a zaacutesadaacutem termoplast
rozpustnyacute v organickyacutech rozpouštědlech (aldehydy ketony benziacuten) zvukovyacute
a niacutezkoteplotniacute izolaacutetor
HC CH2 CH CH2
CH3CH3
n n
HC CH2 CH CH2
Cl Cl
n n
73
bull použitiacute na vyacuterobu spotřebniacuteho zbožiacute obalů hřebenů misek lžiček keliacutemků
od jogurtů pěnovyacute PS jako tepelnyacute popř izolačniacute materiaacutel ve stavebnictviacute
a chladiacuterenstviacute aj
bull monomer styren (vinylbenzen)
Scheacutema 6
Polymerace styrenu Poly(tetrafluoretylen)
bull zkratka PTFE
bull obchodniacute naacutezev Teflon
bull vlastnosti nehořlavyacute nejedovatyacute termoplast chemicky velmi odolnyacute (odolaacutevaacute
i horkeacute lučavce kraacutelovskeacute)
bull použitiacute speciaacutelniacute laboratorniacute technika kostniacute naacutehrady v chirurgii kuchyňskeacute
naacutedobiacute aj
bull monomer tetrafluorethen (tetrafluorethylen)
Scheacutema 7
Polymerace tetrafluorethenu Polybutadienovyacute kaučuk
bull zkratka BR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Buna
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik
HC CH2 CH CH2 n n
F2C CF2 CF2 CF2 n n
74
bull monomer buta-13-dien
bull patřiacute do skupiny syntetickyacutech kaučuků vyraacutebiacute se polymeraciacute konjugovanyacutech
dienů u kteryacutech se v molekule pravidelně střiacutedaacute jednoduchaacute a dvojnaacute vazba
bull syntetickeacute kaučuky jsou zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu pryžiacute nespraacutevně
označovanyacutech jako guma pryž vznikaacute z kaučuku vulkanizaciacute což je děj
při ktereacutem za tepla a v přiacutetomnosti vulkanizačniacuteho činidla (siacutera sirneacute sloučeniny)
dojde ke vzniku polysulfidickyacutech můstků mezi makromolekulami kaučuku
a k tvorbě řiacutedkeacute trojrozměrneacute polymeračniacute siacutetě čiacutem deacutele vulkanizace probiacutehaacute
tiacutem viacutece můstků vznikaacute vyacuteslednaacute pryž je tvrdšiacute a odolnějšiacute proti staacuternutiacute vlivem
vzdušneacute oxidace viz Obr 4
Scheacutema 8
Polymerace buta-13-dienu
Obr 4 Zesiacuteťovanaacute struktura vulkanizovaneacuteho kaučuku (x = 2-6)
bull přiacuterodniacute pryž se vyraacutebiacute vulkanizaciacute krepy kteraacute vznikaacute opakovanyacutem sušeniacutem
a vodniacutem louženiacutem sraženiny z latexoveacuteho mleacuteka a kyseliny mravenčiacute zdrojem
latexoveacuteho mleacuteka je tropickyacute strom Kaučukovniacutek brazilskyacute (Obr 5)
bull po chemickeacute straacutence odpoviacutedaacute přiacuterodniacute kaučuk z kaučukovniacuteku polyisoprenu
v cis-konfiguraci (Obr 6)
CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2nn
CH CH2
S
S
CH2 CH
CH CH2
S
CH2 CH
x
x
x
75
CH2
C C
H3C H
H2C
n
CH2
C C
H3C
HH2C
n
bull Gutaperča je rovněž přiacuterodniacute materiaacutel pochaacutezejiacuteciacute ze stromu Palaquium gutta
chemicky se jednaacute o praktickyacute čistyacute trans-izomer polyisoprenu (Obr 7) kteryacute maacute
mnohem menšiacute pružnost než kaučuk
Obr 5 Odkapaacutevajiacuteciacute latexoveacute mleacuteko z dřeviny kaučukovniacuteku (převzato z [13])
Obr 6 Strukturniacute jednotka přiacuterodniacuteho kaučuku (cis-izomer)
Obr 7 Strukturniacute jednotka gutaperči (trans-izomer)
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
Polymerace ktereacute se uacutečastniacute dva nebo viacutece různyacutech monomerů s naacutesobnou
vazbou označujeme jako kopolymerace Mezi polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
bychom mohli zařadit velkou skupinu laacutetek u kteryacutech vyacuteslednyacute makromolekulaacuterniacute
řetězec obsahuje stavebniacute jednotky obou monomerů v různeacutem pořadiacute nebo poměru
76
Dajiacute se tak vyrobit různeacute syntetickeacute kaučuky (butadien-styrenovyacute kaučuk butadien-
-akrylonitrilovyacute kaučuk aj) s vhodnyacutemi mechanickyacutemi vlastnostmi jako jsou např
pevnost a pružnost
Butadien-styrenovyacute kaučuk
bull zkratka SBR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Kralex Buna S
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik latexů (naacutetěroveacute a spojovaciacute hmoty)
bull monomery buta-13-dien styren (viz Scheacutema 2)
22 Polykondenzace
Polykondenzace je polyreakce při ktereacute dochaacuteziacute k reakci molekul dvou různyacutech
monomerů z nichž každyacute obsahuje nejmeacuteně dvě reaktivniacute funkčniacute skupiny
(např ndashOH) Na rozdiacutel od polymerace maacute stupňovityacute průběh při ktereacutem se
monomery nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky ktereacute se pak vzaacutejemně spojujiacute
v obrovskeacute makromolekuly Ve vyacuterobniacute praxi to představuje značnou vyacutehodu neboť
tak můžeme z reakčniacute směsi kdykoliv izolovat makromolekuly s různou deacutelkou
řetězce a tiacutem i s různyacutemi fyzikaacutelniacutemi vlastnostmi Stupňoviteacute polykondenzačniacute reakce
se od řetězovyacutech polymeračniacutech reakciacute lišiacute i z termodynamickeacuteho hlediska jsou to
obvykle endotermickeacute děje u kteryacutech musiacuteme do reakčniacute soustavy dodaacutevat teplo
Na rozdiacutel od polymerace vznikaacute při polykondenzaci vždy vedlejšiacute produkt jako je
nejčastěji voda amoniak nebo chlorovodiacutek
Mezi polymery vznikajiacuteciacute polykondenzaciacute patřiacute napřiacuteklad polyestery polyamidy
fenolformaldehydoveacute a močovinoformaldehydoveacute pryskyřice
Polyestery se vyraacutebějiacute z dvojsytnyacutech alkoholů a dikarboxylovyacutech kyselin
Použiacutevajiacute se k vyacuterobě textilniacutech materiaacutelů (např tesil terylen) nejčastěji ve směsi
s přiacuterodniacutemi vlaacutekny (vlna bavlna) Tyto materiaacutely jsou pevneacute pružneacute nemačkaveacute
rychle schnouciacute a odolneacute vůči molům i pliacutesniacutem Nevyacutehodou je jejich hořlavost
schopnost nabiacutejet se statickou elektřinou a malaacute schopnost pohlcovat pot
77
Z polyesterů se rovněž zhotovujiacute lana fotografickeacute filmy nebo plastoveacute lahve (PET
Scheacutema 9) Vyacuteznamneacute jsou i polyesteroveacute sklolaminaacutety (polyesteroveacute pryskyřice
vyztuženeacute skelnyacutemi vlaacutekny) neboť majiacute velkou pevnost dobreacute elektroizolačniacute
vlastnosti a odolaacutevajiacute chemikaacuteliiacutem Použiacutevajiacute se k vyacuterobě automobilovyacutech karoseacuteriiacute
letadel střešniacutech krytin potrubiacute v chemickyacutech provozech aj
CH2 CH2 OHHO COOHHOOC
O CH2 CH2 O OC CO
n + n
ethan-12-diol tereftalovaacute kyselina
polykondenzace
poly(ethylen-tereftalaacutet)PET
polyesterifikace
polykondenzace
polyesterifikaceH2O +
n
(2n-1)
Scheacutema 9
Polykondenzace ethan-12-diolu a tereftaloveacute kyseliny Polyamidy jsou dalšiacute vyacuteznamneacute polykondenzaacutety Připravujiacute se polykondenzaciacute
diaminů s dikarboxylovyacutemi kyselinami (např polykondenzaacutet Nylon) nebo polymeraciacute
cyklickyacutech amidů (např polykondenzaacutet Silon na jeho přiacutepravě se podiacutelel slavnyacute
českyacute chemik Otto Wichterle kteryacute je viacutece znaacutem v souvislosti s objevem měkkyacutech
kontaktniacutech očniacutech čoček) Molekuly polyamidů obsahujiacute peptidickou vazbu (Obr 8)
kteraacute se v řetězciacutech pravidelně opakuje tudiacutež můžeme tyto laacutetky považovat za
syntetickou obdobu biacutelkovin
Obr 8 Peptidickaacute vazba
C
O
NH
78
Materiaacutely z polyamidů jsou velmi pevneacute tvrdeacute a maacutelo se opotřebovaacutevajiacute Pro tyto
vlastnosti se použiacutevajiacute k vyacuterobě ozubenyacutech kol a ložisek daacutele k vyacuterobě textilniacutech
vlaacuteken užitkovyacutech předmětů foacuteliiacute aj
Fenolformaldehydoveacute pryskyřice (fenoplasty) jsou ze všech plastů nejdeacutele
znaacutemeacute V roce 1907 připravil L H Baekeland prvniacute fenoplast kondenzaciacute fenolu
s formaldehydem Uvedenaacute polykondenzace může probiacutehat v kyseleacutem i zaacutesaditeacutem
prostřediacute V přiacutepadě kyseleacuteho prostřediacute vznikaacute lineaacuterniacute polykondenzaacutet kteryacute se
nazyacutevaacute Novolak (Scheacutema 10) Je to termoplast kteryacute je rozpustnyacute v řadě
organickyacutech rozpouštědel a použiacutevaacute se k vyacuterobě naacutetěrovyacutech hmot a lepidel
Uskutečniacute-li se kondenzace v zaacutesaditeacutem prostřediacute bude konečnyacutem produktem
nerozpustnaacute a netavitelnaacute pryskyřice znaacutemaacute pod obchodniacutem naacutezvem Bakelit (maacute již
hustě zesiacuteťovanou strukturu) Použiacutevaacute se na vyacuterobu spotřebniacuteho materiaacutelu
a předevšiacutem v elektrotechnice
OH
C
O
H HOH
CH2n
fenol
polykondenzace
H+n H2O +
n
+ n
formaldehyd novolak
Scheacutema 10
Polykondenzace fenolu a formaldehydu
Močovinoformaldehydoveacute pryskyřice (aminoplasty) vznikajiacute polykondenzaciacute
močoviny nebo jejiacutech derivaacutetů s formaldehydem Jsou to bezbarveacute laacutetky ktereacute se dajiacute
libovolně barvit a proto se hojně využiacutevajiacute k vyacuterobě spotřebniacuteho zbožiacute naacutetěrovyacutech
laacutetek tmelů lepidel elektrotechnickyacutech vyacuterobků k obklaacutedaacuteniacute naacutebytku aj V praxi jsou
znaacutemy např pod naacutezvem Umakart (horniacute vrstva)
79
C
O
C
O
H HH2N NH2
C
O
H2N NH2H N CH2
OC
H N CH2
N H
OC
N H
n +polykondenzace
H2O ++
formaldehydmočovinoformaldehydovaacute pryskyřice
močovina n
2 n 2 n
Scheacutema 11
Polykondenzace močoviny a formaldehydu
23 Polyadice
Polyadice je polyreakciacute molekul dvou různyacutech monomerů ktereacute obsahujiacute
odlišnou reaktivniacute funkčniacute skupinu Jeden z monomerů musiacute obsahovat takovou
funkčniacute skupinu kteraacute obsahuje slabě kyselyacute vodiacutek (např ndashOH) kteryacute může
naacutesledně uvolnit Tento vodiacutek se přesune na druhyacute monomer což umožniacute spojeniacute
obou monomerů v jeden celek Polyadice mohou miacutet řetězovyacute i stupňovityacute průběh
při ktereacutem nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute produkt Polyadici si ukaacutežeme na synteacuteze
polyurethanu (Scheacutema 12) Polyurethany jsou materiaacutely lehkeacute a pevneacute použiacutevajiacuteciacute se
k vyacuterobě syntetickyacutech vlaacuteken molitanu naacutehražek kůžiacute a lepidel
Scheacutema 12
Polyadice butan-14-diolu a hexamethylendiisokyanaacutetu
OHO
O O CO CO
(CH2)4 O C N (CH2)6 N C O
(CH2)4 NH (CH2)6 NH
n + n
butan-14-diol hexamethylendiisokyanaacutet
polyadice
polyurethanPUR
n
H
polyadice
80
3 Užitiacute plastů Plasty představujiacute početnou a staacutele se rozšiřujiacuteciacute skupinu materiaacutelů jejichž
podstatu tvořiacute syntetickeacute polymery V zaacutejmu zlepšeniacute některyacutech vlastnostiacute plastů se
k zaacutekladniacutem syntetickyacutem polymerům přidaacutevajiacute různeacute přiacutesady jako jsou pigmenty
(obarvujiacute plasty) stabilizaacutetory (zvyšujiacute životnost plastů) nebo změkčovadla (zlepšujiacute
mechanickeacute vlastnosti plastů)
Jednou z oblastiacute kde plasty zaujiacutemajiacute teacuteměř monopolniacute postaveniacute a doprovaacuteziacute
denně život každeacuteho z naacutes je obalovaacute technika Tyto obaly z plastů postupně
vytlačily klasickeacute materiaacutely jako jsou napřiacuteklad sklo nebo papiacuter Největšiacute uplatněniacute
v tomto smyslu našly polyethylen (PE) polypropylen (PP) polystyren (PS)
poly(ethylen-tereftalaacutet) (PET) a poly(vinylchlorid) (PVC) diacuteky svyacutem zejmeacutena
mechanickyacutem vlastnostem nebo odolnosti k vodě či mikroorganismům Nutno
poznamenat že vyacuterobky z těchto polymerů majiacute tzv kraacutetkyacute životniacute cyklus a staacutevajiacute se
nevyacutehodneacute v okamžiku kdy dosloužiacute Proto jsme staacutele naleacutehavěji nabaacutedaacuteni
k důsledneacutemu třiacuteděniacute odpadů mezi ktereacute vyacuterobky z plastů neodmyslitelně patřiacute
31 Recyklace odpadů z plastů
Recyklaciacute se v tomto slova smyslu rozumiacute vraacuteceniacute plastoveacuteho odpadu
do procesu ve ktereacutem vznikl Lze ji považovat za strategii kteraacute opětovnyacutem
využiacutevaacuteniacutem odpadů šetřiacute přiacuterodniacute zdroje a současně omezuje zatěžovaacuteniacute prostřediacute
škodlivinami Recyklace polymerniacuteho odpadu je dosud v Českeacute republice jen
na niacutezkeacute uacuterovni Uvaacutediacute se že se v současneacute době recykluje něco maacutelo přes 20
vyrobenyacutech plastů Většina polymerniacuteho odpadu tak končiacute na sklaacutedkaacutech kde může
přežiacutevat desetiletiacute bez podstatnyacutech změn Proti teacuteto nelichotiveacute statistice bojujiacute nejen
ekologickaacute hnutiacute ale i uacuteřady ktereacute majiacute danou problematiku v naacuteplni praacutece Pro tyto
uacutečely byla vyrobena řada televizniacutech upoutaacutevek informativniacutech letaacuteků nebo
uspořaacutedaacuteny různeacute soutěže pro žaacuteky a studenty škol ktereacute majiacute oslovit a předevšiacutem
naučit společnost jak naklaacutedat nejen s polymerniacutemi odpady
81
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
Plastoveacute odpady patřiacute do kontejneru žluteacute barvy (Obr 9) Pojmem bdquoplastoveacute
odpadyldquo v tomto přiacutepadě mysliacuteme PET lahve od naacutepojů keliacutemky plastoveacute tašky
saacutečky foacutelie obaly od praciacutech čisticiacutech a kosmetickyacutech přiacutepravků obaly od CD disků
pěnovyacute polystyren a dalšiacute vyacuterobky z plastů (je třeba sledovat naacutelepky na žlutyacutech
kontejnerech neboť zaacuteležiacute na podmiacutenkaacutech a technickeacutem vybaveniacute třiacutediciacutech linek
ve vašem městě) PET lahve se do kontejneru daacutevajiacute sešlaacutepnuteacute s utaacutehnutyacutem viacutečkem
a etiketou (ta bude odstraněna při dotřiacuteďovaacuteniacute) Plastoveacute lahve nesmiacute byacutet v žaacutedneacutem
přiacutepadě znečištěneacute Pokud chceme vytřiacutedit keliacutemky od potravin (např od jogurtů)
nemusiacuteme je vymyacutevat stačiacute jen jejich obsah vyškraacutebnout lžičkou (keliacutemky jsou
vymyacutevaacuteny až při naacutesledneacutem dotřiacuteďovaacuteniacute)
Do kontejnerů na plasty nepatřiacute novoduroveacute trubky guma molitan textil
z umělyacutech vlaacuteken linolea pneumatiky a obaly od nebezpečnyacutech laacutetek
(od motoroveacuteho oleje chemikaacuteliiacute barev)
Průměrnaacute českaacute domaacutecnost vyhodiacute za rok asi 150-200 kg odpadů Pokud
odpady třiacutediacuteme a daacutevaacuteme je do barevnyacutech kontejnerů (žlutyacute kontejner na plasty biacutelyacute
a zelenyacute na sklo modryacute na papiacuter oranžovyacute na naacutepojoveacute kartony) umožniacuteme tak
recyklaci viacutece než třetiny tohoto množstviacute Za rok tak lze vytřiacutedit až 30 kg papiacuteru
25 kg plastů a 15 kg skla
Obr 9 Kontejner na plasty (převzato z [14])
Recyklovaneacute plasty sloužiacute k vyacuterobě napřiacuteklad izolačniacutech tvaacuternic řady stavebniacutech
a zahradniacutech prvků (ploty zatravňovaciacute dlažba protihlukoveacute zaacutebrany či zahradniacute
komposteacutery) fleesovyacutech oděvů z PET (sportovniacute dresy naacutekupniacute tašky aj) pytlů
koberců a spousty dalšiacutech vyacuterobků (Obr 10)
82
a) fleesovyacute oděv b) taška c) sportovniacute dres
Obr 10 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů (a-c převzato z [1415])
Nadějiacute do budoucna jsou tzv biodegradovatelneacute (biologicky rozložitelneacute)
polymery Tyto materiaacutely se mohou ve vhodneacutem prostřediacute vlivem mikroorganismů
rozložit až na vodu a oxid uhličityacute popřiacutepadě na jineacute ekologicky přijatelneacute produkty
V současneacute době se vyraacutebiacute několik syntetickyacutech polymerů ktereacute splňujiacute kriteacuteria
biodegradovatelnosti K nejvyacuteznamnějšiacutem patřiacute kyselina polymleacutečnaacute (PLA) využiacutevanaacute
na vyacuterobu leacutekařskyacutech nitiacute ktereacute se v organismu pacienta samy časem rozložiacute
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Problematika makromolekulaacuterniacutech laacutetek a předevšiacutem syntetickyacutech polymerů nepatřiacute u studentů
gymnaacuteziiacute mezi přiacuteliš obliacutebeneacute pasaacuteže ve vyacuteuce chemie Pro tyto uacutečely vznikl tento text kteryacute maacute
shrnout nejzaacutekladnějšiacute poznatky z teacuteto problematiky a takeacute posloužit jako doprovodnyacute text k tematicky
vytvořeneacute powerpointoveacute prezentaci
Nutno poznamenat že oba dokumenty nemajiacute za uacutekol omezit tvůrčiacute přiacutestup učitele chemie
ve vyacutekladu zpracovaneacute laacutetky naopak je viacutetaacutena jakaacutekoliv improvizace v metodickeacutem či jejiacutem
obsahoveacutem pojetiacute Předevšiacutem by se měl učitel chemie opřiacutet o již zavedeneacute kurikulum ve vzdělaacutevaciacute
oblasti Člověk a přiacuteroda a přizpůsobit vyacuteuku konkreacutetniacutemu učebniacutemu plaacutenu chemie a takeacute ŠVP
gymnaacutezia
Vzhledem k tomu že teacutema plastů je nediacutelnou součaacutestiacute environmentaacutelniacute vyacutechovy
kteraacute se v raacutemci RVP pro gymnaacutezia stala vyacuteznamnyacutem průřezovyacutem teacutematem doporučuje se
vysvětlovat laacutetku v kontextu přiacuterodovědnyacutech i společenskovědniacutech oborů Je tudiacutež žaacutedouciacute aby
studentům nebyly poskytnuty pouze odborneacute informace o chemii plastů ale takeacute fakta souvisejiacuteciacute
s problematikou odpadů jejich třiacuteděniacutem a s opakovanyacutem využitiacutem recyklovatelnyacutech plastů Z tohoto
důvodu se doporučuje využiacutet formy projektoveacute vyacuteuky Projekt může byacutet realizovaacuten v raacutemci jedneacute třiacutedy
83
nebo viacutece třiacuted gymnaacutezia Teacutematem projektu může byacutet napřiacuteklad historie plastů plasty v životě
moderniacuteho člověka bdquoWichterleholdquo kontaktniacute čočky vliv plastů na životniacute prostřediacute plasty jako
konstrukčniacute materiaacutel aneb vyacuterobky z plastoveacuteho odpadu spraacutevneacute třiacuteděniacute odpadů jak se obejiacutet bez
obalů aj Uacutekolem projektu je vytvořeniacute posteru či prezentace kteraacute je společnyacutem diacutelem každeacute
řešitelskeacute skupiny Uacutespěšnaacute realizace takoveacuteho projektu zaacutevisiacute na kreativitě naacutepadech aktivniacute
spolupraacuteci studentů chuti pracovat a spolupodiacutelet se na teacutematu nejen ve vyučovaacuteniacute ale i formou
domaacuteciacute praacutece Rovněž je zapotřebiacute využitiacute školniacute knihovny a internetu učebny popřiacutepadě laboratoře
chemie a takeacute spolupraacutece s vedeniacutem školy i s učiteli fyziky biologie (ekologie) vyacutetvarneacute vyacutechovy aj
Poznaacutemka autora textu k naacutezvům polymerniacutech laacutetek bdquoMezinaacuterodniacute unie pro čistou a aplikovanou
chemii IUPAC nevydaacutevaacute přiacutekazy ani jinaacute praacutevně zaacutevaznaacute nařiacutezeniacute ale jen doporučeniacute jak tvořit
systematickeacute naacutezvy laacutetek včetně polymerů Chemickaacute veřejnost se může rozhodnout zda se bude či
nebude těmito doporučeniacutemi řiacutedit Nomenklaturniacute doporučeniacute IUPAC pro oblast polymerů respektujiacute
skutečnost že polymery jsou běžně pojmenovaacutevaacuteny jednak na zaacutekladě monomerů
ze kteryacutech jsou připravovaacuteny a jednak na zaacutekladě konstitučniacutech skupin obsaženyacutech v jejich
makromolekulaacutech V mnoha přiacutepadech jsou naacutezvy bez kulatyacutech zaacutevorek nepřiacutepustneacute Kulateacute zaacutevorky
se použiacutevajiacute v naacutezvech předevšiacutem k odděleniacute čaacutesti naacutezvu se specifickyacutemi strukturniacutemi znaky aby se
struktura vyjaacutedřila co nejsrozumitelněji Doporučuji čtenaacuteřům tohoto textu prostudovat publikaci autorů
Fikr J a Kahovec J (ref 11) ve ktereacute je stručně a přehledně vysvětleno tvořeniacute naacutezvů organickyacutech
sloučenin i polymerůldquo
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Prokopovaacute I Makromolekulaacuterniacute chemie VŠCHT Praha 2007
2 Duchaacuteček V Prokopovaacute I Dobiaacuteš J Bicheze 15 21 (2006)
3 Duchaacuteček V Bicheze 14 22 (2005)
4 Duchaacuteček V Bicheze 13 232 (2004)
5 Deviacutensky F a kol Organickaacute cheacutemia pre farmaceutov OSVETA Martin 2001
6 Blažek J Fabini J Chemie pro studijniacute obory SOŠ a SOU nechemickeacuteho
zaměřeniacute SPN Praha 1999
7 Duchaacuteček V Zaacutekladniacute pojmy z chemie a technologie polymerů jejich
mezinaacuterodniacute zkratky a obchodniacute naacutezvy VŠCHT Praha 1996
8 Naacutelepa K Stručneacute zaacuteklady chemie a fyziky polymerů UP Olomouc 1993
9 Vaciacutek J a kol Přehled středoškolskeacute chemie SPN Praha 1993
10 Čaacutersky J a kol Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute SPN Praha 1986
11 Fikr J Kahovec J Naacutezvosloviacute organickeacute chemie (3 vyd) Rubico Olomouc
2008
84
Internetoveacute odkazy 12 Šulcovaacute R Přiacuterodovědneacute projekty [online 2011-04-15] Dostupneacute z www
lthttprenasulcovaswebczprirodovedne_projektyPrirodovedne_projektypdfgt
13 Surovyacute kaučuk odkapaacutevajiacuteciacute z kaučukovniacuteku [online 2011-04-11]
Dostupneacute z www
lthttpuploadwikimediaorgwikipediacommonsthumbbb3Latex_drippingJPG
220px-Latex_drippingJPGgt
14 Kontejner na plasty Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08]
Dostupneacute z www lthttpwwwjaktriditczgt
15 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08] Dostupneacute z www
lthttpimgaktualnecentrumcz320303203037-dres-z-pet-lahvijpggt
16 Vohliacutedal J Proč a jak spraacutevně nazyacutevat polymery [online 2012-10-28]
Dostupneacute z www lthttpwwwnaturcunicz~vohlidalmchNazvypolymerudocgt
85
VYacuteBUŠNINY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc Osnova 1 Uacutevod do problematiky vyacutebušnin
11 Historie zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace vyacutebušnin
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin
21 Nitrace
22 Trhaviny
23 Střeliviny
24 Třaskaviny
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Uacutevod 11 Historie zaacutekladniacute pojmy
Vyacutebušniny definujeme obecně jako laacutetky ktereacute jsou schopny velmi rychleacute
(explozivniacute) přeměny během zlomku sekundy Při vyacutebuchu probiacutehaacute chemickaacute reakce
(rozklad laacutetky) a uvolňuje se přitom zpravidla velkeacute množstviacute tepla a různyacutech plynů
(např N2 CO CO2 H2O O2 HCl SO2 aj)
Z historie je znaacutemo že až do konce 80 let 19 stol byl jedinou vyacuteznamnou
vyacutebušninou tzv černyacute střelnyacute prach Jde o jemnou směs draselneacuteho ledku siacutery a
dřevneacuteho uhliacute při explozi probiacutehaacute reakce (zjednodušeno)
2 KNO3 + S + 3 C rarr K2S + N2 + 3 CO2
Vyacuteznamnyacutem mezniacutekem pro vyacuterobu vyacutebušnin byl objev nitračniacutech reakciacute
nitrosloučeniny však byly vesměs velmi nestabilniacute a jejich vyacuteroba i distribuce velmi
problematickaacute (např nitroglycerin snadno nečekaně exploduje i naacuterazem)
Převratnyacutem rokem ve vyacuterobě vyacutebušnin ve velkeacutem byl až r 1869 kdy šveacutedskyacute chemik
Alfreacuted Nobel (zakladatel znaacutemeacute Nobelovy nadace) vyřešil probleacutem stabilizace
nitroglycerinu jeho nasaacuteknutiacutem do vhodneacuteho nosiče (křemelina) Takto upravenyacute
nitroglycerin pak exploduje až po vhodneacute iniciaci např roznětkou Ohromnyacute rozvoj
průmyslu vyacutebušnin nastal v obdobiacute prvniacute a zejmeacutena pak druheacute světoveacute vaacutelky
Každaacute vyacutebušnina je charakterizovaacutena řadou fyzikaacutelně-chemickyacutech parametrů
Mezi nejdůležitějšiacute patřiacute
a) Detonačniacute rychlost v - u běžně použiacutevanyacutech laacutetek ve vojenstviacute byacutevaacute v rozmeziacute
6000ndash8000 ms u průmyslovyacutech trhavin do 5000 ms
b) Uvolněnaacute energie při vyacutebuchu Q ndash s hodnotami dnes většinou nad 900 kcalkg
Např pro vyacuteše uvedenyacute černyacute střelnyacute prach jsou tyto hodnoty v = 400 ms Q = 600-800kcalkg
Mezi zaacutekladniacute požadavky na komerčně vyraacuteběneacute vyacutebušniny patřiacute daacutele fyzikaacutelniacute i chemickaacute stabilita
(staacutelost v teplotniacutem rozmeziacute -30 až +40ordmC) necitlivost k vnějšiacutem podnětům (bezpečnost při
zachaacutezeniacute) dostupnostcena vyacutechoziacutech laacutetek potřebnyacutech k vyacuterobě a bezpečnost vyacuteroby
___________ Přesnějšiacute reakce vyacutebuchu dle Bertholeta 16 KNO3 + 6 S + 13 C rarr 5 K2SO4 + 2 K2CO3 + K2S + 8 N2 + 11CO2
Je-li v lt 330 ms (rychlost zvuku) jde o tzv deflagraci
při v gt 330 ms se pak jednaacute o detonaci
87
12 Klasifikace vyacutebušnin
Vyacutebušniny lze dělit podle různyacutech hledisek
I Podle způsobu použitiacute
a) Trhaviny (maacutelo citliveacute k vyacutebuchu je nutnaacute roznětka) ndash např dynamit
b) Střeliviny (prachy k vyacutestřelu střely z hlavně) ndash např bezdyacutemyacute prach
c) Třaskaviny (citliveacute na naacuteraz jiskru užitiacute jako rozbušky) ndash např azidy
II Podle chemickeacuteho složeniacute
Chemickaacute individua
a) Nitrosloučeniny (obsahujiacute R3C-NO2) ndash např trinitrotoluen TNT
b) Estery HNO3 (s alkoholy R3C-O-NO2) ndash např nitroglycerin
c) Nitraminy (obsahujiacute R2N-NO2) ndash např hexogen
d) Vyacutebušneacute soli kyselin ndash např od HNO3 HClO3 HClO4
e) Sloučeniny azoimidu (obsahujiacute skupinu N3-) ndash např AgN3
f) Ostatniacute (acetylidy fulminaacutety aj)
Směsi (např amatoly TNT + NH4NO3 + hexogen)
III Dle konzistence
- pevneacute (krystalickeacute či praacuteškoviteacute) ndash např kyselina pikrovaacute
- kapalneacute (nitroglycerin)
- polotekuteacute a plastickeacute (Semtex)
____________ Maacuteme na mysli tzv bdquoklasickeacute vyacutebušninyldquo použiacutevaneacute jak k vaacutelečnyacutem tak i k miacuterovyacutem uacutečelům Dnešniacute
vojenstviacute ovšem disponuje i moderniacutemi zbraněmi založenyacutemi na řetězoveacute štěpneacute reakci uranu 235U (atomovaacute bomba) např
235
92U n U 10
23592 + rarr139
56 Ba + 94
36Kr + 3 10 n
popř využiacutevajiacuteciacute spojovaacuteniacute lehčiacutech jader (bdquosleacutevaacuteniacuteldquo jader - vodiacutekovaacute bomba) např
21D + 31T rarr 4
2He + 10n s nebyacutevale mohutnyacutemi uacutečinky (např atomovaacute bomba v Hirošimě měla ekvivalent cca 30 kt TNT)
88
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin 21 Nitrace
Principem nitračniacutech reakciacute je vpravovaacuteniacute funkčniacute skupiny ndashNO2 do molekul
(organickyacutech) laacutetek pomociacute tzv nitračniacute směsi (= směs konc HNO3 + H2SO4)
Vyacuteznam majiacute předevšiacutem aromatickeacute nitroderivaacutety např
C6H6 + 3 HNO3 rarr (135-)(NO2)3C6H3 + 3 H2O
benzen sym-trinitrobenzen Poznaacutemka
Zjednodušenaacute interpretace že kyselina siacuterovaacute pouze bdquovaacuteželdquo vzniklou vodu je nepřesnaacute ndash ve
skutečnosti jde o tzv elektrofilniacute substituci kdy zpočaacutetku probiacutehaacute reakce
HNO3 + 2 H2SO4 rarr NO2+ + H3O+ + 2 HSO4
-
a takto vzniklyacute nitroniovyacute kation je vlastniacutem elektrofilniacutem činidlem atakujiacuteciacutem aromatickeacute jaacutedro
(kyselina siacuterovaacute se tedy uacutečastniacute reakce)
Nitračniacute reakce probiacutehajiacute ochotněji u derivaacutetů benzenu (fenol toluen) přitom je nutno
vziacutet v potaz znaacutemaacute substitučniacute pravidla na aromatickeacutem jaacutedře
- substituenty I třiacutedy jako např ndashCH3 ndashOH řiacutediacute substituci do poloh ortho- para-
- substituenty II třiacutedy jako ndashNO2 řiacutediacute substituci do poloh meta-
Přesneacute složeniacute nitračniacute směsi se voliacute podle typu nitrovaneacute laacutetky a stupně nitrace (u
vyššiacutech nitroderivaacutetů pracujeme zpravidla v přebytku kyseliny dusičneacute)
Vlastniacute reakce probiacutehaacute za intenzivniacuteho miacutechaacuteniacute a chlazeniacute ve specielniacutech kotliacutech
(nitraacutetory) s dvojityacutem plaacuteštěm Při nitraciacutech je nutno dodržovat přiacutesnaacute bezpečnostniacute
pravidla ndash hroziacute např přehřaacutetiacute směsi a naacuteslednyacute vyacutebuch
Přehled nejznaacutemějšiacutech a nejviacutece použiacutevanyacutech nitrolaacutetek a jejich explozivniacutech reakciacute
je uveden v naacutesledujiacuteciacutech kapitolaacutech
22 Trhaviny
Jde o největšiacute skupinu vyacutebušnin poměrně maacutelo citlivyacutech k jednoduchyacutem
podnětům (třeniacute naacuteraz) K detonaci jsou přivaacuteděny pomociacute rozbušky (roznětky
detonaacutetoru) Použiacutevajiacute se jak k uacutečelům miacuterovyacutem (kamenolomy doly tunely) tak i
vaacutelečnyacutem (naacuteplně granaacutetů min bomb)
89
Než probereme nejznaacutemějšiacute zaacutestupce teacuteto skupiny je třeba zdůraznit že
z hlediska terminologie lze jako skutečneacute nitroderivaacutety označovat pouze sloučeniny
majiacuteciacute nitroskupinu vaacutezanou přiacutemo na uhliacutek (obsahujiacute vazbu C ndash NO2)
a) Nitrosloučeniny
Praktickyacute vyacuteznam majiacute pouze aromatickeacute nitrolaacutetky
Nejviacutece použiacutevaneacute sloučeniny
bdquoTritolldquo TNT IUPAC 246-trinitrotoluen ( v = 7400 ms Q = 950 kcalkg) CH3
NO2
O2N NO2
Vyacuteroba Nitraciacute toluenu do 3 stupně
Vlastnosti nažloutleacute jehlice teplota taacuteniacute 80ordmC
Referenčniacute laacutetka pro ekvivalent atomovyacutech bomb (viz str 3) Pozn Během II světoveacute vaacutelky vyraacutebělo Německo cca 4000 tun TNT měsiacutečně
bdquoEkrazitldquo kyselina pikrovaacute IUPAC 246-trinitrofenol (v= 7000ms Q = 1000kcalkg)
NO2
NO2O2N
OH
Vyacuteroba Nitraciacute fenolu do 3 stupně
Vlastnosti Žluteacute krystalky nahořkleacute chuti teplota taacuteniacute 122ordmC tvořiacute soli (vyacutebušnyacute pikraacutet
amonnyacute) Užiacutevaacuten mj do dělostřeleckyacutech granaacutetů
bdquoHexylldquo sym-hexanitrodifenylamin teacutež dipikrylamin
dle IUPAC 246-trinitro-N-(246-trinitrophenyl)anilin ( v = 7100 ms Q = 1040 kcalkg)
NH NO2
O2N
O2NNO2
NO2
O2N
90
Vyacuteroba Kompletniacute nitraciacute difenylaminu
Vlastnosti Žluteacute jehličky viacutece citliveacute k naacuterazu (použiacutevanyacute např jako naacuteplň torpeacuted)
b) Nitroestery
Jednaacute se o sloučeniny s vazbou ndashCH2ndashOndashNO2 vznikajiacuteciacute esterifikačniacute reakciacute např
viacutecesytnyacutech alkoholů s HNO3 Nejznaacutemějšiacute laacutetky
Nitroglycerin (spraacutevně trinitraacutet glycerolu) v = 8000 ms Q = 1500 kcalkg
Nitroglycerin se vyraacutebiacute uacuteplnou nitraciacute glycerolu CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2
H2SO4
- 3 H2O
Vlastnosti Bezbarvaacute jedovataacute viskoacutezniacute kapalina naslaacutedleacute chuti nerozpustnaacute ve vodě
Pozor Hroziacute nebezpečiacute explozivniacuteho rozkladu zahřaacutetiacutem nad 50ordmC či naacuterazem
Vyrobenyacute nitroglycerin se zpracovaacutevaacute na dynamit (nasaacuteklyacute v křemelině v poměru
31) nebo na bezdyacutemyacute střelnyacute prach (viz střeliviny)
Vyacuteroba u naacutes Semtiacuten u Pardubic přiacutesnaacute bezpečnostniacute opatřeniacute (bunkry s lehkyacutemi
střechami omezeniacute ručniacute manipulace)
nitroglycerin ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
4 C3H5(ONO2)3 rarr 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Kromě nitroglyceriacutenu existuje řada nitroesterů dvoj- až čtyřsytnyacutech alkoholů
(glykolů) s podobnyacutemi vlastnostmi
Nejznaacutemějšiacute z nich je tzv pentrit (pentaerythrit-tetranitraacutet) v = 8000 ms Q = 1530 kcalkg
OO2N C
CH2
CH2
CH2
CH2
O NO2
O NO2
O NO2
Na baacutezi pentritu s butadienstyreacutenovyacutem kaučukem jsou založeny tzv plastickeacute
trhaviny (Semtex)
91
Nitrocelulosa (nitraacutet celulosy) v = 7000 ms Q = 950-1025 kcalkg
Nitrocelulosa vznikaacute nitraciacute polysacharidu celulosy (velmi čisteacute) do obsahu cca 14
dusiacuteku (což odpoviacutedaacute bdquotrinitraacutetuldquo celulosy)
Historie 1845 Schoumlnbein ndash nitrace bavlny (bdquostřelnaacute bavlnaldquo)
Nitrocelulosa ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
2 C24H29O9(ONO2)11rarr 36CO2+ 47CO+ 4CH4+ 39H2O+ 2C2H2+ 3HCN+ 72 H2 + 372 N2 + 2NH4HCO3
c) Nitraminy
Jde o sloučeniny obsahujiacuteciacute funkčniacute skupinu =NndashNO2
Jsou znaacutemy jak alifatickeacute tak aromatickeacute i heterocyklickeacute laacutetky tohoto typu
(Daacutele se děliacute na primaacuterniacute R-NH-NO2 a sekundaacuterniacute R1R2-N-NO2)
Nejdůležitějšiacute zaacutestupci
Tetryl (246-trinitrofenyl-methyl-nitramin IUPAC N-methyl-N246-tetranitroanilin) v = 7500 ms Q = 1100 kcalkg
NCH3
NO2
NO2
O2N
O2N
Hexogen (cyklotrimethylentrinitramin IUPAC 135-trinitro-135-triazin) v = 8000 ms Q = 1390 kcalkg
N
N N
NO2
NO2O2N
92
d) Vyacutebušneacute soli kyselin
K vyacutebušnyacutem soliacutem patřiacute zejmeacutena amonneacute soli kyseliny dusičneacute chlorečneacute chloristeacute
(di)chromany a manganistany Vyacutebušneacute soli ndash rovnice vybranyacutech vyacutebušnyacutech reakciacute
NH4NO3 rarr N2 + 2 H2O + frac12 O2 ndash 346 kcalkg
2 NH4ClO3 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 32 O2 ndash 359 kcalkg
2 NH4ClO4 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 52 O2 ndash 266 kcalkg
(NH4)2Cr2O7 rarr Cr2O3 + N2 + 4 H2O ndash 310 kcalkg
2 NH4MnO4 rarr N2 + 2 MnO2 + 4 H2O ndash 280 kcalkg
23 Střeliviny (bdquostřelneacute prachyldquo)
Střeliviny patřiacute mezi vyacutebušneacute směsi sloužiacuteciacute k vystřeleniacute naacuteboje z hlavně
v důsledku mohutneacuteho tlaku plynů vzniklyacutech při explozi Jak již bylo zmiacuteněno
v uacutevodu patři sem i klasickyacute černyacute střelnyacute prach (prvniacute popis R Bacon r 1249)
jehož složeniacute se v čase měnilo a ustaacutelilo se na 75 KNO3 (NaNO3 nelze použiacutet pro
hygroskopičnost) 15 dřevneacuteho uhliacute a 10 siacutery
K vyacuterobě je nutneacute použiacutet jemně praacuteškovaneacute velmi čisteacute komponenty Při
vyacuterobě se suroviny melou miacutesiacute v dřevěnyacutech bubnech zvlhčujiacute a zhutňujiacute a nakonec
lisujiacute mezi měděnyacutemi deskami pod tlakem 30 at vyacuteslednyacute produkt se granuluje nebo
lisuje do vaacutelečků o průměru cca 3 cm Vyacuteroba je velmi nebezpečnaacute ndash snadno může
dojiacutet k explozi vyvolaneacute i např statickou elektřinou Černyacute prach se použiacuteval jako
vyacutemetnaacute naacuteplň roznětka zaacutepalnice s časovyacutem zpožděniacutem apod
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (v = 3800 ndash 7000 ms Q = 700 ndash 950 kcalkg)
Jeho vyacuteroba vychaacuteziacute z nitrocelulosy a nitroglycerinu Probleacutemem při použitiacute byl
obrovskyacute tlak při explozi kteryacute může veacutest až k roztrženiacute hlavně Proto se
nitrocelulosa zpočaacutetku rozpouštěla v organickyacutech rozpouštědlech (ether aceton) po
jejichž odpařeniacute vznikne bdquoblaacutenaldquo hořiacuteciacute pomaleji R 1888 A Nobel navrhl rozpouštět
nitrocelulosu v nitroglycerinu (vznikl tzv bdquobalistitldquo) takže běžnaacute hlaveň děla bdquovydrželaldquo
až 1700 vyacutestřelů přiacutedavkem nitrodiglykolu se vyacutedrž zvyacutešila až přes 10 000 vyacutestřelů
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach je poměrně nestabilniacute jeho stabilitu lze zvyacutešit
přiacutedavkem difenylaminu nebo MgO Vyrobenyacute prach se expeduje ve formě malyacutech
šupinek či destiček nebo se lisuje do tyčinek (viz Obr 1)
Prvniacute velkeacute použitiacute černeacuteho prachu u dělostřelectva se datuje r 1346 v bitvě u Kresčaku Byla zaznamenaacutena řada katastrof (1905 exploze prachu na japonskeacutem křižniacuteku Mikasa 1907
vyacutebuch muničniacuteho skladiště Jena aj)
93
Obr 1 Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (vlevo ndash naacuteplň střely do samopalu vpravo ndash dělostřeleckyacute prach
ve formě slisovaneacute trubičky) Pro naacutezornost na obraacutezku uprostřed kancelaacuteřskaacute sponka
24 Třaskaviny
Do teacuteto skupiny patřiacute celaacute řada různorodyacutech chemickyacutech sloučenin (fulminaacutety
azidy acetylidy) Jde o laacutetky vybuchujiacuteciacute po iniciaci (např zahřaacutetiacutem naacuterazem
elektrickou jiskrou) Sloužiacute jako rozbušky (roznětky) pro hlavniacute naacutelož trhaviny
a) Fulminaacutety Tyto laacutetky se odvozujiacute od kyseliny třaskaveacute (fulminoveacute) |CequivNndashOH kteraacute neniacute znaacutema
volnaacute pouze ve formě soliacute Nejdeacutele znaacutemyacute je fulminaacutet rtuti (bdquotřaskavaacuteldquo rtuť)
Hg(ONC)2 Jde o šedobiacutelou laacutetku maacutelo rozpustnou ve vodě leacutepe v alkoholu
Rovnice vyacutebušneacute reakce Hg(ONC)2 rarr Hg + 2 CO + N2 ndash 357 kcalkg (v = 6500 ms)
Velmi podobneacute vlastnosti maacute i třaskaveacute střiacutebro Ag(ONC) ktereacute je však dražšiacute a
meacuteně užiacutevaneacute
b) Azidy Jsou to soli azoimidu (HN3 těkavaacute jedovataacute kapalina pronikaveacuteho zaacutepachu)
Nejpoužiacutevanějšiacute jsou
Azid olovnatyacute Pb(N3)2 ndash nažloutlaacute laacutetka stabilniacute do 75ordmC meacuteně citlivaacute k naacuterazu viacutece
ke třeniacute
Rovnice rozkladu Pb(N3)2 rarr Pb + 3 N2
Azid střiacutebrnyacute AgN3 maacute podobneacute vlastnosti
Azid měďnatyacute Cu(N3)2 je extreacutemně citlivyacute i na dotyk
94
c) Acetylidy
Tyto třaskaviny se odvozujiacute od ethynu HCequivCH naacutehradou atomů vodiacuteku kovem
Praktickyacute vyacuteznam maacute acetylid měďnyacute Cu-CequivC-Cu a střiacutebrnyacute Ag-CequivC-Ag
Rovnice rozkladu Ag2C2 rarr 2 Ag + 2 C (se vzdušnyacutem kysliacutekem dalšiacute reakce na oxidy)
Jde o krystalickeacute laacutetky nerozpustneacute ve vodě vybuchujiacuteciacute naacuterazem či zahřaacutetiacutem
d) Ostatniacute třaskaviny
Do teacuteto skupiny laacutetek lze zařadit
Tetranitrid tetrasiacutery S4N4 ndash oranžoveacute krystalky vybuchujiacuteciacute naacuterazem zahřaacutetiacutem
Jododusiacutek NI3nNH3 je hnědočervenaacute laacutetka explodujiacuteciacute i pouhyacutem dotykem ()
Peroxosloučeniny (i samotnyacute konc H2O2) např peroxoaceton
CH3
CH3
O O CH3
CH3O O
Bertholetovo třaskaveacute střiacutebro Ag3N citliveacute i na sebemenšiacute mechanickyacute impuls
Pozor Tato laacutetka může vzniknout i při Tollensově reakci (Ag-zrcaacutetko) při vyschnutiacute
obsahu zkumavky - pak hroziacute při čištěniacute zkumavky exploze
3 [Ag(NH3)2]Cl rarr Ag3N + 3 NH4Cl + 2NH3
3 Jednoducheacute ilustračniacute pokusy Všechny daacutele uvedeneacute experimenty je možneacute provaacutedět pouze v digestoři za
asistence a pod odbornyacutem dohledem učitele a za použitiacute ochrannyacutech prostředků
(obličejovyacute štiacutet)
a) Přiacuteprava černeacuteho střelneacuteho prachu a jeho vlastnosti Na papiacuteře důkladně promiacutechaacuteme směs malou lžičku KNO3 půl lžičky jemně praacuteškoveacute siacutery a
čtvrt lžičky rozetřeneacuteho dřevěneacuteho uhliacute Tuto směs nasypeme do železneacute misky na piacutesku a
zapaacuteliacuteme špejliacute Pozorujeme prudkou exotermniacute reakci
95
b) Hořeniacute střelneacute bavlny Střelnaacute bavlna je vlastně nitraacutet celulosy kteryacute lze připravit reakciacute chomaacutečku vaty (1 g)
s nitračniacute směsiacute (10 cm3 konc H2SO4 + 10 cm3 konc HNO3) v kaacutedince po dobu cca 20 min
Obr 2 Hořeniacute nitrocelulosy
Vatu potom vyjmeme propereme vodou a volně usušiacuteme Kousek produktu zapaacuteliacuteme a
pozorujeme jak prudce shořiacute (viz obr 2)
c) Exploze směsi chlorečnanu s praacuteškovou siacuterou (fosforem) Pouhyacutem volnyacutem přesypaacutevaacuteniacutem na papiacuteře bez doteku smiacutechaacuteme malaacute množstviacute (jen na
špičku špachtle) KClO3 a stejneacute množstviacute praacuteškoveacute siacutery (nebo červeneacuteho fosforu) Směs
opatrně zabaliacuteme do tenkeacuteho papiacuteru položiacuteme na pevnou podložku (betonovaacute dlažba) a
uacutederem kladiacutevka přivedeme k explozi
Rovnice vyacutebušneacute reakce 2 KClO3 + 3 S rarr 2 KCl + 3 SO2
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů Literatura Urbaňski T Chemie a technologie vyacutebušnin I ndash III SNTL Praha 1958
Babaacutek Z Vraacutebel Z Chemie ndash vybraneacute kapitoly scrpt VA Brno 1994
Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
UP Olomouc 2007
Internetoveacute odkazy httpcswikipediaorgwikiVC3BDbuC5A1nina
httpwwwjergymhieducz~canovmvybusninvybusninhtm
96
ELEKTROLYacuteZA
Text zpracoval Doc RNDr Zdeněk Šindelaacuteř CSc
Osnova
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
Zaacutekladniacute pojmy
2 Elektrolyacuteza
21 Elektrolyacuteza chloridu zinečnateacuteho a sodneacuteho
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli
23 Faradayovy zaacutekony
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
97
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
11 Zaacutekladniacute pojmy
Elektrochemiiacute rozumiacuteme obor chemie kteryacute se zabyacutevaacute procesy probiacutehajiacuteciacutemi
na rozhraniacute mezi elektrodou a elektrolytem Elektrodou je zpravidla vodič 1 druhu
(kov ndash např měď rtuť železo nikl chrom platina ale i uhliacutek ve formě grafitu) Volba
materiaacutelu elektrody souvisiacute s chemickyacutemi vlastnostmi elektrolytu a se změnami ke
kteryacutem v elektrolytu dochaacuteziacute Elektrolytem je roztok nebo i tavenina laacutetky kteraacute maacute
schopnost disociovat na volneacute ionty Takovou laacutetkou je napřiacuteklad chlorid sodnyacute jehož
vodnyacute roztok nebo jeho tavenina jsou elektrolyty Je to sloučenina ve ktereacute jsou
atomy vaacutezaacuteny chemickou vazbou kteraacute maacute vyacuterazně iontovyacute charakter Elektrolyty
jsou takeacute vodiči elektrickeacuteho proudu a označujeme je jako vodiče 2 druhu
Elektrolytickou disociaci (rozpad laacutetky na ionty v tavenině a ve vodneacutem roztoku)
zapiacutešeme rovniciacute
NaCl rarr Na+ + Cl-
Schopnost laacutetek disociovat v roztoku popisujeme pojmem siacutela elektrolytu
V přiacutepadě NaCl se jednaacute o silnyacute elektrolyt tedy prakticky všechen rozpuštěnyacute chlorid
sodnyacute je ve vodneacutem roztoku disociovaacuten na ionty ktereacute jsou tak od sebe odděleny a
jsou obklopeny molekulami rozpouštědla v našem přiacutepadě molekulami vody
Řiacutekaacuteme že ionty jsou ve vodnyacutech roztociacutech hydratovaacuteny
2 Elektrolyacuteza
Elektrolyacutezu lze chaacutepat jako děj při ktereacutem dochaacuteziacute na elektrodaacutech
vloženyacutech do elektrolytu k chemickyacutem změnaacutem způsobenyacutech průchodem elektrickeacuteho proudu z vnějšiacuteho zdroje V tomto přiacutepadě budeme většinou volit
takoveacute elektrody ktereacute nebudou podleacutehat během procesu změnaacutem (budou chemicky
inertniacute) Na obr 1 je znaacutezorněn schematicky pokus kteryacute naacutem pomůže pochopit
jakeacute děje během elektrolyacutezy probiacutehajiacute
98
Obr 1 Elektrolyzeacuter
Ve scheacutematu vidiacuteme jednotliveacute elektrody ktereacute nesou označeniacute podle toho ke
ktereacutemu poacutelu zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute jsou připojeny V přiacutepadě elektrolyacutezy
je elektroda připojenaacute ke kladneacutemu poacutelu zdroje označovaacutena jako anoda protože k niacute
elektromigraciacute putujiacute ionty opačneacute polarity ndash tedy zaacuteporně nabiteacute anionty Anoda je
elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy oxidace (bez ohledu na polaritu elektrod)
K zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje je připojena katoda ke ktereacute analogicky putujiacute kladně
nabiteacute čaacutestice ndash kationty Katoda je elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy redukce (opět
bez ohledu na polaritu elektrod) Elektromigrace je tedy pohyb nabityacutech čaacutestic
usměrněnyacute vlivem elektrickeacuteho pole
Před zapojeniacutem zdroje jsou koncentrace všech složek elektrolytu v každeacutem
miacutestě roztoku stejneacute (jak viacuteme roztok je homogenniacute směs) Po zapnutiacute zdroje se
začnou ionty v důsledku přiacutetomnosti elektrickeacuteho pole pohybovat k opačně nabiteacute
elektrodě Když dospějiacute až k jejiacutemu povrchu vybijiacute se a produkt se buď vyloučiacute na
přiacuteslušneacute elektrodě přiacutepadně ihned reaguje s dalšiacutemi složkami elektrolytu nebo
přiacutemo s elektrodou V důsledku toho se však sniacutežiacute koncentrace vybiacutejenyacutech iontů
v bliacutezkosti elektrody a přiacutesun novyacutech iontů k elektrodě začiacutenaacute byacutet řiacutezen difuacuteziacute Ionty
difundujiacute do miacutest s nižšiacute koncentraciacute ve snaze obnovit homogenniacute prostřediacute Procesy probiacutehajiacuteciacute v bliacutezkosti elektrod nejsou jednoducheacute a zaacutevisejiacute silně na dalšiacutech faktorech
Jedniacutem z důležityacutech faktorů je zda budeme elektrolyt během elektrolyacutezy miacutechat protože konvekce
(prouděniacute) maacute velkyacute vliv na průběh celeacuteho procesu
99
Velmi důležiteacute je takeacute zda odděliacuteme anodovyacute a katodovyacute prostor přepaacutežkou
kteraacute umožniacute průchod elektrickeacuteho proudu elektrolyzeacuterem a přitom zabraacuteniacute
promiacutechaacutevaacuteniacute vzniklyacutech produktů elektrolyacutezy v bliacutezkosti elektrod Tato přepaacutežka se
nazyacutevaacute diafragma a byacutevaacute to obvykle poreacutezniacute keramickyacute materiaacutel Mohou to byacutet
podle uacutečelu ale různeacute jineacute materiaacutely na baacutezi plastickyacutech hmot polymerniacute gely nebo
napřiacuteklad celofaacuten Jak již bylo řečeno aby mohl elektrolyzeacuterem proteacutekat elektrickyacute proud musiacuteme na elektrody
vložit elektrickeacute napětiacute Minimaacutelniacute napětiacute ktereacute způsobiacute že začne systeacutemem proteacutekat elektrickyacute proud
označujeme jako rozkladneacute napětiacute jeho velikost souvisiacute uacutezce s pojmem elektrochemickyacute člaacutenek
Velikost proudu kteryacute zařiacutezeniacutem prochaacuteziacute zaacutevisiacute rovněž na mnoha faktorech Velkyacute vliv majiacute zejmeacutena
velikost plochy elektrod a koncentrace elektrolytu Velikost proudu vztaženaacute na jednotku plochy
(obvykle cm2) označujeme pojmem proudovaacute hustota [Acm-2] Proudovaacute hustota a složeniacute
(koncentrace) elektrolytu rozhodujiacuteciacutem způsobem ovlivňujiacute konečneacute složeniacute produktů elektrolyacutezy
21 Elektrolyacuteza ZnCl2 a NaCl
Průběh elektrolyacutezy vodneacuteho roztoku chloridu zinečnateacuteho můžeme zapsat
naacutesledovně
katoda Zn2+ + 2 e- rarr Zn
anoda 2 Cl- rarr Cl2 + 2 e-
Produkty procesu jsou plynnyacute chlor a zinek jako volnyacute kov
Elektrolyacuteza však může miacutet i značně komplikovanyacute průběh kteryacute je silně zaacutevislyacute
na podmiacutenkaacutech provedeniacute Přiacutekladem může byacutet elektrolyacuteza chloridu sodneacuteho
Budeme-li při odděleneacutem katodoveacutem a anodoveacutem prostoru v inertniacute atmosfeacuteře
elektrolyzovat taveninu chloridu sodneacuteho ziacuteskaacuteme kovovyacute sodiacutek a plynnyacute chlor
katoda 2 Na+ + 2 e- rarr 2 Na
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
Všimněme si že složeniacute elektrolytu (taveniny) se nijak vyacuteznamně neměniacute
vylučujiacute se ekvivalentniacute množstviacute chloru a sodiacuteku
Při elektrolyacuteze vodneacuteho roztoku NaCl je situace složitějšiacute V přiacutepadě oddělenyacutech
prostorů elektrod bude v katodoveacutem prostoru dochaacutezet k vyredukovaacuteniacute vodiacuteku
protože elektron přenesenyacute na ion sodnyacute přechaacuteziacute ihned na molekulu vody
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2 NaOH + H2
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
100
Při tomto procesu se ale vyacuteznamně měniacute složeniacute elektrolytu postupně miziacute z roztoku
chloridovyacute ion kteryacute je nahrazen aniontem OH- Po vyčerpaacuteniacute chloridovyacutech iontů bude pokračovat elektrolyacuteza za vzniku kysliacuteku z vybiacutejenyacutech iontů
hydroxidovyacutech
anoda 4 OH- rarr 4 OHbull + 4 e- a daacutele 4 OHbull rarr 2 H2O2 rarr 2 H2O + 2 Obull
2 Obull rarr O2
Pokud provedeme elektrolyacutezu na rtuťoveacute elektrodě (-) s oddělenyacutemi
elektrodovyacutemi prostory bude se na katodě pouze redukovat sodiacutek kteryacute se rtutiacute
vytvořiacute amalgaacutem Na anodě se bude opět vylučovat chlor Po vypnutiacute elektrickeacuteho
zdroje se začne z amalgaacutemu vylučovat sodiacutek a reagovat s vodou za vzniku vodiacuteku a
hydroxidu sodneacuteho Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem vodiacuteku na rtuťoveacute
elektrodě Při elektrolyacuteze s neoddělenyacutemi prostory elektrod za miacutechaacuteniacute a chlazeniacute elektrolytu
Primaacuterniacute procesy na elektrodaacutech jsou stejneacute jako v předchoziacutem přiacutepadě ale naacutesleduje reakce
2 NaOH + Cl2 rarr NaCl + NaClO + H2O
Produktem procesu je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlornanu sodneacuteho
Nebudeme-li elektrolyt chladit dojde k disproporcionaci NaClO
3 NaClO rarr 2 NaCl + NaClO3
nebo
6 NaOH + 3 Cl2 rarr 5 NaCl + NaClO3 + 3 H2O
Konečnyacutem produktem je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlorečnanu sodneacuteho
Poznamenejme ještě že elektrolyacutezou roztoků chlorečnanu za silneacuteho chlazeniacute (teplota by
neměla překročit přiacuteliš přes 20degC) s použitiacutem platinovyacutech elektrod ziacuteskaacuteme roztoky chloristanů
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2Na+ + 2OH- + H2
anoda 2 ClO3- rarr 2 ClO3 + 2 e-
2 ClO3 + H2O rarr HClO3 + HClO4
s naacuteslednou neutralizaciacute 2 NaOH + HClO3 + HClO4 rarr NaClO3 + NaClO4 + 2 H2O
Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem platinoveacute elektrody ke kysliacuteku
Při vyššiacutech teplotaacutech dochaacuteziacute k reakci
2 ClO3 + H2O rarr 2 HClO3 + Obull a naacutesledně 2 Obull rarr O2
a na anodě dojde k vylučovaacuteniacute kysliacuteku V tomto přiacutepadě jsou produkty elektrolyacutezy stejneacute jako při
elektrolyacuteze vody okyseleneacute zředěnou kyselinou siacuterovou tj vodiacutek a kysliacutek
101
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli CuSO4
Elektrolyacuteza měďnateacute soli ve vodneacutem roztoku s využitiacutem měděnyacutech elektrod
(anoda i katoda jsou ze stejneacuteho materiaacutelu tedy z mědi) vede k vylučovaacuteniacute mědi na
katodě z roztoku za současneacuteho doplňovaacuteniacute měďnatyacutech iontů z rozpouštěneacute anody
katoda Cu2+ + 2e- rarr Cu
anoda Cu + SO42- rarr Cu2+ + SO4
2- + 2e-
Vyacutesledkem je přenos materiaacutelu anody (suroveacute mědi) na katodu (čistaacute měď)
Tento postup se v praxi využiacutevaacute k elektrolytickeacutemu čištěniacute suroveacute mědi Ziacuteskaacute se tak
kov vysokeacute čistoty
Poznaacutemka pod anodou se usazujiacute anodoveacute kaly (nečistoty v anodě obsaženeacute) ktereacute jsou zdrojem
dalšiacutech prvků ktereacute doprovaacutezejiacute v přiacuterodě měď - zejmeacutena Ag Au platinoveacute kovy Rozkladneacute napětiacute
takoveacuteho roztoku (např CuSO4 slabě okyseleneacuteho kyselinou siacuterovou pro potlačeniacute hydrolytickyacutech
procesů) je velmi niacutezkeacute Virtuaacutelniacute pokus je možno snadno proveacutest nebo simulovat na přiloženeacutem
programu Vaacuteženiacutem elektrod po provedeneacutem experimentu a měřeniacutem času a proudu je naviacutec možno
ověřit platnost Faradayovyacutech zaacutekonů 23 Faradayovy zaacutekony elektrolyacutezy
1 Faradayův zaacutekon vyjadřuje množstviacute (hmotnost) laacutetky kteraacute vznikne při
průchodu stejnosměrneacuteho elektrickeacuteho proudu za určitou dobu
m = A middot I middot t kde m ndash hmotnost vyloučeneacute laacutetky
A - konstanta (tzv elektrochemickyacute ekvivalent)
I - elektrickyacute proud
t - čas
Protože elektrickyacute naacuteboj Q = I t můžeme vyacuteraz zkraacuteceně zapsat m = AQ
2 Faradayův zaacutekon formuluje vyacuteraz pro vyacutepočet elektrochemickeacuteho
ekvivalentu A Slovně ho lze vyjaacutedřit větou že laacutetkovaacute množstviacute
vyloučenaacute stejnyacutem naacutebojem jsou chemicky ekvivalentniacute Potom platiacute
FzMAsdot
=
kde M - molaacuterniacute hmotnost
z - počet vyměňovanyacutech elektronů při elektrodoveacutem ději
102
F je Faradayova konstanta (F = 96485104 Cmol-1) kteraacute je čiacuteselně
rovna elektrickeacutemu naacuteboji potřebneacuteho k vyloučeniacute 1z molu laacutetky
Konečnyacute vyacuteraz pro vyacutepočet množstviacute laacutetky přeměněneacute průchodem elektrickeacuteho
proudu po danou dobu lze tedy zapsat ve tvaru
tIFz
Mm sdotsdot=sdot
Poznaacutemka je zaacutesadně důležiteacute dosadit do vzorce veličiny ve spraacutevnyacutech jednotkaacutech
Požadujeme-li vyacutesledek m [g] pak musiacuteme dosazovat I [A] t [s]
Přiacuteklad Kolik g Cu se vyloučiacute na katodě při rafinaci mědi průchodem proudu 1 A po dobu 300 s
Řešeniacute Protože na přeměnu jednoho iontu Cu2+ na čistou měď potřebujeme vyměnit 2 elektrony (viz kap
22 z = 2) dostaneme po dosazeniacute (relativniacute atomovaacute hmotnost mědi je 6354) do vztahu pro m
Vyacutesledek m = 0099 asymp 01 g mědi
Vyacutepočet probiacutehaacute automaticky např při spuštěniacute přiloženeacute animace (viz 24 ovlaacutedaacuteniacute je intuitivniacute)
Na zaacutevěr je ještě třeba zmiacutenit že technickyacute (dohodnutyacute) směr proudu (fyzika
elektrotechnika) je vždy od kladneacuteho k zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje a je tedy opačnyacute než
pohyb elektronů
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
Všechny animace použiteacute k doplněniacute toto textu jsou k dispozici zde
httpgoogleiastateedusearchq=cachendvLO9akz9cJwwwchemiastateedugro
upGreenbowesectionsprojectfolderanimationsindexhtm+electrolysisampoutput=xml_
no_dtdampclient=default_frontendampproxystylesheet=default_frontendampie=UTF-
8ampaccess=pampoe=ISO-8859-1
Ostatniacute informace potřebneacute k hlubšiacutemu pochopeniacute pojmu elektrolyacuteza najde čtenaacuteř
např v zaacutekladniacute učebnici fyzikaacutelniacute chemie
httpwwwvschtczfchczpomuckyBREVALLpdf
10
a) Obsah obou zkumavek se nezměniacute nedojde k žaacutedneacute reakci
b) V obou zkumavkaacutech vznikne směs ethanolu kyseliny octoveacute ethyl-
acetaacutetu a vody
c) V prvniacute zkumavce bude směs ethyl-acetaacutetu a vody ve druheacute směs
ethanolu a kyseliny octoveacute
d) Obsah druheacute zkumavky se nezměniacute v prvniacute zkumavce dojde
k esterifikaci a vznikne tam směs octanu ethylnateacuteho a vody
6 Řešeniacute uacuteloh
61 Řešeniacute uacutelohy 21 a) ethylester kyseliny mravenčiacute (mravenčan ethylnatyacute ethyl-methanoaacutet ethyl-
formiaacutet) a voda
C
O
OH CH2 CH3 OH2+ b) propylester kyseliny octoveacute (octan propylnatyacute propyl-ethanoaacutet propyl-acetaacutet)
a voda
C
O
OCH3 CH2 CH2 CH3 OH2+ 62 Řešeniacute praktickeacuteho uacutekolu z 22
a)
b) Vůně vznikleacuteho esteru připomiacutenaacute odlakovač na nehty lak na nehty či
modelaacuteřskeacute lepidlo
c) Ethylester kyseliny octoveacute se použiacutevaacute v laboratořiacutech jako rozpouštědlo
d) Uhličitan sodnyacute se přidaacutevaacute do reakce proto aby zreagoval zbytek kyseliny
octoveacute (a siacuteroveacute) kteryacute by negativně ovlivňoval vůni vznikleacuteho produktu
e) Např při hmotnosti člověka m = 60 kg je smrtelnaacute daacutevka ndash lethal dose rArr
mLD = 30 g o objemu V = m ρ = 30 1045 = 2871 cm3
Smrtelnaacute daacutevka pro šedesaacutetikiloveacuteho člověka by byla 287 cm3
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
11
f) Bezpečnostniacute list ethylesteru kyseliny octoveacute je napřiacuteklad na internetoveacutem
odkazu httpwwwmach-chemikalieczdownloadphpid=96 Ethylester
kyseliny octoveacute patřiacute mezi laacutetky vysoce hořlaveacute (F) a draacuteždiveacute (Xi)
63 Řešeniacute opakovaciacuteho cvičeniacute (kap 5) 1) Esterifikace je reakce kterou se připravujiacute estery vedlejšiacutem produktem je
voda Vyacutechoziacutemi laacutetkami pro tuto reakci jsou alkohol a karboxylovaacute kyselina
reakce musiacute probiacutehat v prostřediacute silneacute kyseliny
2) b)
3) kyselaacute hydrolyacuteza
4) Řada esterů se použiacutevaacute v potravinaacuteřstviacute jako vonneacute a přiacutechuťoveacute přiacutesady
5) c)
6)
7) alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
8) c)
reakce probiacutehajiacuteciacute v prvniacute zkumavce
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
reakce probiacutehajiacuteciacute ve druheacute zkumavce
H+
C
O
OCH3 CH2 CH3 OH2+ OH CH2 CH3C
O
OHCH3 +
7 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele 71 Estery anorganickyacutech kyselin
Kromě esterů karboxylovyacutech kyselin tj organickyacutech existujiacute takeacute estery anorganickyacutech
kyselin Esterifikaci anorganickyacutech kyselin můžeme žaacutekům zmiacutenit aby si uvědomili že probiacutehaacute nejen u
organickyacutech kyselin
Reakciacute kyseliny boriteacute s methanolem nebo ethanolem v kyseleacutem prostřediacute vznikajiacute estery kyseliny boriteacute Uvedenou reakci jejiacutež provedeniacute je velmi jednoducheacute lze použiacutet i pro odlišeniacute
C
O
OHC
O
O CH2 CH3OH CH2 CH3+H
+
OH2+
12
methanolu od ethanolu Ve směsi metanol - kyselina boritaacute se tvořiacute ester i bez přiacutedavku kyseliny
siacuteroveacute a ester hořiacute zeleně Ve směsi ethanol - kyselina boritaacute bez přiacutedavku H2SO4 se ester netvořiacute tak
rychle po zapaacuteleniacute reakčniacute směsi je plamen oranžovyacute Po okyseleniacute teacuteto reakčniacute směsi konc H2SO4
vznikaacute triethylester kyseliny boriteacute kteryacute hořiacute takeacute zelenyacutem plamenem
B
OHOH
OH
B
OO
O
CH3
CH3
CH3
+ CH3 OH3 + OH23
Estery kyseliny dusičneacute se použiacutevajiacute jako vyacutebušniny Nitroglycerin ester kyseliny dusičneacute a
glycerolu je nejdůležitějšiacute součaacutestiacute dynamitu Použiacutevaacute se takeacute v leacutekařstviacute jako prostředek pro zklidněniacute
srdečniacutech arytmiiacute a snižovaacuteniacute krevniacuteho tlaku
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3 H2SO4
- 3 H2O
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2 Ester kyseliny dusičneacute a celulosy ndash nitrocelulosa je znaacutemaacute vyacutebušnina
72 Poznaacutemky k chemickeacutemu pokusu (viz 22)
Pokud by vůně vznikleacuteho esteru nebyla vyacuteraznaacute lze zkumavku s reakčniacute směsiacute ještě před
jejiacutem vylitiacutem na hodinoveacute skliacutečko zahřiacutevat (je nutneacute dbaacutet na bezpečnost žaacuteků ndash předevšiacutem braacutet
v uacutevahu možneacute vystřiacuteknutiacute směsi a dodržovat tedy bezpečnyacute odstup od žaacuteků použiacutet ochrannyacute štiacutet)
Pro přiacutepravu většiacuteho množstviacute esteru je vhodneacute použiacutet zpětnyacute chladič Do baňky s 6 ml
kyseliny octoveacute přidaacuteme 5 ml ethanolu Na obličej si nasadiacuteme ochrannyacute štiacutet Opatrně za chlazeniacute
proudem vody přilijeme 6-7 ml konc kyseliny siacuteroveacute Baňku uzavřeme zaacutetkou s jednoduchyacutem
zpětnyacutem chladičem (min 60 cm dlouhaacute skleněnaacute trubička) (viz obr2) a opatrně zahřiacutevaacuteme 7 ndash 10 min
na vodniacute laacutezni
Obr 2 Esterifikace za použitiacute jednoducheacuteho zpětneacuteho chladiče
13
Potom zaměniacuteme zpětnyacute chladič za vzdušnyacute sestupnyacute a oddestilujeme asi 5 ml kapaliny Přisypeme
1 lžičku uhličitanu sodneacuteho kteryacute vytvořiacute oddělenou vrstvu nemiacutesitelnou s vodou nebo můžeme
reakčniacute směs ihned po ukončeniacute zahřiacutevaacuteniacute pod zpětnyacutem chladičem vylit do kaacutedinky s nasycenyacutem
roztokem chloridu sodneacuteho ve vodě čiacutemž se vysoliacute ethylester kyseliny octoveacute
73 Charakteristickeacute vůně esterů
Alkohol Kyselina Ester Vůně
methanol k salicylovaacute methylester kyseliny salicyloveacute karamel
methanol k maacuteselnaacute methylester kyseliny maacuteselneacute ananas
ethanol k maacuteselnaacute ethylester kyseliny maacuteselneacute broskve
ethanol k benzoovaacute ethylester kyseliny benzooveacute karafiaacutety
ethanol k mravenčiacute ethylester kyseliny mravenčiacute rum
ethanol k octovaacute ethylester kyseliny octoveacute rozpouštědla
butan-1-ol k octovaacute butylester kyseliny octoveacute ovoce
butan-1-ol k propionovaacute butylester kyseliny propionoveacute rum
pentan-1-ol k benzoovaacute pentylester kyseliny benzooveacute ambra
pentan-1-ol k octovaacute pentylester kyseliny octoveacute ovoce
pentan-1-ol k salicylovaacute pentylester kyseliny salicyloveacute orchideje
petan-1-ol k maacuteselnaacute pentylester kyseliny maacuteselneacute meruňky
oktan-1-ol k octovaacute oktylester kyseliny octoveacute pomeranče
74 Alkalickaacute hydrolyacuteza esteru (zmyacutedelněniacute)
Alkalickaacute hydrolyacuteza esterů patřiacute mezi průmyslově vyacuteznamneacute reakce ndash využiacutevaacute se při vyacuterobě myacutedel
Zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu myacutedel jsou tuky jejichž hlavniacute součaacutest tvořiacute praacutevě estery vyššiacutech
mastnyacutech kyselin s glycerolem (např kyseliny stearovaacute palmitovaacute olejovaacute atd)
8 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Mareček A Honza J Chemie pro čtyřletaacute gymnaacutezia 3 diacutel Nakladatelstviacute
Olomouc Olomouc 2000
2 Škoda J Douliacutek P Chemie 8 - učebnice pro zaacutekladniacute školy a viacuteceletaacute gymnaacutezia
Fraus Plzeň 2006
CH2
CH
CH2
O
O
O
OC
OC
OC R
R
R
3 NaOH
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 R CO ONa
tuk glycerol sodneacute myacutedlo
+
14
3 Kovaacuteč J a kol Organickaacute cheacutemia 1 Alfa Bratislava 1992
4 Klouda P Janeczkovaacute A Organickaacute chemie studijniacute text pro SPŠCH
Nakladatelstviacute Pavel Klouda Ostrava 2001
5 Hrnčiar P Organickaacute cheacutemia Slovenskeacute pedagogickeacute nakladatelstvo Bratislava
1990
6 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemie sbiacuterka uacuteloh pro společnou čaacutest maturitniacute zkoušky
Tauris Praha 2001
7 Baacuterta M Jak (ne)vyhodit školu do povětřiacute Horaacutekova chemickaacute kuchařka pro
maleacute i velkeacute experimentaacutetory chemickeacute pokusy pro žaacuteky 8 a 9 třiacuted studenty
středniacutech škol a jejich nadšeneacute učitele Didaktis Brno 2004
8 Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
Univerzita Palackeacuteho v Olomouci Olomouc 2007
9 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemickeacute pokusy pro školu a zaacutejmovou činnost
Prospektrum Praha 2000
Internetoveacute odkazy 10 Rum tuzemaacutek [online 2011-09-15] Dostupneacute z www lthttpwwwla-vinczrum-
tuzemak-05l-375p20782gt
11 Ananas plod ananasovniacuteku chocholateacuteho [online 2011-09-15] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiSouborPineapple_and_cross_sectionjpggt
12 Nitroglycerin [online 2012-04-11] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiNitroglyceringt
15
PŘIacuteRODNIacute LAacuteTKY ndash VITAMINY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky přiacuterodniacutech laacutetek
2 Vitaminy
Přehled vybranyacutech vitaminů
21 Vitamin A ndash retinol
22 Vitamin B1 ndash thiamin
23 Vitamin B2 ndash riboflavin
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety
25 Vitamin B12 ndash kobalamin
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute
27 Vitamin D ndash kalciferoly
28 Vitamin E ndash tokoferoly
3 Zaacutevěr
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
16
1 Přiacuterodniacute laacutetky
Za přiacuterodniacute laacutetky se považujiacute organickeacute sloučeniny ktereacute jsou produkty
chemickyacutech reakciacute probiacutehajiacuteciacutech v buňkaacutech Některeacute z přiacuterodniacutech laacutetek jsou
jednoducheacute organickeacute sloučeniny jineacute naopak velmi složiteacute makromolekulaacuterniacute laacutetky
Přiacuterodniacute laacutetky se zpravidla děliacute do skupin podle sveacuteho chemickeacuteho složeniacute a
struktury nebo podle funkciacute ktereacute plniacute v živeacutem organismu Rozlišujeme tedy tzv
energetickeacute živiny (lipidy sacharidy proteiny) biokatalyzaacutetory (vitaminy enzymy
hormony) daacutele nukleoveacute kyseliny a alkaloidy
2 Vitaminy
Vitaminy jsou organickeacute sloučeniny ktereacute již v malyacutech koncentraciacutech ovlivňujiacute
průběh některyacutech chemickyacutech dějů v živeacutem organismu Vyacuteznam vitaminů spočiacutevaacute v
tom že tvořiacute nezbytnou součaacutest enzymů Z chemickeacuteho hlediska patřiacute vitaminy k
různyacutem druhům sloučenin proto je neniacute možneacute dělit podle struktury Z tohoto důvodu
se děliacute nejčastěji podle rozpustnosti a to na vitaminy rozpustneacute ve vodě (hydrofilniacute) a
vitaminy rozpustneacute v tuciacutech (lipofilniacute) Toto rozděleniacute naviacutec koresponduje
s charakteristickyacutemi vlastnostmi jednotlivyacutech vitaminů Napřiacuteklad hydrofilniacute vitaminy
nedokaacuteže organismus skladovat proto se při nadbytečneacutem přiacutejmu vylučujiacute močiacute
Lipofilniacute vitaminy jsou v organismu skladovatelneacute Jejich nadbytečnyacute přiacutejem může
veacutest k hypervitaminoacutezaacutem ktereacute mohou vyvolat vaacutežneacute poruchy (zejmeacutena u vitaminů A
a D)
Před objasněniacutem struktury vitaminů bylo zavedeno jejich označovaacuteniacute piacutesmeny abecedy Vitaminy se stejnyacutemi nebo podobnyacutemi fyziologickyacutemi uacutečinky byly
odlišovaacuteny čiacuteselnyacutemi indexy Později byly použiacutevaacuteny triviaacutelniacute naacutezvy Dnes se
většinou upřednostňujiacute naacutezvy odvozeneacute od chemickeacuteho složeniacute jednotlivyacutech
vitaminů Označovaacuteniacute piacutesmeny staacutele přežiacutevaacute zejmeacutena v leacutekařskeacute praxi a
potravinaacuteřstviacute
17
EE
AA DD
KKEE
AA DD
KK
Vitaminy rozpustneacute ve vodě
Do teacuteto skupiny řadiacuteme předevšiacutem skupinu vitaminů B (B1 ndash thiamin B2 ndash riboflavin
B5 ndash kyselina pantotenovaacute B6 ndash pyridoxin atd) vitamin C (kyselina L-askorbovaacute) a
vitamin H (biotin)
Obr 1 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech ve vodě
Vitaminy rozpustneacute v tuciacutech
Do teacuteto skupiny řadiacuteme vitamin A (retinol) vitamin D (skupina laacutetek označovanyacutech
jako kalciferoly) vitamin E (skupina laacutetek označovanaacute jako tokoferoly) a vitamin K
(existuje opět v různyacutech formaacutech jako fylochinon K1 farnochinon K2 atd)
Obr 2 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech v tuciacutech
Vitaminy si živočišnyacute organismus většinou až na vyacutejimky nedovede saacutem vytvořit
Z tohoto důvodu jsou lideacute i ostatniacute živočichoveacute odkaacutezaniacute na jejich přiacutejem v potravě
Přiacutetomnost a vhodnaacute koncentrace vitaminů v těle jsou nezbytneacute předevšiacutem pro
spraacutevnyacute růst a vyacutevoj jedince Nepřiacutetomnost některeacuteho vitaminu v těle se projevuje
vaacutežnyacutemi fyziologickyacutemi poruchami a onemocněniacutemi ktereacute se obecně označujiacute jako
avitaminosa Typickaacute avitaminosa se vyskytuje v našich podmiacutenkaacutech poměrně
B H
C
18
vzaacutecně Častějšiacute jsou onemocněniacute z nedostatečneacuteho množstviacute vitamiacutenu tzv
hypovitaminosa kteraacute maacute miacuternějšiacute průběh než avitaminosa Naopak nadbytečneacute
množstviacute některeacuteho vitaminu v těle může způsobit hypervitaminosu
Přehled vybranyacutech vitaminů
V teacuteto kapitole jsou podrobněji popsaacuteny nejvyacuteznamnějšiacute vitaminy
21 Vitamin A ndash retinol z chemickeacuteho hlediska se jednaacute o skupinu podobnyacutech
laacutetek patřiacuteciacute mezi tetraterpeny Vitamin A stimuluje růst živočišnyacutech buněk spraacutevnyacute
vyacutevoj kosterniacutech tkaacuteniacute a normaacutelniacute reprodukci Je velice důležityacute při zrakoveacutem vjemu
Denniacute daacutevka pro člověka je 1 mg
Dobryacutem zdrojem je zelenina a ovoce (mrkev špenaacutet petržel rajčata) rybiacute tuk
maacuteslo žloutek jaacutetra Avitaminosa se projevuje šeroslepostiacute zastaveniacutem růstu a
degeneraciacute reprodukčniacutech orgaacutenů Dlouhotrvajiacuteciacute nedostatek vyvolaacutevaacute vypadaacutevaacuteniacute
vlasů krvaacuteceniacute z nosu bolesti kloubů Zaacutesoba vitaminu A je jedniacutem
z faktorů přirozeneacute ochrany organismu před zhoubnyacutem bujeniacutem
22 Vitamin B1 ndash thiamin tvořiacute kofaktor řady enzymů Je syntetizovaacuten střevniacutemi
bakteriemi Rozklaacutedaacute se v alkalickeacutem prostřediacute Průměrnaacute denniacute spotřeba pro
člověka je asi 14 mg Nejdůležitějšiacutemi zdroji je celozrnnaacute mouka luštěniny droždiacute
žloutek vnitřnosti a hověziacute maso Avitaminosa je znaacutema jako nemoc beri-beri (osoby
živeneacute převaacutežně loupanou ryacuteži) Přiacuteznaky nemoci jsou rozmaniteacute od ztraacutety
hmotnosti přes poruchy nervoveacuteho systeacutemu až po svalovou slabost
Obr 3 Ilustračniacute obraacutezky možnyacutech zdrojů vitaminu A zleva komerčniacute tobolky obsahujiacuteciacute rybiacute tuk špenaacutet maacuteslo
19
N
NCH2
N
S CH2CH2
OH
CH3
CH3 NH2
23 Vitamin B2 ndash riboflavin je opět součaacutestiacute kofaktorů řady enzymů Velmi citlivyacute na
světlo Jeho denniacute potřeba pro člověka činiacute 2 mg Zdrojem je listovaacute zelenina rajčata
obilniacute slupky mleacuteko žloutek vnitřnosti Avitaminosa se projevuje zaacutenětlivyacutemi
změnami sliznic a kůže změnami očniacute rohovky poruchami růstu a nervovyacutemi
poruchami
N
NNH
N
OH
OH OH
OH
CH3
CH3
O
O Obr 6 Chemickyacute vzorec vitaminu B2
Obr 5 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B1 zleva droždiacute obilneacute klasy hověziacute maso
Obr 4 Chemickyacute vzorec vitaminu B1
20
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety pyridoxol (pyridoxin) pyridoxal a pyridoxamin jsou to kofaktory enzymů uplatňujiacuteciacutech se při metabolismu
aminokyselin Denniacute daacutevka pro člověka je asi 2 mg Jsou hojně zastoupeneacute zejmeacutena
v mase jaacutetrech droždiacute listoveacute zelenině celozrnneacute mouce Pyridoxol je v rostlinaacutech
ostatniacute v živočišnyacutech tkaacuteniacutech Snadno se rozklaacutedajiacute světlem a teplem Nedostatek je
vzaacutecnyacute a způsobuje předevšiacutem nervoveacute poruchy
25 Vitamin B12 ndash kobalamin jednaacute se o kofaktory enzymů podiacutelejiacuteciacutech se na
biosynteacuteze nukleovyacutech kyselin a metabolismu aminokyselin a biacutelkovin Jsou nezbytneacute
pro tvorbu krve a to zejmeacutena pro tvorbu červenyacutech krvinek Denniacute potřeba u člověka
se pohybuje kolem 3 mg Vyacuteznamnyacutem zdrojem jsou vnitřnosti předevšiacutem jaacutetra
Nedostatek B12 je přiacutečinou vaacutežneacute až smrtelneacute nemoci ndash perniciosniacute anemie
(nedostatek červenyacutech krvinek spojeneacute s neurologickyacutemi komplikacemi)
Obr 7 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B zleva obilniny mleacuteko a čerstvyacute syacuter droždiacute
21
NN
N N
N N
Co+
OHO
NH2
NH2
O
H
O
NH2
O
NH2O
O
OH
OH
O
NH
H OP
OH
OO
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute tvořiacute důležityacute redoxniacute systeacutem kteryacute při
biochemickyacutech reakciacutech vystupuje jako neenzymovyacute přenašeč vodiacuteku Rozklaacutedaacute se
vzdušnyacutem kysliacutekem Daacutele je kofaktorem některyacutech enzymů uacutečastniacute se obrannyacutech
mechanismů vůči chorobaacutem a jinyacutem poškozeniacutem Patřiacute mezi zachytaacutevače volnyacutech
radikaacutelů ale naopak v přiacutetomnosti Fe3+ zvyšuje jejich tvorbu Proto je třeba jeho
přiacutevod do těla regulovat Doporučenaacute denniacute daacutevka pro člověka je 50-60 mg
Vitamin C je rozšiacuteřen v rostlinaacutech nejviacutece v šiacutepciacutech černeacutem rybiacutezu zeleneacute
paprice citronech a pomerančiacutech Při nedostatku nejprve vysychaacute kůže člověk
Obr 8 Chemickyacute vzorec vitaminu B12
Obr 9 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B12 zleva tepelně upravenaacute jaacutetra mleacuteko
22
hubne maacute pocit uacutenavy a později se projevujiacute přiacuteznaky kurdějiacute - podkožniacute krvaacuteceniacute
krvaacuteceniacute daacutesniacute vypadaacutevaacuteniacute zubů naacutechylnost k infekciacutem
27 Vitamin D ndash steroidniacute hormonaacutelniacute prekurzory ndash kalciferoly vznikajiacute ozaacuteřeniacutem
nenasycenyacutech sterolů UV zaacuteřeniacutem U lidiacute se tvořiacute zejmeacutena v kůži Regulujiacute
metabolismus vaacutepniacuteku Svyacutemi uacutečinky připomiacutenajiacute hormony Netvořiacute kofaktory
Velikost denniacute daacutevky zaacutevisiacute na věku a intenzitě ozařovaacuteniacute pokožky Zdrojem
provitaminů D jsou kvasnice některeacute oleje a žloutek Vitaminy D jsou ve většiacute miacuteře
obsaženy v jaterniacutech tuciacutech maacutesle a mleacuteku Nedostatek vitaminu D vyvolaacutevaacute poruchy
metabolismu vaacutepniacuteku a fosforu ktereacute vede k onemocněniacute zvaneacutemu rachitis (křivice)
Obr 10 Chemickyacute vzorec vitaminu C
Obr 11 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu C zleva paprika citrusoveacute plody šiacutepky
Obr 12 Chemickyacute vzorec vitaminu D
23
2288 Vitamin E - tokoferoly - vyacuteznam neniacute zatiacutem přesně znaacutem Všeobecně se miacuteniacute
že chraacuteniacute lipidy před oxidaciacute zejmeacutena pak lipidy buněčnyacutech membraacuten Poškozeniacute
lipidů vyvolaacutevajiacute hlavně volneacute radikaacutely a tokoferoly tyto volneacute radikaacutely zachycujiacute Teacuteto
vlastnosti se využiacutevaacute i při stabilizaci tuků a olejů v průmyslu Denniacute daacutevka pro člověka
se pohybuje v rozmeziacute 15-20 mg Hlavniacute zdroje jsou rostlinneacute oleje olej z obilnyacutech
kliacutečků zelenina luštěniny maacuteslo a vejce Nejsou v rybiacutem tuku
Obr 13 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu D zleva vařenaacute vejce plaacutetek lososa
Obr 14 Chemickyacute vzorec vitaminu E
24
3 Zaacutevěr
Vitaminy jsou nezbytnou součaacutestiacute lidskeacuteho těla a jsou nesmiacuterně důležiteacute aby
organismus mohl spraacutevně fungovat a byl chraacuteněnyacute vůči různyacutem onemocněniacutem Vyššiacute
potřeba vitaminů se projevuje napřiacuteklad po nemoci při většiacute psychickeacute nebo fyzickeacute
zaacutetěži při oslabeneacutem imunitniacutem systeacutemu těhotenstviacute nebo u dětiacute a staršiacutech lidiacute
Jedniacutem z alternativniacutech zdrojů vitaminů jsou různeacute potravinoveacute doplňky
V žaacutedneacutem přiacutepadě by však neměly byacutet naacutehražkou klasickeacute stravy protože
v potravinaacutech jsou kromě vitaminů takeacute pro tělo důležiteacute živiny Konzumovat by se
měly všechny druhy potravin s obsahem jak vitaminů a mineraacutelniacutech laacutetek tak
biacutelkovin sacharidů a tuků
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 wwwwikiskriptaeuindexphpEnzyacutemy_-_Cvičenie
5 orionchemimunicz14-Kinetika-1htm
Obr 15 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu E zleva obilneacute kliacutečky klasy kukuřice
25
6 wwwwikiskriptaeu500px-Schema-koenzymjpg
7 httpfileboxvteduuserschagedorbiol_4684
8 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
9 httphomecaregrouporgclinicalaltmedinteractionsImages
10 httpcswikipediaorgwikiSouborStrukt_vzorec_riboflavinPNG
11 httpcswikipediaorgwikiSouborHydroxocobalaminsvg
12 httpcswikipediaorgwikiSouborL-Ascorbic_acidsvg
13 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
14 httplaveganlocablogspotcom200806corn-sproutshtml
15 httpwwwordinaceczclanekproc-ne-pit-mleko
16 httpwwwdrozdiczclankybezlepkova-dieta
17 httpwwwmojevitaminycz
18 httpwwwdigitalphotoplenphotos-images1633
19 httpnajmamaaktualityskclanok224729kukurica-zdravie-farby-zlata
20 httpprozenybleskczclanekpro-zeny-zdravi-a-hubnuti-
fitness156603zatocte-s-celulitidou-5-5-tipu-proti-pomerancove-kuzihtml
21 httplmatyblogczen1103vejce-a-kraslice
22 httpdomanovaczclanekstihlaafitcitrusy-maji-pri-hubnuti-blahodarny-
ucinekhtml
23 httpwwwwellnesswacomau201102rosehip-tea-rosehip-mask-rosehip-oil-
and-rosehip-lip-balm-a-four-way-rosehip-ritual
24 httpwwwbordeauxcomusblogtagspinach
25 httpwwweducaterercoukpedigree-beef-33-casp
26
ZAacuteKLADNIacute BIOCHEMICKEacute PROCESY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
1 1 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů
1 2 Kategorie metabolismu
2 Katabolickeacute procesy
2 1 Průběh metabolismu v buňce
2 2 Metabolismus sacharidů
2 3 Metabolismus mastnyacutech kyselin
2 4 Metabolismus aminokyselin
3 Anabolickeacute procesy
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
VODIacuteK - H
1p +
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
000
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
--
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
- --
8p +8n
--
--
-- --
--
--
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
- --
6p +6n
--
--
-- --
--
VODIacuteK - H
1p +
-
VODIacuteK - H
1p +
---
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
DUSIacuteK - N
7p +7n
--
--
-- --
--
--
000
1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
11 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů V živeacute buňce probiacutehaacute velkeacute množstviacute chemickyacutech reakciacute Většina z nich se
uskutečňuje současně
Převaacutežnaacute čaacutest biochemickyacutech reakciacute v buňce je součaacutestiacute metabolickyacutech drah ktereacute
na sebe vzaacutejemně navazujiacute a jejichž vyacutesledkem je jeden nebo viacutece produktů
Termiacuten metabolismus můžeme volně přeložit jako laacutetkovaacute vyacuteměna Jednaacute se o
soubor všech chemickyacutech procesů v organismu Mezi zaacutekladniacute biogenniacute prvky patřiacute uhliacutek kysliacutek dusiacutek a vodiacutek
4 Scheacutema atomů jednotlivyacutech biogenniacutech prvků
Z těchto prvků jsou takeacute tvořeny zaacutekladniacute živiny sacharidy lipidy a biacutelkoviny 12 Kategorie metabolismu
Metabolismus se tradičně děliacute na dvě hlavniacute kategorie Katabolismus ndash převažujiacute reakce rozkladneacute (degradačniacute) Živiny a složitějšiacute laacutetky
jsou štěpeny na jednoduššiacute a uvolňuje se energie
Obr 1 Ilustračniacute foto ke katabolickyacutem reakciacutem
Anabolismus ndash převažujiacute reakce syntetickeacute při kteryacutech chemickyacutemi reakcemi
vznikajiacute složitějšiacute biomolekuly z jednoduchyacutech komponent
28
Obr 2 Ilustračniacute foto k anabolickyacutem reakciacutem Katabolickeacute procesy poskytujiacute energii potřebnou k procesům anabolickyacutem Zdrojem
energie pro metabolickeacute reakce je ATP (adenosintrifosfaacutet)
2 Katabolickeacute procesy
Pro ziacuteskaacutevaacuteniacute velkeacuteho množstviacute energie katabolickyacutemi reakcemi jsou
nejvyacutehodnějšiacute tuky (lipidy) Proto si je organismus vytvaacuteřiacute jako zaacutesobniacute formu
energie
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g tuku ziacuteskaacuteme 389 kJ (93 kcal) energie Spalovaacuteniacute je chemickyacute proces rychleacute oxidace kteryacutem se uvolňuje chemickaacute energie
V rozšiacuteřeneacutem nebo přeneseneacutem vyacuteznamu se jednaacute o biochemickyacute proces
přeměňovaacuteniacute živin v pohybovou a tepelnou energii
Dalšiacutem vyacutehodnyacutem zdrojem energie je glukosa Je to naviacutec jedinaacute živina
zpracovaacutevanaacute organismem za vzniku energie i bez přiacutestupu kysliacuteku
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g glukosy ziacuteskaacuteme 17 kJ (41 kcal) energie
Biacutelkoviny jako zdroje energie využiacutevajiacute organismy při zaacutetěžovyacutech stavech
Obr 3 Scheacutema molekuly ATP
29
21 Průběh metabolismu v buňce
Celyacute proces přeměny laacutetek - metabolismu v jedneacute buňce je možneacute rozdělit do
čtyř faacuteziacute probiacutehajiacuteciacute v oddělenyacutech čaacutestech
Extracelulaacuterně (mimo buňku) probiacutehaacute Faacuteze I Traacuteviciacute trakt rarr štěpeniacute živin na zaacutekladniacute složky a jejich transport krviacute
Intracelulaacuterně (v buňce) probiacutehaacute Faacuteze II Štěpeniacute živin na složky citraacutetoveacuteho cyklu rarr uvolněniacute NH3
Faacuteze III Citraacutetovyacute cyklus rarr vznik redukovanyacutech kofaktorů NADH a FHDH2
rarr uvolněniacute CO2
Faacuteze IV Dyacutechaciacute řetězec rarr zpracovaacuteniacute NADH a FADH2 rarr uvolněniacute H2O
rarr uvolněniacute energie rarr oxidativniacute fosforylace
rarr tvorba ATP
NADH reduktasa přesněji NADH ubichinon-reduktasa ndash jednaacute se o velkyacute
enzymatickyacute komplex složenyacute z řady biacutelkovinnyacutech podjednotek
Flavinadenindinukleotid (FAD či FADH2 přiacutepadně riboflavinadenosindifosfaacutet) ndash
jednaacute se o kofaktor neboli niacutezkomolekulaacuterniacute nebiacutelkovinnou čaacutest řady enzymů FAD je
jeho oxidovanaacute forma zatiacutemco FADH2 je jeho forma redukovanaacute
Po přiacutejmu potravy se v traacuteviciacutem traktu jednotliveacute živiny souhrou traacuteviciacutech enzymů
štěpiacute
Z polysacharidů monosacharidy Z lipidů mastneacute kyseliny Z biacutelkovin aminokyseliny 22 Metabolismus sacharidů
Monosacharidy se pomociacute přenašečů dostaacutevajiacute do krve a poteacute do buněk
V buňce se mohou přeměnit na glukosu a ta podleacutehaacute štěpeniacute zvaneacutem glykolysa
tiacutemto procesem vznikaacute acetyl-CoA (aktivovanaacute kyselina octovaacute)
vznikajiacute
vznikajiacute
vznikajiacute
30
Dalšiacute degradace monosacharidů probiacutehaacute v mitochondriiacutech v raacutemci citraacutetoveacuteho
cyklu V reakciacutech cyklu vznikajiacute dvě molekuly CO2 což je konečnyacute produkt
metabolismu uhliacuteku a kysliacuteku z živin
Vodiacutek z živin se takeacute uvolňuje a navaacuteže se na oxidoredukčniacute enzymy
označovaneacute jako pyridinoveacute (NADH) a flavinoveacute (FADH2) dehydrogenasy
Takto vaacutezaneacute vodiacuteky v konečneacute faacutezi vstupujiacute do dyacutechaciacuteho řetězce Zde ztraacutecejiacute
za uvolněniacute energie sveacute elektrony za vzniku čaacutestice (H+) a elektrony se postupně
přenaacutešejiacute až na kysliacutek kteryacute vytvořiacute s H+ molekuly vody Zdrojem kysliacuteku je oxidovanyacute
hemoglobin (oxyhemoglobin) vodiacutek pochaacuteziacute z živin
Uvolněnaacute energie se transformuje v procesu oxidativniacute fosforylace do molekuly
adenosintrifosfaacutetu ndash makroergickeacute sloučeniny bohateacute na energii
Sacharidy (cukry) ndash jsou považovaacuteny za okamžityacute zdroj energie
ndash glukosa je zdrojem energie pro všechny buňky jejiacute staacutelaacute hladina v krvi 44ndash67 mmoll
ndash při zvyacutešeniacute na 10 mmoll se glukosa objevuje v moči
ndash za běžnyacutech podmiacutenek se glukosa z potravy přeměňuje přibližně z 50 na oxid uhličityacute a
vodu (spalovaacuteniacute) 30ndash40 se přestavuje na tuk a 5 se syntetizuje na glykogen
ndash denniacute potřeba glukoacutezy min 160 g denně 300ndash500 g(mozek 120 g svaly v klidu 30ndash100 g)
23 Metabolismus mastnyacutech kyselin
Mastneacute kyseliny vytvořiacute v červenyacutech krvinkaacutech ndash erytrocytech triacylglyceroly
(triglyceridy) ktereacute se zabudujiacute do chylomikronů a přes lymfu proniknou do krve
V krvi se z nich speciaacutelniacutem enzymem zvanyacutem lipasa uvolniacute mastneacute kyseliny ktereacute se
vaacutežiacute na albuminy a poteacute prostupujiacute přes membraacutenu do buněk
Mastneacute kyseliny jsou zpracovaacuteny v β-oxidaci Jednaacute se o cyklus postupneacuteho
odbouraacutevaacuteniacute při němž se postupně odštěpujiacute vždy dvouuhliacutekateacute jednotky z mastneacute
kyseliny ze ktereacute vznikaacute acetyl-CoA Reakce probiacutehaacute v cytosolu mitochondrie
Vzniklyacute acetyl-CoA vstupuje do reakciacute citraacutetoveacuteho cyklu a zbytek mastneacute kyseliny
jejiacutež kostra je kratšiacute o dva uhliacuteky znovu vstupuje do reakce kteraacute vede k odštěpeniacute
dalšiacute dvouuhliacutekateacute jednotky Vyacutesledkem je vysokyacute zisk energie v zaacutevislosti na
velikosti uhliacutekateacute kostry mastneacute kyseliny Scheacutema β-oxidace R-CH2-CH2-CO-S-CoA + HS-CoA rarr R-CO-S-CoA + CH3-CO-S-CoA + H2O
31
Tuky (lipidy) - sloučeniny trojsytneacuteho alkoholu glycerolu s mastnyacutemi kyselinami
Vyacuteznam tuků - umožňujiacute vitamiacutenům A D E K ktereacute jsou lipofilniacute (rozpustneacute v tuciacutech) vstup do
organismu a jejich dalšiacute využitiacute
- jsou zdrojem esenciaacutelniacutech mastnyacutech kyselin
- tvořiacute zaacutesobu energie (v podkožiacute se nachaacuteziacute až 90 tuku)
- jsou součaacutestiacute buněčnyacutech membraacuten (cholesterolu)
Mastneacute kyseliny (MK) ndash jednaacute se o vyššiacute monokarboxyloveacute kyseliny ktereacute se mohou dělit na
1 neesenciaacutelniacute tělo si je dokaacuteže vyrobit samo (z cukrů a tuků živočišneacuteho původu) ty se dajiacute podle
charakteru vazeb daacutele dělit na
a) nasyceneacute - obsahujiacute jednoducheacute vazby mezi atomy uhliacuteku syntetizujiacute se v jaacutetrech
(např kys palmitovaacute ndash obsahuje 16 atomů uhliacuteku v molekule) kys stearovaacute
obsahuje 18 atomů uhliacuteků v molekule)
b) nenasyceneacute - obsahujiacute dvojneacute vazby mezi atomy uhliacuteku jejich vyacuteznamnyacutem zdrojem
je olivovyacute olej (k olejovaacute ndash obsahuje 18 atomů uhliacuteku v molekule)
2 esenciaacutelniacute tělo je samo vytvořit nedokaacuteže musiacute je přijiacutemat v potravě jejich zdrojem jsou zejmeacutena
semena rostlinneacute oleje vlašskeacute ořechy a listovaacute zelenina (kys linolovaacute kys linolenovaacute
kys arachidonovaacute) daacutele ryby a mořštiacute živočichoveacute (kys eikosapentaneovaacute kys dokosahexaenovaacute)
24 Metabolismus aminokyselin
Aminokyseliny se stejnyacutem způsobem jako monosacharidy dostaacutevajiacute
prostřednictviacutem speciaacutelniacutech přenašečů do krve a naacutesledně do buněk Z různorodyacutech
biacutelkovin ziacuteskaacuteme přibližně 20 aminokyselin
Metabolismus aminokyselin je pro jejich vlastniacute různorodou strukturu
komplikovanějšiacute Zaacutekladniacutem rysem přeměny je uvolněniacute jejich aminoskupiny ve formě
škodliveacuteho amoniaku Protože člověk (a primaacuteti) jej nedovedou jednoduše vyloučit
zpracuje se v močovinoveacutem cyklu na netoxickou močovinu Zbyleacute uhliacutekateacute kostry
aminokyselin se různě složityacutemi reakcemi přeměňujiacute na složky citraacutetoveacuteho cyklu Biacutelkoviny (proteiny) ndash patřiacute mezi zaacutekladniacute stavebniacute laacutetky organismu
- biacutelkoviny živeacute hmoty se neustaacutele obnovujiacute (denně cca 300ndash500 g)
- jsou tvořeny aminokyselinami přičemž lidskeacute tělo využiacutevaacute 20 aminokyselin některeacute vytvaacuteřiacute samo
- jednaacute se o vysokomolekulaacuterniacute laacutetky (majiacute velkeacute relativniacute molekuloveacute hmotnosti) se složityacutem
prostorovyacutem uspořaacutedaacuteniacutem
- důsledky nedostatku biacutelkovin
bull chaacutetraacuteniacute těla (marasmus) zpomaleniacute až zastaveniacute růstu aneacutemie sniacuteženiacute odolnosti
narušeniacute vyacutevoje CNS
32
bull kwashiorkar u dětiacute (bdquonafouklaacute břiacuteškaldquo) strava energeticky dostatečnaacute ale chudaacute na
biacutelkoviny zvětšeniacute sleziny jater cirhoacuteza
Vyacutesledkem kompletniacute degradace živin jsou konečneacute produkty metabolismu čtyř
zaacutekladniacutech biogenniacutech prvků C H O N rarr CO2 H2O NH3 (přeměněnyacute na
močovinu) a energie vaacutezanaacute v ATP 3 Anabolickeacute procesy
Při anabolickyacutech procesech se živiny u zdraveacuteho člověka rozklaacutedajiacute na
jednoduššiacute laacutetky Při těchto rekciacutech je ziacuteskaacutevaacutena nejen energie ale čaacutest vzniklyacutech
produktů se využije k obnově tkaacuteniacute nebo tvorbě zaacutesob Napřiacuteklad aminokyseliny se
většinou využijiacute na synteacutezu biacutelkovin podle aktuaacutelniacutech potřeb a přebytek se odbouraacute
Organismus si žaacutedneacute biacutelkoviny do zaacutesob netvořiacute
Naopak glukosu je možno v organismu uchovaacutevat v podobě glykogenu kteryacute se
však vytvaacuteřiacute pouze v jaacutetrech a ve svalech
Hepatocyty (jaterniacute buňky) při vyacuterazneacutem poklesu glykeacutemie doplňujiacute hladinu
glukosy v krvi štěpeniacutem glykogenu Naviacutec jsou schopny syntetizovat glukosu
z glukogenniacutech aminokyselin laktaacutetu a z glycerolu uvolněneacuteho štěpeniacutem
triacylglycerolů
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
Metabolickaacute draacuteha je řada naacuteslednyacutech enzymovyacutech reakciacute vedouciacutech k tvorbě
určiteacuteho produktu Reakčniacute složky meziprodukty a produkty draacutehy jsou označovaacuteny
jako metabolity
1 Metabolickeacute draacutehy jsou nevratneacute Jestliže jsou dva produkty navzaacutejem metabolicky převoditelneacute musiacute byacutet draacuteha
vedouciacute od prveacuteho k druheacutemu produktu odlišnaacute od draacutehy vedouciacute od druheacuteho
produktu k prvniacutemu
2 Každaacute metabolickaacute draacuteha obsahuje časnyacute určujiacuteciacute stupeň Metabolickeacute draacutehy
jsou jako celek nevratneacute ale většina diacutelčiacutech reakciacute probiacutehaacute v bliacutezkosti
rovnovaacutežneacuteho stavu
3 Všechny metabolickeacute draacutehy jsou regulovaneacute
33
4 Metabolickeacute draacutehy probiacutehajiacute v eukaryontniacutech organismech ve specifickyacutech miacutestech
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
Nezbytneacute složky potravy jsou předevšiacutem živiny (lipidy sacharidy proteiny)
vitamiacuteny voda mineraacutelniacute laacutetky vlaacuteknina Jejich optimaacutelniacute procentuaacutelniacute zastoupeniacute
v potravě činiacute cukry 60 tuky 25 biacutelkoviny 15
Obecně lze vyjaacutedřit potřebu přiacutejmu biacutelkovin jako 1 gram na 1 kilogram vaacutehy těla
U dětiacute a těhotnyacutech žen o něco viacutece Rostlinneacute a živočišneacute biacutelkoviny jsou odlišneacute
struktury (esenciaacutelniacute aminokyseliny nejsou v rostlinnyacutech biacutelkovinaacutech) To je tedy
jeden z důvodů proč je vegetariaacutenstviacute nevhodneacute pro děti
Existujiacute vyacutekyvy ve spraacutevneacutem poměru přijiacutemaacuteniacute živin Z těchto vyacutekyvů vyplyacutevajiacute různeacute
patologie hladověniacute podvyacuteživa otylost obezita mentaacutelniacute anorexie a bulimie
Nutričniacute tabulky najdete např na adresehttpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 httpwwwustbonifacembcacusbabernierbiologieModule1Imagesatpjpg
5 httpnd01jxscz951848df6dd214b1_31960153_o2jpg
6 http12912392202isotope
7 httpwwwgoogleczimgresimgurl
8 httpwwwgoogleczimgresimgurl
9 httpwwwprojektalfag6czolygos2gif
10 httpcswikipediaorgwikiSouborFat_structural_formulaepng
11 httpnd01jxscz51188560aec9185e_35721065_o2jpg
34
12 httpwwwwikidocorgimages550-
Metabolism_790px_partly_labeledpngampimgrefurl
13 wwwmojeramaczrama-ideavitaminyjpg DHA (kyselina dokosahexaenovaacute )
ALA (kyselina alfa-linolenovaacute)--omega-3 nenasyceneacute mastneacute kyseliny
14 httpismuniczelportalestudfspsjs07fyziotextych02html
15 httpwwwzdravavyzivaczzdrava-vyziva3jpgampimgrefurl
16 httpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
17 httpwwwnspkaczNSPKA_prirucky2012laboratorni_prirucka_OKBHorlovaW
IAAHhtm
35
NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Uacutevod do problematiky naacutevykovyacutech laacutetek definice drogy rozděleniacute laacutetek
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol
22 Tabaacutek a kouřeniacute
3 Nelegaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu (marihuana hašiš)
32 Halucinogeny (LSD atropin mezkalin)
33 Laacutetky se stimulačniacutem uacutečinkem (kokain amfetaminy aj)
34 Laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem (sedativa-benzodiazepiny barbituraacutety aj)
35 Opiaacutety (morfin heroin aj)
36 Těkaveacute (inhalačniacute) laacutetky (toluen aceton)
4 Zaacutesady prevence a prvniacute pomoci při aplikaci naacutevykoveacute laacutetky
5 Legislativa tyacutekajiacuteciacute se naacutevykovyacutech laacutetek
6 Přehled použiteacute literatury
7 Teacutemata referaacutetů
36
1 Uacutevod
Definice naacutevykoveacute laacutetky (bdquodrogyldquo) jde o aplikaci jakeacutekoliv laacutetky přiacuterodniacuteho či
syntetickeacuteho původu ovlivňujiacuteciacute psychiku člověka a vyvolaacutevajiacuteciacute potřebu
opakovaneacuteho použitiacute (recidivy) takže uživatel se na niacute staacutevaacute zaacutevislyacute (bdquodrogovaacute
zaacutevislostldquo) Vzhledem ke skutečnosti že v posledniacutech letech vidiacuteme zvyacutešenyacute rozsah tohoto fenomeacutenu kteryacute
zasahuje čiacutem daacutel tiacutem mladšiacute skupiny mlaacutedeže se všemi nepřiacuteznivyacutemi důsledky (zdravotniacutemi
ekonomickyacutemi i společenskyacutemi ndash rozvrat osobnosti asociaacutelniacute a protizaacutekonneacute chovaacuteniacute nutnost leacutečby)
je nanejvyacuteš aktuaacutelniacute zavčas varovat žaacuteky ve škole před tiacutemto nebezpečiacutem (tzv toxikomaacutenie)
Na vzniku zaacutevislosti se podiacutelejiacute zejmeacutena tyto faktory
- droga - typ vlastniacute substance působiacuteciacute na psychiku
- člověk - zejmeacutena typ jeho osobnosti (zvyacutešeneacute riziko pro neurotickeacute
nezdrženliveacute nesebejisteacute jedince s absenciacute zaacutejmů a zaacutelib sportu atd)
- prostřediacute - problematickeacute rodinneacute zaacutezemiacute vliv bdquopartyldquo
Většinou při vzniku zaacutevislosti působiacute kombinace vyacuteše uvedenyacutech přiacutečin
Průběh zaacutevislosti
- zprvu jde o zvědavost vyzkoušet si novyacute zaacutežitek zahnat stres uacutenavu
bdquovyřešitldquo probleacutemy s učeniacutem partnerskyacutemi vztahy apod
- postupnyacute naacutevyk na drogu opakovaneacute užiacutevaacuteniacute zvyšujiacuteciacute se tolerance na drogu
(neplatiacute u alkoholu)
- abstinenčniacute přiacuteznaky při vynechaacuteniacute daacutevky (poceniacute třes zvraceniacute průjem hellip)
Psychickaacute zaacutevislost (kouřeniacute) ndash lze překonat silnou vůliacute
Fyzickaacute zaacutevislost (heroin) ndash při absenci drogy těžkeacute zdravotniacute naacutesledky popř
i smrt
- zdravotniacute a sociaacutelniacute konsekvence (rozpad rodiny odchod partnera ztraacuteta
zaměstnaacuteniacute sebevražedneacute pokusy aj)
Je nutneacute nebyacutet nevšiacutemavyacute k jasnyacutem přiacuteznakům počiacutenajiacuteciacute zaacutevislosti ndash změny chovaacuteniacute naacutehleacute
bezdůvodneacute zhoršeniacute prospěchu ztraacuteta zaacutejmů a přaacutetel zaviacuteraacuteniacute se na delšiacute dobu na WC shaacuteněniacute
financiacute (kraacutedeže) modřiny a vpichy na těle hellip
Způsoby aplikace drog
- peroraacutelně (tablety praacutešek roztok) ndash např pervitin extaacuteze
37
- dyacutechaciacutem uacutestrojiacutem (kouřeniacute ndash marihuana šňupaacuteniacute ndash kokain inhalace par ndash
toluen)
- intravenoacutezně (injekčně ndash heroin zvyacutešeneacute riziko přenosu infekciacute chorob ndash
žloutenka AIDS)
- jineacute způsoby (čiacutepky naacuteplasti hellip)
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol bdquoliacutehldquo (chemicky ethanol C2H5OH) Alkohol je staacutetem tolerovanou drogou a lze jej běžně od určiteacuteho věku (18-21 let)
koupit ve formě alkoholickyacutech naacutepojů v obchodech
Pozn Alkoholy obecně obsahujiacute ndashOH skupinu na alifatickeacutem řetězci pozor na zaacuteměnu ethanolu za
methanol CH3OH (možnost vyacuteskytu v různyacutech po domaacutecky paacutelenyacutech produktech) kteryacute je
prudce jedovatyacute ndash při požitiacute hroziacute oslepnutiacute smrt Alkoholismus je historicky jednou
z nejstaršiacutech drogovyacutech zaacutevislostiacute a pokusy o jeho vymyacuteceniacute (viz prohibice v USA Rusku)
vždy vedly pouze k rozmachu černeacuteho trhu
Alkohol působiacute na centraacutelniacute nervovyacute systeacutem a to zpočaacutetku stimulačně daacutele pak
tlumivě
Pro potravinaacuteřskeacute uacutečely se vyraacutebiacute lihovyacutem kvašeniacutem plodin obsahujiacuteciacutech cukr
(melasa z cukroveacute řepy brambory obiliacute různeacute druhy ovoce) za působeniacute enzymu
(zymasa)
C6H12O6 rarr 2 C2H5OH + 2 CO2
Průmyslově se ethanol vyraacutebiacute hydrataciacute ethenu
H2C=CH2 + H2O rarr CH3CH2OH
Pro chemickeacute užitiacute (např jako rozpouštědlo) se alkohol denaturuje tj zaacuteměrně se k němu přidaacutevajiacute
zapaacutechajiacuteciacute laacutetky (např derivaacutety merkaptanů pyridinu methanol benziacuten) aby nebyl poživatelnyacute
100 alkohol nelze ziacuteskat destilačně (s vodou tvořiacute při obsahu 96 tzv azeotropniacute směs kteraacute maacute
konstantniacute teplotu varu) pouze chemicky vaacutezaacuteniacutem vody užitiacutem sikativ (silikagel)
Požiacutevaacuteniacute alkoholu vede k nevratneacutemu poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (jaacutetra ndash cirhoacuteza
žaludek ndash vředy) oslabeniacute imunity poruchaacutem paměti depresiacutem a halucinaciacutem
u těhotnyacutech žen k poškozeniacute plodu Leacutečeniacute alkoholika předpoklaacutedaacute jeho spolupraacuteci a
38
je zdlouhaveacute (uacutestavniacute forma 6 - 12 měsiacuteců) a ne vždy uacutespěšneacute Pro vyleacutečeneacuteho platiacute
100 zaacutekaz alkoholu a doživotniacute bezvyacutejimečnaacute abstinence
Z hlediska konzumace alkoholu rozlišujeme
- abstinenti hellip nepijiacute vůbec či zcela vyacutejimečně v symbolickeacutem množstviacute
- přiacuteležitostniacute konzumenti hellip pijiacute bdquos miacuterouldquo nepravidelně nejsou skoro nikdy opiliacute
- nadměrniacute konzumenti hellip pijiacute trvale přes miacuteru ztraacutecejiacute kontrolu často opiliacute
- alkoholici hellip s chorobnou zaacutevislostiacute ndash nekontrolovatelneacute pitiacute abstinenčniacute přiacuteznaky
Resorpce (odbouraacutevaacuteniacute) alkoholu Odbouraacutevaacuteniacute alkoholu je individuaacutelniacute (u mužů cca 2x rychlejšiacute než u žen zaacutevisiacute i na
hmotnosti osoby) Orientačně lze počiacutetat s odbouraacuteniacutem max 015-02 permil alkoholu v
krvi za hodinu
Vzorec pro vyacutepočet promile alkoholu v krvi permil = mA(g) M (kg) middot k
kde mA hellip hmotnost čisteacuteho alkoholu (g)
M hellip hmotnost člověka (kg)
k koeficient ( 07 pro muže 06 pro ženy)
Vzorovyacute přiacuteklad
Vypočtěte kdy budeme moci sednout za volant vypijeme-li 2 piva 11ordm o obsahu alkoholu 4 obj a
k tomu 3 bdquopanaacutekyldquo vodky po 50 ml 40 alkoholu (hustota ethanolu je ρ = 078 gcm3)
vyacutepočet (přibližně)
a) 2 piva 11deg (4obj ) tzn 1000ml obsahuje cca 40 ml čisteacuteho alkoholu
tj mA = ρ middot V = 078 middot 40 = 312 g
b) 3 bdquopanaacutekyldquo (alkohol 40 obj) tzn 150ml obsahuje 60 ml čisteacuteho alkoholu
tjmA = ρ middot V = 078 middot 60 = 468 g
CELKEM 78 g čisteacuteho alkoholu
V krvi bude naměřeno 78 80 middot 07 = 14 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 80 kg muže)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 7 - 9 hodin ()
78 60 middot 06 = 22 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 60 kg ženu)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 11 - 14 hodin ()
Pozn Uvedenyacute přiacuteklad je pouze ilustračniacute a je nutneacute počiacutetat s časovou rezervou a individuaacutelniacutemi
odchylkami
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 2 - 6
39
22 Tabaacutek a kouřeniacute V současneacute době spolu s alkoholem jedinaacute staacutetem tolerovanaacute droga
Historie kouřeniacute dyacutemky u Indiaacutenů
v Evropě začiacutenaacute od 16 stol největšiacute rozvoj od 2pol 19 stol se seacuteriovou vyacuterobou cigaret
Laacutetky obsaženeacute v tabaacuteku
Hlavniacute roli hraje alkaloid nikotin
3-(1-methylpyrrolidin-2-yl)pyridin
Obr1 Tabaacutek (Nicotiana tabacum)
Nikotin je bezbarvaacute olejovitaacute kapalina rozpustnaacute ve vodě kteraacute na vzduchu hnědne
(oxiduje se na kyselinu nikotinovou) Draacuteždiacute centraacutelniacute nervovou soustavu zvyšuje
krevniacute tlak i sekreci žlaacutez Ve většiacutech daacutevkaacutech působiacute křeče až ochrnutiacute dyacutechaciacuteho
centra a smrt
Dalšiacute laacutetky v tabaacuteku alkaloidy nornikotin anabasin nikotyrin nikotellin hellip a mnoho dalšiacutech
Tabaacutekovyacute kouř daacutele obsahuje toxickeacute zplodiny hořeniacute (aromaacutety CO NOx HCN v cigaretoveacutem papiacuteře
je obsažen radioizotop 210Po)
Jen čaacutest škodlivyacutech laacutetek se zachytiacute na filtru zbytek se dostaacutevaacute do organismu
dyacutechaciacutemi cestami Je prokaacutezaacutena souvislost mezi rakovinou dyacutechaciacutech cest a
kouřeniacutem (varovaacuteniacute na každeacute krabičce cigaret)
Probleacutemem je že kouřeniacute se staacutele posouvaacute do nižšiacutech věkovyacutech skupin a do ženskeacute
populace (cca 13 kuřaacuteků jsou ženy) a negativniacute uacutečinky se bagatelizujiacute (bdquovždyť kouřiacute i
doktořildquohellip)
Způsoby boje proti kouřeniacute
Reklama (moderniacute je nekouřit) osvěta (někdy dost drastickaacute - rentgenoveacute sniacutemky
plic kuřaacuteka) legislativniacute omezeniacute (zaacutekazy kouřeniacute v restauraciacutech zvyšovaacuteniacute ceny)
Terapie
Při odvykaacuteniacute se uplatňuje řiacutezenaacute aplikace nikotinu ve formě žvyacutekačky naacuteplastiacute
elektronickaacute cigareta apod
40
Zaacutevěr
Jde o ošklivyacute zlozvyk jehož se těžce dotyčnyacute (obvykle až po fataacutelniacutech zdravotniacutech
probleacutemech) zbavuje Četnost recidivy je velmi značnaacute
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 6
3 NELEGAacuteLNIacute NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu
Pochaacuteziacute z rostliny Cannabis sativa (konopiacute seteacute) Konopiacute se zneužiacutevaacute nejčastěji
k nelegaacutelniacute vyacuterobě marihuany a hašiše
Konopiacute je původem z Kašmiacuteru je to jedna z nejstaršiacutech kulturniacutech plodin Je užiacutevaacutena k vyacuterobě
pevnyacutech provazů a lan oleje ze semen
Obr 2 Konopiacute seteacute
Uacutečinnou laacutetkou je THC (tetrahydrocannabinol C21H30O2)
Chemicky (-)-(6aR 10aR)-669-trimethyl-3-pentyl-6a7810a-tetrahydro-6H-benzo[c]chromen-1-ol
Marihuana (obsahuje cca 10 THC)
se připravuje fermentačniacutem procesem z mladyacutech listů a květů konopiacute
Na trhu je ve formě zelenošedyacutech sušenyacutech listů nebo slisovanyacutech tyčinek (bdquojiveldquo)
Hašiš (bdquohašldquo bdquokiffldquo bdquolaacutedoldquo s obsahem až 40 THC)
41
je ze samičiacutech květů konopiacute jež obsahujiacute hodně pryskyřice s typickyacutem zaacutepachem
(existujiacute různeacute druhy např charos - čistaacute pryskyřice ganja - z květů bhang - ze
semenhellip) Distribuuje se ve formě hnědyacutech mastnyacutech lisovanyacutech kostek či placek
Aplikace kouřeniacutem cigaret (marihuana) či dyacutemkou (hašiš) možno i peroraacutelně
Přiacuteznaky intoxikace rychlyacute naacutestup uacutečinku (minuty) ndash zrychleniacute tepu sucho v uacutestech
uvolněniacute euforie snoveacute obluzeniacute halucinace trvajiacuteciacute hodiny
Při dlouhodobeacutem pravidelneacutem užiacutevaacuteniacute zpomaleniacute myšleniacute poruchy paměti
schizofrenie riziko zhoubnyacutech naacutedorů dyacutechaciacuteho systeacutemu
Jde pouze o psychickou nikoli fyzickou zaacutevislost (nehroziacute abstinenčniacute syndrom)
Marihuana patřiacute mezi tzv bdquoměkkeacuteldquo drogy ndash otaacutezka bdquopřestupniacute staniceldquo k bdquotvrdyacutemldquo drogaacutem je
nejednoznačnaacute V některyacutech staacutetech (Holandsko Izrael) neniacute marihuana zakaacutezaacutena Řada lidiacute po tom
volaacute i u naacutes Možnost kontrolovaneacuteho leacutečebneacuteho využitiacute (potlačeniacute nevolnosti při chemoterapii
rakoviny roztroušeneacute skleroacutezy parkinsonismu apod)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 7
32 Halucinogeny Tyto laacutetky obecně deformujiacute vniacutemaacuteniacute reality a navozujiacute falešneacute (předevšiacutem zrakoveacute
ale i sluchoveacute čichoveacute) představy Existuje viacutece než 150 rostlin ze kteryacutech lze ziacuteskat halucinogeny Znaacutemy už od starověku (věštiacuterny ndash
Theacuteby Delfy) Děleniacute dle chemickeacuteho složeniacute
a) Indoloveacute derivaacutety (např LSD psilocin harmin)
b) Piperidinoveacute a tropanoveacute laacutetky (atropin skopolamin)
c) Fenylethylaminoveacute derivaacutety (mezkalin)
ad a) LSD = diethylamid kyseliny lysergoveacute ndash obsažen v naacutemelu (parazit na žitě)
LSD Obr 3 Naacutemel
Naacutemel vytvaacuteřiacute parazitniacute houba Paličkovice nachovaacute (viz Obr 3) ve středověku řada otrav bdquoIgnis sacerldquo
(Svatyacute oheň) Od r 1962 Timothy Leary (hnutiacute Hippies) ndash užiacutevaacuteniacute LSD
42
Aplikace ve formě napuštěnyacutech papiacuterků (bdquoblotterldquo)
Uacutečinky Během kraacutetkeacute doby předměty měniacute tvar i barvu zpomaleniacute času
dezorientace fobie
Do teacuteto skupiny drog daacutele patřiacute
Psilocin a psilocybin (obsaženy v houbičce
Lysohlaacutevka kopinataacute ndash viz Obr 4)
Dalšiacute zaacutestupci
Harmin harmalin (Latinskaacute Amerika)
Bufotenin (ropušiacute jed) ibogain (Gabun Afrika)
Obr 4 Lysohlaacutevka
ad b) Atropin ndash v ruliacuteku zlomocneacutem a semenech durmanu Rozšiacuteřeniacute zorniček
Aplikace většinou formou vyacuteluhu Působiacute jako blokaacutetory acetylcholinu (halucinace) Dalšiacute Skopolamin hyoscyamin (obsaženy v bliacutenu) fencyklidin (disociativniacute anestetikum)
ad c) Mezkalin (345-trimethoxyfenylethylamin) v kaktusech (Lophophora Williamsii) Mexiko
Aplikace peroraacutelně i kouřeniacutem uacutečinky podobneacute jako LSD
Všechny drogy teacuteto skupiny působiacute pouze psychickou zaacutevislost
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 8
33 Stimulanty
Jde o přiacuterodniacute (kokain) i syntetickeacute (amfetaminy) laacutetky navozujiacuteciacute stimulačniacute
(povzbudivyacute) uacutečinek odstraněniacute uacutenavy sniacuteženiacute potřeby spaacutenku euforii schopnost
empatie (souciacutetěniacute)
a) Kokain (bdquokoksldquo bdquocrackldquo bdquorockldquo bdquosniacutehldquo) Biacutelyacute praacutešek nahořkleacute chuti patřiacute mezi tropanoveacute alkaloidy
Koka pravaacute (viz Obr 5)
rostlina znaacutema už v řiacuteši Inků v Evropě od 16 stol do r 1903 obsažena i
ve znaacutemeacutem naacutepoji Coca Cola
Aplikace šňupaacuteniacute nosem kouřeniacutem i injekčně
Uacutečinky třes poceniacute sucho v uacutestech rozšiacuteřeniacute zornic zvyacutešeniacute tlaku lesk v očiacutech
paacuteleniacute kůže Vyvolaacutevaacute pocit euforie při předaacutevkovaacuteniacute uacutetlum dyacutechaacuteniacute smrt
Kokain je jednou z nejdražšiacutech tvrdyacutech dog s extreacutemniacute psychickou zaacutevislostiacute
Obr 5 Koka
43
b) Amfetaminy ndash obsahujiacute dusiacutekatyacute atom mimo cyklus
Původně užiacutevaacuteny jako leacutečiva později zjištěny nežaacutedouciacute uacutečinky na psychiku a
naacutevykovost Při delšiacute konzumaci dochaacuteziacute k deformaci osobnosti (bdquoamfetaminovaacute
psychoacutezaldquo) Jde o jeden z nejnebezpečnějšiacutech druhů toxikomaacutenie z hlediska
agresivity a vedlejšiacutech uacutečinků (poškozeniacute ledvin jater) s vysokou psychickou a
čaacutestečně i fyzickou zaacutevislostiacute
Aplikace praacutešek (tablety) injekčně roztok uacutečinky podobneacute kokainu
Zaacutestupci Metamfetamin (bdquopervitinldquo) fenmetrazin MDMA (bdquoextaacutezeldquo)
extaacuteze = N-methyl-34-methylendioxyamphetamin
c) Methylxanthiny Jde o povzbuzujiacuteciacute laacutetky obsaženeacute v kaacutevě kakau čaji Působiacute na svalstvo stimuluje
srdečniacute činnost sekreci žaludečniacutech šťaacutev V malyacutech daacutevkaacutechndashzvyacutešeniacute bdělosti potlačeniacute
uacutenavy většiacute daacutevky (nad 200 mg denně) působiacute nespavost psychickeacute potiacuteže osteoporoacutezu
(odvaacutepněniacute kostiacute)
Nejznaacutemějšiacute zaacutestupce kofein (137-trimethylxanthin)
Kromě kofeinu jsou v kaacutevě a čaji theofylin (13-dimethylxanthin) theobromin (37-dimethylxanthin)
Do teacuteto skupiny daacutele patřiacute
- zaacutevislost kathoveacuteho typu (žvyacutekaacuteniacute listů rostliny Catha edulis rozšiacuteřeno kolem Rudeacuteho moře)
- betel (z palmy Areka obecnaacute obsahuje arekaidin) ndash v Thajsku (červeneacute zbarveniacute jazyka)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 9 10
34 Sedativa
Jde o laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem na centraacutelniacute nervovou soustavu Podporujiacute spaacutenek
navozujiacute zklidněniacute zmiacuterňujiacute uacutezkost Při předaacutevkovaacuteniacute ndash celkovaacute anestezie až smrt
44
a) Barbituraacutety jsou staršiacute skupinou laacutetek a dřiacuteve se užiacutevala jako leacutečiva Pozor ndash už desetinaacutesobek
leacutečebneacute daacutevky může byacutet smrtelnyacute (riziko předaacutevkovaacuteniacute neexistence uacutečinneacuteho
antidota)
Aplikace tablety
Zaacutestupci Veronal (diethylbarbiturovaacute kyselina) Luminal (5-fenyl-5-ethylbarbiturovaacute kys)
Meprobamat Fyzickaacute zaacutevislost nebezpečnyacute abstinenčniacute syndrom
C OC
C OR1
R2O
O
CH2CH3
CH2 CH3
NH2
NH2
O+-2 C2H5OH
NH
NH
R2
R1
O
O
O
močovinadiethylmalonaacutety R1=R2=H kys barbiturovaacute
R1=R2=C2H5 barbital veronal
R1=C2H5 R2=C6H5 luminal fenobarbital b) Benzodiazepiny Novějšiacute preparaacutety - od sedmdesaacutetyacutech let vytlačily předchoziacute z trhu
Vyacutehody menšiacute riziko předaacutevkovaacuteniacute existence uacutečinneacuteho antidota (Flumazenil)
Přiacuteklady Diazepam (Valium)
Flunitrazepam (Rohyphnol Obr 6)
Midazolam (Dormicum)
Způsobujiacute těžkou fyzickou i psychickou zaacutevislost
Užitiacute při předoperačniacute přiacutepravě apod
V posledniacute době se však čiacutem daacutel tiacutem viacutece při leacutečbě
fobiiacute upřednostňuje psychoterapie Obr 6 Rohyphnol
c) Dalšiacute sedativa Přiacuteklady Azapirony (Buspiron) leacutečeniacute dlouhodobyacutech uacutezkostiacute
Cyklopyrolony (Zopiklon) hypnotikum 3 generace proti epilepsii
Imidazopyridin (Zolpidem) svalovaacute relaxace
Mezi sedativa patřiacute takeacute Thaloimid (Contergan) ndash teratogenniacute uacutečinky na plod při užiacutevaacuteniacute v těhotenstviacute
Kava-kava ndash přiacuterodniacute sedativum z pepřovniacuteku opojneacuteho (N Guineia)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 11
45
35 Opiaacutety Jednaacute se o velmi tvrdeacute drogy pochaacutezejiacuteciacute ze šťaacutevy nezralyacutech makovic (opium
morfin) a jejich syntetickeacute derivaacutety (heroin) Morfium bylo znaacutemo jako leacutek tlumiacuteciacute bolest (analgetikum) a bylo využiacutevaacuteno např při ošetřovaacuteniacute
zraněnyacutech vojaacuteků ve vaacutelce
Opium se ziacuteskaacutevaacute z lepkaveacute šťaacutevy nařiacuteznutyacutech makovic kteraacute na vzduchu hnědne
ztuhlaacute se seškrabe dosušiacute a uhněte do cihliček
Obr 7 Maacutek setyacute (Papaver somniferum)
Opium je směs obsahujiacuteciacute desiacutetky alkaloidů fenathrenoveacuteho typu (morfin) a izochinoliacutenoveacuteho typu
(papaverin) Existujiacute různeacute druhy opia (bdquogaliacuteldquo bdquochanduldquo bdquodrossldquo aj)
Aplikace nejviacutece kouřeniacutem v dyacutemkaacutech popř cigaretaacutech řidčeji peroraacutelně Většina
opia se zpracovaacutevaacute na čisteacute alkaloidy
Morfin kodein (methylmorfin) heroin (36-diacetylmorfin)
morfin heroin
Aplikace injekčně vyacutejimečně peroraacutelně
Uacutečinky Jedny z nejtvrdšiacutech drog extreacutemně silnaacute fyzickaacute i psychickaacute zaacutevislost
Projevujiacute se zuacuteženiacutem zorniček (na velikost špendliacutekoveacute hlavičky) po počaacutetečniacute euforii
působiacute poruchy paměti apatii celkovyacute rozvrat osobnosti totaacutelniacute impotenci
46
Těžkyacute abstinenčniacute syndrom vrcholiacute po cca 48 hodinaacutech a připomiacutenaacute silnou chřipku
daacutele zahrnuje zvraceniacute průjem šiacuteleneacute svěděniacute pokožky
Terapie je možnaacute jen uacutestavniacute formou s nevalnou šanciacute na vyleacutečeniacute
Dnes existuje řada syntetickyacutech derivaacutetů laacutetek tohoto typu některeacute z nich majiacute potlačeneacute naacutevykoveacute
uacutečinky a užiacutevajiacute se dokonce i k protidrogoveacute leacutečbě (např metadon)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 12
36 Solvencia (těkaveacute a inhalačniacute laacutetky)
Jde o tzv bdquočichaacuteniacuteldquo tj aplikaci par těkaveacute kapaliny (plynu) do dyacutechaciacuteho uacutestrojiacute
Nejčastěji zneužiacutevaneacute laacutetky
- alifatickeacute uhlovodiacuteky (ethyn propan butan hexan)
- cyklickeacute a aromatickeacute uhlovodiacuteky (cyklopropan toluen xyleny)
- směsi uhlovodiacuteků (benzin nafta)
- halogenderivaacutety (tetrachlormethan chloroform trichlorethylen ethylchlorid
freony)
- kysliacutekateacute derivaacutety (aceton butanon dimethylether methylacetaacutet methyl-terc
butylether MTBE oxid dusnyacute aj) Uacutekol Napište chemickeacute vzorce inhalačniacutech laacutetek
Aplikace čichaacuteniacutem - inhalaciacute par vyacuteše uvedenyacutech laacutetek (tzv bdquosniffing) nosem i uacutesty
Uacutečinky rychlyacute naacutestup ndash euforie zaacutevrať bdquoztraacuteta hmotnostildquo postupneacute upadaacuteniacute do
spaacutenku
Symptomy dilatace zornic slzeniacute vyacutetok z nosu zvraceniacute pokles hmotnosti třes hellip
Důsledky zhoršeniacute paměti pokles inteligence těžkeacute deprese rozpad osobnosti
poruchy krvetvorby nevratneacute poškozeniacute sliznic
Nebezpečiacute
- zadušeniacute např při přetaacutehnutiacute igelitoveacuteho pytliacuteku přes hlavu pro zvyacutešeniacute uacutečinku
- nevratneacuteho poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (ledviny jaacutetra) až smrt při polknutiacute
laacutetky
- jde o jedny z nejlevnějšiacutech a nejdostupnějšiacutech laacutetek ktereacute si každyacute snadno
opatřiacute (bdquodrogy hloupyacutechldquo)
- jednaacute se o silnou psychickou zaacutevislost se sklony k recidivě
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 13
47
4 PREVENCE A PRVNIacute POMOC
Při prevenci je rozhodujiacuteciacute aby se na probleacutem co nejdřiacuteve vůbec přišlo (všiacutemavost
k symptomům toxikomaacutenie)
Typickeacute přiacuteznaky
- naacutehlaacute změna chovaacuteniacute (předraacutežděnost deprese ztraacuteta zaacutejmů)
- zhoršenyacute prospěch ztraacuteta přaacutetel
- uacutebytek hmotnosti zdravotniacute probleacutemy vpichy
- potřeba peněz kraacutedeže střet se zaacutekonem hellip
Prevence
snaha předejiacutet zaacutevislosti zejmeacutena u mladyacutech lidiacute a u rizikovyacutech skupin
- vyacutechova v rodině zaacutejem o diacutetě
- vyacutechova ve škole upozorněniacute na rizika
- sport aktivniacute traacuteveniacute volneacuteho času hellip
Prvniacute pomoc
se nelišiacute od prvniacute pomoci např při nehodě tj je nutno se postarat o zachovaacuteniacute
zaacutekladniacutech životniacutech funkciacute a rychlou leacutekařskou pomoc
Leacutečeniacute
je postaveno na baacutezi dobrovolnosti ndash dlouhodobaacute zaacuteležitost včetně uacutestavniacute leacutečby
riziko recidivy Absolutniacute nutnost_doživotniacute abstinence
Při probleacutemech
V Olomouci existuje P-centrum Lafayettova 9 Olomouc tel 585221983
httpwwwp-centrumcz
p-centrump-centrumcz
5 LEGISLATIVA
Samotneacute užiacutevaacuteniacute drog neniacute trestneacute trestneacute je jejich drženiacute vyacuteroba distribuce
Důležityacute pro policii je pojem tzv bdquomaleacuteholdquo množstviacute zadrženeacute drogy
- při něm jde jen o přestupek s pokutou do 15000 Kč
- při většiacutem množstviacute pak už o trestnyacute čin s možnostiacute vězeniacute až na 5 let
48
Za maleacute množstviacute se považuje např
konopiacute - 5 rostlin marihuana - 15 g sušiny extaacuteze - 4 tablety LSD - 5 papiacuterků
kokain - 1 gram pervitin - 2 gramy
Vybraneacute trestniacute sazby
- za distribuci drog mladistvyacutem až 10 let vězeniacute
- při způsobeniacute těžkeacute uacutejmy na zdraviacute až 15 let
- bdquovařičildquo do 5 let
- za pouheacute neoznaacutemeniacute vyacuteše uvedenyacutech činů hroziacute až 3 roky
Probleacutem
Zaacutekon postihuje zpravidla jen dealery a bdquomenšiacute rybyldquo zatiacutemco velciacute distributoři a
producenti jsou chyceni spiacuteše vyacutejimečně Naviacutec se staacutele objevujiacute noveacute derivaacutety ktereacute
dosud nejsou na seznamech zakaacutezanyacutech laacutetek
Zaacutekony pojednaacutevajiacuteciacute o drogaacutech
č1401961 Sb (trestniacute zaacutekon)
č 2001990 (přestupkovyacute zaacutekon)
č 3321997 (zachaacutezeniacute skladovaacuteniacute likvidace)
č 1671998 (o naacutevykovyacutech laacutetkaacutech)
č 3792005 (prevence toxikomaacutenie)
Vyhlaacuteška č 621989 (seznam psychotropniacutech laacutetek)
Sděleniacute č4621991 (prekurzory omamnyacutech a psychotropniacutech laacutetek)
6 Teacutemata referaacutetů 1 Vznik nebezpečiacute a důsledky toxikomanie analyacuteza přiacutečin
2 Problematika alkoholu sekundaacuterniacute naacutesledky alkohol za volantem
3 Vyacuteroba piva
4 Vyacuteroba viacutena
5 Vyacuteroba destilaacutetů
6 Tabaacutek a kouřeniacute ndash historie pěstovaacuteniacute druhy postup vyacuteroby cigaret
7 Marihuana a hašiš
8 Halucinogeny
9 Stimulancia
49
10 Methylxanthiny
11 Sedativa
12 Opiaacutety
13 Inhalačniacute laacutetky (solvencia)
14 Legislativa - přehled a komentaacuteř platnyacutech zaacutekonů tyacutekajiacuteciacutech se naacutevykovyacutech laacutetek
7 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 M Wenke Farmakologie Avicenum 1986
2 IBečkovaacute PVišňovskyacute Farmakologie drogovyacutech zaacutevislostiacute Karolinum 1999
3 PVišňovskyacute IBečkovaacute Bludnyacute kruh toxikomaacuteniiacute EIA Hradec Kraacuteloveacute 1998
4 MWenke M Mraacutez S Hynie Farmakologie pro leacutekaře Avicenum 1984
5 J Mann Jedy drogy leacuteky Academia Praha 1996
6 wwwmemberstripodcom7EMartinMVdrogyhtml
7 wwwodrogachcz
50
VYacuteROBA CUKRU
Text zpracovali Mgr Jana Praacutešilovaacute a Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru
21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina
22 Chemickeacute složeniacute cukroveacute řepy
3 Vyacuterobniacute etapy
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
32 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
34 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
35 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
36 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech zdrojů
51
1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
Cukr je surovinou kteraacute naacutes doprovaacuteziacute v běžneacutem životě na každeacutem kroku
Mnoziacute z naacutes si hned raacuteno osladiacute čaj či kaacutevu kostkou cukru Pojďme se nyniacute podiacutevat
jak se cukr vyraacutebiacute a kde se kostka cukru vlastně vzala
Nejprve si udělejme kraacutetkou zastaacutevku u historie cukrovarnictviacute na uacutezemiacute Českeacute
republiky
bull v roce 1787 byla založena prvniacute rafinerie (zaacutevod na čištěniacute cukru) v klaacutešteře
na Zbraslavi u Prahy čistil se zde dovaacuteženyacute třtinovyacute cukr
bull v roce 1841 vytvořil ředitel rafinerie v Dačiciacutech prvniacute kostku cukru do teacuteto doby
se v domaacutecnostech použiacutevaly tzv cukroveacute homole
V 19 stoletiacute fungovalo na našem uacutezemiacute přes 150 cukrovarů v současneacute době (rok
2011) u naacutes cukr vyraacutebiacute pouze 7 cukrovarů
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru 21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina Vyacuteroba cukru z cukroveacute třtiny byla znaacutema po celaacute staletiacute V našich krajiacutech však
pro pěstovaacuteniacute teacuteto rostliny nejsou vhodneacute podmiacutenky (pěstuje se v tropickeacutem a
subtropickeacutem paacutesmu) Z miacutestniacutech plodin je pro vyacuterobu cukru vhodnaacute cukrovaacute řepa
Cukrovaacute řepa (Beta vulgaris) Cukrovaacute třtina (Saccharum officinarum)
Obr 1 Cukrovaacute řepa Obr 2 Cukrovaacute třtina - dvouletaacute plodina - cukr se hromadiacute v bulvaacutech - obsah sacharosy 16ndash20 - skladuje se a zpracovaacutevaacute (do 48 h)
- viacuteceletaacute travina - cukr se hromadiacute ve stvolu - obsah sacharosy 13ndash17
52
22 Složeniacute cukroveacute řepy Podrobněji se zaměřiacuteme na cukrovou řepu z niacutež se u naacutes cukr vyraacutebiacute
V bulvaacutech cukroveacute řepy se nachaacuteziacute kromě cukru i dalšiacute laacutetky Jejich obsah vyacuteznamně
ovlivňuje technologickyacute proces a produkci cukru Průměrneacute složeniacute uvaacutediacute Obr 3
5 2
18
75
voda 75
sacharidy 18
dřeň 5
necukerneacute laacutetky 2
Obr 3 Průměrneacute složeniacute cukroveacute řepy Sacharidy Nejdůležitějšiacutem sacharidem a konečnyacutem produktem vyacuteroby je SACHAROSA
Sacharosa patřiacute mezi disacharidy jejiacute molekula je tvořena zbytkem molekuly glukosy
a molekuly fruktosy ktereacute jsou navzaacutejem spojeny glykosidickou vazbou (viz obr 4)
Je to krystalickaacute biacutelaacute laacutetka dobře rozpustnaacute ve vodě Maacute vyacuteraznou sladkou chuť a
použiacutevaacute se jako sladidlo Patřiacute mezi opticky aktivniacute laacutetky a neredukujiacuteciacute sacharidy
Obr 4 Vzorec sacharosy
53
Dřeň Součaacutestiacute dřeně bulvy řepy je celulosa a hemicelulosa (polysacharidy) pektinoveacute
laacutetky1 biacutelkoviny a saponiny2 Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a mohou znesnadňovat
vyacuterobniacute proces způsobujiacute probleacutemy např při filtraci
Necukerneacute laacutetky (šťaacuteva obsahujiacuteciacute necukerneacute laacutetky) Z necukernyacutech laacutetek obsahuje šťaacuteva aminokyseliny amidy biacutelkoviny organickeacute
zaacutesady enzymy soli organickyacutech kyselin (kyseliny mravenčiacute octoveacute šťaveloveacute
citronoveacute) Rozhodujiacuteciacute negativniacute vliv na krystalizaci cukru majiacute mineraacutelniacute laacutetky
(popeloviny)
3 Vyacuterobniacute etapy
Vyacuterobu cukru můžeme rozdělit do několika faacuteziacute
1 Mechanickaacute uacuteprava řepy
2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
6 Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru
1 pektin ndash makromolekulaacuterniacute laacutetka jejiacutemž zaacutekladem jsou sacharidy nachaacuteziacute se např v ovoci
způsobuje rosolovatěniacute ovocnyacutech šťaacutev a zavařenin 2 rostlinnyacute glykosid (derivaacutet sacharidů) tvořiacuteciacute pěnivyacute roztok ve vodě
54
Tab 1 Přehled fyzikaacutelniacutech a chemickyacutech pochodů aplikovanyacutech při vyacuterobě cukru v jednotlivyacutech etapaacutech vyacuteroby
Etapa Fyzikaacutelně-chemickeacute pochody Vstup laacutetek (suroviny) Vyacutestup laacutetek (produkty)
Mechanickaacute uacuteprava řepy bull rozpustnost bull bulvy cukroveacute řepy bull řepneacute řiacutezky
Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy bull koagulace biacutelkovin bull difuacuteze
bull řepneacute řiacutezky bull horkaacute voda
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull vyslazeneacute řepneacute řiacutezky
Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull sraacuteženiacute necukernyacutech laacutetek
bull saturace bull filtrace sraženin
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull Ca(OH)2 bull CO2
bull lehkaacute šťaacuteva bull saturačniacute kaly
Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace
bull lehkaacute šťaacuteva bull těžkaacute šťaacuteva bull I cukrovina
Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
bull odstřeďovaacuteniacute bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace bull vykryacutevaacuteniacute bull filtrace bull adsorpce
bull I cukrovina bull surovyacute cukr bull voda bull Ca(OH)2 bull adsorbent
bull surovyacute cukr bull zelenyacute sirob bull II cukrovina bull zadinovyacute cukr bull melasa bull biacutelaacute cukrovina
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
Ciacutel
bull očištěniacute řepy
bull rozřezaacuteniacute řepy na řiacutezky
Při podzimniacutem vyacuteletu do přiacuterody můžeme na poliacutech vidět zemědělce skliacutezejiacuteciacute
cukrovou řepu Na poliacutech se řepa zbaviacute chraacutestu (zelenyacutech listů) a nahrubo očistiacute od
hliacuteny Po dopraveniacute do cukrovaru je řepa důkladně očištěna vodou od zbyacutevajiacuteciacute hliacuteny
kameniacute piacutesku a kořiacutenků pomociacute řepnyacutech splavů1 a řepnyacutech praček2 Voda z řepy
odkape na třasadlu3 Vyacutetah dopraviacute řepu na automatickou vaacutehu a z niacute putuje řepa do
řezačky4 kteraacute nařeže bulvu na řiacutezky (obr 5 6) s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
Obr 5 Řepneacute řiacutezky Obr 6 Nože řezačky Otaacutezka Proč se řepa porcuje na řiacutezky trojuacutehelniacutekoveacuteho profilu Uacutečelem rozřezaacuteniacute bulvy na řiacutezky je zvětšit povrh (styčnou plochu) řepy pro naacuteslednou difuacutezi cukru z buněk pletiva Trojuacutehelniacutekovyacute profil byl vyhodnocen jako nejvhodnějšiacute tvar pro optimaacutelniacute vyluhovatelnost cukru 3 2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull vyluhovaacuteniacute cukru (sacharosy) z buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků
bull ziacuteskaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Sacharosa se nachaacuteziacute uvnitř buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků Membraacutena buněk
sacharosu volně ven z buňky nepropustiacute proto je nutneacute řiacutezky luhovat horkou vodou
Od 60degC začiacutenajiacute biacutelkoviny membraacuteny buněk koagulovat a ty se tak staacutevajiacute pro cukr
leacutepe propustneacute 1 řepnyacute splav ndash betonovyacute kanaacutel do ktereacuteho je napouštěna voda kteraacute unaacutešiacute řepu k pračce 2 řepnaacute pračka ndash zařiacutezeniacute na odstraněniacute hliacuteny kameniacute a kořiacutenků proti proudu vody je přivaacuteděna řepa kameny a dalšiacute odpad odpadaacutevajiacute ze dna pračky 3 třasadlo ndash kmitajiacuteciacute se siacuteto k odstraněniacute vody 4 řezačka ndash zařiacutezeniacute se sadou nožů rozporcuje řepu na řiacutezky s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
56
Otaacutezka Co je to KOAGULACE Koagulace (shlukovaacuteniacute) je postupneacute uspořaacutedaacutevaacuteniacute jednotlivyacutech čaacutestic do jineacuteho prostoroveacuteho umiacutestěniacute V našem přiacutepadě dochaacuteziacute ke koagulaci biacutelkovin membraacuteny buněk vlivem zvyacutešeneacute teploty Vyzkoušet si koagulaci můžete i doma ndash stačiacute si usmažit vajiacutečka k sniacutedani Vyluhovaacuteniacute řiacutezků se děje v zařiacutezeniacutech zvanyacutech difuzeacutery1 Řiacutezky jsou v nich
přivaacuteděny proti proudu horkeacute vody Řiacutezky nově přivaacuteděneacute do difuzeacuteru jsou
promyacutevaacuteny nejsladšiacute vodou a na řiacutezky zbaveneacute cukru steacutekaacute voda čistaacute čiacutemž jsou
zajištěny optimaacutelniacute podmiacutenky difuacuteze Z difuzeacuteru odteacutekaacute difuacutezniacute šťaacuteva jako nakyslaacute
kapalina tmaveacute barvy Otaacutezka Co je to DIFUacuteZE Tvrdiacuteme-li že laacutetka difunduje pak se jejiacute čaacutestice v roztoku pohybujiacute z miacutest o vyššiacute koncentraci čaacutestic do miacutest s nižšiacute koncentraciacute čaacutestic Po vyluhovaacuteniacute se řiacutezky označujiacute jako vyslazeneacute řiacutezky Ty se daacutele zpracovaacutevajiacute
- sušiacute popř lisujiacute a využiacutevajiacute se jako krmivo nebo v kvasneacutem průmyslu (vyacuteroba
alkoholu)
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull odstraněniacute necukernyacutech laacutetek z difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull ziacuteskaacuteniacute tzv lehkeacute šťaacutevy
Spolu se sacharosou difunduje z buněk i velkeacute množstviacute necukernyacutech laacutetek (viz
složeniacute řepy) Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a ztěžujiacute vyacuterobniacute proces (např krystalizaci
cukru filtraci atd)
Čištěniacute probiacutehaacute ve dvou faacuteziacutech
1 Čeřeniacute difuacutezniacute šťaacutevy
2 Saturace šťaacutevy
Při čeřeniacute se k difuacutezniacute šťaacutevě vyhřaacuteteacute na 90degC přivaacutediacute postupně 15 ndash 2 vaacutepenneacute
mleacuteko - roztok Ca(OH)2 Ca2+ ionty reagujiacute s necukernyacutemi laacutetkami za vzniku
nerozpustnyacutech vaacutepenatyacutech soliacute ktereacute lze naacutesledně odfiltrovat a šťaacutevu tak vyčistit
Přiacuteklad reakci Ca2+ iontů s kyselinou šťavelovou uvaacutediacute naacutesledujiacute rovnice
1 difuzeacuter ndash velkaacute naacutedoba s vyhřiacutevanyacutem plaacuteštěm do ktereacute jsou z jedneacute strany přivaacuteděny řepneacute řiacutezky ze strany druheacute horkaacute voda
57
Ca2+ + (C2O4)2- rarr Ca(COO)2 Obdobnou roli hrajiacute i ionty OH- Neutralizujiacute volneacute kyseliny a s Al3+ Fe3+ Mg2+
ionty reagujiacute za vzniku nerozpustnyacutech hydroxidů ktereacute lze rovněž odfiltrovat
2 Al3+ + 3 Ca(OH)2 rarr 2 Al(OH)3 + 3 Ca2+ Vaacutepenneacute mleacuteko je ke šťaacutevě přidaacutevaacuteno i z dalšiacutech důvodů Pro dalšiacute
technologickyacute proces je třeba neutralizovat kyselou reakci difuacutezniacute šťaacutevy a
v neposledniacute řadě je vaacutepennyacutem mleacutekem šťaacuteva desinfikovaacutena Otaacutezka Co je to NEUTRALIZACE Neutralizace je reakce kyseliny a zaacutesady při niacutež vznikaacute sůl a voda V našem přiacutepadě reaguje vaacutepenneacute mleacuteko (zaacutesada) s kyselinami přirozeně obsaženyacutemi v řepě (viz složeniacute řepy) Daacutele šťaacuteva pokračuje do saturačniacuteho zařiacutezeniacute1 ve ktereacutem probiacutehaacute saturace
oxidem uhličityacutem Saturace se provaacutediacute k odstraněniacute přebytečnyacutech Ca2+ iontů Do
saturačniacuteho zařiacutezeniacute je vhaacuteněn oxid uhličityacute vznikaacute uhličitan vaacutepenatyacute kteryacute lze
odfiltrovat (na kalolisech2 či jinyacutech filtrech) Reakci uvaacutediacute naacutesledujiacuteciacute rovnice
Ca(OH)2 + CO2 rarr CaCO3 + H2O Otaacutezka Co je to SATURACE Saturace neboli syceniacute V našem přiacutepadě nasyceniacute roztoku oxidem uhličityacutem kteryacute reaguje s přebytečnyacutemi Ca2+ ionty v roztoku za vzniku uhličitanu vaacutepenateacuteho Vyacutesledkem etapy je tzv lehkaacute šťaacuteva zbytky sraženin na filtrech se nazyacutevajiacute
saturačniacute kaly 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny Ciacutel
bull zahuštěniacute lehkeacute difuacutezniacute šťaacutevy ke krystalizaci (zisk těžkeacute šťaacutevy)
bull ziacuteskaacuteniacute tzv cukroviny (směs krystalků cukru a matečneacuteho sirobu)
1 saturačniacute zařiacutezeniacute (saturaacutek) ndash vaacutelcovitaacute naacutedoba s miacutechadlem u dna přiacutevodem šťaacutevy přiacutevodem oxidu
uhličiteacuteho a odvodem šťaacutevy V horniacute čaacutesti naacutedoby je komiacuten pro odvod plynů 2 kalolis - filtračniacute lis určenyacute k tlakoveacute filtraci kapalin obsahujiacuteciacute řadu raacutemů s napnutyacutemi plachetkami
Pracuje diskontinuaacutelně (střiacutedavě) Raacutemy s plachetkou zaneseneacute kalem jsou periodicky čištěny zatiacutemco v jineacutem přiacutestroji probiacutehaacute filtrace
58
Lehkaacute šťaacuteva maacute světle žlutou barvu a je teacuteměř zbavena všech nežaacutedouciacutech laacutetek
V roztoku je rozpuštěna sacharosa (přibližně
12-15 ) a již velmi malyacute podiacutel necukernyacutech
laacutetek Sacharosu z roztoku izolujeme
krystalizaciacute Lehkou šťaacutevu je třeba zahustit
ke krystalizaci ndash odpařit přebytečnou vodu
Zahušťovaacuteniacute ke krystalizaci se provaacutediacute ve
vakuovyacutech odparkaacutech1 Objem šťaacutevy se
zmenšiacute přibližně na čtvrtinu původniacuteho
objemu a ziacuteskaacute se tzv těžkaacute šťaacuteva (zahuštěnaacute)
s obsahem 60 cukru
Otaacutezka Co je to ODPAŘOVAacuteNIacute Proč se využiacutevaacute praacutece za sniacuteženeacuteho tlaku Odpařovaacuteniacute patřiacute mezi děliciacute metody laacutetek Rychlost odpařovaacuteniacute a jeho uacutečinnost zaacutevisiacute na velikosti povrchu odpařovaneacuteho roztoku na rychlosti odtahu vzniklyacutech par a předevšiacutem na teplotě a tlaku Teplotu varu roztoku můžeme sniacutežit praacutevě za použitiacute vakua (sniacuteženeacuteho tlaku) Ušetřiacuteme tiacutem energii potřebnou pro zahřiacutevaacuteniacute šťaacutevy
Těžkaacute šťaacuteva je daacutele zahušťovaacutena ve varostrojiacutech2 neboli zrničiacutech Ve
varostrojiacutech se šťaacuteva zahřiacutevaacute a odpařuje se zbytek vody tak dlouho až začne cukr ve
šťaacutevě krystalovat Krystalizace cukru se dokončiacute v zařiacutezeniacutech zvanyacutech krystalizaacutetor Otaacutezka Co je to KRYSTALIZACE Za jakyacutech podmiacutenek vykrystaluje cukr ze šťaacutevy Krystalizace patřiacute mezi zaacutekladniacute chemickeacute operace pomociacute nichž lze oddělit složky směsi bdquoAby mohla sacharosa krystalovat je třeba vytvořit přesycenyacute cukernyacute roztok V technickyacutech cukernyacutech roztociacutech za přiacutetomnosti necukernyacutech laacutetek je rozpustnost sacharosy obvykle vyššiacute Přesycenyacute cukernyacute roztok se připraviacute např tiacutem způsobem že se rychle zchladiacute nasycenyacute roztok technickyacute Z roztoku se ihned nevyloučiacute krystaly cukru a takovyacute roztok pak obsahuje viacutece rozpuštěneacuteho cukru než odpoviacutedaacute nasyceneacutemu roztoku Tento přebytečnyacute cukr vykrystaluje přidajiacute-li se k roztoku krystalky cukru (roztok se očkuje)ldquo [1] 3 5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute Ciacutel
bull odděleniacute krystalů cukru z cukroviny
bull očištěniacute suroveacuteho cukru
1 vakuovaacute odparka - soustava několika seacuteriově zapojenyacutech těles vyhřiacutevanyacutech paacuterou Prvniacute těleso je vyhřiacutevaacuteno parou o teplotě 130degC voda vypařenaacute v prvniacutem tělese se vede do dalšiacuteho tělesa jako tzv bryacutedovaacute paacutera atd Vyacutepary z posledniacute odparky se ochlazujiacute studenou vodou čiacutemž vznikaacute podtlak a tiacutem se snižuje tlak v odparkaacutech 2 varostroj - naacutedoba s trubkovou topnou komorou a miacutechadlem
Obr 7 Soustava odparek
59
bull zpracovaacuteniacute matečneacuteho sirobu na dalšiacute podiacutel cukru
bull přiacuteprava biacuteleacute cukroviny
Krystalky sacharosy je třeba oddělit od matečneacuteho sirobu K tomuto uacutečelu se
využiacutevajiacute odstředivky1 Oddělenyacute cukr maacute žlutavou barvu a je nazyacutevaacuten surovyacutem
cukrem (v obchodech se zdravou vyacuteživou si můžete zakoupit i surovyacute cukr)
Oddělenyacute matečnyacute roztok se nazyacutevaacute zelenyacute sirob
Zelenyacute sirob se zpracuje na meacuteně kvalitniacute (tzv zadinovyacute) cukr a odpadniacutem
produktem je tzv melasa (obr 8) kteraacute ještě obsahuje menšiacute podiacutel cukru a lze ji
využiacutet jako krmivo popř po zkvašeniacute k vyacuterobě lihu
Surovyacute řepnyacute cukr se přiacuteliš nehodiacute k přiacutemeacute spotřebě ndash jeho krystaly jsou žluteacute
a lepiveacute Je třeba je očistit Surovyacute cukr se čistiacute promyacutevaacuteniacutem vodou v odstředivkaacutech
Naacutesleduje filtrace cukerneacuteho roztoku přes bavlněneacute polyamidoveacute či kovoveacute tkaniny a
poreacutezniacute materiaacutely z keramiky
Posledniacute uacutepravou je odbarveniacute cukerneacuteho roztoku K tomuto uacutečelu se využiacutevaacute
metody adsorpce Jako absorbenty jsou využiacutevaacuteny ionexy aktivniacute uhliacute či hlinky
Vyacuteslednyacute cukernyacute roztok s krystalky cukru se nazyacutevaacute biacutelaacute cukrovina
Otaacutezka Co je to ADSORPCE Na jakeacutem principu absorbenty fungujiacute Z fyzikaacutelniacuteho hlediska se jednaacute o poutaacuteniacute laacutetky pomociacute van der Waalsovyacutech sil na povrchu vhodneacuteho adsorbentu (aktivniacute uhliacute silikagel) V přiacutepadě tzv chemisorpce jsou laacutetky poutaacuteny na povrch adsorbentu chemickyacutemi vazbami
Obr 8 Melasa
1 odstředivka (centrifuga) - sestaacutevaacute z dvouplaacutešťoveacute komory vevnitř je buben se siacutetem Do bubnu se napustiacute cukrovina a buben se roztočiacute Vlivem odstřediveacute siacutely prochaacutezejiacute kapky sirobu přes siacuteto bubnu a cukr zůstaacutevaacute uvnitř
60
3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
Biacutelaacute cukrovina se daacutele zpracovaacutevaacute krystalizaciacute na krystalovyacute cukr kostkovyacute
cukr a cukr moučku Dřiacuteve se vyraacuteběly i cukroveacute homole dnes sloužiacute pouze jako
suvenyacuter
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Kapitola 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru byla po dlouhou dobu tajena Prvniacute technologii zpracoval v roce 1764 francouzskyacute chemik Duhamel de Monceau Prvniacute kostkovyacute cukr u naacutes byl vyroben v Dačiciacutech v roce 1841 Patent ziacuteskal roku 1843 ředitel rafinerie J Ch Rada Češtiacute cukrovarniacuteci se nemaacutelo zasloužili o rozvoj rafinace cukru a kvalita našich cukrovarnickyacutech vyacuterobků byla obecně uznaacutevanou normou
bull vzhledem k vysokeacute ceně třtinoveacuteho cukru se cukrovarniacuteci pokoušeli vyrobit cukr z jinyacutech plodin mimo jineacute i z řepy
bull v roce 1829 byl založen prvniacute průmyslovyacute cukrovar v Kostelniacutem Vydřiacute (okres Jindřichův Hradec)
bull v obdobiacute 1831 ndash 1945 nastal boom v zaklaacutedaacuteniacute cukrovarů u naacutes plně fungovalo přes 150 cukrovarů
bull po roce 1990 fungovalo již pouze 60 cukrovarů po roce 2004 zbylo pouhyacutech 10 cukrovarů 7 fungujiacuteciacutech cukrovarů (2011)
bull Odštěpnyacute zaacutevod Opava - Vaacutevrovice bull Ředitelstviacute a zaacutevod Hrušovany nad Jevišovkou bull Cukrovar Dobrovice bull Cukrovar Českeacute Meziřiacutečiacute bull Cukrovar Vrbaacutetky as bull Cukrovar Prosenice bull Litovelskaacute cukrovarna as
Kapitola 2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru Zařazeniacute cukroveacute řepy do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Rodopsida ndash vyššiacute dvouděložneacute rostliny řaacuted Caryophyllales ndash hvozdiacutekotvareacute čeleď Chenopodiaceae ndash mečiacutekoviteacute rod Beta ndash řepa druh Beta vulgaris ndash řepa obecnaacute Zařazeniacute cukroveacute třtiny do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Liliopsida ndash rostliny jednoděložneacute
61
řaacuted Poales ndash lipnicotvareacute čeleď Poaceae ndash lipnicoviteacute rod Saccharum ndash třtina druh Saccharum officinarum ndash třtina cukrovaacute Podkapitola 3 3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Po prvniacute saturaci je odfiltrovaacuten kal buď na zařiacutezeniacutech zvanyacutech kalolis nebo na jinyacutech typech filtračniacutech zařiacutezeniacute Ve šťaacutevě je obsažen i hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute kteryacute se naacuteslednyacutem vyvařeniacutem rozložiacute na uhličitan kteryacute je možno odfiltrovat Děj je zapsaacuten pomociacute naacutesledujiacuteciacute rovnice Ca(HCO3)2 rarr CaCO3 + H2O + CO2 Pro maximaacutelniacute sniacuteženiacute vaacutepenatyacutech iontů v difuacutezniacute šťaacutevě se provaacutediacute druhaacute saturace oxidem uhličityacutem Neodstraniacute-li se vaacutepenateacute soli dokonale odparka se rychle inkrustuje Vaacutepenateacute soli v cukernyacutech šťaacutevaacutech působiacute obtiacuteže při vařeniacute cukrovin zvyšujiacute množstviacute melasy a tiacutem ztraacutety cukru Druhaacute saturace se provaacutediacute při teplotě 95 ndash 98degC a oxidem uhličityacutem se saturuje až do dosaženiacute pH 9 ndash 95 Při druheacute saturaci vznikaacute hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute ten se odstraňuje vyvařovaacuteniacute na tzv vyvařovaacuteku kde se šťaacuteva zahřiacutevaacute na teplotu 100degC Podkapitola 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
Při zahušťovaacuteniacute ve varostrojiacutech se vytvořiacute směs krystalů a matečneacuteho roztoku (sirobu) tzv I cukrovina Přibližně frac34 cukru vykrystalizuje Zbytek cukru zůstaacutevaacute v roztoku Růst krystalů se kontroluje tzv cukroskopem (bdquolupaldquo) popř se využiacutevaacute automatickeacute kontroly elektrickeacute vodivosti Vodivost roztoku klesaacute s rostouciacute koncentraciacute cukru v roztoku Podkapitola 3 5 Ziacuteskaacutevaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
Ziacuteskaacutevaacuteniacute čisteacute cukroviny je mnohem složitějšiacute proces v textu je popsaacuten pouze jednoduše Ve skutečnosti se proces popsanyacute v textu několikraacutet opakuje Cukrovina se několikraacutet čistiacute svařuje nechaacute se krystalovat a odstřeďuje Podkapitola 3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny ndash Vyacuteroba krystaloveacuteho cukru
Biacutelaacute cukrovina se odstřediacute a ziacuteskanyacute krystalovyacute cukr se smiacutechaacute s nasycenyacutem cukernyacutem roztokem za vzniku tzv uměleacute cukroviny Umělaacute cukrovina se odstřediacute vykryacutevaacute parou nebo vodou a ziacuteskaacute se konečnyacute produkt ndash krystalovyacute cukr Krystalovyacute cukr je třeba vysušit K sušeniacute se využiacutevaacute vzduch ohřaacutetyacute na 70degC nebo tzv fluidniacute metoda Při fluidniacute metodě jsou krystalky na roštu zespod profukovaacuteny proudem vzduchu dojde k odstraněniacute vlhkosti ochlazeniacute krystalků a zaacuteroveň odpraacutešeniacute cukru Vysušenyacute cukr krystal se třiacutediacute na siacutetech dle velikosti zrn plniacute se do jutovyacutech nebo papiacuterovyacutech pytlů
Otaacutezka Jakyacute je rozdiacutel mezi krystalovyacutem cukrem a krupicovyacutem cukrem bdquoCukr krystal - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 04 - 02 mm Cukr krupice - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 016 ndash 08 mm a maximaacutelně 5 krystalů cukru maacute velikost nad 1 mmldquo[2]
Vyacuteroba kostkoveacuteho cukru K vyacuterobě kostek se použiacutevaacute kostkovaacute moučka kteraacute vznikla ze speciaacutelně upraveneacute cukroviny nebo netřiacuteděnyacute krystalovyacute cukr Tento materiaacutel se vlhčiacute vodou a cukernyacutem roztokem lisuje se na tyčinky ktereacute se vysušiacute a rozsekajiacute na kostky Možneacute je přiacutemeacute lisovaacuteniacute do formy kostek Vyraacutebějiacute se kostky různyacutech velikostiacute kvaacutedry i kostky ve tvaru karetniacutech symbolů tzv cukr bridž Vyacuteroba moučkoveacuteho cukru Materiaacutelem pro vyacuterobu moučkoveacuteho cukru je krystalovyacute cukr s malyacutemi zrny nebo zbytky kostkoveacuteho cukru Tento cukr se rozdrtiacute na mlyacutenech Mlyacutenice musiacute byacutet umiacutestěna v samostatneacutem objektu mimo ostatniacute čaacutesti cukrovaru nebo alespoň oddělena železnyacutemi vraty Opatřeniacute jsou nutnaacute z důvodu vzniku vyacutebušneacuteho cukerneacuteho prachu
62
Aby se zabraacutenilo tvrdnutiacute a rozpouštěniacute cukerneacute moučky při skladovaacuteniacute přidaacutevaacute se k cukru modifikovanyacute škrob Zrnka škrobu přiacutepadnou vlhkost pojmou Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute V dřiacutevějšiacutech dobaacutech se cukr pro domaacuteciacute použitiacute vyraacuteběl ve formě homoliacute (obr 9) Dnes je již toto zbožiacute vyraacuteběno pouze jako suvenyacuter pro turisty Liteacute homole se vyraacuteběly tak že se horkaacute cukrovina naleacutevala do forem z oceloveacuteho plechu na špičce opatřenyacutech otvorem Forma s cukrovinou se nasadila na hřebiacutek vyčniacutevajiacuteciacute ze dna voziacuteku na kteryacute se homole sklaacutedaly po ztuhnutiacute cukroviny Po ztuhnutiacute se homoly sejmuly ze hřebiacuteků a vložily do homoloveacute odstředivky ve ktereacute se dokonale očistily Dokonale biacutelaacute homole se pak vyrazila z oceloveacute formy a vysušila v sušaacuterně Vysušeneacute homole se očistily ofreacutezovaly u spodu a zabalily do papiacuteru Lisovaneacute homole se vyraacuteběly lisovaacuteniacutem nepatrně ovlhčeneacute moučky v lisu Pak se homole sušily a upravily jako homole liteacute 5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Pelikaacuten M Hřivna L Humpola J Technologie sacharidů Mendelova
zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně Brno 1999 2 Cukrovary a lihovary TTD [online 2011-04-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovaryttdczcaste-otazkycaste-otazkygt 3 Neiser J Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob Vysokoškolskaacute učebnice pro studenty
pedagogickyacutech a přiacuterodovědeckyacutech fakult studijniacuteho oboru 76-12-8 učitelstviacute všeobecně vzdělaacutevaciacutech předmětů Praha 1988
4 Kraus J Novyacute akademickyacute slovniacutek ciziacutech slov kolektiv autorů pod vedeniacutem Jiřiacuteho Krause Academia Praha 2007
5 Andrliacutek K Petrů F Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob SPN Praha 1965 6 Kopřiva J Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute (1 diacutel) SPN Praha 1979 7 Moravskoslezskeacute cukrovary as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwagranaczgt 8 Cukrovar Vrbaacutetky as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovarvrbatkyczgt 9 Hanaacuteckaacute potravinaacuteřskaacute společnost as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwhpsczgt
Zdroje obraacutezků
bull Obraacutezek 3 Cukrovaacute řepa [online 2011-12-2] Dostupneacute z www ltwwwtvujdumczgt
Obr 9 Cukroveacute homole
63
bull Obraacutezek 4 Cukrovaacute třtina [online 2011-2-5] Dostupneacute z www ltwwwspriincorggt
bull Obraacutezek 6 Vzorec sacharosy [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpwwwnejlevnejsidoplnkycznejlevnejsidoplnky5-Zajimavosti6-Sacharidygt
bull Obraacutezek 7 Řepneacute řiacutezky [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=376gt
bull Obraacutezek 8 Nože řezačky [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 9 Kalolis [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 10 Plachetka se saturačniacutem kalem [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpcswikipediaorgwikiKalolisgt
bull Obraacutezek 11 Systeacutem odparek [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 12 Varostroj [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtm
bull Obraacutezek 13 Odstředivka [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=380gt
bull Obraacutezek 14 Melasa [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwnazelenoczbiozdrava-vyziva-2bily-cukr-trtinovy-cukr-nebo-prirodni-sladidlaaspxgt
bull Obraacutezek 15 Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute [online 2011-4-27] Dostupniacute z www lthttpwwwcukrovaryttdczgt
bull Obraacutezek 16 Cukroveacute homole [online 2011-3-26] Dostupneacute z www lthttpjohnmadjackfullerhomesteadcomSugarloafhtmgt
64
MAKROMOLEKULAacuteRNIacute LAacuteTKY SYNTETICKEacute POLYMERY
Text zpracoval RNDr Josef Husaacuterek PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
11 Zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace polymerů
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů 131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
21 Polymerace
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
22 Polykondenzace
23 Polyadice
3 Užitiacute plastů
31 Recyklace odpadů z plastů
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
65
1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
Přiacuterodniacute materiaacutely jako je napřiacuteklad dřevo bavlna vlna kůže a slonovina
použiacutevali lideacute po tisiacutece let Teprve s rozvojem vědy a s naacutestupem moderniacutech
analytickyacutech metod se začali lideacute zajiacutemat o strukturu těchto materiaacutelů a snažili se tyto
dary přiacuterody nahradit podobnyacutemi materiaacutely ktereacute budou miacutet srovnatelneacute užitneacute
vlastnosti Kolem roku 1907 se podařilo Baekelandovi synteticky vyrobit prvniacute umělyacute polymer
kteryacute byl pojmenovaacuten jako bakelit a kteryacute vzaacutepětiacute nalezl vyacuteznamneacute technickeacute využitiacute v elektrotechnice
jako izolant Po dobu naacutesledujiacuteciacutech desetiletiacute se polymery staly středem zaacutejmu mnoha chemiků kteřiacute
připravili noveacute polymery na zaacutekladě synteacutezy malyacutech organickyacutech molekul
Velmi brzy se poznalo že syntetickeacute polymery svyacutemi vlastnostmi mohou
nahradit nejen přiacuterodniacute polymery ale často i materiaacutely kovoveacute keramiku i sklo
S ohledem na skutečnost že se syntetickeacute polymery vyraacutebějiacute z relativně levnyacutech
a dostupnyacutech surovin a že majiacute vyacutehodneacute chemickeacute fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti
vysokou staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute našly využitiacute zejmeacutena
ve stavebnictviacute v elektrotechnice v automobiloveacutem a textilniacutem průmyslu na vyacuterobu
předmětů běžneacute spotřeby obalů lepidel laků a naacutetěrovyacutech hmot Nutno
poznamenat že zmiacuteněnaacute staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute nutiacute
v současneacute době společnost k zodpovědnějšiacutemu použiacutevaacuteniacute a recyklaci vyacuterobků
ze syntetickyacutech polymerů a takeacute k synteacuteze novyacutech typů materiaacutelů ktereacute se po sveacutem
komerčniacutem využitiacute stanou součaacutestiacute přiacuterodniacuteho cyklu a životniacute prostřediacute zatiacutežiacute jen
minimaacutelně
11 Zaacutekladniacute pojmy
Makromolekuly jsou molekuloveacute systeacutemy složeneacute z velkeacuteho počtu atomů
vaacutezanyacutech chemickyacutemi vazbami do dlouhyacutech řetězců Tyto řetězce tvořiacute pravidelně se
opakujiacuteciacute čaacutesti ktereacute nazyacutevaacuteme stavebniacute neboli monomerniacute jednotky Počet
stavebniacutech jednotek vaacutezanyacutech v makromolekule je zpravidla různyacute a uvaacutediacute se pomociacute
polymeračniacuteho stupně (n) kteryacute může miacutet hodnotu 10 až 106 Sloučeniny s niacutezkyacutem
polymeračniacutem stupněm (nlt10) se nazyacutevajiacute oligomery s vyššiacutem polymeračniacutem
stupněm (ngt10) to jsou polymery
66
12 Klasifikace polymerů
Polymery lze rozdělit podle několika kriteacuteriiacute
Podle sveacuteho původu na
a) přiacuterodniacute polymery ndash vznikajiacute v rostlinaacutech či v živočišnyacutech organismech složityacutemi
biochemickyacutemi procesy (např biacutelkoviny polysacharidy nukleoveacute kyseliny)
b) syntetickeacute polymery ndash vyraacutebějiacute se z jednoduchyacutech organickyacutech sloučenin
reakcemi při nichž se velkyacute počet molekul vyacutechoziacutech laacutetek spojuje
v makromolekulu (např polystyren polyethylen bakelit)
Syntetickeacute polymery rozdělujeme
bull podle typu chemickyacutech reakciacute kteryacutemi vznikajiacute na
a) polymery připraveneacute polymeraciacute
b) polymery připraveneacute polykondenzaciacute
c) polymery připraveneacute polyadiciacute
bull podle tvaru makromolekulaacuterniacuteho řetězce na polymery (Obr 1)
a) lineaacuterniacute b) rozvětveneacute
c) plošně zesiacuteťovaneacute
d) prostorově zesiacuteťovaneacute
bull podle struktury a fyzikaacutelniacutech kriteacuteriiacute na
a) termoplasty ndash zahřiacutevaacuteniacutem měknou staacutevajiacute se plastickyacutemi a mohou se opakovaně
tvarovat (např polyethylen polypropylen)
b) termosety ndash přechodně tvaacuterliveacute zahřiacutevaacuteniacutem se chemicky měniacute a tiacutem ztraacutecejiacute
plastičnost majiacute molekulu trojrozměrně zesiacuteťovanou jsou tvrdeacute netavitelneacute
a nerozpustneacute ve většině rozpouštědel (např bakelit)
c) elastomery ndash pružneacute uacutečinkem vnějšiacute siacutely se deformujiacute a poteacute opět zaujiacutemajiacute
původniacute tvar zahřiacutevaacuteniacutem měknou majiacute dlouheacute a velmi maacutelo propojeneacute řetězce
(např syntetickyacute kaučuk)
67
Obr 1 Znaacutezorněniacute makromolekulaacuterniacuteho řetězce polymeru
a) lineaacuterniacuteho b) rozvětveneacuteho c) plošně zesiacuteťovaneacuteho d) prostorově zesiacuteťovaneacuteho
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
Jak bylo již napsaacuteno v předešleacutem textu syntetickeacute polymery se sklaacutedajiacute
ze strukturně složityacutech makromolekul ktereacute většinou tvořiacute atomy uhliacuteku a vodiacuteku
Ve skeletu makromolekuly mohou byacutet takeacute přiacutetomny i jineacute prvky jako jsou napřiacuteklad
kysliacutek dusiacutek siacutera nebo křemiacutek Přiacutetomnost některeacuteho z těchto prvků může vyacuteznamně
ovlivnit vlastnosti syntetickeacuteho polymeru a jeho naacutesledneacute praktickeacute využitiacute
Pro lepšiacute pochopeniacute již tak složiteacute problematiky si nejprve vysvětliacuteme tři zaacutekladniacute
pojmy jako jsou monomer stavebniacute a strukturniacute jednotka
Monomer ndash vyacutechoziacute laacutetka jejiacutež molekuly se mohou spojovat v makromolekuly
Stavebniacute jednotka (mer monomerniacute jednotka) ndash pravidelně se opakujiacuteciacute čaacutest
makromolekuly kteraacute maacute staacutele stejneacute složeniacute
Strukturniacute jednotka ndash představuje nejjednoduššiacute uspořaacutedaacuteniacute stavebniacutech jednotek
ve struktuře makromolekuly
a) b)
c) d)
68
Některeacute makromolekulaacuterniacute laacutetky majiacute totožnou stavebniacute a strukturniacute jednotku
(např polyethylen Scheacutema 1) Tyto makromolekulaacuterniacute laacutetky nazyacutevaacuteme obecně jako
homopolymery Pokud se však strukturniacute jednotka makromolekulaacuterniacutech laacutetek sklaacutedaacute
z odlišnyacutech stavebniacutech jednotek pak se jednaacute o kopolymery (např butadien-
-styrenovyacute kaučuk Scheacutema 2)
Scheacutema 1
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky homopolymeru (polyethylen)
CH2 CH CH CH2 CHCH2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH n + n
buta-13-dien
monomer
styren
monomer
polymerace
n
stavebniacute jednotka stavebniacute jednotka
strukturniacute jednotkabutadien-styrenoveacuteho kaučuku
kopolymer Scheacutema 2
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky kopolymeru (butadien-styrenovyacute kaučuk) 132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
Vztah mezi chemickyacutem složeniacutem strukturou a vlastnostmi laacutetek platiacute jak
pro maleacute organickeacute molekuly tak i pro makromolekulaacuterniacute sloučeniny Jedniacutem
z činitelů ovlivňujiacuteciacutech vlastnosti polymerů je velikost makromolekul Polymery
ktereacute tvořiacute maleacute makromolekuly majiacute nižšiacute polymeračniacute stupeň (n) kratšiacute řetězec
a tiacutem i nižšiacute relativniacute molekulovou hmotnost Při běžneacute teplotě jsou kapalneacute lepkaveacute
rozpustneacute v organickyacutech rozpouštědlech Naopak čiacutem je řetězec delšiacute tiacutem maacute
polymer vyššiacute relativniacute molekulovou hmotnost je pevnějšiacute a leacutepe odolaacutevaacute
rozpouštědlům
CH2 CH2 CH2 CH2
polymeracen n
ethylen
monomer
stavebniacute i strukturniacutejednotka polyethylenu
homopolymer
69
Polymery obecně nejsou chemickaacute individua ale jsou to směsi obsahujiacuteciacute
makromolekuly různyacutech velikostiacute Tato vlastnost vede k pojmu bdquoprůměrnaacute relativniacute
molekulovaacute hmotnostldquo a v zaacutesadě vyjadřuje kvantitativně stupeň polymerace
Mnohem leacutepe tuto skutečnost popisuje tzv distribučniacute křivka kteraacute graficky
vyjadřuje distribuci (rozděleniacute) četnosti molekul s určitou konkreacutetniacute relativniacute
molekulovou hmotnostiacute v daneacute směsi Grafickeacute vyjaacutedřeniacute je na Obr 2
Obr 2 Distribučniacute křivka (převzato z [8])
1 - uacutezkaacute 2 - širokaacute distribučniacute křivka - průměrnaacute relativniacute molekulovaacute hmotnost
V praxi se snažiacuteme o přiacutepravu polymerů s uacutezkou distribučniacute křivkou protože takoveacute
polymery majiacute obvykle lepšiacute užitneacute vlastnosti
Tvar makromolekul určuje rozpustnost v polaacuterniacutech nebo nepolaacuterniacutech
rozpouštědlech a chovaacuteniacute polymeru za zvyacutešeneacute teploty Lineaacuterniacute polymery jsou
při vyššiacute teplotě měkkeacute a rozpustneacute ve většině organickyacutech rozpouštědel
Rozvětveneacute a prostorově zesiacuteťovaneacute polymery se zahřiacutevaacuteniacutem chemicky měniacute
ztraacutecejiacute plastičnost a majiacute omezenou rozpustnost Energie chemickeacute vazby mezi atomy prvků v řetězci patřiacute mezi dalšiacute
vyacuteznamneacute činitele ktereacute určujiacute vlastnosti a použitelnost polymerů Pokud jsou vazby
mezi atomy v řetězci makromolekuly pevneacute energie těchto chemickyacutech vazeb bude
vysokaacute a polymer bude stabilniacute Přiacutekladem mohou byacutet silikony u kteryacutech se
pravidelně střiacutedajiacute v řetězci atomy křemiacuteku a kysliacuteku (Obr 3 energie vazby SindashO je
4441 kJmol) V důsledku vysokeacute energie vazby SindashO budou staacutelejšiacute na rozdiacutel od
70
polymerů složenyacutech jen z atomů uhliacuteku u kteryacutech energie chemickeacute vazby dosahuje
mnohem nižšiacute hodnoty (energie vazby CndashC je 3478 kJmol) Silikony majiacute dobreacute
elektroizolačniacute vlastnosti odolaacutevajiacute extreacutemně vysokyacutem i niacutezkyacutem teplotaacutem a takeacute jsou
vodou nesmaacutečiveacute Těchto vlastnostiacute se využiacutevaacute k vyacuterobě mazaciacutech olejů vazeliacuten
past pro uacutedržbu strojů nebo takeacute k vyacuterobě impregnačniacutech či leštiacuteciacutech přiacutepravků pro
uacutepravu povrchu obuvi sportovniacuteho oblečeniacute karoseacuterie aut apod
Obr 3 Strukturniacute jednotka silikonů
(R = organickyacute uhlovodiacutekovyacute zbytek např ndashCH3 ndashC2H5)
Mezi řetězci makromolekul mohou rovněž působit mezimolekulaacuterniacute siacutely
Přiacutekladem jsou vodiacutekoveacute můstky prostřednictviacutem kteryacutech se zvyšuje soudružnost
polymeru pevnost teplota taacuteniacute nebo odolnost proti rozpouštědlům Vodiacutekoveacute můstky
se nachaacutezejiacute napřiacuteklad u polyamidů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
Chemickeacute reakce kteryacutemi vznikajiacute syntetickeacute polymery se nazyacutevajiacute polyreakce
Podle průběhu se dajiacute dělit na řetězoveacute při kteryacutech dochaacuteziacute k postupneacutemu spojovaacuteniacute
molekul monomerů v dlouheacute řetězce a na stupňoviteacute u kteryacutech se monomery
nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky a ty se pak vzaacutejemně spojujiacute ve velkeacute
makromolekuly V praxi se polyreakce děliacute na polymerace polykondenzace
a polyadice
21 Polymerace
Polymerace je chemickaacute reakce při niacutež se velkyacute počet molekul monomeru
spojuje v makromolekulu syntetickeacuteho polymeru přičemž nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute
produkt Pokud se polyreakce zuacutečastňuje pouze jeden typ monomeru pak hovořiacuteme
o homopolymeraci Naopak kopolymeraciacute se rozumiacute takoveacute polymerace
O Si O Si O
R R
R Rn
71
CH2 CH2 CH2 CH2 n n
při kteryacutech reagujiacute dva a viacutece různyacutech monomerů V obou přiacutepadech je nutneacute
aby vyacutechoziacute laacutetky (monomery) měly přiacutetomnu alespoň jednu dvojnou vazbu
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
Polyethylen
bull zkratka PE
bull Piktogram (bdquorecyklovatelnyacute materiaacutelldquo)
HDPE LDPE
(vysokohustotniacute PE) (niacutezkohustotniacute PE)
(high density PE) (low density PE)
bull vlastnosti biacutelaacute poloprůsvitnaacute na dotek matnaacute pružnaacute a houževnataacute laacutetka
maacute vynikajiacuteciacute elektroizolačniacute vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute
tvarovat na požadovaneacute vyacuterobky
bull použitiacute obaly na potraviny foacutelie naacutedobiacute hračky lahve na chemikaacutelie hadice
izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute na vyacuterobu umělyacutech ceacutev aj
bull monomer ethen (ethylen)
Scheacutema 3 Polymerace ethenu
Polypropylen
bull zkratka PP
bull piktogram
bull vlastnosti podobneacute jako u PE je však pevnějšiacute odolnyacute teplotaacutem do 160 degC
bull použitiacute obalovyacute materiaacutel naacutedobiacute izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute
na vyacuterobu injekčniacutech střiacutekaček a předmětů ktereacute se dajiacute při teplotaacutech nad 60 degC
sterilizovat (zbavovat choroboplodnyacutech zaacuterodků) na vyacuterobu vlaacuteken do provazů
a lan aj
bull monomer propen (propylen)
72
Scheacutema 4
Polymerace propenu Poly(vinylchlorid)
bull zkratka PVC
bull piktogram PVC
bull vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute dobře tepelně tvarovat (měkne při
80degC) odolnyacute vůči kyselinaacutem i hydroxidům
bull použitiacute neměkčenyacute PVC (tzv Novodur) se použiacutevaacute na vyacuterobu vodovodniacutech
trubek tyčiacute či desek měkčenyacute PVC (tzv Novoplast) na vyacuterobu igelitu foacuteliiacute plaacutešťů
do deště hraček filmů ubrusů lahviacute umělyacutech kožešin aj
bull monomer vinylchlorid
Scheacutema 5
Polymerace vinylchloridu
Polystyren
bull zkratka PS
bull piktogram
bull vlastnosti tvrdyacute pevnyacute ale křehkyacute odolaacutevaacute kyselinaacutem a zaacutesadaacutem termoplast
rozpustnyacute v organickyacutech rozpouštědlech (aldehydy ketony benziacuten) zvukovyacute
a niacutezkoteplotniacute izolaacutetor
HC CH2 CH CH2
CH3CH3
n n
HC CH2 CH CH2
Cl Cl
n n
73
bull použitiacute na vyacuterobu spotřebniacuteho zbožiacute obalů hřebenů misek lžiček keliacutemků
od jogurtů pěnovyacute PS jako tepelnyacute popř izolačniacute materiaacutel ve stavebnictviacute
a chladiacuterenstviacute aj
bull monomer styren (vinylbenzen)
Scheacutema 6
Polymerace styrenu Poly(tetrafluoretylen)
bull zkratka PTFE
bull obchodniacute naacutezev Teflon
bull vlastnosti nehořlavyacute nejedovatyacute termoplast chemicky velmi odolnyacute (odolaacutevaacute
i horkeacute lučavce kraacutelovskeacute)
bull použitiacute speciaacutelniacute laboratorniacute technika kostniacute naacutehrady v chirurgii kuchyňskeacute
naacutedobiacute aj
bull monomer tetrafluorethen (tetrafluorethylen)
Scheacutema 7
Polymerace tetrafluorethenu Polybutadienovyacute kaučuk
bull zkratka BR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Buna
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik
HC CH2 CH CH2 n n
F2C CF2 CF2 CF2 n n
74
bull monomer buta-13-dien
bull patřiacute do skupiny syntetickyacutech kaučuků vyraacutebiacute se polymeraciacute konjugovanyacutech
dienů u kteryacutech se v molekule pravidelně střiacutedaacute jednoduchaacute a dvojnaacute vazba
bull syntetickeacute kaučuky jsou zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu pryžiacute nespraacutevně
označovanyacutech jako guma pryž vznikaacute z kaučuku vulkanizaciacute což je děj
při ktereacutem za tepla a v přiacutetomnosti vulkanizačniacuteho činidla (siacutera sirneacute sloučeniny)
dojde ke vzniku polysulfidickyacutech můstků mezi makromolekulami kaučuku
a k tvorbě řiacutedkeacute trojrozměrneacute polymeračniacute siacutetě čiacutem deacutele vulkanizace probiacutehaacute
tiacutem viacutece můstků vznikaacute vyacuteslednaacute pryž je tvrdšiacute a odolnějšiacute proti staacuternutiacute vlivem
vzdušneacute oxidace viz Obr 4
Scheacutema 8
Polymerace buta-13-dienu
Obr 4 Zesiacuteťovanaacute struktura vulkanizovaneacuteho kaučuku (x = 2-6)
bull přiacuterodniacute pryž se vyraacutebiacute vulkanizaciacute krepy kteraacute vznikaacute opakovanyacutem sušeniacutem
a vodniacutem louženiacutem sraženiny z latexoveacuteho mleacuteka a kyseliny mravenčiacute zdrojem
latexoveacuteho mleacuteka je tropickyacute strom Kaučukovniacutek brazilskyacute (Obr 5)
bull po chemickeacute straacutence odpoviacutedaacute přiacuterodniacute kaučuk z kaučukovniacuteku polyisoprenu
v cis-konfiguraci (Obr 6)
CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2nn
CH CH2
S
S
CH2 CH
CH CH2
S
CH2 CH
x
x
x
75
CH2
C C
H3C H
H2C
n
CH2
C C
H3C
HH2C
n
bull Gutaperča je rovněž přiacuterodniacute materiaacutel pochaacutezejiacuteciacute ze stromu Palaquium gutta
chemicky se jednaacute o praktickyacute čistyacute trans-izomer polyisoprenu (Obr 7) kteryacute maacute
mnohem menšiacute pružnost než kaučuk
Obr 5 Odkapaacutevajiacuteciacute latexoveacute mleacuteko z dřeviny kaučukovniacuteku (převzato z [13])
Obr 6 Strukturniacute jednotka přiacuterodniacuteho kaučuku (cis-izomer)
Obr 7 Strukturniacute jednotka gutaperči (trans-izomer)
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
Polymerace ktereacute se uacutečastniacute dva nebo viacutece různyacutech monomerů s naacutesobnou
vazbou označujeme jako kopolymerace Mezi polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
bychom mohli zařadit velkou skupinu laacutetek u kteryacutech vyacuteslednyacute makromolekulaacuterniacute
řetězec obsahuje stavebniacute jednotky obou monomerů v různeacutem pořadiacute nebo poměru
76
Dajiacute se tak vyrobit různeacute syntetickeacute kaučuky (butadien-styrenovyacute kaučuk butadien-
-akrylonitrilovyacute kaučuk aj) s vhodnyacutemi mechanickyacutemi vlastnostmi jako jsou např
pevnost a pružnost
Butadien-styrenovyacute kaučuk
bull zkratka SBR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Kralex Buna S
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik latexů (naacutetěroveacute a spojovaciacute hmoty)
bull monomery buta-13-dien styren (viz Scheacutema 2)
22 Polykondenzace
Polykondenzace je polyreakce při ktereacute dochaacuteziacute k reakci molekul dvou různyacutech
monomerů z nichž každyacute obsahuje nejmeacuteně dvě reaktivniacute funkčniacute skupiny
(např ndashOH) Na rozdiacutel od polymerace maacute stupňovityacute průběh při ktereacutem se
monomery nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky ktereacute se pak vzaacutejemně spojujiacute
v obrovskeacute makromolekuly Ve vyacuterobniacute praxi to představuje značnou vyacutehodu neboť
tak můžeme z reakčniacute směsi kdykoliv izolovat makromolekuly s různou deacutelkou
řetězce a tiacutem i s různyacutemi fyzikaacutelniacutemi vlastnostmi Stupňoviteacute polykondenzačniacute reakce
se od řetězovyacutech polymeračniacutech reakciacute lišiacute i z termodynamickeacuteho hlediska jsou to
obvykle endotermickeacute děje u kteryacutech musiacuteme do reakčniacute soustavy dodaacutevat teplo
Na rozdiacutel od polymerace vznikaacute při polykondenzaci vždy vedlejšiacute produkt jako je
nejčastěji voda amoniak nebo chlorovodiacutek
Mezi polymery vznikajiacuteciacute polykondenzaciacute patřiacute napřiacuteklad polyestery polyamidy
fenolformaldehydoveacute a močovinoformaldehydoveacute pryskyřice
Polyestery se vyraacutebějiacute z dvojsytnyacutech alkoholů a dikarboxylovyacutech kyselin
Použiacutevajiacute se k vyacuterobě textilniacutech materiaacutelů (např tesil terylen) nejčastěji ve směsi
s přiacuterodniacutemi vlaacutekny (vlna bavlna) Tyto materiaacutely jsou pevneacute pružneacute nemačkaveacute
rychle schnouciacute a odolneacute vůči molům i pliacutesniacutem Nevyacutehodou je jejich hořlavost
schopnost nabiacutejet se statickou elektřinou a malaacute schopnost pohlcovat pot
77
Z polyesterů se rovněž zhotovujiacute lana fotografickeacute filmy nebo plastoveacute lahve (PET
Scheacutema 9) Vyacuteznamneacute jsou i polyesteroveacute sklolaminaacutety (polyesteroveacute pryskyřice
vyztuženeacute skelnyacutemi vlaacutekny) neboť majiacute velkou pevnost dobreacute elektroizolačniacute
vlastnosti a odolaacutevajiacute chemikaacuteliiacutem Použiacutevajiacute se k vyacuterobě automobilovyacutech karoseacuteriiacute
letadel střešniacutech krytin potrubiacute v chemickyacutech provozech aj
CH2 CH2 OHHO COOHHOOC
O CH2 CH2 O OC CO
n + n
ethan-12-diol tereftalovaacute kyselina
polykondenzace
poly(ethylen-tereftalaacutet)PET
polyesterifikace
polykondenzace
polyesterifikaceH2O +
n
(2n-1)
Scheacutema 9
Polykondenzace ethan-12-diolu a tereftaloveacute kyseliny Polyamidy jsou dalšiacute vyacuteznamneacute polykondenzaacutety Připravujiacute se polykondenzaciacute
diaminů s dikarboxylovyacutemi kyselinami (např polykondenzaacutet Nylon) nebo polymeraciacute
cyklickyacutech amidů (např polykondenzaacutet Silon na jeho přiacutepravě se podiacutelel slavnyacute
českyacute chemik Otto Wichterle kteryacute je viacutece znaacutem v souvislosti s objevem měkkyacutech
kontaktniacutech očniacutech čoček) Molekuly polyamidů obsahujiacute peptidickou vazbu (Obr 8)
kteraacute se v řetězciacutech pravidelně opakuje tudiacutež můžeme tyto laacutetky považovat za
syntetickou obdobu biacutelkovin
Obr 8 Peptidickaacute vazba
C
O
NH
78
Materiaacutely z polyamidů jsou velmi pevneacute tvrdeacute a maacutelo se opotřebovaacutevajiacute Pro tyto
vlastnosti se použiacutevajiacute k vyacuterobě ozubenyacutech kol a ložisek daacutele k vyacuterobě textilniacutech
vlaacuteken užitkovyacutech předmětů foacuteliiacute aj
Fenolformaldehydoveacute pryskyřice (fenoplasty) jsou ze všech plastů nejdeacutele
znaacutemeacute V roce 1907 připravil L H Baekeland prvniacute fenoplast kondenzaciacute fenolu
s formaldehydem Uvedenaacute polykondenzace může probiacutehat v kyseleacutem i zaacutesaditeacutem
prostřediacute V přiacutepadě kyseleacuteho prostřediacute vznikaacute lineaacuterniacute polykondenzaacutet kteryacute se
nazyacutevaacute Novolak (Scheacutema 10) Je to termoplast kteryacute je rozpustnyacute v řadě
organickyacutech rozpouštědel a použiacutevaacute se k vyacuterobě naacutetěrovyacutech hmot a lepidel
Uskutečniacute-li se kondenzace v zaacutesaditeacutem prostřediacute bude konečnyacutem produktem
nerozpustnaacute a netavitelnaacute pryskyřice znaacutemaacute pod obchodniacutem naacutezvem Bakelit (maacute již
hustě zesiacuteťovanou strukturu) Použiacutevaacute se na vyacuterobu spotřebniacuteho materiaacutelu
a předevšiacutem v elektrotechnice
OH
C
O
H HOH
CH2n
fenol
polykondenzace
H+n H2O +
n
+ n
formaldehyd novolak
Scheacutema 10
Polykondenzace fenolu a formaldehydu
Močovinoformaldehydoveacute pryskyřice (aminoplasty) vznikajiacute polykondenzaciacute
močoviny nebo jejiacutech derivaacutetů s formaldehydem Jsou to bezbarveacute laacutetky ktereacute se dajiacute
libovolně barvit a proto se hojně využiacutevajiacute k vyacuterobě spotřebniacuteho zbožiacute naacutetěrovyacutech
laacutetek tmelů lepidel elektrotechnickyacutech vyacuterobků k obklaacutedaacuteniacute naacutebytku aj V praxi jsou
znaacutemy např pod naacutezvem Umakart (horniacute vrstva)
79
C
O
C
O
H HH2N NH2
C
O
H2N NH2H N CH2
OC
H N CH2
N H
OC
N H
n +polykondenzace
H2O ++
formaldehydmočovinoformaldehydovaacute pryskyřice
močovina n
2 n 2 n
Scheacutema 11
Polykondenzace močoviny a formaldehydu
23 Polyadice
Polyadice je polyreakciacute molekul dvou různyacutech monomerů ktereacute obsahujiacute
odlišnou reaktivniacute funkčniacute skupinu Jeden z monomerů musiacute obsahovat takovou
funkčniacute skupinu kteraacute obsahuje slabě kyselyacute vodiacutek (např ndashOH) kteryacute může
naacutesledně uvolnit Tento vodiacutek se přesune na druhyacute monomer což umožniacute spojeniacute
obou monomerů v jeden celek Polyadice mohou miacutet řetězovyacute i stupňovityacute průběh
při ktereacutem nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute produkt Polyadici si ukaacutežeme na synteacuteze
polyurethanu (Scheacutema 12) Polyurethany jsou materiaacutely lehkeacute a pevneacute použiacutevajiacuteciacute se
k vyacuterobě syntetickyacutech vlaacuteken molitanu naacutehražek kůžiacute a lepidel
Scheacutema 12
Polyadice butan-14-diolu a hexamethylendiisokyanaacutetu
OHO
O O CO CO
(CH2)4 O C N (CH2)6 N C O
(CH2)4 NH (CH2)6 NH
n + n
butan-14-diol hexamethylendiisokyanaacutet
polyadice
polyurethanPUR
n
H
polyadice
80
3 Užitiacute plastů Plasty představujiacute početnou a staacutele se rozšiřujiacuteciacute skupinu materiaacutelů jejichž
podstatu tvořiacute syntetickeacute polymery V zaacutejmu zlepšeniacute některyacutech vlastnostiacute plastů se
k zaacutekladniacutem syntetickyacutem polymerům přidaacutevajiacute různeacute přiacutesady jako jsou pigmenty
(obarvujiacute plasty) stabilizaacutetory (zvyšujiacute životnost plastů) nebo změkčovadla (zlepšujiacute
mechanickeacute vlastnosti plastů)
Jednou z oblastiacute kde plasty zaujiacutemajiacute teacuteměř monopolniacute postaveniacute a doprovaacuteziacute
denně život každeacuteho z naacutes je obalovaacute technika Tyto obaly z plastů postupně
vytlačily klasickeacute materiaacutely jako jsou napřiacuteklad sklo nebo papiacuter Největšiacute uplatněniacute
v tomto smyslu našly polyethylen (PE) polypropylen (PP) polystyren (PS)
poly(ethylen-tereftalaacutet) (PET) a poly(vinylchlorid) (PVC) diacuteky svyacutem zejmeacutena
mechanickyacutem vlastnostem nebo odolnosti k vodě či mikroorganismům Nutno
poznamenat že vyacuterobky z těchto polymerů majiacute tzv kraacutetkyacute životniacute cyklus a staacutevajiacute se
nevyacutehodneacute v okamžiku kdy dosloužiacute Proto jsme staacutele naleacutehavěji nabaacutedaacuteni
k důsledneacutemu třiacuteděniacute odpadů mezi ktereacute vyacuterobky z plastů neodmyslitelně patřiacute
31 Recyklace odpadů z plastů
Recyklaciacute se v tomto slova smyslu rozumiacute vraacuteceniacute plastoveacuteho odpadu
do procesu ve ktereacutem vznikl Lze ji považovat za strategii kteraacute opětovnyacutem
využiacutevaacuteniacutem odpadů šetřiacute přiacuterodniacute zdroje a současně omezuje zatěžovaacuteniacute prostřediacute
škodlivinami Recyklace polymerniacuteho odpadu je dosud v Českeacute republice jen
na niacutezkeacute uacuterovni Uvaacutediacute se že se v současneacute době recykluje něco maacutelo přes 20
vyrobenyacutech plastů Většina polymerniacuteho odpadu tak končiacute na sklaacutedkaacutech kde může
přežiacutevat desetiletiacute bez podstatnyacutech změn Proti teacuteto nelichotiveacute statistice bojujiacute nejen
ekologickaacute hnutiacute ale i uacuteřady ktereacute majiacute danou problematiku v naacuteplni praacutece Pro tyto
uacutečely byla vyrobena řada televizniacutech upoutaacutevek informativniacutech letaacuteků nebo
uspořaacutedaacuteny různeacute soutěže pro žaacuteky a studenty škol ktereacute majiacute oslovit a předevšiacutem
naučit společnost jak naklaacutedat nejen s polymerniacutemi odpady
81
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
Plastoveacute odpady patřiacute do kontejneru žluteacute barvy (Obr 9) Pojmem bdquoplastoveacute
odpadyldquo v tomto přiacutepadě mysliacuteme PET lahve od naacutepojů keliacutemky plastoveacute tašky
saacutečky foacutelie obaly od praciacutech čisticiacutech a kosmetickyacutech přiacutepravků obaly od CD disků
pěnovyacute polystyren a dalšiacute vyacuterobky z plastů (je třeba sledovat naacutelepky na žlutyacutech
kontejnerech neboť zaacuteležiacute na podmiacutenkaacutech a technickeacutem vybaveniacute třiacutediciacutech linek
ve vašem městě) PET lahve se do kontejneru daacutevajiacute sešlaacutepnuteacute s utaacutehnutyacutem viacutečkem
a etiketou (ta bude odstraněna při dotřiacuteďovaacuteniacute) Plastoveacute lahve nesmiacute byacutet v žaacutedneacutem
přiacutepadě znečištěneacute Pokud chceme vytřiacutedit keliacutemky od potravin (např od jogurtů)
nemusiacuteme je vymyacutevat stačiacute jen jejich obsah vyškraacutebnout lžičkou (keliacutemky jsou
vymyacutevaacuteny až při naacutesledneacutem dotřiacuteďovaacuteniacute)
Do kontejnerů na plasty nepatřiacute novoduroveacute trubky guma molitan textil
z umělyacutech vlaacuteken linolea pneumatiky a obaly od nebezpečnyacutech laacutetek
(od motoroveacuteho oleje chemikaacuteliiacute barev)
Průměrnaacute českaacute domaacutecnost vyhodiacute za rok asi 150-200 kg odpadů Pokud
odpady třiacutediacuteme a daacutevaacuteme je do barevnyacutech kontejnerů (žlutyacute kontejner na plasty biacutelyacute
a zelenyacute na sklo modryacute na papiacuter oranžovyacute na naacutepojoveacute kartony) umožniacuteme tak
recyklaci viacutece než třetiny tohoto množstviacute Za rok tak lze vytřiacutedit až 30 kg papiacuteru
25 kg plastů a 15 kg skla
Obr 9 Kontejner na plasty (převzato z [14])
Recyklovaneacute plasty sloužiacute k vyacuterobě napřiacuteklad izolačniacutech tvaacuternic řady stavebniacutech
a zahradniacutech prvků (ploty zatravňovaciacute dlažba protihlukoveacute zaacutebrany či zahradniacute
komposteacutery) fleesovyacutech oděvů z PET (sportovniacute dresy naacutekupniacute tašky aj) pytlů
koberců a spousty dalšiacutech vyacuterobků (Obr 10)
82
a) fleesovyacute oděv b) taška c) sportovniacute dres
Obr 10 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů (a-c převzato z [1415])
Nadějiacute do budoucna jsou tzv biodegradovatelneacute (biologicky rozložitelneacute)
polymery Tyto materiaacutely se mohou ve vhodneacutem prostřediacute vlivem mikroorganismů
rozložit až na vodu a oxid uhličityacute popřiacutepadě na jineacute ekologicky přijatelneacute produkty
V současneacute době se vyraacutebiacute několik syntetickyacutech polymerů ktereacute splňujiacute kriteacuteria
biodegradovatelnosti K nejvyacuteznamnějšiacutem patřiacute kyselina polymleacutečnaacute (PLA) využiacutevanaacute
na vyacuterobu leacutekařskyacutech nitiacute ktereacute se v organismu pacienta samy časem rozložiacute
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Problematika makromolekulaacuterniacutech laacutetek a předevšiacutem syntetickyacutech polymerů nepatřiacute u studentů
gymnaacuteziiacute mezi přiacuteliš obliacutebeneacute pasaacuteže ve vyacuteuce chemie Pro tyto uacutečely vznikl tento text kteryacute maacute
shrnout nejzaacutekladnějšiacute poznatky z teacuteto problematiky a takeacute posloužit jako doprovodnyacute text k tematicky
vytvořeneacute powerpointoveacute prezentaci
Nutno poznamenat že oba dokumenty nemajiacute za uacutekol omezit tvůrčiacute přiacutestup učitele chemie
ve vyacutekladu zpracovaneacute laacutetky naopak je viacutetaacutena jakaacutekoliv improvizace v metodickeacutem či jejiacutem
obsahoveacutem pojetiacute Předevšiacutem by se měl učitel chemie opřiacutet o již zavedeneacute kurikulum ve vzdělaacutevaciacute
oblasti Člověk a přiacuteroda a přizpůsobit vyacuteuku konkreacutetniacutemu učebniacutemu plaacutenu chemie a takeacute ŠVP
gymnaacutezia
Vzhledem k tomu že teacutema plastů je nediacutelnou součaacutestiacute environmentaacutelniacute vyacutechovy
kteraacute se v raacutemci RVP pro gymnaacutezia stala vyacuteznamnyacutem průřezovyacutem teacutematem doporučuje se
vysvětlovat laacutetku v kontextu přiacuterodovědnyacutech i společenskovědniacutech oborů Je tudiacutež žaacutedouciacute aby
studentům nebyly poskytnuty pouze odborneacute informace o chemii plastů ale takeacute fakta souvisejiacuteciacute
s problematikou odpadů jejich třiacuteděniacutem a s opakovanyacutem využitiacutem recyklovatelnyacutech plastů Z tohoto
důvodu se doporučuje využiacutet formy projektoveacute vyacuteuky Projekt může byacutet realizovaacuten v raacutemci jedneacute třiacutedy
83
nebo viacutece třiacuted gymnaacutezia Teacutematem projektu může byacutet napřiacuteklad historie plastů plasty v životě
moderniacuteho člověka bdquoWichterleholdquo kontaktniacute čočky vliv plastů na životniacute prostřediacute plasty jako
konstrukčniacute materiaacutel aneb vyacuterobky z plastoveacuteho odpadu spraacutevneacute třiacuteděniacute odpadů jak se obejiacutet bez
obalů aj Uacutekolem projektu je vytvořeniacute posteru či prezentace kteraacute je společnyacutem diacutelem každeacute
řešitelskeacute skupiny Uacutespěšnaacute realizace takoveacuteho projektu zaacutevisiacute na kreativitě naacutepadech aktivniacute
spolupraacuteci studentů chuti pracovat a spolupodiacutelet se na teacutematu nejen ve vyučovaacuteniacute ale i formou
domaacuteciacute praacutece Rovněž je zapotřebiacute využitiacute školniacute knihovny a internetu učebny popřiacutepadě laboratoře
chemie a takeacute spolupraacutece s vedeniacutem školy i s učiteli fyziky biologie (ekologie) vyacutetvarneacute vyacutechovy aj
Poznaacutemka autora textu k naacutezvům polymerniacutech laacutetek bdquoMezinaacuterodniacute unie pro čistou a aplikovanou
chemii IUPAC nevydaacutevaacute přiacutekazy ani jinaacute praacutevně zaacutevaznaacute nařiacutezeniacute ale jen doporučeniacute jak tvořit
systematickeacute naacutezvy laacutetek včetně polymerů Chemickaacute veřejnost se může rozhodnout zda se bude či
nebude těmito doporučeniacutemi řiacutedit Nomenklaturniacute doporučeniacute IUPAC pro oblast polymerů respektujiacute
skutečnost že polymery jsou běžně pojmenovaacutevaacuteny jednak na zaacutekladě monomerů
ze kteryacutech jsou připravovaacuteny a jednak na zaacutekladě konstitučniacutech skupin obsaženyacutech v jejich
makromolekulaacutech V mnoha přiacutepadech jsou naacutezvy bez kulatyacutech zaacutevorek nepřiacutepustneacute Kulateacute zaacutevorky
se použiacutevajiacute v naacutezvech předevšiacutem k odděleniacute čaacutesti naacutezvu se specifickyacutemi strukturniacutemi znaky aby se
struktura vyjaacutedřila co nejsrozumitelněji Doporučuji čtenaacuteřům tohoto textu prostudovat publikaci autorů
Fikr J a Kahovec J (ref 11) ve ktereacute je stručně a přehledně vysvětleno tvořeniacute naacutezvů organickyacutech
sloučenin i polymerůldquo
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Prokopovaacute I Makromolekulaacuterniacute chemie VŠCHT Praha 2007
2 Duchaacuteček V Prokopovaacute I Dobiaacuteš J Bicheze 15 21 (2006)
3 Duchaacuteček V Bicheze 14 22 (2005)
4 Duchaacuteček V Bicheze 13 232 (2004)
5 Deviacutensky F a kol Organickaacute cheacutemia pre farmaceutov OSVETA Martin 2001
6 Blažek J Fabini J Chemie pro studijniacute obory SOŠ a SOU nechemickeacuteho
zaměřeniacute SPN Praha 1999
7 Duchaacuteček V Zaacutekladniacute pojmy z chemie a technologie polymerů jejich
mezinaacuterodniacute zkratky a obchodniacute naacutezvy VŠCHT Praha 1996
8 Naacutelepa K Stručneacute zaacuteklady chemie a fyziky polymerů UP Olomouc 1993
9 Vaciacutek J a kol Přehled středoškolskeacute chemie SPN Praha 1993
10 Čaacutersky J a kol Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute SPN Praha 1986
11 Fikr J Kahovec J Naacutezvosloviacute organickeacute chemie (3 vyd) Rubico Olomouc
2008
84
Internetoveacute odkazy 12 Šulcovaacute R Přiacuterodovědneacute projekty [online 2011-04-15] Dostupneacute z www
lthttprenasulcovaswebczprirodovedne_projektyPrirodovedne_projektypdfgt
13 Surovyacute kaučuk odkapaacutevajiacuteciacute z kaučukovniacuteku [online 2011-04-11]
Dostupneacute z www
lthttpuploadwikimediaorgwikipediacommonsthumbbb3Latex_drippingJPG
220px-Latex_drippingJPGgt
14 Kontejner na plasty Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08]
Dostupneacute z www lthttpwwwjaktriditczgt
15 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08] Dostupneacute z www
lthttpimgaktualnecentrumcz320303203037-dres-z-pet-lahvijpggt
16 Vohliacutedal J Proč a jak spraacutevně nazyacutevat polymery [online 2012-10-28]
Dostupneacute z www lthttpwwwnaturcunicz~vohlidalmchNazvypolymerudocgt
85
VYacuteBUŠNINY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc Osnova 1 Uacutevod do problematiky vyacutebušnin
11 Historie zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace vyacutebušnin
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin
21 Nitrace
22 Trhaviny
23 Střeliviny
24 Třaskaviny
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Uacutevod 11 Historie zaacutekladniacute pojmy
Vyacutebušniny definujeme obecně jako laacutetky ktereacute jsou schopny velmi rychleacute
(explozivniacute) přeměny během zlomku sekundy Při vyacutebuchu probiacutehaacute chemickaacute reakce
(rozklad laacutetky) a uvolňuje se přitom zpravidla velkeacute množstviacute tepla a různyacutech plynů
(např N2 CO CO2 H2O O2 HCl SO2 aj)
Z historie je znaacutemo že až do konce 80 let 19 stol byl jedinou vyacuteznamnou
vyacutebušninou tzv černyacute střelnyacute prach Jde o jemnou směs draselneacuteho ledku siacutery a
dřevneacuteho uhliacute při explozi probiacutehaacute reakce (zjednodušeno)
2 KNO3 + S + 3 C rarr K2S + N2 + 3 CO2
Vyacuteznamnyacutem mezniacutekem pro vyacuterobu vyacutebušnin byl objev nitračniacutech reakciacute
nitrosloučeniny však byly vesměs velmi nestabilniacute a jejich vyacuteroba i distribuce velmi
problematickaacute (např nitroglycerin snadno nečekaně exploduje i naacuterazem)
Převratnyacutem rokem ve vyacuterobě vyacutebušnin ve velkeacutem byl až r 1869 kdy šveacutedskyacute chemik
Alfreacuted Nobel (zakladatel znaacutemeacute Nobelovy nadace) vyřešil probleacutem stabilizace
nitroglycerinu jeho nasaacuteknutiacutem do vhodneacuteho nosiče (křemelina) Takto upravenyacute
nitroglycerin pak exploduje až po vhodneacute iniciaci např roznětkou Ohromnyacute rozvoj
průmyslu vyacutebušnin nastal v obdobiacute prvniacute a zejmeacutena pak druheacute světoveacute vaacutelky
Každaacute vyacutebušnina je charakterizovaacutena řadou fyzikaacutelně-chemickyacutech parametrů
Mezi nejdůležitějšiacute patřiacute
a) Detonačniacute rychlost v - u běžně použiacutevanyacutech laacutetek ve vojenstviacute byacutevaacute v rozmeziacute
6000ndash8000 ms u průmyslovyacutech trhavin do 5000 ms
b) Uvolněnaacute energie při vyacutebuchu Q ndash s hodnotami dnes většinou nad 900 kcalkg
Např pro vyacuteše uvedenyacute černyacute střelnyacute prach jsou tyto hodnoty v = 400 ms Q = 600-800kcalkg
Mezi zaacutekladniacute požadavky na komerčně vyraacuteběneacute vyacutebušniny patřiacute daacutele fyzikaacutelniacute i chemickaacute stabilita
(staacutelost v teplotniacutem rozmeziacute -30 až +40ordmC) necitlivost k vnějšiacutem podnětům (bezpečnost při
zachaacutezeniacute) dostupnostcena vyacutechoziacutech laacutetek potřebnyacutech k vyacuterobě a bezpečnost vyacuteroby
___________ Přesnějšiacute reakce vyacutebuchu dle Bertholeta 16 KNO3 + 6 S + 13 C rarr 5 K2SO4 + 2 K2CO3 + K2S + 8 N2 + 11CO2
Je-li v lt 330 ms (rychlost zvuku) jde o tzv deflagraci
při v gt 330 ms se pak jednaacute o detonaci
87
12 Klasifikace vyacutebušnin
Vyacutebušniny lze dělit podle různyacutech hledisek
I Podle způsobu použitiacute
a) Trhaviny (maacutelo citliveacute k vyacutebuchu je nutnaacute roznětka) ndash např dynamit
b) Střeliviny (prachy k vyacutestřelu střely z hlavně) ndash např bezdyacutemyacute prach
c) Třaskaviny (citliveacute na naacuteraz jiskru užitiacute jako rozbušky) ndash např azidy
II Podle chemickeacuteho složeniacute
Chemickaacute individua
a) Nitrosloučeniny (obsahujiacute R3C-NO2) ndash např trinitrotoluen TNT
b) Estery HNO3 (s alkoholy R3C-O-NO2) ndash např nitroglycerin
c) Nitraminy (obsahujiacute R2N-NO2) ndash např hexogen
d) Vyacutebušneacute soli kyselin ndash např od HNO3 HClO3 HClO4
e) Sloučeniny azoimidu (obsahujiacute skupinu N3-) ndash např AgN3
f) Ostatniacute (acetylidy fulminaacutety aj)
Směsi (např amatoly TNT + NH4NO3 + hexogen)
III Dle konzistence
- pevneacute (krystalickeacute či praacuteškoviteacute) ndash např kyselina pikrovaacute
- kapalneacute (nitroglycerin)
- polotekuteacute a plastickeacute (Semtex)
____________ Maacuteme na mysli tzv bdquoklasickeacute vyacutebušninyldquo použiacutevaneacute jak k vaacutelečnyacutem tak i k miacuterovyacutem uacutečelům Dnešniacute
vojenstviacute ovšem disponuje i moderniacutemi zbraněmi založenyacutemi na řetězoveacute štěpneacute reakci uranu 235U (atomovaacute bomba) např
235
92U n U 10
23592 + rarr139
56 Ba + 94
36Kr + 3 10 n
popř využiacutevajiacuteciacute spojovaacuteniacute lehčiacutech jader (bdquosleacutevaacuteniacuteldquo jader - vodiacutekovaacute bomba) např
21D + 31T rarr 4
2He + 10n s nebyacutevale mohutnyacutemi uacutečinky (např atomovaacute bomba v Hirošimě měla ekvivalent cca 30 kt TNT)
88
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin 21 Nitrace
Principem nitračniacutech reakciacute je vpravovaacuteniacute funkčniacute skupiny ndashNO2 do molekul
(organickyacutech) laacutetek pomociacute tzv nitračniacute směsi (= směs konc HNO3 + H2SO4)
Vyacuteznam majiacute předevšiacutem aromatickeacute nitroderivaacutety např
C6H6 + 3 HNO3 rarr (135-)(NO2)3C6H3 + 3 H2O
benzen sym-trinitrobenzen Poznaacutemka
Zjednodušenaacute interpretace že kyselina siacuterovaacute pouze bdquovaacuteželdquo vzniklou vodu je nepřesnaacute ndash ve
skutečnosti jde o tzv elektrofilniacute substituci kdy zpočaacutetku probiacutehaacute reakce
HNO3 + 2 H2SO4 rarr NO2+ + H3O+ + 2 HSO4
-
a takto vzniklyacute nitroniovyacute kation je vlastniacutem elektrofilniacutem činidlem atakujiacuteciacutem aromatickeacute jaacutedro
(kyselina siacuterovaacute se tedy uacutečastniacute reakce)
Nitračniacute reakce probiacutehajiacute ochotněji u derivaacutetů benzenu (fenol toluen) přitom je nutno
vziacutet v potaz znaacutemaacute substitučniacute pravidla na aromatickeacutem jaacutedře
- substituenty I třiacutedy jako např ndashCH3 ndashOH řiacutediacute substituci do poloh ortho- para-
- substituenty II třiacutedy jako ndashNO2 řiacutediacute substituci do poloh meta-
Přesneacute složeniacute nitračniacute směsi se voliacute podle typu nitrovaneacute laacutetky a stupně nitrace (u
vyššiacutech nitroderivaacutetů pracujeme zpravidla v přebytku kyseliny dusičneacute)
Vlastniacute reakce probiacutehaacute za intenzivniacuteho miacutechaacuteniacute a chlazeniacute ve specielniacutech kotliacutech
(nitraacutetory) s dvojityacutem plaacuteštěm Při nitraciacutech je nutno dodržovat přiacutesnaacute bezpečnostniacute
pravidla ndash hroziacute např přehřaacutetiacute směsi a naacuteslednyacute vyacutebuch
Přehled nejznaacutemějšiacutech a nejviacutece použiacutevanyacutech nitrolaacutetek a jejich explozivniacutech reakciacute
je uveden v naacutesledujiacuteciacutech kapitolaacutech
22 Trhaviny
Jde o největšiacute skupinu vyacutebušnin poměrně maacutelo citlivyacutech k jednoduchyacutem
podnětům (třeniacute naacuteraz) K detonaci jsou přivaacuteděny pomociacute rozbušky (roznětky
detonaacutetoru) Použiacutevajiacute se jak k uacutečelům miacuterovyacutem (kamenolomy doly tunely) tak i
vaacutelečnyacutem (naacuteplně granaacutetů min bomb)
89
Než probereme nejznaacutemějšiacute zaacutestupce teacuteto skupiny je třeba zdůraznit že
z hlediska terminologie lze jako skutečneacute nitroderivaacutety označovat pouze sloučeniny
majiacuteciacute nitroskupinu vaacutezanou přiacutemo na uhliacutek (obsahujiacute vazbu C ndash NO2)
a) Nitrosloučeniny
Praktickyacute vyacuteznam majiacute pouze aromatickeacute nitrolaacutetky
Nejviacutece použiacutevaneacute sloučeniny
bdquoTritolldquo TNT IUPAC 246-trinitrotoluen ( v = 7400 ms Q = 950 kcalkg) CH3
NO2
O2N NO2
Vyacuteroba Nitraciacute toluenu do 3 stupně
Vlastnosti nažloutleacute jehlice teplota taacuteniacute 80ordmC
Referenčniacute laacutetka pro ekvivalent atomovyacutech bomb (viz str 3) Pozn Během II světoveacute vaacutelky vyraacutebělo Německo cca 4000 tun TNT měsiacutečně
bdquoEkrazitldquo kyselina pikrovaacute IUPAC 246-trinitrofenol (v= 7000ms Q = 1000kcalkg)
NO2
NO2O2N
OH
Vyacuteroba Nitraciacute fenolu do 3 stupně
Vlastnosti Žluteacute krystalky nahořkleacute chuti teplota taacuteniacute 122ordmC tvořiacute soli (vyacutebušnyacute pikraacutet
amonnyacute) Užiacutevaacuten mj do dělostřeleckyacutech granaacutetů
bdquoHexylldquo sym-hexanitrodifenylamin teacutež dipikrylamin
dle IUPAC 246-trinitro-N-(246-trinitrophenyl)anilin ( v = 7100 ms Q = 1040 kcalkg)
NH NO2
O2N
O2NNO2
NO2
O2N
90
Vyacuteroba Kompletniacute nitraciacute difenylaminu
Vlastnosti Žluteacute jehličky viacutece citliveacute k naacuterazu (použiacutevanyacute např jako naacuteplň torpeacuted)
b) Nitroestery
Jednaacute se o sloučeniny s vazbou ndashCH2ndashOndashNO2 vznikajiacuteciacute esterifikačniacute reakciacute např
viacutecesytnyacutech alkoholů s HNO3 Nejznaacutemějšiacute laacutetky
Nitroglycerin (spraacutevně trinitraacutet glycerolu) v = 8000 ms Q = 1500 kcalkg
Nitroglycerin se vyraacutebiacute uacuteplnou nitraciacute glycerolu CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2
H2SO4
- 3 H2O
Vlastnosti Bezbarvaacute jedovataacute viskoacutezniacute kapalina naslaacutedleacute chuti nerozpustnaacute ve vodě
Pozor Hroziacute nebezpečiacute explozivniacuteho rozkladu zahřaacutetiacutem nad 50ordmC či naacuterazem
Vyrobenyacute nitroglycerin se zpracovaacutevaacute na dynamit (nasaacuteklyacute v křemelině v poměru
31) nebo na bezdyacutemyacute střelnyacute prach (viz střeliviny)
Vyacuteroba u naacutes Semtiacuten u Pardubic přiacutesnaacute bezpečnostniacute opatřeniacute (bunkry s lehkyacutemi
střechami omezeniacute ručniacute manipulace)
nitroglycerin ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
4 C3H5(ONO2)3 rarr 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Kromě nitroglyceriacutenu existuje řada nitroesterů dvoj- až čtyřsytnyacutech alkoholů
(glykolů) s podobnyacutemi vlastnostmi
Nejznaacutemějšiacute z nich je tzv pentrit (pentaerythrit-tetranitraacutet) v = 8000 ms Q = 1530 kcalkg
OO2N C
CH2
CH2
CH2
CH2
O NO2
O NO2
O NO2
Na baacutezi pentritu s butadienstyreacutenovyacutem kaučukem jsou založeny tzv plastickeacute
trhaviny (Semtex)
91
Nitrocelulosa (nitraacutet celulosy) v = 7000 ms Q = 950-1025 kcalkg
Nitrocelulosa vznikaacute nitraciacute polysacharidu celulosy (velmi čisteacute) do obsahu cca 14
dusiacuteku (což odpoviacutedaacute bdquotrinitraacutetuldquo celulosy)
Historie 1845 Schoumlnbein ndash nitrace bavlny (bdquostřelnaacute bavlnaldquo)
Nitrocelulosa ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
2 C24H29O9(ONO2)11rarr 36CO2+ 47CO+ 4CH4+ 39H2O+ 2C2H2+ 3HCN+ 72 H2 + 372 N2 + 2NH4HCO3
c) Nitraminy
Jde o sloučeniny obsahujiacuteciacute funkčniacute skupinu =NndashNO2
Jsou znaacutemy jak alifatickeacute tak aromatickeacute i heterocyklickeacute laacutetky tohoto typu
(Daacutele se děliacute na primaacuterniacute R-NH-NO2 a sekundaacuterniacute R1R2-N-NO2)
Nejdůležitějšiacute zaacutestupci
Tetryl (246-trinitrofenyl-methyl-nitramin IUPAC N-methyl-N246-tetranitroanilin) v = 7500 ms Q = 1100 kcalkg
NCH3
NO2
NO2
O2N
O2N
Hexogen (cyklotrimethylentrinitramin IUPAC 135-trinitro-135-triazin) v = 8000 ms Q = 1390 kcalkg
N
N N
NO2
NO2O2N
92
d) Vyacutebušneacute soli kyselin
K vyacutebušnyacutem soliacutem patřiacute zejmeacutena amonneacute soli kyseliny dusičneacute chlorečneacute chloristeacute
(di)chromany a manganistany Vyacutebušneacute soli ndash rovnice vybranyacutech vyacutebušnyacutech reakciacute
NH4NO3 rarr N2 + 2 H2O + frac12 O2 ndash 346 kcalkg
2 NH4ClO3 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 32 O2 ndash 359 kcalkg
2 NH4ClO4 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 52 O2 ndash 266 kcalkg
(NH4)2Cr2O7 rarr Cr2O3 + N2 + 4 H2O ndash 310 kcalkg
2 NH4MnO4 rarr N2 + 2 MnO2 + 4 H2O ndash 280 kcalkg
23 Střeliviny (bdquostřelneacute prachyldquo)
Střeliviny patřiacute mezi vyacutebušneacute směsi sloužiacuteciacute k vystřeleniacute naacuteboje z hlavně
v důsledku mohutneacuteho tlaku plynů vzniklyacutech při explozi Jak již bylo zmiacuteněno
v uacutevodu patři sem i klasickyacute černyacute střelnyacute prach (prvniacute popis R Bacon r 1249)
jehož složeniacute se v čase měnilo a ustaacutelilo se na 75 KNO3 (NaNO3 nelze použiacutet pro
hygroskopičnost) 15 dřevneacuteho uhliacute a 10 siacutery
K vyacuterobě je nutneacute použiacutet jemně praacuteškovaneacute velmi čisteacute komponenty Při
vyacuterobě se suroviny melou miacutesiacute v dřevěnyacutech bubnech zvlhčujiacute a zhutňujiacute a nakonec
lisujiacute mezi měděnyacutemi deskami pod tlakem 30 at vyacuteslednyacute produkt se granuluje nebo
lisuje do vaacutelečků o průměru cca 3 cm Vyacuteroba je velmi nebezpečnaacute ndash snadno může
dojiacutet k explozi vyvolaneacute i např statickou elektřinou Černyacute prach se použiacuteval jako
vyacutemetnaacute naacuteplň roznětka zaacutepalnice s časovyacutem zpožděniacutem apod
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (v = 3800 ndash 7000 ms Q = 700 ndash 950 kcalkg)
Jeho vyacuteroba vychaacuteziacute z nitrocelulosy a nitroglycerinu Probleacutemem při použitiacute byl
obrovskyacute tlak při explozi kteryacute může veacutest až k roztrženiacute hlavně Proto se
nitrocelulosa zpočaacutetku rozpouštěla v organickyacutech rozpouštědlech (ether aceton) po
jejichž odpařeniacute vznikne bdquoblaacutenaldquo hořiacuteciacute pomaleji R 1888 A Nobel navrhl rozpouštět
nitrocelulosu v nitroglycerinu (vznikl tzv bdquobalistitldquo) takže běžnaacute hlaveň děla bdquovydrželaldquo
až 1700 vyacutestřelů přiacutedavkem nitrodiglykolu se vyacutedrž zvyacutešila až přes 10 000 vyacutestřelů
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach je poměrně nestabilniacute jeho stabilitu lze zvyacutešit
přiacutedavkem difenylaminu nebo MgO Vyrobenyacute prach se expeduje ve formě malyacutech
šupinek či destiček nebo se lisuje do tyčinek (viz Obr 1)
Prvniacute velkeacute použitiacute černeacuteho prachu u dělostřelectva se datuje r 1346 v bitvě u Kresčaku Byla zaznamenaacutena řada katastrof (1905 exploze prachu na japonskeacutem křižniacuteku Mikasa 1907
vyacutebuch muničniacuteho skladiště Jena aj)
93
Obr 1 Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (vlevo ndash naacuteplň střely do samopalu vpravo ndash dělostřeleckyacute prach
ve formě slisovaneacute trubičky) Pro naacutezornost na obraacutezku uprostřed kancelaacuteřskaacute sponka
24 Třaskaviny
Do teacuteto skupiny patřiacute celaacute řada různorodyacutech chemickyacutech sloučenin (fulminaacutety
azidy acetylidy) Jde o laacutetky vybuchujiacuteciacute po iniciaci (např zahřaacutetiacutem naacuterazem
elektrickou jiskrou) Sloužiacute jako rozbušky (roznětky) pro hlavniacute naacutelož trhaviny
a) Fulminaacutety Tyto laacutetky se odvozujiacute od kyseliny třaskaveacute (fulminoveacute) |CequivNndashOH kteraacute neniacute znaacutema
volnaacute pouze ve formě soliacute Nejdeacutele znaacutemyacute je fulminaacutet rtuti (bdquotřaskavaacuteldquo rtuť)
Hg(ONC)2 Jde o šedobiacutelou laacutetku maacutelo rozpustnou ve vodě leacutepe v alkoholu
Rovnice vyacutebušneacute reakce Hg(ONC)2 rarr Hg + 2 CO + N2 ndash 357 kcalkg (v = 6500 ms)
Velmi podobneacute vlastnosti maacute i třaskaveacute střiacutebro Ag(ONC) ktereacute je však dražšiacute a
meacuteně užiacutevaneacute
b) Azidy Jsou to soli azoimidu (HN3 těkavaacute jedovataacute kapalina pronikaveacuteho zaacutepachu)
Nejpoužiacutevanějšiacute jsou
Azid olovnatyacute Pb(N3)2 ndash nažloutlaacute laacutetka stabilniacute do 75ordmC meacuteně citlivaacute k naacuterazu viacutece
ke třeniacute
Rovnice rozkladu Pb(N3)2 rarr Pb + 3 N2
Azid střiacutebrnyacute AgN3 maacute podobneacute vlastnosti
Azid měďnatyacute Cu(N3)2 je extreacutemně citlivyacute i na dotyk
94
c) Acetylidy
Tyto třaskaviny se odvozujiacute od ethynu HCequivCH naacutehradou atomů vodiacuteku kovem
Praktickyacute vyacuteznam maacute acetylid měďnyacute Cu-CequivC-Cu a střiacutebrnyacute Ag-CequivC-Ag
Rovnice rozkladu Ag2C2 rarr 2 Ag + 2 C (se vzdušnyacutem kysliacutekem dalšiacute reakce na oxidy)
Jde o krystalickeacute laacutetky nerozpustneacute ve vodě vybuchujiacuteciacute naacuterazem či zahřaacutetiacutem
d) Ostatniacute třaskaviny
Do teacuteto skupiny laacutetek lze zařadit
Tetranitrid tetrasiacutery S4N4 ndash oranžoveacute krystalky vybuchujiacuteciacute naacuterazem zahřaacutetiacutem
Jododusiacutek NI3nNH3 je hnědočervenaacute laacutetka explodujiacuteciacute i pouhyacutem dotykem ()
Peroxosloučeniny (i samotnyacute konc H2O2) např peroxoaceton
CH3
CH3
O O CH3
CH3O O
Bertholetovo třaskaveacute střiacutebro Ag3N citliveacute i na sebemenšiacute mechanickyacute impuls
Pozor Tato laacutetka může vzniknout i při Tollensově reakci (Ag-zrcaacutetko) při vyschnutiacute
obsahu zkumavky - pak hroziacute při čištěniacute zkumavky exploze
3 [Ag(NH3)2]Cl rarr Ag3N + 3 NH4Cl + 2NH3
3 Jednoducheacute ilustračniacute pokusy Všechny daacutele uvedeneacute experimenty je možneacute provaacutedět pouze v digestoři za
asistence a pod odbornyacutem dohledem učitele a za použitiacute ochrannyacutech prostředků
(obličejovyacute štiacutet)
a) Přiacuteprava černeacuteho střelneacuteho prachu a jeho vlastnosti Na papiacuteře důkladně promiacutechaacuteme směs malou lžičku KNO3 půl lžičky jemně praacuteškoveacute siacutery a
čtvrt lžičky rozetřeneacuteho dřevěneacuteho uhliacute Tuto směs nasypeme do železneacute misky na piacutesku a
zapaacuteliacuteme špejliacute Pozorujeme prudkou exotermniacute reakci
95
b) Hořeniacute střelneacute bavlny Střelnaacute bavlna je vlastně nitraacutet celulosy kteryacute lze připravit reakciacute chomaacutečku vaty (1 g)
s nitračniacute směsiacute (10 cm3 konc H2SO4 + 10 cm3 konc HNO3) v kaacutedince po dobu cca 20 min
Obr 2 Hořeniacute nitrocelulosy
Vatu potom vyjmeme propereme vodou a volně usušiacuteme Kousek produktu zapaacuteliacuteme a
pozorujeme jak prudce shořiacute (viz obr 2)
c) Exploze směsi chlorečnanu s praacuteškovou siacuterou (fosforem) Pouhyacutem volnyacutem přesypaacutevaacuteniacutem na papiacuteře bez doteku smiacutechaacuteme malaacute množstviacute (jen na
špičku špachtle) KClO3 a stejneacute množstviacute praacuteškoveacute siacutery (nebo červeneacuteho fosforu) Směs
opatrně zabaliacuteme do tenkeacuteho papiacuteru položiacuteme na pevnou podložku (betonovaacute dlažba) a
uacutederem kladiacutevka přivedeme k explozi
Rovnice vyacutebušneacute reakce 2 KClO3 + 3 S rarr 2 KCl + 3 SO2
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů Literatura Urbaňski T Chemie a technologie vyacutebušnin I ndash III SNTL Praha 1958
Babaacutek Z Vraacutebel Z Chemie ndash vybraneacute kapitoly scrpt VA Brno 1994
Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
UP Olomouc 2007
Internetoveacute odkazy httpcswikipediaorgwikiVC3BDbuC5A1nina
httpwwwjergymhieducz~canovmvybusninvybusninhtm
96
ELEKTROLYacuteZA
Text zpracoval Doc RNDr Zdeněk Šindelaacuteř CSc
Osnova
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
Zaacutekladniacute pojmy
2 Elektrolyacuteza
21 Elektrolyacuteza chloridu zinečnateacuteho a sodneacuteho
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli
23 Faradayovy zaacutekony
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
97
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
11 Zaacutekladniacute pojmy
Elektrochemiiacute rozumiacuteme obor chemie kteryacute se zabyacutevaacute procesy probiacutehajiacuteciacutemi
na rozhraniacute mezi elektrodou a elektrolytem Elektrodou je zpravidla vodič 1 druhu
(kov ndash např měď rtuť železo nikl chrom platina ale i uhliacutek ve formě grafitu) Volba
materiaacutelu elektrody souvisiacute s chemickyacutemi vlastnostmi elektrolytu a se změnami ke
kteryacutem v elektrolytu dochaacuteziacute Elektrolytem je roztok nebo i tavenina laacutetky kteraacute maacute
schopnost disociovat na volneacute ionty Takovou laacutetkou je napřiacuteklad chlorid sodnyacute jehož
vodnyacute roztok nebo jeho tavenina jsou elektrolyty Je to sloučenina ve ktereacute jsou
atomy vaacutezaacuteny chemickou vazbou kteraacute maacute vyacuterazně iontovyacute charakter Elektrolyty
jsou takeacute vodiči elektrickeacuteho proudu a označujeme je jako vodiče 2 druhu
Elektrolytickou disociaci (rozpad laacutetky na ionty v tavenině a ve vodneacutem roztoku)
zapiacutešeme rovniciacute
NaCl rarr Na+ + Cl-
Schopnost laacutetek disociovat v roztoku popisujeme pojmem siacutela elektrolytu
V přiacutepadě NaCl se jednaacute o silnyacute elektrolyt tedy prakticky všechen rozpuštěnyacute chlorid
sodnyacute je ve vodneacutem roztoku disociovaacuten na ionty ktereacute jsou tak od sebe odděleny a
jsou obklopeny molekulami rozpouštědla v našem přiacutepadě molekulami vody
Řiacutekaacuteme že ionty jsou ve vodnyacutech roztociacutech hydratovaacuteny
2 Elektrolyacuteza
Elektrolyacutezu lze chaacutepat jako děj při ktereacutem dochaacuteziacute na elektrodaacutech
vloženyacutech do elektrolytu k chemickyacutem změnaacutem způsobenyacutech průchodem elektrickeacuteho proudu z vnějšiacuteho zdroje V tomto přiacutepadě budeme většinou volit
takoveacute elektrody ktereacute nebudou podleacutehat během procesu změnaacutem (budou chemicky
inertniacute) Na obr 1 je znaacutezorněn schematicky pokus kteryacute naacutem pomůže pochopit
jakeacute děje během elektrolyacutezy probiacutehajiacute
98
Obr 1 Elektrolyzeacuter
Ve scheacutematu vidiacuteme jednotliveacute elektrody ktereacute nesou označeniacute podle toho ke
ktereacutemu poacutelu zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute jsou připojeny V přiacutepadě elektrolyacutezy
je elektroda připojenaacute ke kladneacutemu poacutelu zdroje označovaacutena jako anoda protože k niacute
elektromigraciacute putujiacute ionty opačneacute polarity ndash tedy zaacuteporně nabiteacute anionty Anoda je
elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy oxidace (bez ohledu na polaritu elektrod)
K zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje je připojena katoda ke ktereacute analogicky putujiacute kladně
nabiteacute čaacutestice ndash kationty Katoda je elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy redukce (opět
bez ohledu na polaritu elektrod) Elektromigrace je tedy pohyb nabityacutech čaacutestic
usměrněnyacute vlivem elektrickeacuteho pole
Před zapojeniacutem zdroje jsou koncentrace všech složek elektrolytu v každeacutem
miacutestě roztoku stejneacute (jak viacuteme roztok je homogenniacute směs) Po zapnutiacute zdroje se
začnou ionty v důsledku přiacutetomnosti elektrickeacuteho pole pohybovat k opačně nabiteacute
elektrodě Když dospějiacute až k jejiacutemu povrchu vybijiacute se a produkt se buď vyloučiacute na
přiacuteslušneacute elektrodě přiacutepadně ihned reaguje s dalšiacutemi složkami elektrolytu nebo
přiacutemo s elektrodou V důsledku toho se však sniacutežiacute koncentrace vybiacutejenyacutech iontů
v bliacutezkosti elektrody a přiacutesun novyacutech iontů k elektrodě začiacutenaacute byacutet řiacutezen difuacuteziacute Ionty
difundujiacute do miacutest s nižšiacute koncentraciacute ve snaze obnovit homogenniacute prostřediacute Procesy probiacutehajiacuteciacute v bliacutezkosti elektrod nejsou jednoducheacute a zaacutevisejiacute silně na dalšiacutech faktorech
Jedniacutem z důležityacutech faktorů je zda budeme elektrolyt během elektrolyacutezy miacutechat protože konvekce
(prouděniacute) maacute velkyacute vliv na průběh celeacuteho procesu
99
Velmi důležiteacute je takeacute zda odděliacuteme anodovyacute a katodovyacute prostor přepaacutežkou
kteraacute umožniacute průchod elektrickeacuteho proudu elektrolyzeacuterem a přitom zabraacuteniacute
promiacutechaacutevaacuteniacute vzniklyacutech produktů elektrolyacutezy v bliacutezkosti elektrod Tato přepaacutežka se
nazyacutevaacute diafragma a byacutevaacute to obvykle poreacutezniacute keramickyacute materiaacutel Mohou to byacutet
podle uacutečelu ale různeacute jineacute materiaacutely na baacutezi plastickyacutech hmot polymerniacute gely nebo
napřiacuteklad celofaacuten Jak již bylo řečeno aby mohl elektrolyzeacuterem proteacutekat elektrickyacute proud musiacuteme na elektrody
vložit elektrickeacute napětiacute Minimaacutelniacute napětiacute ktereacute způsobiacute že začne systeacutemem proteacutekat elektrickyacute proud
označujeme jako rozkladneacute napětiacute jeho velikost souvisiacute uacutezce s pojmem elektrochemickyacute člaacutenek
Velikost proudu kteryacute zařiacutezeniacutem prochaacuteziacute zaacutevisiacute rovněž na mnoha faktorech Velkyacute vliv majiacute zejmeacutena
velikost plochy elektrod a koncentrace elektrolytu Velikost proudu vztaženaacute na jednotku plochy
(obvykle cm2) označujeme pojmem proudovaacute hustota [Acm-2] Proudovaacute hustota a složeniacute
(koncentrace) elektrolytu rozhodujiacuteciacutem způsobem ovlivňujiacute konečneacute složeniacute produktů elektrolyacutezy
21 Elektrolyacuteza ZnCl2 a NaCl
Průběh elektrolyacutezy vodneacuteho roztoku chloridu zinečnateacuteho můžeme zapsat
naacutesledovně
katoda Zn2+ + 2 e- rarr Zn
anoda 2 Cl- rarr Cl2 + 2 e-
Produkty procesu jsou plynnyacute chlor a zinek jako volnyacute kov
Elektrolyacuteza však může miacutet i značně komplikovanyacute průběh kteryacute je silně zaacutevislyacute
na podmiacutenkaacutech provedeniacute Přiacutekladem může byacutet elektrolyacuteza chloridu sodneacuteho
Budeme-li při odděleneacutem katodoveacutem a anodoveacutem prostoru v inertniacute atmosfeacuteře
elektrolyzovat taveninu chloridu sodneacuteho ziacuteskaacuteme kovovyacute sodiacutek a plynnyacute chlor
katoda 2 Na+ + 2 e- rarr 2 Na
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
Všimněme si že složeniacute elektrolytu (taveniny) se nijak vyacuteznamně neměniacute
vylučujiacute se ekvivalentniacute množstviacute chloru a sodiacuteku
Při elektrolyacuteze vodneacuteho roztoku NaCl je situace složitějšiacute V přiacutepadě oddělenyacutech
prostorů elektrod bude v katodoveacutem prostoru dochaacutezet k vyredukovaacuteniacute vodiacuteku
protože elektron přenesenyacute na ion sodnyacute přechaacuteziacute ihned na molekulu vody
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2 NaOH + H2
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
100
Při tomto procesu se ale vyacuteznamně měniacute složeniacute elektrolytu postupně miziacute z roztoku
chloridovyacute ion kteryacute je nahrazen aniontem OH- Po vyčerpaacuteniacute chloridovyacutech iontů bude pokračovat elektrolyacuteza za vzniku kysliacuteku z vybiacutejenyacutech iontů
hydroxidovyacutech
anoda 4 OH- rarr 4 OHbull + 4 e- a daacutele 4 OHbull rarr 2 H2O2 rarr 2 H2O + 2 Obull
2 Obull rarr O2
Pokud provedeme elektrolyacutezu na rtuťoveacute elektrodě (-) s oddělenyacutemi
elektrodovyacutemi prostory bude se na katodě pouze redukovat sodiacutek kteryacute se rtutiacute
vytvořiacute amalgaacutem Na anodě se bude opět vylučovat chlor Po vypnutiacute elektrickeacuteho
zdroje se začne z amalgaacutemu vylučovat sodiacutek a reagovat s vodou za vzniku vodiacuteku a
hydroxidu sodneacuteho Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem vodiacuteku na rtuťoveacute
elektrodě Při elektrolyacuteze s neoddělenyacutemi prostory elektrod za miacutechaacuteniacute a chlazeniacute elektrolytu
Primaacuterniacute procesy na elektrodaacutech jsou stejneacute jako v předchoziacutem přiacutepadě ale naacutesleduje reakce
2 NaOH + Cl2 rarr NaCl + NaClO + H2O
Produktem procesu je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlornanu sodneacuteho
Nebudeme-li elektrolyt chladit dojde k disproporcionaci NaClO
3 NaClO rarr 2 NaCl + NaClO3
nebo
6 NaOH + 3 Cl2 rarr 5 NaCl + NaClO3 + 3 H2O
Konečnyacutem produktem je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlorečnanu sodneacuteho
Poznamenejme ještě že elektrolyacutezou roztoků chlorečnanu za silneacuteho chlazeniacute (teplota by
neměla překročit přiacuteliš přes 20degC) s použitiacutem platinovyacutech elektrod ziacuteskaacuteme roztoky chloristanů
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2Na+ + 2OH- + H2
anoda 2 ClO3- rarr 2 ClO3 + 2 e-
2 ClO3 + H2O rarr HClO3 + HClO4
s naacuteslednou neutralizaciacute 2 NaOH + HClO3 + HClO4 rarr NaClO3 + NaClO4 + 2 H2O
Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem platinoveacute elektrody ke kysliacuteku
Při vyššiacutech teplotaacutech dochaacuteziacute k reakci
2 ClO3 + H2O rarr 2 HClO3 + Obull a naacutesledně 2 Obull rarr O2
a na anodě dojde k vylučovaacuteniacute kysliacuteku V tomto přiacutepadě jsou produkty elektrolyacutezy stejneacute jako při
elektrolyacuteze vody okyseleneacute zředěnou kyselinou siacuterovou tj vodiacutek a kysliacutek
101
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli CuSO4
Elektrolyacuteza měďnateacute soli ve vodneacutem roztoku s využitiacutem měděnyacutech elektrod
(anoda i katoda jsou ze stejneacuteho materiaacutelu tedy z mědi) vede k vylučovaacuteniacute mědi na
katodě z roztoku za současneacuteho doplňovaacuteniacute měďnatyacutech iontů z rozpouštěneacute anody
katoda Cu2+ + 2e- rarr Cu
anoda Cu + SO42- rarr Cu2+ + SO4
2- + 2e-
Vyacutesledkem je přenos materiaacutelu anody (suroveacute mědi) na katodu (čistaacute měď)
Tento postup se v praxi využiacutevaacute k elektrolytickeacutemu čištěniacute suroveacute mědi Ziacuteskaacute se tak
kov vysokeacute čistoty
Poznaacutemka pod anodou se usazujiacute anodoveacute kaly (nečistoty v anodě obsaženeacute) ktereacute jsou zdrojem
dalšiacutech prvků ktereacute doprovaacutezejiacute v přiacuterodě měď - zejmeacutena Ag Au platinoveacute kovy Rozkladneacute napětiacute
takoveacuteho roztoku (např CuSO4 slabě okyseleneacuteho kyselinou siacuterovou pro potlačeniacute hydrolytickyacutech
procesů) je velmi niacutezkeacute Virtuaacutelniacute pokus je možno snadno proveacutest nebo simulovat na přiloženeacutem
programu Vaacuteženiacutem elektrod po provedeneacutem experimentu a měřeniacutem času a proudu je naviacutec možno
ověřit platnost Faradayovyacutech zaacutekonů 23 Faradayovy zaacutekony elektrolyacutezy
1 Faradayův zaacutekon vyjadřuje množstviacute (hmotnost) laacutetky kteraacute vznikne při
průchodu stejnosměrneacuteho elektrickeacuteho proudu za určitou dobu
m = A middot I middot t kde m ndash hmotnost vyloučeneacute laacutetky
A - konstanta (tzv elektrochemickyacute ekvivalent)
I - elektrickyacute proud
t - čas
Protože elektrickyacute naacuteboj Q = I t můžeme vyacuteraz zkraacuteceně zapsat m = AQ
2 Faradayův zaacutekon formuluje vyacuteraz pro vyacutepočet elektrochemickeacuteho
ekvivalentu A Slovně ho lze vyjaacutedřit větou že laacutetkovaacute množstviacute
vyloučenaacute stejnyacutem naacutebojem jsou chemicky ekvivalentniacute Potom platiacute
FzMAsdot
=
kde M - molaacuterniacute hmotnost
z - počet vyměňovanyacutech elektronů při elektrodoveacutem ději
102
F je Faradayova konstanta (F = 96485104 Cmol-1) kteraacute je čiacuteselně
rovna elektrickeacutemu naacuteboji potřebneacuteho k vyloučeniacute 1z molu laacutetky
Konečnyacute vyacuteraz pro vyacutepočet množstviacute laacutetky přeměněneacute průchodem elektrickeacuteho
proudu po danou dobu lze tedy zapsat ve tvaru
tIFz
Mm sdotsdot=sdot
Poznaacutemka je zaacutesadně důležiteacute dosadit do vzorce veličiny ve spraacutevnyacutech jednotkaacutech
Požadujeme-li vyacutesledek m [g] pak musiacuteme dosazovat I [A] t [s]
Přiacuteklad Kolik g Cu se vyloučiacute na katodě při rafinaci mědi průchodem proudu 1 A po dobu 300 s
Řešeniacute Protože na přeměnu jednoho iontu Cu2+ na čistou měď potřebujeme vyměnit 2 elektrony (viz kap
22 z = 2) dostaneme po dosazeniacute (relativniacute atomovaacute hmotnost mědi je 6354) do vztahu pro m
Vyacutesledek m = 0099 asymp 01 g mědi
Vyacutepočet probiacutehaacute automaticky např při spuštěniacute přiloženeacute animace (viz 24 ovlaacutedaacuteniacute je intuitivniacute)
Na zaacutevěr je ještě třeba zmiacutenit že technickyacute (dohodnutyacute) směr proudu (fyzika
elektrotechnika) je vždy od kladneacuteho k zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje a je tedy opačnyacute než
pohyb elektronů
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
Všechny animace použiteacute k doplněniacute toto textu jsou k dispozici zde
httpgoogleiastateedusearchq=cachendvLO9akz9cJwwwchemiastateedugro
upGreenbowesectionsprojectfolderanimationsindexhtm+electrolysisampoutput=xml_
no_dtdampclient=default_frontendampproxystylesheet=default_frontendampie=UTF-
8ampaccess=pampoe=ISO-8859-1
Ostatniacute informace potřebneacute k hlubšiacutemu pochopeniacute pojmu elektrolyacuteza najde čtenaacuteř
např v zaacutekladniacute učebnici fyzikaacutelniacute chemie
httpwwwvschtczfchczpomuckyBREVALLpdf
11
f) Bezpečnostniacute list ethylesteru kyseliny octoveacute je napřiacuteklad na internetoveacutem
odkazu httpwwwmach-chemikalieczdownloadphpid=96 Ethylester
kyseliny octoveacute patřiacute mezi laacutetky vysoce hořlaveacute (F) a draacuteždiveacute (Xi)
63 Řešeniacute opakovaciacuteho cvičeniacute (kap 5) 1) Esterifikace je reakce kterou se připravujiacute estery vedlejšiacutem produktem je
voda Vyacutechoziacutemi laacutetkami pro tuto reakci jsou alkohol a karboxylovaacute kyselina
reakce musiacute probiacutehat v prostřediacute silneacute kyseliny
2) b)
3) kyselaacute hydrolyacuteza
4) Řada esterů se použiacutevaacute v potravinaacuteřstviacute jako vonneacute a přiacutechuťoveacute přiacutesady
5) c)
6)
7) alkohol a sůl karboxyloveacute kyseliny
8) c)
reakce probiacutehajiacuteciacute v prvniacute zkumavce
OH CH2 CH3C
O
OHCH3 + C
O
OCH3 CH2 CH3H
+
OH2+
reakce probiacutehajiacuteciacute ve druheacute zkumavce
H+
C
O
OCH3 CH2 CH3 OH2+ OH CH2 CH3C
O
OHCH3 +
7 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele 71 Estery anorganickyacutech kyselin
Kromě esterů karboxylovyacutech kyselin tj organickyacutech existujiacute takeacute estery anorganickyacutech
kyselin Esterifikaci anorganickyacutech kyselin můžeme žaacutekům zmiacutenit aby si uvědomili že probiacutehaacute nejen u
organickyacutech kyselin
Reakciacute kyseliny boriteacute s methanolem nebo ethanolem v kyseleacutem prostřediacute vznikajiacute estery kyseliny boriteacute Uvedenou reakci jejiacutež provedeniacute je velmi jednoducheacute lze použiacutet i pro odlišeniacute
C
O
OHC
O
O CH2 CH3OH CH2 CH3+H
+
OH2+
12
methanolu od ethanolu Ve směsi metanol - kyselina boritaacute se tvořiacute ester i bez přiacutedavku kyseliny
siacuteroveacute a ester hořiacute zeleně Ve směsi ethanol - kyselina boritaacute bez přiacutedavku H2SO4 se ester netvořiacute tak
rychle po zapaacuteleniacute reakčniacute směsi je plamen oranžovyacute Po okyseleniacute teacuteto reakčniacute směsi konc H2SO4
vznikaacute triethylester kyseliny boriteacute kteryacute hořiacute takeacute zelenyacutem plamenem
B
OHOH
OH
B
OO
O
CH3
CH3
CH3
+ CH3 OH3 + OH23
Estery kyseliny dusičneacute se použiacutevajiacute jako vyacutebušniny Nitroglycerin ester kyseliny dusičneacute a
glycerolu je nejdůležitějšiacute součaacutestiacute dynamitu Použiacutevaacute se takeacute v leacutekařstviacute jako prostředek pro zklidněniacute
srdečniacutech arytmiiacute a snižovaacuteniacute krevniacuteho tlaku
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3 H2SO4
- 3 H2O
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2 Ester kyseliny dusičneacute a celulosy ndash nitrocelulosa je znaacutemaacute vyacutebušnina
72 Poznaacutemky k chemickeacutemu pokusu (viz 22)
Pokud by vůně vznikleacuteho esteru nebyla vyacuteraznaacute lze zkumavku s reakčniacute směsiacute ještě před
jejiacutem vylitiacutem na hodinoveacute skliacutečko zahřiacutevat (je nutneacute dbaacutet na bezpečnost žaacuteků ndash předevšiacutem braacutet
v uacutevahu možneacute vystřiacuteknutiacute směsi a dodržovat tedy bezpečnyacute odstup od žaacuteků použiacutet ochrannyacute štiacutet)
Pro přiacutepravu většiacuteho množstviacute esteru je vhodneacute použiacutet zpětnyacute chladič Do baňky s 6 ml
kyseliny octoveacute přidaacuteme 5 ml ethanolu Na obličej si nasadiacuteme ochrannyacute štiacutet Opatrně za chlazeniacute
proudem vody přilijeme 6-7 ml konc kyseliny siacuteroveacute Baňku uzavřeme zaacutetkou s jednoduchyacutem
zpětnyacutem chladičem (min 60 cm dlouhaacute skleněnaacute trubička) (viz obr2) a opatrně zahřiacutevaacuteme 7 ndash 10 min
na vodniacute laacutezni
Obr 2 Esterifikace za použitiacute jednoducheacuteho zpětneacuteho chladiče
13
Potom zaměniacuteme zpětnyacute chladič za vzdušnyacute sestupnyacute a oddestilujeme asi 5 ml kapaliny Přisypeme
1 lžičku uhličitanu sodneacuteho kteryacute vytvořiacute oddělenou vrstvu nemiacutesitelnou s vodou nebo můžeme
reakčniacute směs ihned po ukončeniacute zahřiacutevaacuteniacute pod zpětnyacutem chladičem vylit do kaacutedinky s nasycenyacutem
roztokem chloridu sodneacuteho ve vodě čiacutemž se vysoliacute ethylester kyseliny octoveacute
73 Charakteristickeacute vůně esterů
Alkohol Kyselina Ester Vůně
methanol k salicylovaacute methylester kyseliny salicyloveacute karamel
methanol k maacuteselnaacute methylester kyseliny maacuteselneacute ananas
ethanol k maacuteselnaacute ethylester kyseliny maacuteselneacute broskve
ethanol k benzoovaacute ethylester kyseliny benzooveacute karafiaacutety
ethanol k mravenčiacute ethylester kyseliny mravenčiacute rum
ethanol k octovaacute ethylester kyseliny octoveacute rozpouštědla
butan-1-ol k octovaacute butylester kyseliny octoveacute ovoce
butan-1-ol k propionovaacute butylester kyseliny propionoveacute rum
pentan-1-ol k benzoovaacute pentylester kyseliny benzooveacute ambra
pentan-1-ol k octovaacute pentylester kyseliny octoveacute ovoce
pentan-1-ol k salicylovaacute pentylester kyseliny salicyloveacute orchideje
petan-1-ol k maacuteselnaacute pentylester kyseliny maacuteselneacute meruňky
oktan-1-ol k octovaacute oktylester kyseliny octoveacute pomeranče
74 Alkalickaacute hydrolyacuteza esteru (zmyacutedelněniacute)
Alkalickaacute hydrolyacuteza esterů patřiacute mezi průmyslově vyacuteznamneacute reakce ndash využiacutevaacute se při vyacuterobě myacutedel
Zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu myacutedel jsou tuky jejichž hlavniacute součaacutest tvořiacute praacutevě estery vyššiacutech
mastnyacutech kyselin s glycerolem (např kyseliny stearovaacute palmitovaacute olejovaacute atd)
8 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Mareček A Honza J Chemie pro čtyřletaacute gymnaacutezia 3 diacutel Nakladatelstviacute
Olomouc Olomouc 2000
2 Škoda J Douliacutek P Chemie 8 - učebnice pro zaacutekladniacute školy a viacuteceletaacute gymnaacutezia
Fraus Plzeň 2006
CH2
CH
CH2
O
O
O
OC
OC
OC R
R
R
3 NaOH
CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 R CO ONa
tuk glycerol sodneacute myacutedlo
+
14
3 Kovaacuteč J a kol Organickaacute cheacutemia 1 Alfa Bratislava 1992
4 Klouda P Janeczkovaacute A Organickaacute chemie studijniacute text pro SPŠCH
Nakladatelstviacute Pavel Klouda Ostrava 2001
5 Hrnčiar P Organickaacute cheacutemia Slovenskeacute pedagogickeacute nakladatelstvo Bratislava
1990
6 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemie sbiacuterka uacuteloh pro společnou čaacutest maturitniacute zkoušky
Tauris Praha 2001
7 Baacuterta M Jak (ne)vyhodit školu do povětřiacute Horaacutekova chemickaacute kuchařka pro
maleacute i velkeacute experimentaacutetory chemickeacute pokusy pro žaacuteky 8 a 9 třiacuted studenty
středniacutech škol a jejich nadšeneacute učitele Didaktis Brno 2004
8 Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
Univerzita Palackeacuteho v Olomouci Olomouc 2007
9 Čtrnaacutectovaacute H a kol Chemickeacute pokusy pro školu a zaacutejmovou činnost
Prospektrum Praha 2000
Internetoveacute odkazy 10 Rum tuzemaacutek [online 2011-09-15] Dostupneacute z www lthttpwwwla-vinczrum-
tuzemak-05l-375p20782gt
11 Ananas plod ananasovniacuteku chocholateacuteho [online 2011-09-15] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiSouborPineapple_and_cross_sectionjpggt
12 Nitroglycerin [online 2012-04-11] Dostupneacute z www
lthttpcswikipediaorgwikiNitroglyceringt
15
PŘIacuteRODNIacute LAacuteTKY ndash VITAMINY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky přiacuterodniacutech laacutetek
2 Vitaminy
Přehled vybranyacutech vitaminů
21 Vitamin A ndash retinol
22 Vitamin B1 ndash thiamin
23 Vitamin B2 ndash riboflavin
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety
25 Vitamin B12 ndash kobalamin
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute
27 Vitamin D ndash kalciferoly
28 Vitamin E ndash tokoferoly
3 Zaacutevěr
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
16
1 Přiacuterodniacute laacutetky
Za přiacuterodniacute laacutetky se považujiacute organickeacute sloučeniny ktereacute jsou produkty
chemickyacutech reakciacute probiacutehajiacuteciacutech v buňkaacutech Některeacute z přiacuterodniacutech laacutetek jsou
jednoducheacute organickeacute sloučeniny jineacute naopak velmi složiteacute makromolekulaacuterniacute laacutetky
Přiacuterodniacute laacutetky se zpravidla děliacute do skupin podle sveacuteho chemickeacuteho složeniacute a
struktury nebo podle funkciacute ktereacute plniacute v živeacutem organismu Rozlišujeme tedy tzv
energetickeacute živiny (lipidy sacharidy proteiny) biokatalyzaacutetory (vitaminy enzymy
hormony) daacutele nukleoveacute kyseliny a alkaloidy
2 Vitaminy
Vitaminy jsou organickeacute sloučeniny ktereacute již v malyacutech koncentraciacutech ovlivňujiacute
průběh některyacutech chemickyacutech dějů v živeacutem organismu Vyacuteznam vitaminů spočiacutevaacute v
tom že tvořiacute nezbytnou součaacutest enzymů Z chemickeacuteho hlediska patřiacute vitaminy k
různyacutem druhům sloučenin proto je neniacute možneacute dělit podle struktury Z tohoto důvodu
se děliacute nejčastěji podle rozpustnosti a to na vitaminy rozpustneacute ve vodě (hydrofilniacute) a
vitaminy rozpustneacute v tuciacutech (lipofilniacute) Toto rozděleniacute naviacutec koresponduje
s charakteristickyacutemi vlastnostmi jednotlivyacutech vitaminů Napřiacuteklad hydrofilniacute vitaminy
nedokaacuteže organismus skladovat proto se při nadbytečneacutem přiacutejmu vylučujiacute močiacute
Lipofilniacute vitaminy jsou v organismu skladovatelneacute Jejich nadbytečnyacute přiacutejem může
veacutest k hypervitaminoacutezaacutem ktereacute mohou vyvolat vaacutežneacute poruchy (zejmeacutena u vitaminů A
a D)
Před objasněniacutem struktury vitaminů bylo zavedeno jejich označovaacuteniacute piacutesmeny abecedy Vitaminy se stejnyacutemi nebo podobnyacutemi fyziologickyacutemi uacutečinky byly
odlišovaacuteny čiacuteselnyacutemi indexy Později byly použiacutevaacuteny triviaacutelniacute naacutezvy Dnes se
většinou upřednostňujiacute naacutezvy odvozeneacute od chemickeacuteho složeniacute jednotlivyacutech
vitaminů Označovaacuteniacute piacutesmeny staacutele přežiacutevaacute zejmeacutena v leacutekařskeacute praxi a
potravinaacuteřstviacute
17
EE
AA DD
KKEE
AA DD
KK
Vitaminy rozpustneacute ve vodě
Do teacuteto skupiny řadiacuteme předevšiacutem skupinu vitaminů B (B1 ndash thiamin B2 ndash riboflavin
B5 ndash kyselina pantotenovaacute B6 ndash pyridoxin atd) vitamin C (kyselina L-askorbovaacute) a
vitamin H (biotin)
Obr 1 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech ve vodě
Vitaminy rozpustneacute v tuciacutech
Do teacuteto skupiny řadiacuteme vitamin A (retinol) vitamin D (skupina laacutetek označovanyacutech
jako kalciferoly) vitamin E (skupina laacutetek označovanaacute jako tokoferoly) a vitamin K
(existuje opět v různyacutech formaacutech jako fylochinon K1 farnochinon K2 atd)
Obr 2 Ilustračniacute obraacutezek vitaminů rozpustnyacutech v tuciacutech
Vitaminy si živočišnyacute organismus většinou až na vyacutejimky nedovede saacutem vytvořit
Z tohoto důvodu jsou lideacute i ostatniacute živočichoveacute odkaacutezaniacute na jejich přiacutejem v potravě
Přiacutetomnost a vhodnaacute koncentrace vitaminů v těle jsou nezbytneacute předevšiacutem pro
spraacutevnyacute růst a vyacutevoj jedince Nepřiacutetomnost některeacuteho vitaminu v těle se projevuje
vaacutežnyacutemi fyziologickyacutemi poruchami a onemocněniacutemi ktereacute se obecně označujiacute jako
avitaminosa Typickaacute avitaminosa se vyskytuje v našich podmiacutenkaacutech poměrně
B H
C
18
vzaacutecně Častějšiacute jsou onemocněniacute z nedostatečneacuteho množstviacute vitamiacutenu tzv
hypovitaminosa kteraacute maacute miacuternějšiacute průběh než avitaminosa Naopak nadbytečneacute
množstviacute některeacuteho vitaminu v těle může způsobit hypervitaminosu
Přehled vybranyacutech vitaminů
V teacuteto kapitole jsou podrobněji popsaacuteny nejvyacuteznamnějšiacute vitaminy
21 Vitamin A ndash retinol z chemickeacuteho hlediska se jednaacute o skupinu podobnyacutech
laacutetek patřiacuteciacute mezi tetraterpeny Vitamin A stimuluje růst živočišnyacutech buněk spraacutevnyacute
vyacutevoj kosterniacutech tkaacuteniacute a normaacutelniacute reprodukci Je velice důležityacute při zrakoveacutem vjemu
Denniacute daacutevka pro člověka je 1 mg
Dobryacutem zdrojem je zelenina a ovoce (mrkev špenaacutet petržel rajčata) rybiacute tuk
maacuteslo žloutek jaacutetra Avitaminosa se projevuje šeroslepostiacute zastaveniacutem růstu a
degeneraciacute reprodukčniacutech orgaacutenů Dlouhotrvajiacuteciacute nedostatek vyvolaacutevaacute vypadaacutevaacuteniacute
vlasů krvaacuteceniacute z nosu bolesti kloubů Zaacutesoba vitaminu A je jedniacutem
z faktorů přirozeneacute ochrany organismu před zhoubnyacutem bujeniacutem
22 Vitamin B1 ndash thiamin tvořiacute kofaktor řady enzymů Je syntetizovaacuten střevniacutemi
bakteriemi Rozklaacutedaacute se v alkalickeacutem prostřediacute Průměrnaacute denniacute spotřeba pro
člověka je asi 14 mg Nejdůležitějšiacutemi zdroji je celozrnnaacute mouka luštěniny droždiacute
žloutek vnitřnosti a hověziacute maso Avitaminosa je znaacutema jako nemoc beri-beri (osoby
živeneacute převaacutežně loupanou ryacuteži) Přiacuteznaky nemoci jsou rozmaniteacute od ztraacutety
hmotnosti přes poruchy nervoveacuteho systeacutemu až po svalovou slabost
Obr 3 Ilustračniacute obraacutezky možnyacutech zdrojů vitaminu A zleva komerčniacute tobolky obsahujiacuteciacute rybiacute tuk špenaacutet maacuteslo
19
N
NCH2
N
S CH2CH2
OH
CH3
CH3 NH2
23 Vitamin B2 ndash riboflavin je opět součaacutestiacute kofaktorů řady enzymů Velmi citlivyacute na
světlo Jeho denniacute potřeba pro člověka činiacute 2 mg Zdrojem je listovaacute zelenina rajčata
obilniacute slupky mleacuteko žloutek vnitřnosti Avitaminosa se projevuje zaacutenětlivyacutemi
změnami sliznic a kůže změnami očniacute rohovky poruchami růstu a nervovyacutemi
poruchami
N
NNH
N
OH
OH OH
OH
CH3
CH3
O
O Obr 6 Chemickyacute vzorec vitaminu B2
Obr 5 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B1 zleva droždiacute obilneacute klasy hověziacute maso
Obr 4 Chemickyacute vzorec vitaminu B1
20
24 Vitamin B6 - pyridinoveacute derivaacutety pyridoxol (pyridoxin) pyridoxal a pyridoxamin jsou to kofaktory enzymů uplatňujiacuteciacutech se při metabolismu
aminokyselin Denniacute daacutevka pro člověka je asi 2 mg Jsou hojně zastoupeneacute zejmeacutena
v mase jaacutetrech droždiacute listoveacute zelenině celozrnneacute mouce Pyridoxol je v rostlinaacutech
ostatniacute v živočišnyacutech tkaacuteniacutech Snadno se rozklaacutedajiacute světlem a teplem Nedostatek je
vzaacutecnyacute a způsobuje předevšiacutem nervoveacute poruchy
25 Vitamin B12 ndash kobalamin jednaacute se o kofaktory enzymů podiacutelejiacuteciacutech se na
biosynteacuteze nukleovyacutech kyselin a metabolismu aminokyselin a biacutelkovin Jsou nezbytneacute
pro tvorbu krve a to zejmeacutena pro tvorbu červenyacutech krvinek Denniacute potřeba u člověka
se pohybuje kolem 3 mg Vyacuteznamnyacutem zdrojem jsou vnitřnosti předevšiacutem jaacutetra
Nedostatek B12 je přiacutečinou vaacutežneacute až smrtelneacute nemoci ndash perniciosniacute anemie
(nedostatek červenyacutech krvinek spojeneacute s neurologickyacutemi komplikacemi)
Obr 7 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B zleva obilniny mleacuteko a čerstvyacute syacuter droždiacute
21
NN
N N
N N
Co+
OHO
NH2
NH2
O
H
O
NH2
O
NH2O
O
OH
OH
O
NH
H OP
OH
OO
26 Vitamin C ndash kyselina L- askorbovaacute tvořiacute důležityacute redoxniacute systeacutem kteryacute při
biochemickyacutech reakciacutech vystupuje jako neenzymovyacute přenašeč vodiacuteku Rozklaacutedaacute se
vzdušnyacutem kysliacutekem Daacutele je kofaktorem některyacutech enzymů uacutečastniacute se obrannyacutech
mechanismů vůči chorobaacutem a jinyacutem poškozeniacutem Patřiacute mezi zachytaacutevače volnyacutech
radikaacutelů ale naopak v přiacutetomnosti Fe3+ zvyšuje jejich tvorbu Proto je třeba jeho
přiacutevod do těla regulovat Doporučenaacute denniacute daacutevka pro člověka je 50-60 mg
Vitamin C je rozšiacuteřen v rostlinaacutech nejviacutece v šiacutepciacutech černeacutem rybiacutezu zeleneacute
paprice citronech a pomerančiacutech Při nedostatku nejprve vysychaacute kůže člověk
Obr 8 Chemickyacute vzorec vitaminu B12
Obr 9 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu B12 zleva tepelně upravenaacute jaacutetra mleacuteko
22
hubne maacute pocit uacutenavy a později se projevujiacute přiacuteznaky kurdějiacute - podkožniacute krvaacuteceniacute
krvaacuteceniacute daacutesniacute vypadaacutevaacuteniacute zubů naacutechylnost k infekciacutem
27 Vitamin D ndash steroidniacute hormonaacutelniacute prekurzory ndash kalciferoly vznikajiacute ozaacuteřeniacutem
nenasycenyacutech sterolů UV zaacuteřeniacutem U lidiacute se tvořiacute zejmeacutena v kůži Regulujiacute
metabolismus vaacutepniacuteku Svyacutemi uacutečinky připomiacutenajiacute hormony Netvořiacute kofaktory
Velikost denniacute daacutevky zaacutevisiacute na věku a intenzitě ozařovaacuteniacute pokožky Zdrojem
provitaminů D jsou kvasnice některeacute oleje a žloutek Vitaminy D jsou ve většiacute miacuteře
obsaženy v jaterniacutech tuciacutech maacutesle a mleacuteku Nedostatek vitaminu D vyvolaacutevaacute poruchy
metabolismu vaacutepniacuteku a fosforu ktereacute vede k onemocněniacute zvaneacutemu rachitis (křivice)
Obr 10 Chemickyacute vzorec vitaminu C
Obr 11 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu C zleva paprika citrusoveacute plody šiacutepky
Obr 12 Chemickyacute vzorec vitaminu D
23
2288 Vitamin E - tokoferoly - vyacuteznam neniacute zatiacutem přesně znaacutem Všeobecně se miacuteniacute
že chraacuteniacute lipidy před oxidaciacute zejmeacutena pak lipidy buněčnyacutech membraacuten Poškozeniacute
lipidů vyvolaacutevajiacute hlavně volneacute radikaacutely a tokoferoly tyto volneacute radikaacutely zachycujiacute Teacuteto
vlastnosti se využiacutevaacute i při stabilizaci tuků a olejů v průmyslu Denniacute daacutevka pro člověka
se pohybuje v rozmeziacute 15-20 mg Hlavniacute zdroje jsou rostlinneacute oleje olej z obilnyacutech
kliacutečků zelenina luštěniny maacuteslo a vejce Nejsou v rybiacutem tuku
Obr 13 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu D zleva vařenaacute vejce plaacutetek lososa
Obr 14 Chemickyacute vzorec vitaminu E
24
3 Zaacutevěr
Vitaminy jsou nezbytnou součaacutestiacute lidskeacuteho těla a jsou nesmiacuterně důležiteacute aby
organismus mohl spraacutevně fungovat a byl chraacuteněnyacute vůči různyacutem onemocněniacutem Vyššiacute
potřeba vitaminů se projevuje napřiacuteklad po nemoci při většiacute psychickeacute nebo fyzickeacute
zaacutetěži při oslabeneacutem imunitniacutem systeacutemu těhotenstviacute nebo u dětiacute a staršiacutech lidiacute
Jedniacutem z alternativniacutech zdrojů vitaminů jsou různeacute potravinoveacute doplňky
V žaacutedneacutem přiacutepadě by však neměly byacutet naacutehražkou klasickeacute stravy protože
v potravinaacutech jsou kromě vitaminů takeacute pro tělo důležiteacute živiny Konzumovat by se
měly všechny druhy potravin s obsahem jak vitaminů a mineraacutelniacutech laacutetek tak
biacutelkovin sacharidů a tuků
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 wwwwikiskriptaeuindexphpEnzyacutemy_-_Cvičenie
5 orionchemimunicz14-Kinetika-1htm
Obr 15 Ilustračniacute obraacutezky vybranyacutech zdrojů vitaminu E zleva obilneacute kliacutečky klasy kukuřice
25
6 wwwwikiskriptaeu500px-Schema-koenzymjpg
7 httpfileboxvteduuserschagedorbiol_4684
8 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
9 httphomecaregrouporgclinicalaltmedinteractionsImages
10 httpcswikipediaorgwikiSouborStrukt_vzorec_riboflavinPNG
11 httpcswikipediaorgwikiSouborHydroxocobalaminsvg
12 httpcswikipediaorgwikiSouborL-Ascorbic_acidsvg
13 httpcswikipediaorgwikiSouborVitaminEstructurepng
14 httplaveganlocablogspotcom200806corn-sproutshtml
15 httpwwwordinaceczclanekproc-ne-pit-mleko
16 httpwwwdrozdiczclankybezlepkova-dieta
17 httpwwwmojevitaminycz
18 httpwwwdigitalphotoplenphotos-images1633
19 httpnajmamaaktualityskclanok224729kukurica-zdravie-farby-zlata
20 httpprozenybleskczclanekpro-zeny-zdravi-a-hubnuti-
fitness156603zatocte-s-celulitidou-5-5-tipu-proti-pomerancove-kuzihtml
21 httplmatyblogczen1103vejce-a-kraslice
22 httpdomanovaczclanekstihlaafitcitrusy-maji-pri-hubnuti-blahodarny-
ucinekhtml
23 httpwwwwellnesswacomau201102rosehip-tea-rosehip-mask-rosehip-oil-
and-rosehip-lip-balm-a-four-way-rosehip-ritual
24 httpwwwbordeauxcomusblogtagspinach
25 httpwwweducaterercoukpedigree-beef-33-casp
26
ZAacuteKLADNIacute BIOCHEMICKEacute PROCESY
Text zpracovala Mgr Taťaacutena Štosovaacute PhD
Osnova 1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
1 1 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů
1 2 Kategorie metabolismu
2 Katabolickeacute procesy
2 1 Průběh metabolismu v buňce
2 2 Metabolismus sacharidů
2 3 Metabolismus mastnyacutech kyselin
2 4 Metabolismus aminokyselin
3 Anabolickeacute procesy
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
VODIacuteK - H
1p +
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
000
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
--
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
-
-
KYSLIacuteK - O
-
8p +8n
-
-
- -
- --
8p +8n
--
--
-- --
--
--
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
-
UHLIacuteK - C
-
6p +6n
-
-
- -
- --
6p +6n
--
--
-- --
--
VODIacuteK - H
1p +
-
VODIacuteK - H
1p +
---
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
--
DUSIacuteK - N
7p +7n
-
-
- -
-
-
DUSIacuteK - N
7p +7n
--
--
-- --
--
--
000
1 Zaacutekladniacute biochemickeacute procesy
11 Obecnaacute charakteristika zaacutekladniacutech biochemickyacutech procesů V živeacute buňce probiacutehaacute velkeacute množstviacute chemickyacutech reakciacute Většina z nich se
uskutečňuje současně
Převaacutežnaacute čaacutest biochemickyacutech reakciacute v buňce je součaacutestiacute metabolickyacutech drah ktereacute
na sebe vzaacutejemně navazujiacute a jejichž vyacutesledkem je jeden nebo viacutece produktů
Termiacuten metabolismus můžeme volně přeložit jako laacutetkovaacute vyacuteměna Jednaacute se o
soubor všech chemickyacutech procesů v organismu Mezi zaacutekladniacute biogenniacute prvky patřiacute uhliacutek kysliacutek dusiacutek a vodiacutek
4 Scheacutema atomů jednotlivyacutech biogenniacutech prvků
Z těchto prvků jsou takeacute tvořeny zaacutekladniacute živiny sacharidy lipidy a biacutelkoviny 12 Kategorie metabolismu
Metabolismus se tradičně děliacute na dvě hlavniacute kategorie Katabolismus ndash převažujiacute reakce rozkladneacute (degradačniacute) Živiny a složitějšiacute laacutetky
jsou štěpeny na jednoduššiacute a uvolňuje se energie
Obr 1 Ilustračniacute foto ke katabolickyacutem reakciacutem
Anabolismus ndash převažujiacute reakce syntetickeacute při kteryacutech chemickyacutemi reakcemi
vznikajiacute složitějšiacute biomolekuly z jednoduchyacutech komponent
28
Obr 2 Ilustračniacute foto k anabolickyacutem reakciacutem Katabolickeacute procesy poskytujiacute energii potřebnou k procesům anabolickyacutem Zdrojem
energie pro metabolickeacute reakce je ATP (adenosintrifosfaacutet)
2 Katabolickeacute procesy
Pro ziacuteskaacutevaacuteniacute velkeacuteho množstviacute energie katabolickyacutemi reakcemi jsou
nejvyacutehodnějšiacute tuky (lipidy) Proto si je organismus vytvaacuteřiacute jako zaacutesobniacute formu
energie
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g tuku ziacuteskaacuteme 389 kJ (93 kcal) energie Spalovaacuteniacute je chemickyacute proces rychleacute oxidace kteryacutem se uvolňuje chemickaacute energie
V rozšiacuteřeneacutem nebo přeneseneacutem vyacuteznamu se jednaacute o biochemickyacute proces
přeměňovaacuteniacute živin v pohybovou a tepelnou energii
Dalšiacutem vyacutehodnyacutem zdrojem energie je glukosa Je to naviacutec jedinaacute živina
zpracovaacutevanaacute organismem za vzniku energie i bez přiacutestupu kysliacuteku
bdquoSpaacuteleniacutemldquo 1g glukosy ziacuteskaacuteme 17 kJ (41 kcal) energie
Biacutelkoviny jako zdroje energie využiacutevajiacute organismy při zaacutetěžovyacutech stavech
Obr 3 Scheacutema molekuly ATP
29
21 Průběh metabolismu v buňce
Celyacute proces přeměny laacutetek - metabolismu v jedneacute buňce je možneacute rozdělit do
čtyř faacuteziacute probiacutehajiacuteciacute v oddělenyacutech čaacutestech
Extracelulaacuterně (mimo buňku) probiacutehaacute Faacuteze I Traacuteviciacute trakt rarr štěpeniacute živin na zaacutekladniacute složky a jejich transport krviacute
Intracelulaacuterně (v buňce) probiacutehaacute Faacuteze II Štěpeniacute živin na složky citraacutetoveacuteho cyklu rarr uvolněniacute NH3
Faacuteze III Citraacutetovyacute cyklus rarr vznik redukovanyacutech kofaktorů NADH a FHDH2
rarr uvolněniacute CO2
Faacuteze IV Dyacutechaciacute řetězec rarr zpracovaacuteniacute NADH a FADH2 rarr uvolněniacute H2O
rarr uvolněniacute energie rarr oxidativniacute fosforylace
rarr tvorba ATP
NADH reduktasa přesněji NADH ubichinon-reduktasa ndash jednaacute se o velkyacute
enzymatickyacute komplex složenyacute z řady biacutelkovinnyacutech podjednotek
Flavinadenindinukleotid (FAD či FADH2 přiacutepadně riboflavinadenosindifosfaacutet) ndash
jednaacute se o kofaktor neboli niacutezkomolekulaacuterniacute nebiacutelkovinnou čaacutest řady enzymů FAD je
jeho oxidovanaacute forma zatiacutemco FADH2 je jeho forma redukovanaacute
Po přiacutejmu potravy se v traacuteviciacutem traktu jednotliveacute živiny souhrou traacuteviciacutech enzymů
štěpiacute
Z polysacharidů monosacharidy Z lipidů mastneacute kyseliny Z biacutelkovin aminokyseliny 22 Metabolismus sacharidů
Monosacharidy se pomociacute přenašečů dostaacutevajiacute do krve a poteacute do buněk
V buňce se mohou přeměnit na glukosu a ta podleacutehaacute štěpeniacute zvaneacutem glykolysa
tiacutemto procesem vznikaacute acetyl-CoA (aktivovanaacute kyselina octovaacute)
vznikajiacute
vznikajiacute
vznikajiacute
30
Dalšiacute degradace monosacharidů probiacutehaacute v mitochondriiacutech v raacutemci citraacutetoveacuteho
cyklu V reakciacutech cyklu vznikajiacute dvě molekuly CO2 což je konečnyacute produkt
metabolismu uhliacuteku a kysliacuteku z živin
Vodiacutek z živin se takeacute uvolňuje a navaacuteže se na oxidoredukčniacute enzymy
označovaneacute jako pyridinoveacute (NADH) a flavinoveacute (FADH2) dehydrogenasy
Takto vaacutezaneacute vodiacuteky v konečneacute faacutezi vstupujiacute do dyacutechaciacuteho řetězce Zde ztraacutecejiacute
za uvolněniacute energie sveacute elektrony za vzniku čaacutestice (H+) a elektrony se postupně
přenaacutešejiacute až na kysliacutek kteryacute vytvořiacute s H+ molekuly vody Zdrojem kysliacuteku je oxidovanyacute
hemoglobin (oxyhemoglobin) vodiacutek pochaacuteziacute z živin
Uvolněnaacute energie se transformuje v procesu oxidativniacute fosforylace do molekuly
adenosintrifosfaacutetu ndash makroergickeacute sloučeniny bohateacute na energii
Sacharidy (cukry) ndash jsou považovaacuteny za okamžityacute zdroj energie
ndash glukosa je zdrojem energie pro všechny buňky jejiacute staacutelaacute hladina v krvi 44ndash67 mmoll
ndash při zvyacutešeniacute na 10 mmoll se glukosa objevuje v moči
ndash za běžnyacutech podmiacutenek se glukosa z potravy přeměňuje přibližně z 50 na oxid uhličityacute a
vodu (spalovaacuteniacute) 30ndash40 se přestavuje na tuk a 5 se syntetizuje na glykogen
ndash denniacute potřeba glukoacutezy min 160 g denně 300ndash500 g(mozek 120 g svaly v klidu 30ndash100 g)
23 Metabolismus mastnyacutech kyselin
Mastneacute kyseliny vytvořiacute v červenyacutech krvinkaacutech ndash erytrocytech triacylglyceroly
(triglyceridy) ktereacute se zabudujiacute do chylomikronů a přes lymfu proniknou do krve
V krvi se z nich speciaacutelniacutem enzymem zvanyacutem lipasa uvolniacute mastneacute kyseliny ktereacute se
vaacutežiacute na albuminy a poteacute prostupujiacute přes membraacutenu do buněk
Mastneacute kyseliny jsou zpracovaacuteny v β-oxidaci Jednaacute se o cyklus postupneacuteho
odbouraacutevaacuteniacute při němž se postupně odštěpujiacute vždy dvouuhliacutekateacute jednotky z mastneacute
kyseliny ze ktereacute vznikaacute acetyl-CoA Reakce probiacutehaacute v cytosolu mitochondrie
Vzniklyacute acetyl-CoA vstupuje do reakciacute citraacutetoveacuteho cyklu a zbytek mastneacute kyseliny
jejiacutež kostra je kratšiacute o dva uhliacuteky znovu vstupuje do reakce kteraacute vede k odštěpeniacute
dalšiacute dvouuhliacutekateacute jednotky Vyacutesledkem je vysokyacute zisk energie v zaacutevislosti na
velikosti uhliacutekateacute kostry mastneacute kyseliny Scheacutema β-oxidace R-CH2-CH2-CO-S-CoA + HS-CoA rarr R-CO-S-CoA + CH3-CO-S-CoA + H2O
31
Tuky (lipidy) - sloučeniny trojsytneacuteho alkoholu glycerolu s mastnyacutemi kyselinami
Vyacuteznam tuků - umožňujiacute vitamiacutenům A D E K ktereacute jsou lipofilniacute (rozpustneacute v tuciacutech) vstup do
organismu a jejich dalšiacute využitiacute
- jsou zdrojem esenciaacutelniacutech mastnyacutech kyselin
- tvořiacute zaacutesobu energie (v podkožiacute se nachaacuteziacute až 90 tuku)
- jsou součaacutestiacute buněčnyacutech membraacuten (cholesterolu)
Mastneacute kyseliny (MK) ndash jednaacute se o vyššiacute monokarboxyloveacute kyseliny ktereacute se mohou dělit na
1 neesenciaacutelniacute tělo si je dokaacuteže vyrobit samo (z cukrů a tuků živočišneacuteho původu) ty se dajiacute podle
charakteru vazeb daacutele dělit na
a) nasyceneacute - obsahujiacute jednoducheacute vazby mezi atomy uhliacuteku syntetizujiacute se v jaacutetrech
(např kys palmitovaacute ndash obsahuje 16 atomů uhliacuteku v molekule) kys stearovaacute
obsahuje 18 atomů uhliacuteků v molekule)
b) nenasyceneacute - obsahujiacute dvojneacute vazby mezi atomy uhliacuteku jejich vyacuteznamnyacutem zdrojem
je olivovyacute olej (k olejovaacute ndash obsahuje 18 atomů uhliacuteku v molekule)
2 esenciaacutelniacute tělo je samo vytvořit nedokaacuteže musiacute je přijiacutemat v potravě jejich zdrojem jsou zejmeacutena
semena rostlinneacute oleje vlašskeacute ořechy a listovaacute zelenina (kys linolovaacute kys linolenovaacute
kys arachidonovaacute) daacutele ryby a mořštiacute živočichoveacute (kys eikosapentaneovaacute kys dokosahexaenovaacute)
24 Metabolismus aminokyselin
Aminokyseliny se stejnyacutem způsobem jako monosacharidy dostaacutevajiacute
prostřednictviacutem speciaacutelniacutech přenašečů do krve a naacutesledně do buněk Z různorodyacutech
biacutelkovin ziacuteskaacuteme přibližně 20 aminokyselin
Metabolismus aminokyselin je pro jejich vlastniacute různorodou strukturu
komplikovanějšiacute Zaacutekladniacutem rysem přeměny je uvolněniacute jejich aminoskupiny ve formě
škodliveacuteho amoniaku Protože člověk (a primaacuteti) jej nedovedou jednoduše vyloučit
zpracuje se v močovinoveacutem cyklu na netoxickou močovinu Zbyleacute uhliacutekateacute kostry
aminokyselin se různě složityacutemi reakcemi přeměňujiacute na složky citraacutetoveacuteho cyklu Biacutelkoviny (proteiny) ndash patřiacute mezi zaacutekladniacute stavebniacute laacutetky organismu
- biacutelkoviny živeacute hmoty se neustaacutele obnovujiacute (denně cca 300ndash500 g)
- jsou tvořeny aminokyselinami přičemž lidskeacute tělo využiacutevaacute 20 aminokyselin některeacute vytvaacuteřiacute samo
- jednaacute se o vysokomolekulaacuterniacute laacutetky (majiacute velkeacute relativniacute molekuloveacute hmotnosti) se složityacutem
prostorovyacutem uspořaacutedaacuteniacutem
- důsledky nedostatku biacutelkovin
bull chaacutetraacuteniacute těla (marasmus) zpomaleniacute až zastaveniacute růstu aneacutemie sniacuteženiacute odolnosti
narušeniacute vyacutevoje CNS
32
bull kwashiorkar u dětiacute (bdquonafouklaacute břiacuteškaldquo) strava energeticky dostatečnaacute ale chudaacute na
biacutelkoviny zvětšeniacute sleziny jater cirhoacuteza
Vyacutesledkem kompletniacute degradace živin jsou konečneacute produkty metabolismu čtyř
zaacutekladniacutech biogenniacutech prvků C H O N rarr CO2 H2O NH3 (přeměněnyacute na
močovinu) a energie vaacutezanaacute v ATP 3 Anabolickeacute procesy
Při anabolickyacutech procesech se živiny u zdraveacuteho člověka rozklaacutedajiacute na
jednoduššiacute laacutetky Při těchto rekciacutech je ziacuteskaacutevaacutena nejen energie ale čaacutest vzniklyacutech
produktů se využije k obnově tkaacuteniacute nebo tvorbě zaacutesob Napřiacuteklad aminokyseliny se
většinou využijiacute na synteacutezu biacutelkovin podle aktuaacutelniacutech potřeb a přebytek se odbouraacute
Organismus si žaacutedneacute biacutelkoviny do zaacutesob netvořiacute
Naopak glukosu je možno v organismu uchovaacutevat v podobě glykogenu kteryacute se
však vytvaacuteřiacute pouze v jaacutetrech a ve svalech
Hepatocyty (jaterniacute buňky) při vyacuterazneacutem poklesu glykeacutemie doplňujiacute hladinu
glukosy v krvi štěpeniacutem glykogenu Naviacutec jsou schopny syntetizovat glukosu
z glukogenniacutech aminokyselin laktaacutetu a z glycerolu uvolněneacuteho štěpeniacutem
triacylglycerolů
4 Charakteristika metabolickyacutech drah
Metabolickaacute draacuteha je řada naacuteslednyacutech enzymovyacutech reakciacute vedouciacutech k tvorbě
určiteacuteho produktu Reakčniacute složky meziprodukty a produkty draacutehy jsou označovaacuteny
jako metabolity
1 Metabolickeacute draacutehy jsou nevratneacute Jestliže jsou dva produkty navzaacutejem metabolicky převoditelneacute musiacute byacutet draacuteha
vedouciacute od prveacuteho k druheacutemu produktu odlišnaacute od draacutehy vedouciacute od druheacuteho
produktu k prvniacutemu
2 Každaacute metabolickaacute draacuteha obsahuje časnyacute určujiacuteciacute stupeň Metabolickeacute draacutehy
jsou jako celek nevratneacute ale většina diacutelčiacutech reakciacute probiacutehaacute v bliacutezkosti
rovnovaacutežneacuteho stavu
3 Všechny metabolickeacute draacutehy jsou regulovaneacute
33
4 Metabolickeacute draacutehy probiacutehajiacute v eukaryontniacutech organismech ve specifickyacutech miacutestech
5 Racionaacutelniacute vyacuteživa
Nezbytneacute složky potravy jsou předevšiacutem živiny (lipidy sacharidy proteiny)
vitamiacuteny voda mineraacutelniacute laacutetky vlaacuteknina Jejich optimaacutelniacute procentuaacutelniacute zastoupeniacute
v potravě činiacute cukry 60 tuky 25 biacutelkoviny 15
Obecně lze vyjaacutedřit potřebu přiacutejmu biacutelkovin jako 1 gram na 1 kilogram vaacutehy těla
U dětiacute a těhotnyacutech žen o něco viacutece Rostlinneacute a živočišneacute biacutelkoviny jsou odlišneacute
struktury (esenciaacutelniacute aminokyseliny nejsou v rostlinnyacutech biacutelkovinaacutech) To je tedy
jeden z důvodů proč je vegetariaacutenstviacute nevhodneacute pro děti
Existujiacute vyacutekyvy ve spraacutevneacutem poměru přijiacutemaacuteniacute živin Z těchto vyacutekyvů vyplyacutevajiacute různeacute
patologie hladověniacute podvyacuteživa otylost obezita mentaacutelniacute anorexie a bulimie
Nutričniacute tabulky najdete např na adresehttpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
6 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Řezaacutečovaacute M et al Zaacuteklady biochemie lidskeacuteho organismu Nakladatelstviacute
Karolinum Praha 2008
2 Peč P et al Přehled biochemie pro studenty SŠ 1st ed Nakladatelstviacute
Olomouc sro Olomouc 2009
3 Berg J M et al Biochemistry Company New York 2002
Internetoveacute odkazy 4 httpwwwustbonifacembcacusbabernierbiologieModule1Imagesatpjpg
5 httpnd01jxscz951848df6dd214b1_31960153_o2jpg
6 http12912392202isotope
7 httpwwwgoogleczimgresimgurl
8 httpwwwgoogleczimgresimgurl
9 httpwwwprojektalfag6czolygos2gif
10 httpcswikipediaorgwikiSouborFat_structural_formulaepng
11 httpnd01jxscz51188560aec9185e_35721065_o2jpg
34
12 httpwwwwikidocorgimages550-
Metabolism_790px_partly_labeledpngampimgrefurl
13 wwwmojeramaczrama-ideavitaminyjpg DHA (kyselina dokosahexaenovaacute )
ALA (kyselina alfa-linolenovaacute)--omega-3 nenasyceneacute mastneacute kyseliny
14 httpismuniczelportalestudfspsjs07fyziotextych02html
15 httpwwwzdravavyzivaczzdrava-vyziva3jpgampimgrefurl
16 httpbiclucyczenergeticke-tabulkyphp
17 httpwwwnspkaczNSPKA_prirucky2012laboratorni_prirucka_OKBHorlovaW
IAAHhtm
35
NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Uacutevod do problematiky naacutevykovyacutech laacutetek definice drogy rozděleniacute laacutetek
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol
22 Tabaacutek a kouřeniacute
3 Nelegaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu (marihuana hašiš)
32 Halucinogeny (LSD atropin mezkalin)
33 Laacutetky se stimulačniacutem uacutečinkem (kokain amfetaminy aj)
34 Laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem (sedativa-benzodiazepiny barbituraacutety aj)
35 Opiaacutety (morfin heroin aj)
36 Těkaveacute (inhalačniacute) laacutetky (toluen aceton)
4 Zaacutesady prevence a prvniacute pomoci při aplikaci naacutevykoveacute laacutetky
5 Legislativa tyacutekajiacuteciacute se naacutevykovyacutech laacutetek
6 Přehled použiteacute literatury
7 Teacutemata referaacutetů
36
1 Uacutevod
Definice naacutevykoveacute laacutetky (bdquodrogyldquo) jde o aplikaci jakeacutekoliv laacutetky přiacuterodniacuteho či
syntetickeacuteho původu ovlivňujiacuteciacute psychiku člověka a vyvolaacutevajiacuteciacute potřebu
opakovaneacuteho použitiacute (recidivy) takže uživatel se na niacute staacutevaacute zaacutevislyacute (bdquodrogovaacute
zaacutevislostldquo) Vzhledem ke skutečnosti že v posledniacutech letech vidiacuteme zvyacutešenyacute rozsah tohoto fenomeacutenu kteryacute
zasahuje čiacutem daacutel tiacutem mladšiacute skupiny mlaacutedeže se všemi nepřiacuteznivyacutemi důsledky (zdravotniacutemi
ekonomickyacutemi i společenskyacutemi ndash rozvrat osobnosti asociaacutelniacute a protizaacutekonneacute chovaacuteniacute nutnost leacutečby)
je nanejvyacuteš aktuaacutelniacute zavčas varovat žaacuteky ve škole před tiacutemto nebezpečiacutem (tzv toxikomaacutenie)
Na vzniku zaacutevislosti se podiacutelejiacute zejmeacutena tyto faktory
- droga - typ vlastniacute substance působiacuteciacute na psychiku
- člověk - zejmeacutena typ jeho osobnosti (zvyacutešeneacute riziko pro neurotickeacute
nezdrženliveacute nesebejisteacute jedince s absenciacute zaacutejmů a zaacutelib sportu atd)
- prostřediacute - problematickeacute rodinneacute zaacutezemiacute vliv bdquopartyldquo
Většinou při vzniku zaacutevislosti působiacute kombinace vyacuteše uvedenyacutech přiacutečin
Průběh zaacutevislosti
- zprvu jde o zvědavost vyzkoušet si novyacute zaacutežitek zahnat stres uacutenavu
bdquovyřešitldquo probleacutemy s učeniacutem partnerskyacutemi vztahy apod
- postupnyacute naacutevyk na drogu opakovaneacute užiacutevaacuteniacute zvyšujiacuteciacute se tolerance na drogu
(neplatiacute u alkoholu)
- abstinenčniacute přiacuteznaky při vynechaacuteniacute daacutevky (poceniacute třes zvraceniacute průjem hellip)
Psychickaacute zaacutevislost (kouřeniacute) ndash lze překonat silnou vůliacute
Fyzickaacute zaacutevislost (heroin) ndash při absenci drogy těžkeacute zdravotniacute naacutesledky popř
i smrt
- zdravotniacute a sociaacutelniacute konsekvence (rozpad rodiny odchod partnera ztraacuteta
zaměstnaacuteniacute sebevražedneacute pokusy aj)
Je nutneacute nebyacutet nevšiacutemavyacute k jasnyacutem přiacuteznakům počiacutenajiacuteciacute zaacutevislosti ndash změny chovaacuteniacute naacutehleacute
bezdůvodneacute zhoršeniacute prospěchu ztraacuteta zaacutejmů a přaacutetel zaviacuteraacuteniacute se na delšiacute dobu na WC shaacuteněniacute
financiacute (kraacutedeže) modřiny a vpichy na těle hellip
Způsoby aplikace drog
- peroraacutelně (tablety praacutešek roztok) ndash např pervitin extaacuteze
37
- dyacutechaciacutem uacutestrojiacutem (kouřeniacute ndash marihuana šňupaacuteniacute ndash kokain inhalace par ndash
toluen)
- intravenoacutezně (injekčně ndash heroin zvyacutešeneacute riziko přenosu infekciacute chorob ndash
žloutenka AIDS)
- jineacute způsoby (čiacutepky naacuteplasti hellip)
2 Legaacutelniacute naacutevykoveacute laacutetky
21 Alkohol bdquoliacutehldquo (chemicky ethanol C2H5OH) Alkohol je staacutetem tolerovanou drogou a lze jej běžně od určiteacuteho věku (18-21 let)
koupit ve formě alkoholickyacutech naacutepojů v obchodech
Pozn Alkoholy obecně obsahujiacute ndashOH skupinu na alifatickeacutem řetězci pozor na zaacuteměnu ethanolu za
methanol CH3OH (možnost vyacuteskytu v různyacutech po domaacutecky paacutelenyacutech produktech) kteryacute je
prudce jedovatyacute ndash při požitiacute hroziacute oslepnutiacute smrt Alkoholismus je historicky jednou
z nejstaršiacutech drogovyacutech zaacutevislostiacute a pokusy o jeho vymyacuteceniacute (viz prohibice v USA Rusku)
vždy vedly pouze k rozmachu černeacuteho trhu
Alkohol působiacute na centraacutelniacute nervovyacute systeacutem a to zpočaacutetku stimulačně daacutele pak
tlumivě
Pro potravinaacuteřskeacute uacutečely se vyraacutebiacute lihovyacutem kvašeniacutem plodin obsahujiacuteciacutech cukr
(melasa z cukroveacute řepy brambory obiliacute různeacute druhy ovoce) za působeniacute enzymu
(zymasa)
C6H12O6 rarr 2 C2H5OH + 2 CO2
Průmyslově se ethanol vyraacutebiacute hydrataciacute ethenu
H2C=CH2 + H2O rarr CH3CH2OH
Pro chemickeacute užitiacute (např jako rozpouštědlo) se alkohol denaturuje tj zaacuteměrně se k němu přidaacutevajiacute
zapaacutechajiacuteciacute laacutetky (např derivaacutety merkaptanů pyridinu methanol benziacuten) aby nebyl poživatelnyacute
100 alkohol nelze ziacuteskat destilačně (s vodou tvořiacute při obsahu 96 tzv azeotropniacute směs kteraacute maacute
konstantniacute teplotu varu) pouze chemicky vaacutezaacuteniacutem vody užitiacutem sikativ (silikagel)
Požiacutevaacuteniacute alkoholu vede k nevratneacutemu poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (jaacutetra ndash cirhoacuteza
žaludek ndash vředy) oslabeniacute imunity poruchaacutem paměti depresiacutem a halucinaciacutem
u těhotnyacutech žen k poškozeniacute plodu Leacutečeniacute alkoholika předpoklaacutedaacute jeho spolupraacuteci a
38
je zdlouhaveacute (uacutestavniacute forma 6 - 12 měsiacuteců) a ne vždy uacutespěšneacute Pro vyleacutečeneacuteho platiacute
100 zaacutekaz alkoholu a doživotniacute bezvyacutejimečnaacute abstinence
Z hlediska konzumace alkoholu rozlišujeme
- abstinenti hellip nepijiacute vůbec či zcela vyacutejimečně v symbolickeacutem množstviacute
- přiacuteležitostniacute konzumenti hellip pijiacute bdquos miacuterouldquo nepravidelně nejsou skoro nikdy opiliacute
- nadměrniacute konzumenti hellip pijiacute trvale přes miacuteru ztraacutecejiacute kontrolu často opiliacute
- alkoholici hellip s chorobnou zaacutevislostiacute ndash nekontrolovatelneacute pitiacute abstinenčniacute přiacuteznaky
Resorpce (odbouraacutevaacuteniacute) alkoholu Odbouraacutevaacuteniacute alkoholu je individuaacutelniacute (u mužů cca 2x rychlejšiacute než u žen zaacutevisiacute i na
hmotnosti osoby) Orientačně lze počiacutetat s odbouraacuteniacutem max 015-02 permil alkoholu v
krvi za hodinu
Vzorec pro vyacutepočet promile alkoholu v krvi permil = mA(g) M (kg) middot k
kde mA hellip hmotnost čisteacuteho alkoholu (g)
M hellip hmotnost člověka (kg)
k koeficient ( 07 pro muže 06 pro ženy)
Vzorovyacute přiacuteklad
Vypočtěte kdy budeme moci sednout za volant vypijeme-li 2 piva 11ordm o obsahu alkoholu 4 obj a
k tomu 3 bdquopanaacutekyldquo vodky po 50 ml 40 alkoholu (hustota ethanolu je ρ = 078 gcm3)
vyacutepočet (přibližně)
a) 2 piva 11deg (4obj ) tzn 1000ml obsahuje cca 40 ml čisteacuteho alkoholu
tj mA = ρ middot V = 078 middot 40 = 312 g
b) 3 bdquopanaacutekyldquo (alkohol 40 obj) tzn 150ml obsahuje 60 ml čisteacuteho alkoholu
tjmA = ρ middot V = 078 middot 60 = 468 g
CELKEM 78 g čisteacuteho alkoholu
V krvi bude naměřeno 78 80 middot 07 = 14 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 80 kg muže)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 7 - 9 hodin ()
78 60 middot 06 = 22 permil alkoholu (počiacutetaacuteno na 60 kg ženu)
kteryacute se bude odbouraacutevat min 11 - 14 hodin ()
Pozn Uvedenyacute přiacuteklad je pouze ilustračniacute a je nutneacute počiacutetat s časovou rezervou a individuaacutelniacutemi
odchylkami
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 2 - 6
39
22 Tabaacutek a kouřeniacute V současneacute době spolu s alkoholem jedinaacute staacutetem tolerovanaacute droga
Historie kouřeniacute dyacutemky u Indiaacutenů
v Evropě začiacutenaacute od 16 stol největšiacute rozvoj od 2pol 19 stol se seacuteriovou vyacuterobou cigaret
Laacutetky obsaženeacute v tabaacuteku
Hlavniacute roli hraje alkaloid nikotin
3-(1-methylpyrrolidin-2-yl)pyridin
Obr1 Tabaacutek (Nicotiana tabacum)
Nikotin je bezbarvaacute olejovitaacute kapalina rozpustnaacute ve vodě kteraacute na vzduchu hnědne
(oxiduje se na kyselinu nikotinovou) Draacuteždiacute centraacutelniacute nervovou soustavu zvyšuje
krevniacute tlak i sekreci žlaacutez Ve většiacutech daacutevkaacutech působiacute křeče až ochrnutiacute dyacutechaciacuteho
centra a smrt
Dalšiacute laacutetky v tabaacuteku alkaloidy nornikotin anabasin nikotyrin nikotellin hellip a mnoho dalšiacutech
Tabaacutekovyacute kouř daacutele obsahuje toxickeacute zplodiny hořeniacute (aromaacutety CO NOx HCN v cigaretoveacutem papiacuteře
je obsažen radioizotop 210Po)
Jen čaacutest škodlivyacutech laacutetek se zachytiacute na filtru zbytek se dostaacutevaacute do organismu
dyacutechaciacutemi cestami Je prokaacutezaacutena souvislost mezi rakovinou dyacutechaciacutech cest a
kouřeniacutem (varovaacuteniacute na každeacute krabičce cigaret)
Probleacutemem je že kouřeniacute se staacutele posouvaacute do nižšiacutech věkovyacutech skupin a do ženskeacute
populace (cca 13 kuřaacuteků jsou ženy) a negativniacute uacutečinky se bagatelizujiacute (bdquovždyť kouřiacute i
doktořildquohellip)
Způsoby boje proti kouřeniacute
Reklama (moderniacute je nekouřit) osvěta (někdy dost drastickaacute - rentgenoveacute sniacutemky
plic kuřaacuteka) legislativniacute omezeniacute (zaacutekazy kouřeniacute v restauraciacutech zvyšovaacuteniacute ceny)
Terapie
Při odvykaacuteniacute se uplatňuje řiacutezenaacute aplikace nikotinu ve formě žvyacutekačky naacuteplastiacute
elektronickaacute cigareta apod
40
Zaacutevěr
Jde o ošklivyacute zlozvyk jehož se těžce dotyčnyacute (obvykle až po fataacutelniacutech zdravotniacutech
probleacutemech) zbavuje Četnost recidivy je velmi značnaacute
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 6
3 NELEGAacuteLNIacute NAacuteVYKOVEacute LAacuteTKY
31 Laacutetky kanabisoveacuteho typu
Pochaacuteziacute z rostliny Cannabis sativa (konopiacute seteacute) Konopiacute se zneužiacutevaacute nejčastěji
k nelegaacutelniacute vyacuterobě marihuany a hašiše
Konopiacute je původem z Kašmiacuteru je to jedna z nejstaršiacutech kulturniacutech plodin Je užiacutevaacutena k vyacuterobě
pevnyacutech provazů a lan oleje ze semen
Obr 2 Konopiacute seteacute
Uacutečinnou laacutetkou je THC (tetrahydrocannabinol C21H30O2)
Chemicky (-)-(6aR 10aR)-669-trimethyl-3-pentyl-6a7810a-tetrahydro-6H-benzo[c]chromen-1-ol
Marihuana (obsahuje cca 10 THC)
se připravuje fermentačniacutem procesem z mladyacutech listů a květů konopiacute
Na trhu je ve formě zelenošedyacutech sušenyacutech listů nebo slisovanyacutech tyčinek (bdquojiveldquo)
Hašiš (bdquohašldquo bdquokiffldquo bdquolaacutedoldquo s obsahem až 40 THC)
41
je ze samičiacutech květů konopiacute jež obsahujiacute hodně pryskyřice s typickyacutem zaacutepachem
(existujiacute různeacute druhy např charos - čistaacute pryskyřice ganja - z květů bhang - ze
semenhellip) Distribuuje se ve formě hnědyacutech mastnyacutech lisovanyacutech kostek či placek
Aplikace kouřeniacutem cigaret (marihuana) či dyacutemkou (hašiš) možno i peroraacutelně
Přiacuteznaky intoxikace rychlyacute naacutestup uacutečinku (minuty) ndash zrychleniacute tepu sucho v uacutestech
uvolněniacute euforie snoveacute obluzeniacute halucinace trvajiacuteciacute hodiny
Při dlouhodobeacutem pravidelneacutem užiacutevaacuteniacute zpomaleniacute myšleniacute poruchy paměti
schizofrenie riziko zhoubnyacutech naacutedorů dyacutechaciacuteho systeacutemu
Jde pouze o psychickou nikoli fyzickou zaacutevislost (nehroziacute abstinenčniacute syndrom)
Marihuana patřiacute mezi tzv bdquoměkkeacuteldquo drogy ndash otaacutezka bdquopřestupniacute staniceldquo k bdquotvrdyacutemldquo drogaacutem je
nejednoznačnaacute V některyacutech staacutetech (Holandsko Izrael) neniacute marihuana zakaacutezaacutena Řada lidiacute po tom
volaacute i u naacutes Možnost kontrolovaneacuteho leacutečebneacuteho využitiacute (potlačeniacute nevolnosti při chemoterapii
rakoviny roztroušeneacute skleroacutezy parkinsonismu apod)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 7
32 Halucinogeny Tyto laacutetky obecně deformujiacute vniacutemaacuteniacute reality a navozujiacute falešneacute (předevšiacutem zrakoveacute
ale i sluchoveacute čichoveacute) představy Existuje viacutece než 150 rostlin ze kteryacutech lze ziacuteskat halucinogeny Znaacutemy už od starověku (věštiacuterny ndash
Theacuteby Delfy) Děleniacute dle chemickeacuteho složeniacute
a) Indoloveacute derivaacutety (např LSD psilocin harmin)
b) Piperidinoveacute a tropanoveacute laacutetky (atropin skopolamin)
c) Fenylethylaminoveacute derivaacutety (mezkalin)
ad a) LSD = diethylamid kyseliny lysergoveacute ndash obsažen v naacutemelu (parazit na žitě)
LSD Obr 3 Naacutemel
Naacutemel vytvaacuteřiacute parazitniacute houba Paličkovice nachovaacute (viz Obr 3) ve středověku řada otrav bdquoIgnis sacerldquo
(Svatyacute oheň) Od r 1962 Timothy Leary (hnutiacute Hippies) ndash užiacutevaacuteniacute LSD
42
Aplikace ve formě napuštěnyacutech papiacuterků (bdquoblotterldquo)
Uacutečinky Během kraacutetkeacute doby předměty měniacute tvar i barvu zpomaleniacute času
dezorientace fobie
Do teacuteto skupiny drog daacutele patřiacute
Psilocin a psilocybin (obsaženy v houbičce
Lysohlaacutevka kopinataacute ndash viz Obr 4)
Dalšiacute zaacutestupci
Harmin harmalin (Latinskaacute Amerika)
Bufotenin (ropušiacute jed) ibogain (Gabun Afrika)
Obr 4 Lysohlaacutevka
ad b) Atropin ndash v ruliacuteku zlomocneacutem a semenech durmanu Rozšiacuteřeniacute zorniček
Aplikace většinou formou vyacuteluhu Působiacute jako blokaacutetory acetylcholinu (halucinace) Dalšiacute Skopolamin hyoscyamin (obsaženy v bliacutenu) fencyklidin (disociativniacute anestetikum)
ad c) Mezkalin (345-trimethoxyfenylethylamin) v kaktusech (Lophophora Williamsii) Mexiko
Aplikace peroraacutelně i kouřeniacutem uacutečinky podobneacute jako LSD
Všechny drogy teacuteto skupiny působiacute pouze psychickou zaacutevislost
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 8
33 Stimulanty
Jde o přiacuterodniacute (kokain) i syntetickeacute (amfetaminy) laacutetky navozujiacuteciacute stimulačniacute
(povzbudivyacute) uacutečinek odstraněniacute uacutenavy sniacuteženiacute potřeby spaacutenku euforii schopnost
empatie (souciacutetěniacute)
a) Kokain (bdquokoksldquo bdquocrackldquo bdquorockldquo bdquosniacutehldquo) Biacutelyacute praacutešek nahořkleacute chuti patřiacute mezi tropanoveacute alkaloidy
Koka pravaacute (viz Obr 5)
rostlina znaacutema už v řiacuteši Inků v Evropě od 16 stol do r 1903 obsažena i
ve znaacutemeacutem naacutepoji Coca Cola
Aplikace šňupaacuteniacute nosem kouřeniacutem i injekčně
Uacutečinky třes poceniacute sucho v uacutestech rozšiacuteřeniacute zornic zvyacutešeniacute tlaku lesk v očiacutech
paacuteleniacute kůže Vyvolaacutevaacute pocit euforie při předaacutevkovaacuteniacute uacutetlum dyacutechaacuteniacute smrt
Kokain je jednou z nejdražšiacutech tvrdyacutech dog s extreacutemniacute psychickou zaacutevislostiacute
Obr 5 Koka
43
b) Amfetaminy ndash obsahujiacute dusiacutekatyacute atom mimo cyklus
Původně užiacutevaacuteny jako leacutečiva později zjištěny nežaacutedouciacute uacutečinky na psychiku a
naacutevykovost Při delšiacute konzumaci dochaacuteziacute k deformaci osobnosti (bdquoamfetaminovaacute
psychoacutezaldquo) Jde o jeden z nejnebezpečnějšiacutech druhů toxikomaacutenie z hlediska
agresivity a vedlejšiacutech uacutečinků (poškozeniacute ledvin jater) s vysokou psychickou a
čaacutestečně i fyzickou zaacutevislostiacute
Aplikace praacutešek (tablety) injekčně roztok uacutečinky podobneacute kokainu
Zaacutestupci Metamfetamin (bdquopervitinldquo) fenmetrazin MDMA (bdquoextaacutezeldquo)
extaacuteze = N-methyl-34-methylendioxyamphetamin
c) Methylxanthiny Jde o povzbuzujiacuteciacute laacutetky obsaženeacute v kaacutevě kakau čaji Působiacute na svalstvo stimuluje
srdečniacute činnost sekreci žaludečniacutech šťaacutev V malyacutech daacutevkaacutechndashzvyacutešeniacute bdělosti potlačeniacute
uacutenavy většiacute daacutevky (nad 200 mg denně) působiacute nespavost psychickeacute potiacuteže osteoporoacutezu
(odvaacutepněniacute kostiacute)
Nejznaacutemějšiacute zaacutestupce kofein (137-trimethylxanthin)
Kromě kofeinu jsou v kaacutevě a čaji theofylin (13-dimethylxanthin) theobromin (37-dimethylxanthin)
Do teacuteto skupiny daacutele patřiacute
- zaacutevislost kathoveacuteho typu (žvyacutekaacuteniacute listů rostliny Catha edulis rozšiacuteřeno kolem Rudeacuteho moře)
- betel (z palmy Areka obecnaacute obsahuje arekaidin) ndash v Thajsku (červeneacute zbarveniacute jazyka)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 9 10
34 Sedativa
Jde o laacutetky s tlumivyacutem uacutečinkem na centraacutelniacute nervovou soustavu Podporujiacute spaacutenek
navozujiacute zklidněniacute zmiacuterňujiacute uacutezkost Při předaacutevkovaacuteniacute ndash celkovaacute anestezie až smrt
44
a) Barbituraacutety jsou staršiacute skupinou laacutetek a dřiacuteve se užiacutevala jako leacutečiva Pozor ndash už desetinaacutesobek
leacutečebneacute daacutevky může byacutet smrtelnyacute (riziko předaacutevkovaacuteniacute neexistence uacutečinneacuteho
antidota)
Aplikace tablety
Zaacutestupci Veronal (diethylbarbiturovaacute kyselina) Luminal (5-fenyl-5-ethylbarbiturovaacute kys)
Meprobamat Fyzickaacute zaacutevislost nebezpečnyacute abstinenčniacute syndrom
C OC
C OR1
R2O
O
CH2CH3
CH2 CH3
NH2
NH2
O+-2 C2H5OH
NH
NH
R2
R1
O
O
O
močovinadiethylmalonaacutety R1=R2=H kys barbiturovaacute
R1=R2=C2H5 barbital veronal
R1=C2H5 R2=C6H5 luminal fenobarbital b) Benzodiazepiny Novějšiacute preparaacutety - od sedmdesaacutetyacutech let vytlačily předchoziacute z trhu
Vyacutehody menšiacute riziko předaacutevkovaacuteniacute existence uacutečinneacuteho antidota (Flumazenil)
Přiacuteklady Diazepam (Valium)
Flunitrazepam (Rohyphnol Obr 6)
Midazolam (Dormicum)
Způsobujiacute těžkou fyzickou i psychickou zaacutevislost
Užitiacute při předoperačniacute přiacutepravě apod
V posledniacute době se však čiacutem daacutel tiacutem viacutece při leacutečbě
fobiiacute upřednostňuje psychoterapie Obr 6 Rohyphnol
c) Dalšiacute sedativa Přiacuteklady Azapirony (Buspiron) leacutečeniacute dlouhodobyacutech uacutezkostiacute
Cyklopyrolony (Zopiklon) hypnotikum 3 generace proti epilepsii
Imidazopyridin (Zolpidem) svalovaacute relaxace
Mezi sedativa patřiacute takeacute Thaloimid (Contergan) ndash teratogenniacute uacutečinky na plod při užiacutevaacuteniacute v těhotenstviacute
Kava-kava ndash přiacuterodniacute sedativum z pepřovniacuteku opojneacuteho (N Guineia)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 11
45
35 Opiaacutety Jednaacute se o velmi tvrdeacute drogy pochaacutezejiacuteciacute ze šťaacutevy nezralyacutech makovic (opium
morfin) a jejich syntetickeacute derivaacutety (heroin) Morfium bylo znaacutemo jako leacutek tlumiacuteciacute bolest (analgetikum) a bylo využiacutevaacuteno např při ošetřovaacuteniacute
zraněnyacutech vojaacuteků ve vaacutelce
Opium se ziacuteskaacutevaacute z lepkaveacute šťaacutevy nařiacuteznutyacutech makovic kteraacute na vzduchu hnědne
ztuhlaacute se seškrabe dosušiacute a uhněte do cihliček
Obr 7 Maacutek setyacute (Papaver somniferum)
Opium je směs obsahujiacuteciacute desiacutetky alkaloidů fenathrenoveacuteho typu (morfin) a izochinoliacutenoveacuteho typu
(papaverin) Existujiacute různeacute druhy opia (bdquogaliacuteldquo bdquochanduldquo bdquodrossldquo aj)
Aplikace nejviacutece kouřeniacutem v dyacutemkaacutech popř cigaretaacutech řidčeji peroraacutelně Většina
opia se zpracovaacutevaacute na čisteacute alkaloidy
Morfin kodein (methylmorfin) heroin (36-diacetylmorfin)
morfin heroin
Aplikace injekčně vyacutejimečně peroraacutelně
Uacutečinky Jedny z nejtvrdšiacutech drog extreacutemně silnaacute fyzickaacute i psychickaacute zaacutevislost
Projevujiacute se zuacuteženiacutem zorniček (na velikost špendliacutekoveacute hlavičky) po počaacutetečniacute euforii
působiacute poruchy paměti apatii celkovyacute rozvrat osobnosti totaacutelniacute impotenci
46
Těžkyacute abstinenčniacute syndrom vrcholiacute po cca 48 hodinaacutech a připomiacutenaacute silnou chřipku
daacutele zahrnuje zvraceniacute průjem šiacuteleneacute svěděniacute pokožky
Terapie je možnaacute jen uacutestavniacute formou s nevalnou šanciacute na vyleacutečeniacute
Dnes existuje řada syntetickyacutech derivaacutetů laacutetek tohoto typu některeacute z nich majiacute potlačeneacute naacutevykoveacute
uacutečinky a užiacutevajiacute se dokonce i k protidrogoveacute leacutečbě (např metadon)
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 12
36 Solvencia (těkaveacute a inhalačniacute laacutetky)
Jde o tzv bdquočichaacuteniacuteldquo tj aplikaci par těkaveacute kapaliny (plynu) do dyacutechaciacuteho uacutestrojiacute
Nejčastěji zneužiacutevaneacute laacutetky
- alifatickeacute uhlovodiacuteky (ethyn propan butan hexan)
- cyklickeacute a aromatickeacute uhlovodiacuteky (cyklopropan toluen xyleny)
- směsi uhlovodiacuteků (benzin nafta)
- halogenderivaacutety (tetrachlormethan chloroform trichlorethylen ethylchlorid
freony)
- kysliacutekateacute derivaacutety (aceton butanon dimethylether methylacetaacutet methyl-terc
butylether MTBE oxid dusnyacute aj) Uacutekol Napište chemickeacute vzorce inhalačniacutech laacutetek
Aplikace čichaacuteniacutem - inhalaciacute par vyacuteše uvedenyacutech laacutetek (tzv bdquosniffing) nosem i uacutesty
Uacutečinky rychlyacute naacutestup ndash euforie zaacutevrať bdquoztraacuteta hmotnostildquo postupneacute upadaacuteniacute do
spaacutenku
Symptomy dilatace zornic slzeniacute vyacutetok z nosu zvraceniacute pokles hmotnosti třes hellip
Důsledky zhoršeniacute paměti pokles inteligence těžkeacute deprese rozpad osobnosti
poruchy krvetvorby nevratneacute poškozeniacute sliznic
Nebezpečiacute
- zadušeniacute např při přetaacutehnutiacute igelitoveacuteho pytliacuteku přes hlavu pro zvyacutešeniacute uacutečinku
- nevratneacuteho poškozeniacute vnitřniacutech orgaacutenů (ledviny jaacutetra) až smrt při polknutiacute
laacutetky
- jde o jedny z nejlevnějšiacutech a nejdostupnějšiacutech laacutetek ktereacute si každyacute snadno
opatřiacute (bdquodrogy hloupyacutechldquo)
- jednaacute se o silnou psychickou zaacutevislost se sklony k recidivě
Vhodneacute teacutema referaacutetu č 13
47
4 PREVENCE A PRVNIacute POMOC
Při prevenci je rozhodujiacuteciacute aby se na probleacutem co nejdřiacuteve vůbec přišlo (všiacutemavost
k symptomům toxikomaacutenie)
Typickeacute přiacuteznaky
- naacutehlaacute změna chovaacuteniacute (předraacutežděnost deprese ztraacuteta zaacutejmů)
- zhoršenyacute prospěch ztraacuteta přaacutetel
- uacutebytek hmotnosti zdravotniacute probleacutemy vpichy
- potřeba peněz kraacutedeže střet se zaacutekonem hellip
Prevence
snaha předejiacutet zaacutevislosti zejmeacutena u mladyacutech lidiacute a u rizikovyacutech skupin
- vyacutechova v rodině zaacutejem o diacutetě
- vyacutechova ve škole upozorněniacute na rizika
- sport aktivniacute traacuteveniacute volneacuteho času hellip
Prvniacute pomoc
se nelišiacute od prvniacute pomoci např při nehodě tj je nutno se postarat o zachovaacuteniacute
zaacutekladniacutech životniacutech funkciacute a rychlou leacutekařskou pomoc
Leacutečeniacute
je postaveno na baacutezi dobrovolnosti ndash dlouhodobaacute zaacuteležitost včetně uacutestavniacute leacutečby
riziko recidivy Absolutniacute nutnost_doživotniacute abstinence
Při probleacutemech
V Olomouci existuje P-centrum Lafayettova 9 Olomouc tel 585221983
httpwwwp-centrumcz
p-centrump-centrumcz
5 LEGISLATIVA
Samotneacute užiacutevaacuteniacute drog neniacute trestneacute trestneacute je jejich drženiacute vyacuteroba distribuce
Důležityacute pro policii je pojem tzv bdquomaleacuteholdquo množstviacute zadrženeacute drogy
- při něm jde jen o přestupek s pokutou do 15000 Kč
- při většiacutem množstviacute pak už o trestnyacute čin s možnostiacute vězeniacute až na 5 let
48
Za maleacute množstviacute se považuje např
konopiacute - 5 rostlin marihuana - 15 g sušiny extaacuteze - 4 tablety LSD - 5 papiacuterků
kokain - 1 gram pervitin - 2 gramy
Vybraneacute trestniacute sazby
- za distribuci drog mladistvyacutem až 10 let vězeniacute
- při způsobeniacute těžkeacute uacutejmy na zdraviacute až 15 let
- bdquovařičildquo do 5 let
- za pouheacute neoznaacutemeniacute vyacuteše uvedenyacutech činů hroziacute až 3 roky
Probleacutem
Zaacutekon postihuje zpravidla jen dealery a bdquomenšiacute rybyldquo zatiacutemco velciacute distributoři a
producenti jsou chyceni spiacuteše vyacutejimečně Naviacutec se staacutele objevujiacute noveacute derivaacutety ktereacute
dosud nejsou na seznamech zakaacutezanyacutech laacutetek
Zaacutekony pojednaacutevajiacuteciacute o drogaacutech
č1401961 Sb (trestniacute zaacutekon)
č 2001990 (přestupkovyacute zaacutekon)
č 3321997 (zachaacutezeniacute skladovaacuteniacute likvidace)
č 1671998 (o naacutevykovyacutech laacutetkaacutech)
č 3792005 (prevence toxikomaacutenie)
Vyhlaacuteška č 621989 (seznam psychotropniacutech laacutetek)
Sděleniacute č4621991 (prekurzory omamnyacutech a psychotropniacutech laacutetek)
6 Teacutemata referaacutetů 1 Vznik nebezpečiacute a důsledky toxikomanie analyacuteza přiacutečin
2 Problematika alkoholu sekundaacuterniacute naacutesledky alkohol za volantem
3 Vyacuteroba piva
4 Vyacuteroba viacutena
5 Vyacuteroba destilaacutetů
6 Tabaacutek a kouřeniacute ndash historie pěstovaacuteniacute druhy postup vyacuteroby cigaret
7 Marihuana a hašiš
8 Halucinogeny
9 Stimulancia
49
10 Methylxanthiny
11 Sedativa
12 Opiaacutety
13 Inhalačniacute laacutetky (solvencia)
14 Legislativa - přehled a komentaacuteř platnyacutech zaacutekonů tyacutekajiacuteciacutech se naacutevykovyacutech laacutetek
7 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 M Wenke Farmakologie Avicenum 1986
2 IBečkovaacute PVišňovskyacute Farmakologie drogovyacutech zaacutevislostiacute Karolinum 1999
3 PVišňovskyacute IBečkovaacute Bludnyacute kruh toxikomaacuteniiacute EIA Hradec Kraacuteloveacute 1998
4 MWenke M Mraacutez S Hynie Farmakologie pro leacutekaře Avicenum 1984
5 J Mann Jedy drogy leacuteky Academia Praha 1996
6 wwwmemberstripodcom7EMartinMVdrogyhtml
7 wwwodrogachcz
50
VYacuteROBA CUKRU
Text zpracovali Mgr Jana Praacutešilovaacute a Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc
Osnova 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru
21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina
22 Chemickeacute složeniacute cukroveacute řepy
3 Vyacuterobniacute etapy
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
32 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
34 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
35 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
36 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech zdrojů
51
1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice
Cukr je surovinou kteraacute naacutes doprovaacuteziacute v běžneacutem životě na každeacutem kroku
Mnoziacute z naacutes si hned raacuteno osladiacute čaj či kaacutevu kostkou cukru Pojďme se nyniacute podiacutevat
jak se cukr vyraacutebiacute a kde se kostka cukru vlastně vzala
Nejprve si udělejme kraacutetkou zastaacutevku u historie cukrovarnictviacute na uacutezemiacute Českeacute
republiky
bull v roce 1787 byla založena prvniacute rafinerie (zaacutevod na čištěniacute cukru) v klaacutešteře
na Zbraslavi u Prahy čistil se zde dovaacuteženyacute třtinovyacute cukr
bull v roce 1841 vytvořil ředitel rafinerie v Dačiciacutech prvniacute kostku cukru do teacuteto doby
se v domaacutecnostech použiacutevaly tzv cukroveacute homole
V 19 stoletiacute fungovalo na našem uacutezemiacute přes 150 cukrovarů v současneacute době (rok
2011) u naacutes cukr vyraacutebiacute pouze 7 cukrovarů
2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru 21 Cukrovaacute řepa a cukrovaacute třtina Vyacuteroba cukru z cukroveacute třtiny byla znaacutema po celaacute staletiacute V našich krajiacutech však
pro pěstovaacuteniacute teacuteto rostliny nejsou vhodneacute podmiacutenky (pěstuje se v tropickeacutem a
subtropickeacutem paacutesmu) Z miacutestniacutech plodin je pro vyacuterobu cukru vhodnaacute cukrovaacute řepa
Cukrovaacute řepa (Beta vulgaris) Cukrovaacute třtina (Saccharum officinarum)
Obr 1 Cukrovaacute řepa Obr 2 Cukrovaacute třtina - dvouletaacute plodina - cukr se hromadiacute v bulvaacutech - obsah sacharosy 16ndash20 - skladuje se a zpracovaacutevaacute (do 48 h)
- viacuteceletaacute travina - cukr se hromadiacute ve stvolu - obsah sacharosy 13ndash17
52
22 Složeniacute cukroveacute řepy Podrobněji se zaměřiacuteme na cukrovou řepu z niacutež se u naacutes cukr vyraacutebiacute
V bulvaacutech cukroveacute řepy se nachaacuteziacute kromě cukru i dalšiacute laacutetky Jejich obsah vyacuteznamně
ovlivňuje technologickyacute proces a produkci cukru Průměrneacute složeniacute uvaacutediacute Obr 3
5 2
18
75
voda 75
sacharidy 18
dřeň 5
necukerneacute laacutetky 2
Obr 3 Průměrneacute složeniacute cukroveacute řepy Sacharidy Nejdůležitějšiacutem sacharidem a konečnyacutem produktem vyacuteroby je SACHAROSA
Sacharosa patřiacute mezi disacharidy jejiacute molekula je tvořena zbytkem molekuly glukosy
a molekuly fruktosy ktereacute jsou navzaacutejem spojeny glykosidickou vazbou (viz obr 4)
Je to krystalickaacute biacutelaacute laacutetka dobře rozpustnaacute ve vodě Maacute vyacuteraznou sladkou chuť a
použiacutevaacute se jako sladidlo Patřiacute mezi opticky aktivniacute laacutetky a neredukujiacuteciacute sacharidy
Obr 4 Vzorec sacharosy
53
Dřeň Součaacutestiacute dřeně bulvy řepy je celulosa a hemicelulosa (polysacharidy) pektinoveacute
laacutetky1 biacutelkoviny a saponiny2 Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a mohou znesnadňovat
vyacuterobniacute proces způsobujiacute probleacutemy např při filtraci
Necukerneacute laacutetky (šťaacuteva obsahujiacuteciacute necukerneacute laacutetky) Z necukernyacutech laacutetek obsahuje šťaacuteva aminokyseliny amidy biacutelkoviny organickeacute
zaacutesady enzymy soli organickyacutech kyselin (kyseliny mravenčiacute octoveacute šťaveloveacute
citronoveacute) Rozhodujiacuteciacute negativniacute vliv na krystalizaci cukru majiacute mineraacutelniacute laacutetky
(popeloviny)
3 Vyacuterobniacute etapy
Vyacuterobu cukru můžeme rozdělit do několika faacuteziacute
1 Mechanickaacute uacuteprava řepy
2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
6 Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru
1 pektin ndash makromolekulaacuterniacute laacutetka jejiacutemž zaacutekladem jsou sacharidy nachaacuteziacute se např v ovoci
způsobuje rosolovatěniacute ovocnyacutech šťaacutev a zavařenin 2 rostlinnyacute glykosid (derivaacutet sacharidů) tvořiacuteciacute pěnivyacute roztok ve vodě
54
Tab 1 Přehled fyzikaacutelniacutech a chemickyacutech pochodů aplikovanyacutech při vyacuterobě cukru v jednotlivyacutech etapaacutech vyacuteroby
Etapa Fyzikaacutelně-chemickeacute pochody Vstup laacutetek (suroviny) Vyacutestup laacutetek (produkty)
Mechanickaacute uacuteprava řepy bull rozpustnost bull bulvy cukroveacute řepy bull řepneacute řiacutezky
Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy bull koagulace biacutelkovin bull difuacuteze
bull řepneacute řiacutezky bull horkaacute voda
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull vyslazeneacute řepneacute řiacutezky
Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull sraacuteženiacute necukernyacutech laacutetek
bull saturace bull filtrace sraženin
bull difuacutezniacute šťaacuteva bull Ca(OH)2 bull CO2
bull lehkaacute šťaacuteva bull saturačniacute kaly
Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace
bull lehkaacute šťaacuteva bull těžkaacute šťaacuteva bull I cukrovina
Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
bull odstřeďovaacuteniacute bull odpařovaacuteniacute bull krystalizace bull vykryacutevaacuteniacute bull filtrace bull adsorpce
bull I cukrovina bull surovyacute cukr bull voda bull Ca(OH)2 bull adsorbent
bull surovyacute cukr bull zelenyacute sirob bull II cukrovina bull zadinovyacute cukr bull melasa bull biacutelaacute cukrovina
31 Mechanickaacute uacuteprava řepy
Ciacutel
bull očištěniacute řepy
bull rozřezaacuteniacute řepy na řiacutezky
Při podzimniacutem vyacuteletu do přiacuterody můžeme na poliacutech vidět zemědělce skliacutezejiacuteciacute
cukrovou řepu Na poliacutech se řepa zbaviacute chraacutestu (zelenyacutech listů) a nahrubo očistiacute od
hliacuteny Po dopraveniacute do cukrovaru je řepa důkladně očištěna vodou od zbyacutevajiacuteciacute hliacuteny
kameniacute piacutesku a kořiacutenků pomociacute řepnyacutech splavů1 a řepnyacutech praček2 Voda z řepy
odkape na třasadlu3 Vyacutetah dopraviacute řepu na automatickou vaacutehu a z niacute putuje řepa do
řezačky4 kteraacute nařeže bulvu na řiacutezky (obr 5 6) s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
Obr 5 Řepneacute řiacutezky Obr 6 Nože řezačky Otaacutezka Proč se řepa porcuje na řiacutezky trojuacutehelniacutekoveacuteho profilu Uacutečelem rozřezaacuteniacute bulvy na řiacutezky je zvětšit povrh (styčnou plochu) řepy pro naacuteslednou difuacutezi cukru z buněk pletiva Trojuacutehelniacutekovyacute profil byl vyhodnocen jako nejvhodnějšiacute tvar pro optimaacutelniacute vyluhovatelnost cukru 3 2 Ziacuteskaacutevaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull vyluhovaacuteniacute cukru (sacharosy) z buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků
bull ziacuteskaacuteniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Sacharosa se nachaacuteziacute uvnitř buněk pletiva řepnyacutech řiacutezků Membraacutena buněk
sacharosu volně ven z buňky nepropustiacute proto je nutneacute řiacutezky luhovat horkou vodou
Od 60degC začiacutenajiacute biacutelkoviny membraacuteny buněk koagulovat a ty se tak staacutevajiacute pro cukr
leacutepe propustneacute 1 řepnyacute splav ndash betonovyacute kanaacutel do ktereacuteho je napouštěna voda kteraacute unaacutešiacute řepu k pračce 2 řepnaacute pračka ndash zařiacutezeniacute na odstraněniacute hliacuteny kameniacute a kořiacutenků proti proudu vody je přivaacuteděna řepa kameny a dalšiacute odpad odpadaacutevajiacute ze dna pračky 3 třasadlo ndash kmitajiacuteciacute se siacuteto k odstraněniacute vody 4 řezačka ndash zařiacutezeniacute se sadou nožů rozporcuje řepu na řiacutezky s trojuacutehelniacutekovyacutem profilem
56
Otaacutezka Co je to KOAGULACE Koagulace (shlukovaacuteniacute) je postupneacute uspořaacutedaacutevaacuteniacute jednotlivyacutech čaacutestic do jineacuteho prostoroveacuteho umiacutestěniacute V našem přiacutepadě dochaacuteziacute ke koagulaci biacutelkovin membraacuteny buněk vlivem zvyacutešeneacute teploty Vyzkoušet si koagulaci můžete i doma ndash stačiacute si usmažit vajiacutečka k sniacutedani Vyluhovaacuteniacute řiacutezků se děje v zařiacutezeniacutech zvanyacutech difuzeacutery1 Řiacutezky jsou v nich
přivaacuteděny proti proudu horkeacute vody Řiacutezky nově přivaacuteděneacute do difuzeacuteru jsou
promyacutevaacuteny nejsladšiacute vodou a na řiacutezky zbaveneacute cukru steacutekaacute voda čistaacute čiacutemž jsou
zajištěny optimaacutelniacute podmiacutenky difuacuteze Z difuzeacuteru odteacutekaacute difuacutezniacute šťaacuteva jako nakyslaacute
kapalina tmaveacute barvy Otaacutezka Co je to DIFUacuteZE Tvrdiacuteme-li že laacutetka difunduje pak se jejiacute čaacutestice v roztoku pohybujiacute z miacutest o vyššiacute koncentraci čaacutestic do miacutest s nižšiacute koncentraciacute čaacutestic Po vyluhovaacuteniacute se řiacutezky označujiacute jako vyslazeneacute řiacutezky Ty se daacutele zpracovaacutevajiacute
- sušiacute popř lisujiacute a využiacutevajiacute se jako krmivo nebo v kvasneacutem průmyslu (vyacuteroba
alkoholu)
33 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy Ciacutel
bull odstraněniacute necukernyacutech laacutetek z difuacutezniacute šťaacutevy
bull neutralizace difuacutezniacute šťaacutevy
bull ziacuteskaacuteniacute tzv lehkeacute šťaacutevy
Spolu se sacharosou difunduje z buněk i velkeacute množstviacute necukernyacutech laacutetek (viz
složeniacute řepy) Tyto laacutetky jsou nežaacutedouciacute a ztěžujiacute vyacuterobniacute proces (např krystalizaci
cukru filtraci atd)
Čištěniacute probiacutehaacute ve dvou faacuteziacutech
1 Čeřeniacute difuacutezniacute šťaacutevy
2 Saturace šťaacutevy
Při čeřeniacute se k difuacutezniacute šťaacutevě vyhřaacuteteacute na 90degC přivaacutediacute postupně 15 ndash 2 vaacutepenneacute
mleacuteko - roztok Ca(OH)2 Ca2+ ionty reagujiacute s necukernyacutemi laacutetkami za vzniku
nerozpustnyacutech vaacutepenatyacutech soliacute ktereacute lze naacutesledně odfiltrovat a šťaacutevu tak vyčistit
Přiacuteklad reakci Ca2+ iontů s kyselinou šťavelovou uvaacutediacute naacutesledujiacute rovnice
1 difuzeacuter ndash velkaacute naacutedoba s vyhřiacutevanyacutem plaacuteštěm do ktereacute jsou z jedneacute strany přivaacuteděny řepneacute řiacutezky ze strany druheacute horkaacute voda
57
Ca2+ + (C2O4)2- rarr Ca(COO)2 Obdobnou roli hrajiacute i ionty OH- Neutralizujiacute volneacute kyseliny a s Al3+ Fe3+ Mg2+
ionty reagujiacute za vzniku nerozpustnyacutech hydroxidů ktereacute lze rovněž odfiltrovat
2 Al3+ + 3 Ca(OH)2 rarr 2 Al(OH)3 + 3 Ca2+ Vaacutepenneacute mleacuteko je ke šťaacutevě přidaacutevaacuteno i z dalšiacutech důvodů Pro dalšiacute
technologickyacute proces je třeba neutralizovat kyselou reakci difuacutezniacute šťaacutevy a
v neposledniacute řadě je vaacutepennyacutem mleacutekem šťaacuteva desinfikovaacutena Otaacutezka Co je to NEUTRALIZACE Neutralizace je reakce kyseliny a zaacutesady při niacutež vznikaacute sůl a voda V našem přiacutepadě reaguje vaacutepenneacute mleacuteko (zaacutesada) s kyselinami přirozeně obsaženyacutemi v řepě (viz složeniacute řepy) Daacutele šťaacuteva pokračuje do saturačniacuteho zařiacutezeniacute1 ve ktereacutem probiacutehaacute saturace
oxidem uhličityacutem Saturace se provaacutediacute k odstraněniacute přebytečnyacutech Ca2+ iontů Do
saturačniacuteho zařiacutezeniacute je vhaacuteněn oxid uhličityacute vznikaacute uhličitan vaacutepenatyacute kteryacute lze
odfiltrovat (na kalolisech2 či jinyacutech filtrech) Reakci uvaacutediacute naacutesledujiacuteciacute rovnice
Ca(OH)2 + CO2 rarr CaCO3 + H2O Otaacutezka Co je to SATURACE Saturace neboli syceniacute V našem přiacutepadě nasyceniacute roztoku oxidem uhličityacutem kteryacute reaguje s přebytečnyacutemi Ca2+ ionty v roztoku za vzniku uhličitanu vaacutepenateacuteho Vyacutesledkem etapy je tzv lehkaacute šťaacuteva zbytky sraženin na filtrech se nazyacutevajiacute
saturačniacute kaly 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny Ciacutel
bull zahuštěniacute lehkeacute difuacutezniacute šťaacutevy ke krystalizaci (zisk těžkeacute šťaacutevy)
bull ziacuteskaacuteniacute tzv cukroviny (směs krystalků cukru a matečneacuteho sirobu)
1 saturačniacute zařiacutezeniacute (saturaacutek) ndash vaacutelcovitaacute naacutedoba s miacutechadlem u dna přiacutevodem šťaacutevy přiacutevodem oxidu
uhličiteacuteho a odvodem šťaacutevy V horniacute čaacutesti naacutedoby je komiacuten pro odvod plynů 2 kalolis - filtračniacute lis určenyacute k tlakoveacute filtraci kapalin obsahujiacuteciacute řadu raacutemů s napnutyacutemi plachetkami
Pracuje diskontinuaacutelně (střiacutedavě) Raacutemy s plachetkou zaneseneacute kalem jsou periodicky čištěny zatiacutemco v jineacutem přiacutestroji probiacutehaacute filtrace
58
Lehkaacute šťaacuteva maacute světle žlutou barvu a je teacuteměř zbavena všech nežaacutedouciacutech laacutetek
V roztoku je rozpuštěna sacharosa (přibližně
12-15 ) a již velmi malyacute podiacutel necukernyacutech
laacutetek Sacharosu z roztoku izolujeme
krystalizaciacute Lehkou šťaacutevu je třeba zahustit
ke krystalizaci ndash odpařit přebytečnou vodu
Zahušťovaacuteniacute ke krystalizaci se provaacutediacute ve
vakuovyacutech odparkaacutech1 Objem šťaacutevy se
zmenšiacute přibližně na čtvrtinu původniacuteho
objemu a ziacuteskaacute se tzv těžkaacute šťaacuteva (zahuštěnaacute)
s obsahem 60 cukru
Otaacutezka Co je to ODPAŘOVAacuteNIacute Proč se využiacutevaacute praacutece za sniacuteženeacuteho tlaku Odpařovaacuteniacute patřiacute mezi děliciacute metody laacutetek Rychlost odpařovaacuteniacute a jeho uacutečinnost zaacutevisiacute na velikosti povrchu odpařovaneacuteho roztoku na rychlosti odtahu vzniklyacutech par a předevšiacutem na teplotě a tlaku Teplotu varu roztoku můžeme sniacutežit praacutevě za použitiacute vakua (sniacuteženeacuteho tlaku) Ušetřiacuteme tiacutem energii potřebnou pro zahřiacutevaacuteniacute šťaacutevy
Těžkaacute šťaacuteva je daacutele zahušťovaacutena ve varostrojiacutech2 neboli zrničiacutech Ve
varostrojiacutech se šťaacuteva zahřiacutevaacute a odpařuje se zbytek vody tak dlouho až začne cukr ve
šťaacutevě krystalovat Krystalizace cukru se dokončiacute v zařiacutezeniacutech zvanyacutech krystalizaacutetor Otaacutezka Co je to KRYSTALIZACE Za jakyacutech podmiacutenek vykrystaluje cukr ze šťaacutevy Krystalizace patřiacute mezi zaacutekladniacute chemickeacute operace pomociacute nichž lze oddělit složky směsi bdquoAby mohla sacharosa krystalovat je třeba vytvořit přesycenyacute cukernyacute roztok V technickyacutech cukernyacutech roztociacutech za přiacutetomnosti necukernyacutech laacutetek je rozpustnost sacharosy obvykle vyššiacute Přesycenyacute cukernyacute roztok se připraviacute např tiacutem způsobem že se rychle zchladiacute nasycenyacute roztok technickyacute Z roztoku se ihned nevyloučiacute krystaly cukru a takovyacute roztok pak obsahuje viacutece rozpuštěneacuteho cukru než odpoviacutedaacute nasyceneacutemu roztoku Tento přebytečnyacute cukr vykrystaluje přidajiacute-li se k roztoku krystalky cukru (roztok se očkuje)ldquo [1] 3 5 Ziacuteskaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute Ciacutel
bull odděleniacute krystalů cukru z cukroviny
bull očištěniacute suroveacuteho cukru
1 vakuovaacute odparka - soustava několika seacuteriově zapojenyacutech těles vyhřiacutevanyacutech paacuterou Prvniacute těleso je vyhřiacutevaacuteno parou o teplotě 130degC voda vypařenaacute v prvniacutem tělese se vede do dalšiacuteho tělesa jako tzv bryacutedovaacute paacutera atd Vyacutepary z posledniacute odparky se ochlazujiacute studenou vodou čiacutemž vznikaacute podtlak a tiacutem se snižuje tlak v odparkaacutech 2 varostroj - naacutedoba s trubkovou topnou komorou a miacutechadlem
Obr 7 Soustava odparek
59
bull zpracovaacuteniacute matečneacuteho sirobu na dalšiacute podiacutel cukru
bull přiacuteprava biacuteleacute cukroviny
Krystalky sacharosy je třeba oddělit od matečneacuteho sirobu K tomuto uacutečelu se
využiacutevajiacute odstředivky1 Oddělenyacute cukr maacute žlutavou barvu a je nazyacutevaacuten surovyacutem
cukrem (v obchodech se zdravou vyacuteživou si můžete zakoupit i surovyacute cukr)
Oddělenyacute matečnyacute roztok se nazyacutevaacute zelenyacute sirob
Zelenyacute sirob se zpracuje na meacuteně kvalitniacute (tzv zadinovyacute) cukr a odpadniacutem
produktem je tzv melasa (obr 8) kteraacute ještě obsahuje menšiacute podiacutel cukru a lze ji
využiacutet jako krmivo popř po zkvašeniacute k vyacuterobě lihu
Surovyacute řepnyacute cukr se přiacuteliš nehodiacute k přiacutemeacute spotřebě ndash jeho krystaly jsou žluteacute
a lepiveacute Je třeba je očistit Surovyacute cukr se čistiacute promyacutevaacuteniacutem vodou v odstředivkaacutech
Naacutesleduje filtrace cukerneacuteho roztoku přes bavlněneacute polyamidoveacute či kovoveacute tkaniny a
poreacutezniacute materiaacutely z keramiky
Posledniacute uacutepravou je odbarveniacute cukerneacuteho roztoku K tomuto uacutečelu se využiacutevaacute
metody adsorpce Jako absorbenty jsou využiacutevaacuteny ionexy aktivniacute uhliacute či hlinky
Vyacuteslednyacute cukernyacute roztok s krystalky cukru se nazyacutevaacute biacutelaacute cukrovina
Otaacutezka Co je to ADSORPCE Na jakeacutem principu absorbenty fungujiacute Z fyzikaacutelniacuteho hlediska se jednaacute o poutaacuteniacute laacutetky pomociacute van der Waalsovyacutech sil na povrchu vhodneacuteho adsorbentu (aktivniacute uhliacute silikagel) V přiacutepadě tzv chemisorpce jsou laacutetky poutaacuteny na povrch adsorbentu chemickyacutemi vazbami
Obr 8 Melasa
1 odstředivka (centrifuga) - sestaacutevaacute z dvouplaacutešťoveacute komory vevnitř je buben se siacutetem Do bubnu se napustiacute cukrovina a buben se roztočiacute Vlivem odstřediveacute siacutely prochaacutezejiacute kapky sirobu přes siacuteto bubnu a cukr zůstaacutevaacute uvnitř
60
3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny
Biacutelaacute cukrovina se daacutele zpracovaacutevaacute krystalizaciacute na krystalovyacute cukr kostkovyacute
cukr a cukr moučku Dřiacuteve se vyraacuteběly i cukroveacute homole dnes sloužiacute pouze jako
suvenyacuter
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Kapitola 1 Historie a současnost cukrovarnictviacute v Českeacute republice Vyacuteroba biacuteleacuteho cukru byla po dlouhou dobu tajena Prvniacute technologii zpracoval v roce 1764 francouzskyacute chemik Duhamel de Monceau Prvniacute kostkovyacute cukr u naacutes byl vyroben v Dačiciacutech v roce 1841 Patent ziacuteskal roku 1843 ředitel rafinerie J Ch Rada Češtiacute cukrovarniacuteci se nemaacutelo zasloužili o rozvoj rafinace cukru a kvalita našich cukrovarnickyacutech vyacuterobků byla obecně uznaacutevanou normou
bull vzhledem k vysokeacute ceně třtinoveacuteho cukru se cukrovarniacuteci pokoušeli vyrobit cukr z jinyacutech plodin mimo jineacute i z řepy
bull v roce 1829 byl založen prvniacute průmyslovyacute cukrovar v Kostelniacutem Vydřiacute (okres Jindřichův Hradec)
bull v obdobiacute 1831 ndash 1945 nastal boom v zaklaacutedaacuteniacute cukrovarů u naacutes plně fungovalo přes 150 cukrovarů
bull po roce 1990 fungovalo již pouze 60 cukrovarů po roce 2004 zbylo pouhyacutech 10 cukrovarů 7 fungujiacuteciacutech cukrovarů (2011)
bull Odštěpnyacute zaacutevod Opava - Vaacutevrovice bull Ředitelstviacute a zaacutevod Hrušovany nad Jevišovkou bull Cukrovar Dobrovice bull Cukrovar Českeacute Meziřiacutečiacute bull Cukrovar Vrbaacutetky as bull Cukrovar Prosenice bull Litovelskaacute cukrovarna as
Kapitola 2 Rostliny využiacutevaneacute pro vyacuterobu cukru Zařazeniacute cukroveacute řepy do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Rodopsida ndash vyššiacute dvouděložneacute rostliny řaacuted Caryophyllales ndash hvozdiacutekotvareacute čeleď Chenopodiaceae ndash mečiacutekoviteacute rod Beta ndash řepa druh Beta vulgaris ndash řepa obecnaacute Zařazeniacute cukroveacute třtiny do systeacutemu rostlin řiacuteše Plantae ndash rostliny odděleniacute Magnoliophyta ndash rostliny krytosemenneacute třiacuteda Liliopsida ndash rostliny jednoděložneacute
61
řaacuted Poales ndash lipnicotvareacute čeleď Poaceae ndash lipnicoviteacute rod Saccharum ndash třtina druh Saccharum officinarum ndash třtina cukrovaacute Podkapitola 3 3 Čištěniacute difuacutezniacute šťaacutevy
Po prvniacute saturaci je odfiltrovaacuten kal buď na zařiacutezeniacutech zvanyacutech kalolis nebo na jinyacutech typech filtračniacutech zařiacutezeniacute Ve šťaacutevě je obsažen i hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute kteryacute se naacuteslednyacutem vyvařeniacutem rozložiacute na uhličitan kteryacute je možno odfiltrovat Děj je zapsaacuten pomociacute naacutesledujiacuteciacute rovnice Ca(HCO3)2 rarr CaCO3 + H2O + CO2 Pro maximaacutelniacute sniacuteženiacute vaacutepenatyacutech iontů v difuacutezniacute šťaacutevě se provaacutediacute druhaacute saturace oxidem uhličityacutem Neodstraniacute-li se vaacutepenateacute soli dokonale odparka se rychle inkrustuje Vaacutepenateacute soli v cukernyacutech šťaacutevaacutech působiacute obtiacuteže při vařeniacute cukrovin zvyšujiacute množstviacute melasy a tiacutem ztraacutety cukru Druhaacute saturace se provaacutediacute při teplotě 95 ndash 98degC a oxidem uhličityacutem se saturuje až do dosaženiacute pH 9 ndash 95 Při druheacute saturaci vznikaacute hydrogenuhličitan vaacutepenatyacute ten se odstraňuje vyvařovaacuteniacute na tzv vyvařovaacuteku kde se šťaacuteva zahřiacutevaacute na teplotu 100degC Podkapitola 3 4 Odpařovaacuteniacute lehkeacute šťaacutevy vznik těžkeacute šťaacutevy a cukroviny
Při zahušťovaacuteniacute ve varostrojiacutech se vytvořiacute směs krystalů a matečneacuteho roztoku (sirobu) tzv I cukrovina Přibližně frac34 cukru vykrystalizuje Zbytek cukru zůstaacutevaacute v roztoku Růst krystalů se kontroluje tzv cukroskopem (bdquolupaldquo) popř se využiacutevaacute automatickeacute kontroly elektrickeacute vodivosti Vodivost roztoku klesaacute s rostouciacute koncentraciacute cukru v roztoku Podkapitola 3 5 Ziacuteskaacutevaacuteniacute suroveacuteho cukru a jeho čištěniacute
Ziacuteskaacutevaacuteniacute čisteacute cukroviny je mnohem složitějšiacute proces v textu je popsaacuten pouze jednoduše Ve skutečnosti se proces popsanyacute v textu několikraacutet opakuje Cukrovina se několikraacutet čistiacute svařuje nechaacute se krystalovat a odstřeďuje Podkapitola 3 6 Zpracovaacuteniacute biacuteleacute cukroviny ndash Vyacuteroba krystaloveacuteho cukru
Biacutelaacute cukrovina se odstřediacute a ziacuteskanyacute krystalovyacute cukr se smiacutechaacute s nasycenyacutem cukernyacutem roztokem za vzniku tzv uměleacute cukroviny Umělaacute cukrovina se odstřediacute vykryacutevaacute parou nebo vodou a ziacuteskaacute se konečnyacute produkt ndash krystalovyacute cukr Krystalovyacute cukr je třeba vysušit K sušeniacute se využiacutevaacute vzduch ohřaacutetyacute na 70degC nebo tzv fluidniacute metoda Při fluidniacute metodě jsou krystalky na roštu zespod profukovaacuteny proudem vzduchu dojde k odstraněniacute vlhkosti ochlazeniacute krystalků a zaacuteroveň odpraacutešeniacute cukru Vysušenyacute cukr krystal se třiacutediacute na siacutetech dle velikosti zrn plniacute se do jutovyacutech nebo papiacuterovyacutech pytlů
Otaacutezka Jakyacute je rozdiacutel mezi krystalovyacutem cukrem a krupicovyacutem cukrem bdquoCukr krystal - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 04 - 02 mm Cukr krupice - nejmeacuteně 70 krystalů cukru maacute velikost 016 ndash 08 mm a maximaacutelně 5 krystalů cukru maacute velikost nad 1 mmldquo[2]
Vyacuteroba kostkoveacuteho cukru K vyacuterobě kostek se použiacutevaacute kostkovaacute moučka kteraacute vznikla ze speciaacutelně upraveneacute cukroviny nebo netřiacuteděnyacute krystalovyacute cukr Tento materiaacutel se vlhčiacute vodou a cukernyacutem roztokem lisuje se na tyčinky ktereacute se vysušiacute a rozsekajiacute na kostky Možneacute je přiacutemeacute lisovaacuteniacute do formy kostek Vyraacutebějiacute se kostky různyacutech velikostiacute kvaacutedry i kostky ve tvaru karetniacutech symbolů tzv cukr bridž Vyacuteroba moučkoveacuteho cukru Materiaacutelem pro vyacuterobu moučkoveacuteho cukru je krystalovyacute cukr s malyacutemi zrny nebo zbytky kostkoveacuteho cukru Tento cukr se rozdrtiacute na mlyacutenech Mlyacutenice musiacute byacutet umiacutestěna v samostatneacutem objektu mimo ostatniacute čaacutesti cukrovaru nebo alespoň oddělena železnyacutemi vraty Opatřeniacute jsou nutnaacute z důvodu vzniku vyacutebušneacuteho cukerneacuteho prachu
62
Aby se zabraacutenilo tvrdnutiacute a rozpouštěniacute cukerneacute moučky při skladovaacuteniacute přidaacutevaacute se k cukru modifikovanyacute škrob Zrnka škrobu přiacutepadnou vlhkost pojmou Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute V dřiacutevějšiacutech dobaacutech se cukr pro domaacuteciacute použitiacute vyraacuteběl ve formě homoliacute (obr 9) Dnes je již toto zbožiacute vyraacuteběno pouze jako suvenyacuter pro turisty Liteacute homole se vyraacuteběly tak že se horkaacute cukrovina naleacutevala do forem z oceloveacuteho plechu na špičce opatřenyacutech otvorem Forma s cukrovinou se nasadila na hřebiacutek vyčniacutevajiacuteciacute ze dna voziacuteku na kteryacute se homole sklaacutedaly po ztuhnutiacute cukroviny Po ztuhnutiacute se homoly sejmuly ze hřebiacuteků a vložily do homoloveacute odstředivky ve ktereacute se dokonale očistily Dokonale biacutelaacute homole se pak vyrazila z oceloveacute formy a vysušila v sušaacuterně Vysušeneacute homole se očistily ofreacutezovaly u spodu a zabalily do papiacuteru Lisovaneacute homole se vyraacuteběly lisovaacuteniacutem nepatrně ovlhčeneacute moučky v lisu Pak se homole sušily a upravily jako homole liteacute 5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Pelikaacuten M Hřivna L Humpola J Technologie sacharidů Mendelova
zemědělskaacute a lesnickaacute univerzita v Brně Brno 1999 2 Cukrovary a lihovary TTD [online 2011-04-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovaryttdczcaste-otazkycaste-otazkygt 3 Neiser J Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob Vysokoškolskaacute učebnice pro studenty
pedagogickyacutech a přiacuterodovědeckyacutech fakult studijniacuteho oboru 76-12-8 učitelstviacute všeobecně vzdělaacutevaciacutech předmětů Praha 1988
4 Kraus J Novyacute akademickyacute slovniacutek ciziacutech slov kolektiv autorů pod vedeniacutem Jiřiacuteho Krause Academia Praha 2007
5 Andrliacutek K Petrů F Zaacuteklady chemickyacutech vyacuterob SPN Praha 1965 6 Kopřiva J Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute (1 diacutel) SPN Praha 1979 7 Moravskoslezskeacute cukrovary as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwagranaczgt 8 Cukrovar Vrbaacutetky as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwcukrovarvrbatkyczgt 9 Hanaacuteckaacute potravinaacuteřskaacute společnost as [online 2011-4-27] Dostupneacute z www
lthttpwwwhpsczgt
Zdroje obraacutezků
bull Obraacutezek 3 Cukrovaacute řepa [online 2011-12-2] Dostupneacute z www ltwwwtvujdumczgt
Obr 9 Cukroveacute homole
63
bull Obraacutezek 4 Cukrovaacute třtina [online 2011-2-5] Dostupneacute z www ltwwwspriincorggt
bull Obraacutezek 6 Vzorec sacharosy [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpwwwnejlevnejsidoplnkycznejlevnejsidoplnky5-Zajimavosti6-Sacharidygt
bull Obraacutezek 7 Řepneacute řiacutezky [online 2011-2-5] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=376gt
bull Obraacutezek 8 Nože řezačky [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 9 Kalolis [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 10 Plachetka se saturačniacutem kalem [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpcswikipediaorgwikiKalolisgt
bull Obraacutezek 11 Systeacutem odparek [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtmgt
bull Obraacutezek 12 Varostroj [online 2011-4-15] Dostupneacute z www lthttpwwwfsidcvutczczu218peopleshoffmanPREDMETYVLPFotoFotohtm
bull Obraacutezek 13 Odstředivka [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpprojektysipvzgytoolczProjektySIPVZDefaultaspxuid=380gt
bull Obraacutezek 14 Melasa [online 2011-4-21] Dostupneacute z www lthttpwwwnazelenoczbiozdrava-vyziva-2bily-cukr-trtinovy-cukr-nebo-prirodni-sladidlaaspxgt
bull Obraacutezek 15 Vyacuteroba cukrovyacutech homoliacute [online 2011-4-27] Dostupniacute z www lthttpwwwcukrovaryttdczgt
bull Obraacutezek 16 Cukroveacute homole [online 2011-3-26] Dostupneacute z www lthttpjohnmadjackfullerhomesteadcomSugarloafhtmgt
64
MAKROMOLEKULAacuteRNIacute LAacuteTKY SYNTETICKEacute POLYMERY
Text zpracoval RNDr Josef Husaacuterek PhD
Osnova 1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
11 Zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace polymerů
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů 131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
21 Polymerace
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
22 Polykondenzace
23 Polyadice
3 Užitiacute plastů
31 Recyklace odpadů z plastů
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
65
1 Uacutevod do problematiky makromolekulaacuterniacutech laacutetek
Přiacuterodniacute materiaacutely jako je napřiacuteklad dřevo bavlna vlna kůže a slonovina
použiacutevali lideacute po tisiacutece let Teprve s rozvojem vědy a s naacutestupem moderniacutech
analytickyacutech metod se začali lideacute zajiacutemat o strukturu těchto materiaacutelů a snažili se tyto
dary přiacuterody nahradit podobnyacutemi materiaacutely ktereacute budou miacutet srovnatelneacute užitneacute
vlastnosti Kolem roku 1907 se podařilo Baekelandovi synteticky vyrobit prvniacute umělyacute polymer
kteryacute byl pojmenovaacuten jako bakelit a kteryacute vzaacutepětiacute nalezl vyacuteznamneacute technickeacute využitiacute v elektrotechnice
jako izolant Po dobu naacutesledujiacuteciacutech desetiletiacute se polymery staly středem zaacutejmu mnoha chemiků kteřiacute
připravili noveacute polymery na zaacutekladě synteacutezy malyacutech organickyacutech molekul
Velmi brzy se poznalo že syntetickeacute polymery svyacutemi vlastnostmi mohou
nahradit nejen přiacuterodniacute polymery ale často i materiaacutely kovoveacute keramiku i sklo
S ohledem na skutečnost že se syntetickeacute polymery vyraacutebějiacute z relativně levnyacutech
a dostupnyacutech surovin a že majiacute vyacutehodneacute chemickeacute fyzikaacutelniacute a mechanickeacute vlastnosti
vysokou staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute našly využitiacute zejmeacutena
ve stavebnictviacute v elektrotechnice v automobiloveacutem a textilniacutem průmyslu na vyacuterobu
předmětů běžneacute spotřeby obalů lepidel laků a naacutetěrovyacutech hmot Nutno
poznamenat že zmiacuteněnaacute staacutelost a odolnost vůči přiacuterodniacutemu prostřediacute nutiacute
v současneacute době společnost k zodpovědnějšiacutemu použiacutevaacuteniacute a recyklaci vyacuterobků
ze syntetickyacutech polymerů a takeacute k synteacuteze novyacutech typů materiaacutelů ktereacute se po sveacutem
komerčniacutem využitiacute stanou součaacutestiacute přiacuterodniacuteho cyklu a životniacute prostřediacute zatiacutežiacute jen
minimaacutelně
11 Zaacutekladniacute pojmy
Makromolekuly jsou molekuloveacute systeacutemy složeneacute z velkeacuteho počtu atomů
vaacutezanyacutech chemickyacutemi vazbami do dlouhyacutech řetězců Tyto řetězce tvořiacute pravidelně se
opakujiacuteciacute čaacutesti ktereacute nazyacutevaacuteme stavebniacute neboli monomerniacute jednotky Počet
stavebniacutech jednotek vaacutezanyacutech v makromolekule je zpravidla různyacute a uvaacutediacute se pomociacute
polymeračniacuteho stupně (n) kteryacute může miacutet hodnotu 10 až 106 Sloučeniny s niacutezkyacutem
polymeračniacutem stupněm (nlt10) se nazyacutevajiacute oligomery s vyššiacutem polymeračniacutem
stupněm (ngt10) to jsou polymery
66
12 Klasifikace polymerů
Polymery lze rozdělit podle několika kriteacuteriiacute
Podle sveacuteho původu na
a) přiacuterodniacute polymery ndash vznikajiacute v rostlinaacutech či v živočišnyacutech organismech složityacutemi
biochemickyacutemi procesy (např biacutelkoviny polysacharidy nukleoveacute kyseliny)
b) syntetickeacute polymery ndash vyraacutebějiacute se z jednoduchyacutech organickyacutech sloučenin
reakcemi při nichž se velkyacute počet molekul vyacutechoziacutech laacutetek spojuje
v makromolekulu (např polystyren polyethylen bakelit)
Syntetickeacute polymery rozdělujeme
bull podle typu chemickyacutech reakciacute kteryacutemi vznikajiacute na
a) polymery připraveneacute polymeraciacute
b) polymery připraveneacute polykondenzaciacute
c) polymery připraveneacute polyadiciacute
bull podle tvaru makromolekulaacuterniacuteho řetězce na polymery (Obr 1)
a) lineaacuterniacute b) rozvětveneacute
c) plošně zesiacuteťovaneacute
d) prostorově zesiacuteťovaneacute
bull podle struktury a fyzikaacutelniacutech kriteacuteriiacute na
a) termoplasty ndash zahřiacutevaacuteniacutem měknou staacutevajiacute se plastickyacutemi a mohou se opakovaně
tvarovat (např polyethylen polypropylen)
b) termosety ndash přechodně tvaacuterliveacute zahřiacutevaacuteniacutem se chemicky měniacute a tiacutem ztraacutecejiacute
plastičnost majiacute molekulu trojrozměrně zesiacuteťovanou jsou tvrdeacute netavitelneacute
a nerozpustneacute ve většině rozpouštědel (např bakelit)
c) elastomery ndash pružneacute uacutečinkem vnějšiacute siacutely se deformujiacute a poteacute opět zaujiacutemajiacute
původniacute tvar zahřiacutevaacuteniacutem měknou majiacute dlouheacute a velmi maacutelo propojeneacute řetězce
(např syntetickyacute kaučuk)
67
Obr 1 Znaacutezorněniacute makromolekulaacuterniacuteho řetězce polymeru
a) lineaacuterniacuteho b) rozvětveneacuteho c) plošně zesiacuteťovaneacuteho d) prostorově zesiacuteťovaneacuteho
13 Složeniacute struktura a obecneacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
131 Stavebniacute a strukturniacute jednotka
Jak bylo již napsaacuteno v předešleacutem textu syntetickeacute polymery se sklaacutedajiacute
ze strukturně složityacutech makromolekul ktereacute většinou tvořiacute atomy uhliacuteku a vodiacuteku
Ve skeletu makromolekuly mohou byacutet takeacute přiacutetomny i jineacute prvky jako jsou napřiacuteklad
kysliacutek dusiacutek siacutera nebo křemiacutek Přiacutetomnost některeacuteho z těchto prvků může vyacuteznamně
ovlivnit vlastnosti syntetickeacuteho polymeru a jeho naacutesledneacute praktickeacute využitiacute
Pro lepšiacute pochopeniacute již tak složiteacute problematiky si nejprve vysvětliacuteme tři zaacutekladniacute
pojmy jako jsou monomer stavebniacute a strukturniacute jednotka
Monomer ndash vyacutechoziacute laacutetka jejiacutež molekuly se mohou spojovat v makromolekuly
Stavebniacute jednotka (mer monomerniacute jednotka) ndash pravidelně se opakujiacuteciacute čaacutest
makromolekuly kteraacute maacute staacutele stejneacute složeniacute
Strukturniacute jednotka ndash představuje nejjednoduššiacute uspořaacutedaacuteniacute stavebniacutech jednotek
ve struktuře makromolekuly
a) b)
c) d)
68
Některeacute makromolekulaacuterniacute laacutetky majiacute totožnou stavebniacute a strukturniacute jednotku
(např polyethylen Scheacutema 1) Tyto makromolekulaacuterniacute laacutetky nazyacutevaacuteme obecně jako
homopolymery Pokud se však strukturniacute jednotka makromolekulaacuterniacutech laacutetek sklaacutedaacute
z odlišnyacutech stavebniacutech jednotek pak se jednaacute o kopolymery (např butadien-
-styrenovyacute kaučuk Scheacutema 2)
Scheacutema 1
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky homopolymeru (polyethylen)
CH2 CH CH CH2 CHCH2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH n + n
buta-13-dien
monomer
styren
monomer
polymerace
n
stavebniacute jednotka stavebniacute jednotka
strukturniacute jednotkabutadien-styrenoveacuteho kaučuku
kopolymer Scheacutema 2
Grafickeacute znaacutezorněniacute strukturniacute jednotky kopolymeru (butadien-styrenovyacute kaučuk) 132 Faktory ovlivňujiacuteciacute vlastnosti syntetickyacutech polymerů
Vztah mezi chemickyacutem složeniacutem strukturou a vlastnostmi laacutetek platiacute jak
pro maleacute organickeacute molekuly tak i pro makromolekulaacuterniacute sloučeniny Jedniacutem
z činitelů ovlivňujiacuteciacutech vlastnosti polymerů je velikost makromolekul Polymery
ktereacute tvořiacute maleacute makromolekuly majiacute nižšiacute polymeračniacute stupeň (n) kratšiacute řetězec
a tiacutem i nižšiacute relativniacute molekulovou hmotnost Při běžneacute teplotě jsou kapalneacute lepkaveacute
rozpustneacute v organickyacutech rozpouštědlech Naopak čiacutem je řetězec delšiacute tiacutem maacute
polymer vyššiacute relativniacute molekulovou hmotnost je pevnějšiacute a leacutepe odolaacutevaacute
rozpouštědlům
CH2 CH2 CH2 CH2
polymeracen n
ethylen
monomer
stavebniacute i strukturniacutejednotka polyethylenu
homopolymer
69
Polymery obecně nejsou chemickaacute individua ale jsou to směsi obsahujiacuteciacute
makromolekuly různyacutech velikostiacute Tato vlastnost vede k pojmu bdquoprůměrnaacute relativniacute
molekulovaacute hmotnostldquo a v zaacutesadě vyjadřuje kvantitativně stupeň polymerace
Mnohem leacutepe tuto skutečnost popisuje tzv distribučniacute křivka kteraacute graficky
vyjadřuje distribuci (rozděleniacute) četnosti molekul s určitou konkreacutetniacute relativniacute
molekulovou hmotnostiacute v daneacute směsi Grafickeacute vyjaacutedřeniacute je na Obr 2
Obr 2 Distribučniacute křivka (převzato z [8])
1 - uacutezkaacute 2 - širokaacute distribučniacute křivka - průměrnaacute relativniacute molekulovaacute hmotnost
V praxi se snažiacuteme o přiacutepravu polymerů s uacutezkou distribučniacute křivkou protože takoveacute
polymery majiacute obvykle lepšiacute užitneacute vlastnosti
Tvar makromolekul určuje rozpustnost v polaacuterniacutech nebo nepolaacuterniacutech
rozpouštědlech a chovaacuteniacute polymeru za zvyacutešeneacute teploty Lineaacuterniacute polymery jsou
při vyššiacute teplotě měkkeacute a rozpustneacute ve většině organickyacutech rozpouštědel
Rozvětveneacute a prostorově zesiacuteťovaneacute polymery se zahřiacutevaacuteniacutem chemicky měniacute
ztraacutecejiacute plastičnost a majiacute omezenou rozpustnost Energie chemickeacute vazby mezi atomy prvků v řetězci patřiacute mezi dalšiacute
vyacuteznamneacute činitele ktereacute určujiacute vlastnosti a použitelnost polymerů Pokud jsou vazby
mezi atomy v řetězci makromolekuly pevneacute energie těchto chemickyacutech vazeb bude
vysokaacute a polymer bude stabilniacute Přiacutekladem mohou byacutet silikony u kteryacutech se
pravidelně střiacutedajiacute v řetězci atomy křemiacuteku a kysliacuteku (Obr 3 energie vazby SindashO je
4441 kJmol) V důsledku vysokeacute energie vazby SindashO budou staacutelejšiacute na rozdiacutel od
70
polymerů složenyacutech jen z atomů uhliacuteku u kteryacutech energie chemickeacute vazby dosahuje
mnohem nižšiacute hodnoty (energie vazby CndashC je 3478 kJmol) Silikony majiacute dobreacute
elektroizolačniacute vlastnosti odolaacutevajiacute extreacutemně vysokyacutem i niacutezkyacutem teplotaacutem a takeacute jsou
vodou nesmaacutečiveacute Těchto vlastnostiacute se využiacutevaacute k vyacuterobě mazaciacutech olejů vazeliacuten
past pro uacutedržbu strojů nebo takeacute k vyacuterobě impregnačniacutech či leštiacuteciacutech přiacutepravků pro
uacutepravu povrchu obuvi sportovniacuteho oblečeniacute karoseacuterie aut apod
Obr 3 Strukturniacute jednotka silikonů
(R = organickyacute uhlovodiacutekovyacute zbytek např ndashCH3 ndashC2H5)
Mezi řetězci makromolekul mohou rovněž působit mezimolekulaacuterniacute siacutely
Přiacutekladem jsou vodiacutekoveacute můstky prostřednictviacutem kteryacutech se zvyšuje soudružnost
polymeru pevnost teplota taacuteniacute nebo odolnost proti rozpouštědlům Vodiacutekoveacute můstky
se nachaacutezejiacute napřiacuteklad u polyamidů
2 Synteacuteza polymerniacutech laacutetek
Chemickeacute reakce kteryacutemi vznikajiacute syntetickeacute polymery se nazyacutevajiacute polyreakce
Podle průběhu se dajiacute dělit na řetězoveacute při kteryacutech dochaacuteziacute k postupneacutemu spojovaacuteniacute
molekul monomerů v dlouheacute řetězce a na stupňoviteacute u kteryacutech se monomery
nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky a ty se pak vzaacutejemně spojujiacute ve velkeacute
makromolekuly V praxi se polyreakce děliacute na polymerace polykondenzace
a polyadice
21 Polymerace
Polymerace je chemickaacute reakce při niacutež se velkyacute počet molekul monomeru
spojuje v makromolekulu syntetickeacuteho polymeru přičemž nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute
produkt Pokud se polyreakce zuacutečastňuje pouze jeden typ monomeru pak hovořiacuteme
o homopolymeraci Naopak kopolymeraciacute se rozumiacute takoveacute polymerace
O Si O Si O
R R
R Rn
71
CH2 CH2 CH2 CH2 n n
při kteryacutech reagujiacute dva a viacutece různyacutech monomerů V obou přiacutepadech je nutneacute
aby vyacutechoziacute laacutetky (monomery) měly přiacutetomnu alespoň jednu dvojnou vazbu
211 Přehled některyacutech polymerů vyraacuteběnyacutech homopolymeraciacute
Polyethylen
bull zkratka PE
bull Piktogram (bdquorecyklovatelnyacute materiaacutelldquo)
HDPE LDPE
(vysokohustotniacute PE) (niacutezkohustotniacute PE)
(high density PE) (low density PE)
bull vlastnosti biacutelaacute poloprůsvitnaacute na dotek matnaacute pružnaacute a houževnataacute laacutetka
maacute vynikajiacuteciacute elektroizolačniacute vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute
tvarovat na požadovaneacute vyacuterobky
bull použitiacute obaly na potraviny foacutelie naacutedobiacute hračky lahve na chemikaacutelie hadice
izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute na vyacuterobu umělyacutech ceacutev aj
bull monomer ethen (ethylen)
Scheacutema 3 Polymerace ethenu
Polypropylen
bull zkratka PP
bull piktogram
bull vlastnosti podobneacute jako u PE je však pevnějšiacute odolnyacute teplotaacutem do 160 degC
bull použitiacute obalovyacute materiaacutel naacutedobiacute izolace elektrickyacutech kabelů ve zdravotnictviacute
na vyacuterobu injekčniacutech střiacutekaček a předmětů ktereacute se dajiacute při teplotaacutech nad 60 degC
sterilizovat (zbavovat choroboplodnyacutech zaacuterodků) na vyacuterobu vlaacuteken do provazů
a lan aj
bull monomer propen (propylen)
72
Scheacutema 4
Polymerace propenu Poly(vinylchlorid)
bull zkratka PVC
bull piktogram PVC
bull vlastnosti termoplastickaacute laacutetka kteraacute se daacute dobře tepelně tvarovat (měkne při
80degC) odolnyacute vůči kyselinaacutem i hydroxidům
bull použitiacute neměkčenyacute PVC (tzv Novodur) se použiacutevaacute na vyacuterobu vodovodniacutech
trubek tyčiacute či desek měkčenyacute PVC (tzv Novoplast) na vyacuterobu igelitu foacuteliiacute plaacutešťů
do deště hraček filmů ubrusů lahviacute umělyacutech kožešin aj
bull monomer vinylchlorid
Scheacutema 5
Polymerace vinylchloridu
Polystyren
bull zkratka PS
bull piktogram
bull vlastnosti tvrdyacute pevnyacute ale křehkyacute odolaacutevaacute kyselinaacutem a zaacutesadaacutem termoplast
rozpustnyacute v organickyacutech rozpouštědlech (aldehydy ketony benziacuten) zvukovyacute
a niacutezkoteplotniacute izolaacutetor
HC CH2 CH CH2
CH3CH3
n n
HC CH2 CH CH2
Cl Cl
n n
73
bull použitiacute na vyacuterobu spotřebniacuteho zbožiacute obalů hřebenů misek lžiček keliacutemků
od jogurtů pěnovyacute PS jako tepelnyacute popř izolačniacute materiaacutel ve stavebnictviacute
a chladiacuterenstviacute aj
bull monomer styren (vinylbenzen)
Scheacutema 6
Polymerace styrenu Poly(tetrafluoretylen)
bull zkratka PTFE
bull obchodniacute naacutezev Teflon
bull vlastnosti nehořlavyacute nejedovatyacute termoplast chemicky velmi odolnyacute (odolaacutevaacute
i horkeacute lučavce kraacutelovskeacute)
bull použitiacute speciaacutelniacute laboratorniacute technika kostniacute naacutehrady v chirurgii kuchyňskeacute
naacutedobiacute aj
bull monomer tetrafluorethen (tetrafluorethylen)
Scheacutema 7
Polymerace tetrafluorethenu Polybutadienovyacute kaučuk
bull zkratka BR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Buna
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik
HC CH2 CH CH2 n n
F2C CF2 CF2 CF2 n n
74
bull monomer buta-13-dien
bull patřiacute do skupiny syntetickyacutech kaučuků vyraacutebiacute se polymeraciacute konjugovanyacutech
dienů u kteryacutech se v molekule pravidelně střiacutedaacute jednoduchaacute a dvojnaacute vazba
bull syntetickeacute kaučuky jsou zaacutekladniacute surovinou pro vyacuterobu pryžiacute nespraacutevně
označovanyacutech jako guma pryž vznikaacute z kaučuku vulkanizaciacute což je děj
při ktereacutem za tepla a v přiacutetomnosti vulkanizačniacuteho činidla (siacutera sirneacute sloučeniny)
dojde ke vzniku polysulfidickyacutech můstků mezi makromolekulami kaučuku
a k tvorbě řiacutedkeacute trojrozměrneacute polymeračniacute siacutetě čiacutem deacutele vulkanizace probiacutehaacute
tiacutem viacutece můstků vznikaacute vyacuteslednaacute pryž je tvrdšiacute a odolnějšiacute proti staacuternutiacute vlivem
vzdušneacute oxidace viz Obr 4
Scheacutema 8
Polymerace buta-13-dienu
Obr 4 Zesiacuteťovanaacute struktura vulkanizovaneacuteho kaučuku (x = 2-6)
bull přiacuterodniacute pryž se vyraacutebiacute vulkanizaciacute krepy kteraacute vznikaacute opakovanyacutem sušeniacutem
a vodniacutem louženiacutem sraženiny z latexoveacuteho mleacuteka a kyseliny mravenčiacute zdrojem
latexoveacuteho mleacuteka je tropickyacute strom Kaučukovniacutek brazilskyacute (Obr 5)
bull po chemickeacute straacutence odpoviacutedaacute přiacuterodniacute kaučuk z kaučukovniacuteku polyisoprenu
v cis-konfiguraci (Obr 6)
CH2 CH CH CH2 CH2 CH CH CH2nn
CH CH2
S
S
CH2 CH
CH CH2
S
CH2 CH
x
x
x
75
CH2
C C
H3C H
H2C
n
CH2
C C
H3C
HH2C
n
bull Gutaperča je rovněž přiacuterodniacute materiaacutel pochaacutezejiacuteciacute ze stromu Palaquium gutta
chemicky se jednaacute o praktickyacute čistyacute trans-izomer polyisoprenu (Obr 7) kteryacute maacute
mnohem menšiacute pružnost než kaučuk
Obr 5 Odkapaacutevajiacuteciacute latexoveacute mleacuteko z dřeviny kaučukovniacuteku (převzato z [13])
Obr 6 Strukturniacute jednotka přiacuterodniacuteho kaučuku (cis-izomer)
Obr 7 Strukturniacute jednotka gutaperči (trans-izomer)
212 Polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
Polymerace ktereacute se uacutečastniacute dva nebo viacutece různyacutech monomerů s naacutesobnou
vazbou označujeme jako kopolymerace Mezi polymery vyraacuteběneacute kopolymeraciacute
bychom mohli zařadit velkou skupinu laacutetek u kteryacutech vyacuteslednyacute makromolekulaacuterniacute
řetězec obsahuje stavebniacute jednotky obou monomerů v různeacutem pořadiacute nebo poměru
76
Dajiacute se tak vyrobit různeacute syntetickeacute kaučuky (butadien-styrenovyacute kaučuk butadien-
-akrylonitrilovyacute kaučuk aj) s vhodnyacutemi mechanickyacutemi vlastnostmi jako jsou např
pevnost a pružnost
Butadien-styrenovyacute kaučuk
bull zkratka SBR
bull dřiacutevějšiacute naacutezev Kralex Buna S
bull vlastnosti elastomer vysokaacute pevnost v tahu vysoce odolnyacute proti oděru vzniku
trhlin
bull použitiacute vyacuteroba pneumatik latexů (naacutetěroveacute a spojovaciacute hmoty)
bull monomery buta-13-dien styren (viz Scheacutema 2)
22 Polykondenzace
Polykondenzace je polyreakce při ktereacute dochaacuteziacute k reakci molekul dvou různyacutech
monomerů z nichž každyacute obsahuje nejmeacuteně dvě reaktivniacute funkčniacute skupiny
(např ndashOH) Na rozdiacutel od polymerace maacute stupňovityacute průběh při ktereacutem se
monomery nejprve slučujiacute v menšiacute či většiacute celky ktereacute se pak vzaacutejemně spojujiacute
v obrovskeacute makromolekuly Ve vyacuterobniacute praxi to představuje značnou vyacutehodu neboť
tak můžeme z reakčniacute směsi kdykoliv izolovat makromolekuly s různou deacutelkou
řetězce a tiacutem i s různyacutemi fyzikaacutelniacutemi vlastnostmi Stupňoviteacute polykondenzačniacute reakce
se od řetězovyacutech polymeračniacutech reakciacute lišiacute i z termodynamickeacuteho hlediska jsou to
obvykle endotermickeacute děje u kteryacutech musiacuteme do reakčniacute soustavy dodaacutevat teplo
Na rozdiacutel od polymerace vznikaacute při polykondenzaci vždy vedlejšiacute produkt jako je
nejčastěji voda amoniak nebo chlorovodiacutek
Mezi polymery vznikajiacuteciacute polykondenzaciacute patřiacute napřiacuteklad polyestery polyamidy
fenolformaldehydoveacute a močovinoformaldehydoveacute pryskyřice
Polyestery se vyraacutebějiacute z dvojsytnyacutech alkoholů a dikarboxylovyacutech kyselin
Použiacutevajiacute se k vyacuterobě textilniacutech materiaacutelů (např tesil terylen) nejčastěji ve směsi
s přiacuterodniacutemi vlaacutekny (vlna bavlna) Tyto materiaacutely jsou pevneacute pružneacute nemačkaveacute
rychle schnouciacute a odolneacute vůči molům i pliacutesniacutem Nevyacutehodou je jejich hořlavost
schopnost nabiacutejet se statickou elektřinou a malaacute schopnost pohlcovat pot
77
Z polyesterů se rovněž zhotovujiacute lana fotografickeacute filmy nebo plastoveacute lahve (PET
Scheacutema 9) Vyacuteznamneacute jsou i polyesteroveacute sklolaminaacutety (polyesteroveacute pryskyřice
vyztuženeacute skelnyacutemi vlaacutekny) neboť majiacute velkou pevnost dobreacute elektroizolačniacute
vlastnosti a odolaacutevajiacute chemikaacuteliiacutem Použiacutevajiacute se k vyacuterobě automobilovyacutech karoseacuteriiacute
letadel střešniacutech krytin potrubiacute v chemickyacutech provozech aj
CH2 CH2 OHHO COOHHOOC
O CH2 CH2 O OC CO
n + n
ethan-12-diol tereftalovaacute kyselina
polykondenzace
poly(ethylen-tereftalaacutet)PET
polyesterifikace
polykondenzace
polyesterifikaceH2O +
n
(2n-1)
Scheacutema 9
Polykondenzace ethan-12-diolu a tereftaloveacute kyseliny Polyamidy jsou dalšiacute vyacuteznamneacute polykondenzaacutety Připravujiacute se polykondenzaciacute
diaminů s dikarboxylovyacutemi kyselinami (např polykondenzaacutet Nylon) nebo polymeraciacute
cyklickyacutech amidů (např polykondenzaacutet Silon na jeho přiacutepravě se podiacutelel slavnyacute
českyacute chemik Otto Wichterle kteryacute je viacutece znaacutem v souvislosti s objevem měkkyacutech
kontaktniacutech očniacutech čoček) Molekuly polyamidů obsahujiacute peptidickou vazbu (Obr 8)
kteraacute se v řetězciacutech pravidelně opakuje tudiacutež můžeme tyto laacutetky považovat za
syntetickou obdobu biacutelkovin
Obr 8 Peptidickaacute vazba
C
O
NH
78
Materiaacutely z polyamidů jsou velmi pevneacute tvrdeacute a maacutelo se opotřebovaacutevajiacute Pro tyto
vlastnosti se použiacutevajiacute k vyacuterobě ozubenyacutech kol a ložisek daacutele k vyacuterobě textilniacutech
vlaacuteken užitkovyacutech předmětů foacuteliiacute aj
Fenolformaldehydoveacute pryskyřice (fenoplasty) jsou ze všech plastů nejdeacutele
znaacutemeacute V roce 1907 připravil L H Baekeland prvniacute fenoplast kondenzaciacute fenolu
s formaldehydem Uvedenaacute polykondenzace může probiacutehat v kyseleacutem i zaacutesaditeacutem
prostřediacute V přiacutepadě kyseleacuteho prostřediacute vznikaacute lineaacuterniacute polykondenzaacutet kteryacute se
nazyacutevaacute Novolak (Scheacutema 10) Je to termoplast kteryacute je rozpustnyacute v řadě
organickyacutech rozpouštědel a použiacutevaacute se k vyacuterobě naacutetěrovyacutech hmot a lepidel
Uskutečniacute-li se kondenzace v zaacutesaditeacutem prostřediacute bude konečnyacutem produktem
nerozpustnaacute a netavitelnaacute pryskyřice znaacutemaacute pod obchodniacutem naacutezvem Bakelit (maacute již
hustě zesiacuteťovanou strukturu) Použiacutevaacute se na vyacuterobu spotřebniacuteho materiaacutelu
a předevšiacutem v elektrotechnice
OH
C
O
H HOH
CH2n
fenol
polykondenzace
H+n H2O +
n
+ n
formaldehyd novolak
Scheacutema 10
Polykondenzace fenolu a formaldehydu
Močovinoformaldehydoveacute pryskyřice (aminoplasty) vznikajiacute polykondenzaciacute
močoviny nebo jejiacutech derivaacutetů s formaldehydem Jsou to bezbarveacute laacutetky ktereacute se dajiacute
libovolně barvit a proto se hojně využiacutevajiacute k vyacuterobě spotřebniacuteho zbožiacute naacutetěrovyacutech
laacutetek tmelů lepidel elektrotechnickyacutech vyacuterobků k obklaacutedaacuteniacute naacutebytku aj V praxi jsou
znaacutemy např pod naacutezvem Umakart (horniacute vrstva)
79
C
O
C
O
H HH2N NH2
C
O
H2N NH2H N CH2
OC
H N CH2
N H
OC
N H
n +polykondenzace
H2O ++
formaldehydmočovinoformaldehydovaacute pryskyřice
močovina n
2 n 2 n
Scheacutema 11
Polykondenzace močoviny a formaldehydu
23 Polyadice
Polyadice je polyreakciacute molekul dvou různyacutech monomerů ktereacute obsahujiacute
odlišnou reaktivniacute funkčniacute skupinu Jeden z monomerů musiacute obsahovat takovou
funkčniacute skupinu kteraacute obsahuje slabě kyselyacute vodiacutek (např ndashOH) kteryacute může
naacutesledně uvolnit Tento vodiacutek se přesune na druhyacute monomer což umožniacute spojeniacute
obou monomerů v jeden celek Polyadice mohou miacutet řetězovyacute i stupňovityacute průběh
při ktereacutem nevznikaacute žaacutednyacute vedlejšiacute produkt Polyadici si ukaacutežeme na synteacuteze
polyurethanu (Scheacutema 12) Polyurethany jsou materiaacutely lehkeacute a pevneacute použiacutevajiacuteciacute se
k vyacuterobě syntetickyacutech vlaacuteken molitanu naacutehražek kůžiacute a lepidel
Scheacutema 12
Polyadice butan-14-diolu a hexamethylendiisokyanaacutetu
OHO
O O CO CO
(CH2)4 O C N (CH2)6 N C O
(CH2)4 NH (CH2)6 NH
n + n
butan-14-diol hexamethylendiisokyanaacutet
polyadice
polyurethanPUR
n
H
polyadice
80
3 Užitiacute plastů Plasty představujiacute početnou a staacutele se rozšiřujiacuteciacute skupinu materiaacutelů jejichž
podstatu tvořiacute syntetickeacute polymery V zaacutejmu zlepšeniacute některyacutech vlastnostiacute plastů se
k zaacutekladniacutem syntetickyacutem polymerům přidaacutevajiacute různeacute přiacutesady jako jsou pigmenty
(obarvujiacute plasty) stabilizaacutetory (zvyšujiacute životnost plastů) nebo změkčovadla (zlepšujiacute
mechanickeacute vlastnosti plastů)
Jednou z oblastiacute kde plasty zaujiacutemajiacute teacuteměř monopolniacute postaveniacute a doprovaacuteziacute
denně život každeacuteho z naacutes je obalovaacute technika Tyto obaly z plastů postupně
vytlačily klasickeacute materiaacutely jako jsou napřiacuteklad sklo nebo papiacuter Největšiacute uplatněniacute
v tomto smyslu našly polyethylen (PE) polypropylen (PP) polystyren (PS)
poly(ethylen-tereftalaacutet) (PET) a poly(vinylchlorid) (PVC) diacuteky svyacutem zejmeacutena
mechanickyacutem vlastnostem nebo odolnosti k vodě či mikroorganismům Nutno
poznamenat že vyacuterobky z těchto polymerů majiacute tzv kraacutetkyacute životniacute cyklus a staacutevajiacute se
nevyacutehodneacute v okamžiku kdy dosloužiacute Proto jsme staacutele naleacutehavěji nabaacutedaacuteni
k důsledneacutemu třiacuteděniacute odpadů mezi ktereacute vyacuterobky z plastů neodmyslitelně patřiacute
31 Recyklace odpadů z plastů
Recyklaciacute se v tomto slova smyslu rozumiacute vraacuteceniacute plastoveacuteho odpadu
do procesu ve ktereacutem vznikl Lze ji považovat za strategii kteraacute opětovnyacutem
využiacutevaacuteniacutem odpadů šetřiacute přiacuterodniacute zdroje a současně omezuje zatěžovaacuteniacute prostřediacute
škodlivinami Recyklace polymerniacuteho odpadu je dosud v Českeacute republice jen
na niacutezkeacute uacuterovni Uvaacutediacute se že se v současneacute době recykluje něco maacutelo přes 20
vyrobenyacutech plastů Většina polymerniacuteho odpadu tak končiacute na sklaacutedkaacutech kde může
přežiacutevat desetiletiacute bez podstatnyacutech změn Proti teacuteto nelichotiveacute statistice bojujiacute nejen
ekologickaacute hnutiacute ale i uacuteřady ktereacute majiacute danou problematiku v naacuteplni praacutece Pro tyto
uacutečely byla vyrobena řada televizniacutech upoutaacutevek informativniacutech letaacuteků nebo
uspořaacutedaacuteny různeacute soutěže pro žaacuteky a studenty škol ktereacute majiacute oslovit a předevšiacutem
naučit společnost jak naklaacutedat nejen s polymerniacutemi odpady
81
32 Třiacuteděniacute plastovyacutech odpadů
Plastoveacute odpady patřiacute do kontejneru žluteacute barvy (Obr 9) Pojmem bdquoplastoveacute
odpadyldquo v tomto přiacutepadě mysliacuteme PET lahve od naacutepojů keliacutemky plastoveacute tašky
saacutečky foacutelie obaly od praciacutech čisticiacutech a kosmetickyacutech přiacutepravků obaly od CD disků
pěnovyacute polystyren a dalšiacute vyacuterobky z plastů (je třeba sledovat naacutelepky na žlutyacutech
kontejnerech neboť zaacuteležiacute na podmiacutenkaacutech a technickeacutem vybaveniacute třiacutediciacutech linek
ve vašem městě) PET lahve se do kontejneru daacutevajiacute sešlaacutepnuteacute s utaacutehnutyacutem viacutečkem
a etiketou (ta bude odstraněna při dotřiacuteďovaacuteniacute) Plastoveacute lahve nesmiacute byacutet v žaacutedneacutem
přiacutepadě znečištěneacute Pokud chceme vytřiacutedit keliacutemky od potravin (např od jogurtů)
nemusiacuteme je vymyacutevat stačiacute jen jejich obsah vyškraacutebnout lžičkou (keliacutemky jsou
vymyacutevaacuteny až při naacutesledneacutem dotřiacuteďovaacuteniacute)
Do kontejnerů na plasty nepatřiacute novoduroveacute trubky guma molitan textil
z umělyacutech vlaacuteken linolea pneumatiky a obaly od nebezpečnyacutech laacutetek
(od motoroveacuteho oleje chemikaacuteliiacute barev)
Průměrnaacute českaacute domaacutecnost vyhodiacute za rok asi 150-200 kg odpadů Pokud
odpady třiacutediacuteme a daacutevaacuteme je do barevnyacutech kontejnerů (žlutyacute kontejner na plasty biacutelyacute
a zelenyacute na sklo modryacute na papiacuter oranžovyacute na naacutepojoveacute kartony) umožniacuteme tak
recyklaci viacutece než třetiny tohoto množstviacute Za rok tak lze vytřiacutedit až 30 kg papiacuteru
25 kg plastů a 15 kg skla
Obr 9 Kontejner na plasty (převzato z [14])
Recyklovaneacute plasty sloužiacute k vyacuterobě napřiacuteklad izolačniacutech tvaacuternic řady stavebniacutech
a zahradniacutech prvků (ploty zatravňovaciacute dlažba protihlukoveacute zaacutebrany či zahradniacute
komposteacutery) fleesovyacutech oděvů z PET (sportovniacute dresy naacutekupniacute tašky aj) pytlů
koberců a spousty dalšiacutech vyacuterobků (Obr 10)
82
a) fleesovyacute oděv b) taška c) sportovniacute dres
Obr 10 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů (a-c převzato z [1415])
Nadějiacute do budoucna jsou tzv biodegradovatelneacute (biologicky rozložitelneacute)
polymery Tyto materiaacutely se mohou ve vhodneacutem prostřediacute vlivem mikroorganismů
rozložit až na vodu a oxid uhličityacute popřiacutepadě na jineacute ekologicky přijatelneacute produkty
V současneacute době se vyraacutebiacute několik syntetickyacutech polymerů ktereacute splňujiacute kriteacuteria
biodegradovatelnosti K nejvyacuteznamnějšiacutem patřiacute kyselina polymleacutečnaacute (PLA) využiacutevanaacute
na vyacuterobu leacutekařskyacutech nitiacute ktereacute se v organismu pacienta samy časem rozložiacute
4 Doplňujiacuteciacute informace pro učitele Problematika makromolekulaacuterniacutech laacutetek a předevšiacutem syntetickyacutech polymerů nepatřiacute u studentů
gymnaacuteziiacute mezi přiacuteliš obliacutebeneacute pasaacuteže ve vyacuteuce chemie Pro tyto uacutečely vznikl tento text kteryacute maacute
shrnout nejzaacutekladnějšiacute poznatky z teacuteto problematiky a takeacute posloužit jako doprovodnyacute text k tematicky
vytvořeneacute powerpointoveacute prezentaci
Nutno poznamenat že oba dokumenty nemajiacute za uacutekol omezit tvůrčiacute přiacutestup učitele chemie
ve vyacutekladu zpracovaneacute laacutetky naopak je viacutetaacutena jakaacutekoliv improvizace v metodickeacutem či jejiacutem
obsahoveacutem pojetiacute Předevšiacutem by se měl učitel chemie opřiacutet o již zavedeneacute kurikulum ve vzdělaacutevaciacute
oblasti Člověk a přiacuteroda a přizpůsobit vyacuteuku konkreacutetniacutemu učebniacutemu plaacutenu chemie a takeacute ŠVP
gymnaacutezia
Vzhledem k tomu že teacutema plastů je nediacutelnou součaacutestiacute environmentaacutelniacute vyacutechovy
kteraacute se v raacutemci RVP pro gymnaacutezia stala vyacuteznamnyacutem průřezovyacutem teacutematem doporučuje se
vysvětlovat laacutetku v kontextu přiacuterodovědnyacutech i společenskovědniacutech oborů Je tudiacutež žaacutedouciacute aby
studentům nebyly poskytnuty pouze odborneacute informace o chemii plastů ale takeacute fakta souvisejiacuteciacute
s problematikou odpadů jejich třiacuteděniacutem a s opakovanyacutem využitiacutem recyklovatelnyacutech plastů Z tohoto
důvodu se doporučuje využiacutet formy projektoveacute vyacuteuky Projekt může byacutet realizovaacuten v raacutemci jedneacute třiacutedy
83
nebo viacutece třiacuted gymnaacutezia Teacutematem projektu může byacutet napřiacuteklad historie plastů plasty v životě
moderniacuteho člověka bdquoWichterleholdquo kontaktniacute čočky vliv plastů na životniacute prostřediacute plasty jako
konstrukčniacute materiaacutel aneb vyacuterobky z plastoveacuteho odpadu spraacutevneacute třiacuteděniacute odpadů jak se obejiacutet bez
obalů aj Uacutekolem projektu je vytvořeniacute posteru či prezentace kteraacute je společnyacutem diacutelem každeacute
řešitelskeacute skupiny Uacutespěšnaacute realizace takoveacuteho projektu zaacutevisiacute na kreativitě naacutepadech aktivniacute
spolupraacuteci studentů chuti pracovat a spolupodiacutelet se na teacutematu nejen ve vyučovaacuteniacute ale i formou
domaacuteciacute praacutece Rovněž je zapotřebiacute využitiacute školniacute knihovny a internetu učebny popřiacutepadě laboratoře
chemie a takeacute spolupraacutece s vedeniacutem školy i s učiteli fyziky biologie (ekologie) vyacutetvarneacute vyacutechovy aj
Poznaacutemka autora textu k naacutezvům polymerniacutech laacutetek bdquoMezinaacuterodniacute unie pro čistou a aplikovanou
chemii IUPAC nevydaacutevaacute přiacutekazy ani jinaacute praacutevně zaacutevaznaacute nařiacutezeniacute ale jen doporučeniacute jak tvořit
systematickeacute naacutezvy laacutetek včetně polymerů Chemickaacute veřejnost se může rozhodnout zda se bude či
nebude těmito doporučeniacutemi řiacutedit Nomenklaturniacute doporučeniacute IUPAC pro oblast polymerů respektujiacute
skutečnost že polymery jsou běžně pojmenovaacutevaacuteny jednak na zaacutekladě monomerů
ze kteryacutech jsou připravovaacuteny a jednak na zaacutekladě konstitučniacutech skupin obsaženyacutech v jejich
makromolekulaacutech V mnoha přiacutepadech jsou naacutezvy bez kulatyacutech zaacutevorek nepřiacutepustneacute Kulateacute zaacutevorky
se použiacutevajiacute v naacutezvech předevšiacutem k odděleniacute čaacutesti naacutezvu se specifickyacutemi strukturniacutemi znaky aby se
struktura vyjaacutedřila co nejsrozumitelněji Doporučuji čtenaacuteřům tohoto textu prostudovat publikaci autorů
Fikr J a Kahovec J (ref 11) ve ktereacute je stručně a přehledně vysvětleno tvořeniacute naacutezvů organickyacutech
sloučenin i polymerůldquo
5 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů 1 Prokopovaacute I Makromolekulaacuterniacute chemie VŠCHT Praha 2007
2 Duchaacuteček V Prokopovaacute I Dobiaacuteš J Bicheze 15 21 (2006)
3 Duchaacuteček V Bicheze 14 22 (2005)
4 Duchaacuteček V Bicheze 13 232 (2004)
5 Deviacutensky F a kol Organickaacute cheacutemia pre farmaceutov OSVETA Martin 2001
6 Blažek J Fabini J Chemie pro studijniacute obory SOŠ a SOU nechemickeacuteho
zaměřeniacute SPN Praha 1999
7 Duchaacuteček V Zaacutekladniacute pojmy z chemie a technologie polymerů jejich
mezinaacuterodniacute zkratky a obchodniacute naacutezvy VŠCHT Praha 1996
8 Naacutelepa K Stručneacute zaacuteklady chemie a fyziky polymerů UP Olomouc 1993
9 Vaciacutek J a kol Přehled středoškolskeacute chemie SPN Praha 1993
10 Čaacutersky J a kol Chemie pro III ročniacutek gymnaacuteziiacute SPN Praha 1986
11 Fikr J Kahovec J Naacutezvosloviacute organickeacute chemie (3 vyd) Rubico Olomouc
2008
84
Internetoveacute odkazy 12 Šulcovaacute R Přiacuterodovědneacute projekty [online 2011-04-15] Dostupneacute z www
lthttprenasulcovaswebczprirodovedne_projektyPrirodovedne_projektypdfgt
13 Surovyacute kaučuk odkapaacutevajiacuteciacute z kaučukovniacuteku [online 2011-04-11]
Dostupneacute z www
lthttpuploadwikimediaorgwikipediacommonsthumbbb3Latex_drippingJPG
220px-Latex_drippingJPGgt
14 Kontejner na plasty Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08]
Dostupneacute z www lthttpwwwjaktriditczgt
15 Vyacuterobky z recyklovanyacutech plastů [online 2011-04-08] Dostupneacute z www
lthttpimgaktualnecentrumcz320303203037-dres-z-pet-lahvijpggt
16 Vohliacutedal J Proč a jak spraacutevně nazyacutevat polymery [online 2012-10-28]
Dostupneacute z www lthttpwwwnaturcunicz~vohlidalmchNazvypolymerudocgt
85
VYacuteBUŠNINY
Text zpracoval Prof RNDr Jiřiacute Kameniacuteček CSc Osnova 1 Uacutevod do problematiky vyacutebušnin
11 Historie zaacutekladniacute pojmy
12 Klasifikace vyacutebušnin
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin
21 Nitrace
22 Trhaviny
23 Střeliviny
24 Třaskaviny
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
1 Uacutevod 11 Historie zaacutekladniacute pojmy
Vyacutebušniny definujeme obecně jako laacutetky ktereacute jsou schopny velmi rychleacute
(explozivniacute) přeměny během zlomku sekundy Při vyacutebuchu probiacutehaacute chemickaacute reakce
(rozklad laacutetky) a uvolňuje se přitom zpravidla velkeacute množstviacute tepla a různyacutech plynů
(např N2 CO CO2 H2O O2 HCl SO2 aj)
Z historie je znaacutemo že až do konce 80 let 19 stol byl jedinou vyacuteznamnou
vyacutebušninou tzv černyacute střelnyacute prach Jde o jemnou směs draselneacuteho ledku siacutery a
dřevneacuteho uhliacute při explozi probiacutehaacute reakce (zjednodušeno)
2 KNO3 + S + 3 C rarr K2S + N2 + 3 CO2
Vyacuteznamnyacutem mezniacutekem pro vyacuterobu vyacutebušnin byl objev nitračniacutech reakciacute
nitrosloučeniny však byly vesměs velmi nestabilniacute a jejich vyacuteroba i distribuce velmi
problematickaacute (např nitroglycerin snadno nečekaně exploduje i naacuterazem)
Převratnyacutem rokem ve vyacuterobě vyacutebušnin ve velkeacutem byl až r 1869 kdy šveacutedskyacute chemik
Alfreacuted Nobel (zakladatel znaacutemeacute Nobelovy nadace) vyřešil probleacutem stabilizace
nitroglycerinu jeho nasaacuteknutiacutem do vhodneacuteho nosiče (křemelina) Takto upravenyacute
nitroglycerin pak exploduje až po vhodneacute iniciaci např roznětkou Ohromnyacute rozvoj
průmyslu vyacutebušnin nastal v obdobiacute prvniacute a zejmeacutena pak druheacute světoveacute vaacutelky
Každaacute vyacutebušnina je charakterizovaacutena řadou fyzikaacutelně-chemickyacutech parametrů
Mezi nejdůležitějšiacute patřiacute
a) Detonačniacute rychlost v - u běžně použiacutevanyacutech laacutetek ve vojenstviacute byacutevaacute v rozmeziacute
6000ndash8000 ms u průmyslovyacutech trhavin do 5000 ms
b) Uvolněnaacute energie při vyacutebuchu Q ndash s hodnotami dnes většinou nad 900 kcalkg
Např pro vyacuteše uvedenyacute černyacute střelnyacute prach jsou tyto hodnoty v = 400 ms Q = 600-800kcalkg
Mezi zaacutekladniacute požadavky na komerčně vyraacuteběneacute vyacutebušniny patřiacute daacutele fyzikaacutelniacute i chemickaacute stabilita
(staacutelost v teplotniacutem rozmeziacute -30 až +40ordmC) necitlivost k vnějšiacutem podnětům (bezpečnost při
zachaacutezeniacute) dostupnostcena vyacutechoziacutech laacutetek potřebnyacutech k vyacuterobě a bezpečnost vyacuteroby
___________ Přesnějšiacute reakce vyacutebuchu dle Bertholeta 16 KNO3 + 6 S + 13 C rarr 5 K2SO4 + 2 K2CO3 + K2S + 8 N2 + 11CO2
Je-li v lt 330 ms (rychlost zvuku) jde o tzv deflagraci
při v gt 330 ms se pak jednaacute o detonaci
87
12 Klasifikace vyacutebušnin
Vyacutebušniny lze dělit podle různyacutech hledisek
I Podle způsobu použitiacute
a) Trhaviny (maacutelo citliveacute k vyacutebuchu je nutnaacute roznětka) ndash např dynamit
b) Střeliviny (prachy k vyacutestřelu střely z hlavně) ndash např bezdyacutemyacute prach
c) Třaskaviny (citliveacute na naacuteraz jiskru užitiacute jako rozbušky) ndash např azidy
II Podle chemickeacuteho složeniacute
Chemickaacute individua
a) Nitrosloučeniny (obsahujiacute R3C-NO2) ndash např trinitrotoluen TNT
b) Estery HNO3 (s alkoholy R3C-O-NO2) ndash např nitroglycerin
c) Nitraminy (obsahujiacute R2N-NO2) ndash např hexogen
d) Vyacutebušneacute soli kyselin ndash např od HNO3 HClO3 HClO4
e) Sloučeniny azoimidu (obsahujiacute skupinu N3-) ndash např AgN3
f) Ostatniacute (acetylidy fulminaacutety aj)
Směsi (např amatoly TNT + NH4NO3 + hexogen)
III Dle konzistence
- pevneacute (krystalickeacute či praacuteškoviteacute) ndash např kyselina pikrovaacute
- kapalneacute (nitroglycerin)
- polotekuteacute a plastickeacute (Semtex)
____________ Maacuteme na mysli tzv bdquoklasickeacute vyacutebušninyldquo použiacutevaneacute jak k vaacutelečnyacutem tak i k miacuterovyacutem uacutečelům Dnešniacute
vojenstviacute ovšem disponuje i moderniacutemi zbraněmi založenyacutemi na řetězoveacute štěpneacute reakci uranu 235U (atomovaacute bomba) např
235
92U n U 10
23592 + rarr139
56 Ba + 94
36Kr + 3 10 n
popř využiacutevajiacuteciacute spojovaacuteniacute lehčiacutech jader (bdquosleacutevaacuteniacuteldquo jader - vodiacutekovaacute bomba) např
21D + 31T rarr 4
2He + 10n s nebyacutevale mohutnyacutemi uacutečinky (např atomovaacute bomba v Hirošimě měla ekvivalent cca 30 kt TNT)
88
2 Synteacuteza a použitiacute vyacutebušnin 21 Nitrace
Principem nitračniacutech reakciacute je vpravovaacuteniacute funkčniacute skupiny ndashNO2 do molekul
(organickyacutech) laacutetek pomociacute tzv nitračniacute směsi (= směs konc HNO3 + H2SO4)
Vyacuteznam majiacute předevšiacutem aromatickeacute nitroderivaacutety např
C6H6 + 3 HNO3 rarr (135-)(NO2)3C6H3 + 3 H2O
benzen sym-trinitrobenzen Poznaacutemka
Zjednodušenaacute interpretace že kyselina siacuterovaacute pouze bdquovaacuteželdquo vzniklou vodu je nepřesnaacute ndash ve
skutečnosti jde o tzv elektrofilniacute substituci kdy zpočaacutetku probiacutehaacute reakce
HNO3 + 2 H2SO4 rarr NO2+ + H3O+ + 2 HSO4
-
a takto vzniklyacute nitroniovyacute kation je vlastniacutem elektrofilniacutem činidlem atakujiacuteciacutem aromatickeacute jaacutedro
(kyselina siacuterovaacute se tedy uacutečastniacute reakce)
Nitračniacute reakce probiacutehajiacute ochotněji u derivaacutetů benzenu (fenol toluen) přitom je nutno
vziacutet v potaz znaacutemaacute substitučniacute pravidla na aromatickeacutem jaacutedře
- substituenty I třiacutedy jako např ndashCH3 ndashOH řiacutediacute substituci do poloh ortho- para-
- substituenty II třiacutedy jako ndashNO2 řiacutediacute substituci do poloh meta-
Přesneacute složeniacute nitračniacute směsi se voliacute podle typu nitrovaneacute laacutetky a stupně nitrace (u
vyššiacutech nitroderivaacutetů pracujeme zpravidla v přebytku kyseliny dusičneacute)
Vlastniacute reakce probiacutehaacute za intenzivniacuteho miacutechaacuteniacute a chlazeniacute ve specielniacutech kotliacutech
(nitraacutetory) s dvojityacutem plaacuteštěm Při nitraciacutech je nutno dodržovat přiacutesnaacute bezpečnostniacute
pravidla ndash hroziacute např přehřaacutetiacute směsi a naacuteslednyacute vyacutebuch
Přehled nejznaacutemějšiacutech a nejviacutece použiacutevanyacutech nitrolaacutetek a jejich explozivniacutech reakciacute
je uveden v naacutesledujiacuteciacutech kapitolaacutech
22 Trhaviny
Jde o největšiacute skupinu vyacutebušnin poměrně maacutelo citlivyacutech k jednoduchyacutem
podnětům (třeniacute naacuteraz) K detonaci jsou přivaacuteděny pomociacute rozbušky (roznětky
detonaacutetoru) Použiacutevajiacute se jak k uacutečelům miacuterovyacutem (kamenolomy doly tunely) tak i
vaacutelečnyacutem (naacuteplně granaacutetů min bomb)
89
Než probereme nejznaacutemějšiacute zaacutestupce teacuteto skupiny je třeba zdůraznit že
z hlediska terminologie lze jako skutečneacute nitroderivaacutety označovat pouze sloučeniny
majiacuteciacute nitroskupinu vaacutezanou přiacutemo na uhliacutek (obsahujiacute vazbu C ndash NO2)
a) Nitrosloučeniny
Praktickyacute vyacuteznam majiacute pouze aromatickeacute nitrolaacutetky
Nejviacutece použiacutevaneacute sloučeniny
bdquoTritolldquo TNT IUPAC 246-trinitrotoluen ( v = 7400 ms Q = 950 kcalkg) CH3
NO2
O2N NO2
Vyacuteroba Nitraciacute toluenu do 3 stupně
Vlastnosti nažloutleacute jehlice teplota taacuteniacute 80ordmC
Referenčniacute laacutetka pro ekvivalent atomovyacutech bomb (viz str 3) Pozn Během II světoveacute vaacutelky vyraacutebělo Německo cca 4000 tun TNT měsiacutečně
bdquoEkrazitldquo kyselina pikrovaacute IUPAC 246-trinitrofenol (v= 7000ms Q = 1000kcalkg)
NO2
NO2O2N
OH
Vyacuteroba Nitraciacute fenolu do 3 stupně
Vlastnosti Žluteacute krystalky nahořkleacute chuti teplota taacuteniacute 122ordmC tvořiacute soli (vyacutebušnyacute pikraacutet
amonnyacute) Užiacutevaacuten mj do dělostřeleckyacutech granaacutetů
bdquoHexylldquo sym-hexanitrodifenylamin teacutež dipikrylamin
dle IUPAC 246-trinitro-N-(246-trinitrophenyl)anilin ( v = 7100 ms Q = 1040 kcalkg)
NH NO2
O2N
O2NNO2
NO2
O2N
90
Vyacuteroba Kompletniacute nitraciacute difenylaminu
Vlastnosti Žluteacute jehličky viacutece citliveacute k naacuterazu (použiacutevanyacute např jako naacuteplň torpeacuted)
b) Nitroestery
Jednaacute se o sloučeniny s vazbou ndashCH2ndashOndashNO2 vznikajiacuteciacute esterifikačniacute reakciacute např
viacutecesytnyacutech alkoholů s HNO3 Nejznaacutemějšiacute laacutetky
Nitroglycerin (spraacutevně trinitraacutet glycerolu) v = 8000 ms Q = 1500 kcalkg
Nitroglycerin se vyraacutebiacute uacuteplnou nitraciacute glycerolu CH2
CH
CH2
OH
OH
OH
+ 3 HNO3
OCH2
CH
CH2
NO2
O NO2
O NO2
H2SO4
- 3 H2O
Vlastnosti Bezbarvaacute jedovataacute viskoacutezniacute kapalina naslaacutedleacute chuti nerozpustnaacute ve vodě
Pozor Hroziacute nebezpečiacute explozivniacuteho rozkladu zahřaacutetiacutem nad 50ordmC či naacuterazem
Vyrobenyacute nitroglycerin se zpracovaacutevaacute na dynamit (nasaacuteklyacute v křemelině v poměru
31) nebo na bezdyacutemyacute střelnyacute prach (viz střeliviny)
Vyacuteroba u naacutes Semtiacuten u Pardubic přiacutesnaacute bezpečnostniacute opatřeniacute (bunkry s lehkyacutemi
střechami omezeniacute ručniacute manipulace)
nitroglycerin ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
4 C3H5(ONO2)3 rarr 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Kromě nitroglyceriacutenu existuje řada nitroesterů dvoj- až čtyřsytnyacutech alkoholů
(glykolů) s podobnyacutemi vlastnostmi
Nejznaacutemějšiacute z nich je tzv pentrit (pentaerythrit-tetranitraacutet) v = 8000 ms Q = 1530 kcalkg
OO2N C
CH2
CH2
CH2
CH2
O NO2
O NO2
O NO2
Na baacutezi pentritu s butadienstyreacutenovyacutem kaučukem jsou založeny tzv plastickeacute
trhaviny (Semtex)
91
Nitrocelulosa (nitraacutet celulosy) v = 7000 ms Q = 950-1025 kcalkg
Nitrocelulosa vznikaacute nitraciacute polysacharidu celulosy (velmi čisteacute) do obsahu cca 14
dusiacuteku (což odpoviacutedaacute bdquotrinitraacutetuldquo celulosy)
Historie 1845 Schoumlnbein ndash nitrace bavlny (bdquostřelnaacute bavlnaldquo)
Nitrocelulosa ndash rovnice vyacutebušneacute reakce
2 C24H29O9(ONO2)11rarr 36CO2+ 47CO+ 4CH4+ 39H2O+ 2C2H2+ 3HCN+ 72 H2 + 372 N2 + 2NH4HCO3
c) Nitraminy
Jde o sloučeniny obsahujiacuteciacute funkčniacute skupinu =NndashNO2
Jsou znaacutemy jak alifatickeacute tak aromatickeacute i heterocyklickeacute laacutetky tohoto typu
(Daacutele se děliacute na primaacuterniacute R-NH-NO2 a sekundaacuterniacute R1R2-N-NO2)
Nejdůležitějšiacute zaacutestupci
Tetryl (246-trinitrofenyl-methyl-nitramin IUPAC N-methyl-N246-tetranitroanilin) v = 7500 ms Q = 1100 kcalkg
NCH3
NO2
NO2
O2N
O2N
Hexogen (cyklotrimethylentrinitramin IUPAC 135-trinitro-135-triazin) v = 8000 ms Q = 1390 kcalkg
N
N N
NO2
NO2O2N
92
d) Vyacutebušneacute soli kyselin
K vyacutebušnyacutem soliacutem patřiacute zejmeacutena amonneacute soli kyseliny dusičneacute chlorečneacute chloristeacute
(di)chromany a manganistany Vyacutebušneacute soli ndash rovnice vybranyacutech vyacutebušnyacutech reakciacute
NH4NO3 rarr N2 + 2 H2O + frac12 O2 ndash 346 kcalkg
2 NH4ClO3 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 32 O2 ndash 359 kcalkg
2 NH4ClO4 rarr N2 + 3 H2O + 2 HCl + 52 O2 ndash 266 kcalkg
(NH4)2Cr2O7 rarr Cr2O3 + N2 + 4 H2O ndash 310 kcalkg
2 NH4MnO4 rarr N2 + 2 MnO2 + 4 H2O ndash 280 kcalkg
23 Střeliviny (bdquostřelneacute prachyldquo)
Střeliviny patřiacute mezi vyacutebušneacute směsi sloužiacuteciacute k vystřeleniacute naacuteboje z hlavně
v důsledku mohutneacuteho tlaku plynů vzniklyacutech při explozi Jak již bylo zmiacuteněno
v uacutevodu patři sem i klasickyacute černyacute střelnyacute prach (prvniacute popis R Bacon r 1249)
jehož složeniacute se v čase měnilo a ustaacutelilo se na 75 KNO3 (NaNO3 nelze použiacutet pro
hygroskopičnost) 15 dřevneacuteho uhliacute a 10 siacutery
K vyacuterobě je nutneacute použiacutet jemně praacuteškovaneacute velmi čisteacute komponenty Při
vyacuterobě se suroviny melou miacutesiacute v dřevěnyacutech bubnech zvlhčujiacute a zhutňujiacute a nakonec
lisujiacute mezi měděnyacutemi deskami pod tlakem 30 at vyacuteslednyacute produkt se granuluje nebo
lisuje do vaacutelečků o průměru cca 3 cm Vyacuteroba je velmi nebezpečnaacute ndash snadno může
dojiacutet k explozi vyvolaneacute i např statickou elektřinou Černyacute prach se použiacuteval jako
vyacutemetnaacute naacuteplň roznětka zaacutepalnice s časovyacutem zpožděniacutem apod
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (v = 3800 ndash 7000 ms Q = 700 ndash 950 kcalkg)
Jeho vyacuteroba vychaacuteziacute z nitrocelulosy a nitroglycerinu Probleacutemem při použitiacute byl
obrovskyacute tlak při explozi kteryacute může veacutest až k roztrženiacute hlavně Proto se
nitrocelulosa zpočaacutetku rozpouštěla v organickyacutech rozpouštědlech (ether aceton) po
jejichž odpařeniacute vznikne bdquoblaacutenaldquo hořiacuteciacute pomaleji R 1888 A Nobel navrhl rozpouštět
nitrocelulosu v nitroglycerinu (vznikl tzv bdquobalistitldquo) takže běžnaacute hlaveň děla bdquovydrželaldquo
až 1700 vyacutestřelů přiacutedavkem nitrodiglykolu se vyacutedrž zvyacutešila až přes 10 000 vyacutestřelů
Bezdyacutemyacute střelnyacute prach je poměrně nestabilniacute jeho stabilitu lze zvyacutešit
přiacutedavkem difenylaminu nebo MgO Vyrobenyacute prach se expeduje ve formě malyacutech
šupinek či destiček nebo se lisuje do tyčinek (viz Obr 1)
Prvniacute velkeacute použitiacute černeacuteho prachu u dělostřelectva se datuje r 1346 v bitvě u Kresčaku Byla zaznamenaacutena řada katastrof (1905 exploze prachu na japonskeacutem křižniacuteku Mikasa 1907
vyacutebuch muničniacuteho skladiště Jena aj)
93
Obr 1 Bezdyacutemyacute střelnyacute prach (vlevo ndash naacuteplň střely do samopalu vpravo ndash dělostřeleckyacute prach
ve formě slisovaneacute trubičky) Pro naacutezornost na obraacutezku uprostřed kancelaacuteřskaacute sponka
24 Třaskaviny
Do teacuteto skupiny patřiacute celaacute řada různorodyacutech chemickyacutech sloučenin (fulminaacutety
azidy acetylidy) Jde o laacutetky vybuchujiacuteciacute po iniciaci (např zahřaacutetiacutem naacuterazem
elektrickou jiskrou) Sloužiacute jako rozbušky (roznětky) pro hlavniacute naacutelož trhaviny
a) Fulminaacutety Tyto laacutetky se odvozujiacute od kyseliny třaskaveacute (fulminoveacute) |CequivNndashOH kteraacute neniacute znaacutema
volnaacute pouze ve formě soliacute Nejdeacutele znaacutemyacute je fulminaacutet rtuti (bdquotřaskavaacuteldquo rtuť)
Hg(ONC)2 Jde o šedobiacutelou laacutetku maacutelo rozpustnou ve vodě leacutepe v alkoholu
Rovnice vyacutebušneacute reakce Hg(ONC)2 rarr Hg + 2 CO + N2 ndash 357 kcalkg (v = 6500 ms)
Velmi podobneacute vlastnosti maacute i třaskaveacute střiacutebro Ag(ONC) ktereacute je však dražšiacute a
meacuteně užiacutevaneacute
b) Azidy Jsou to soli azoimidu (HN3 těkavaacute jedovataacute kapalina pronikaveacuteho zaacutepachu)
Nejpoužiacutevanějšiacute jsou
Azid olovnatyacute Pb(N3)2 ndash nažloutlaacute laacutetka stabilniacute do 75ordmC meacuteně citlivaacute k naacuterazu viacutece
ke třeniacute
Rovnice rozkladu Pb(N3)2 rarr Pb + 3 N2
Azid střiacutebrnyacute AgN3 maacute podobneacute vlastnosti
Azid měďnatyacute Cu(N3)2 je extreacutemně citlivyacute i na dotyk
94
c) Acetylidy
Tyto třaskaviny se odvozujiacute od ethynu HCequivCH naacutehradou atomů vodiacuteku kovem
Praktickyacute vyacuteznam maacute acetylid měďnyacute Cu-CequivC-Cu a střiacutebrnyacute Ag-CequivC-Ag
Rovnice rozkladu Ag2C2 rarr 2 Ag + 2 C (se vzdušnyacutem kysliacutekem dalšiacute reakce na oxidy)
Jde o krystalickeacute laacutetky nerozpustneacute ve vodě vybuchujiacuteciacute naacuterazem či zahřaacutetiacutem
d) Ostatniacute třaskaviny
Do teacuteto skupiny laacutetek lze zařadit
Tetranitrid tetrasiacutery S4N4 ndash oranžoveacute krystalky vybuchujiacuteciacute naacuterazem zahřaacutetiacutem
Jododusiacutek NI3nNH3 je hnědočervenaacute laacutetka explodujiacuteciacute i pouhyacutem dotykem ()
Peroxosloučeniny (i samotnyacute konc H2O2) např peroxoaceton
CH3
CH3
O O CH3
CH3O O
Bertholetovo třaskaveacute střiacutebro Ag3N citliveacute i na sebemenšiacute mechanickyacute impuls
Pozor Tato laacutetka může vzniknout i při Tollensově reakci (Ag-zrcaacutetko) při vyschnutiacute
obsahu zkumavky - pak hroziacute při čištěniacute zkumavky exploze
3 [Ag(NH3)2]Cl rarr Ag3N + 3 NH4Cl + 2NH3
3 Jednoducheacute ilustračniacute pokusy Všechny daacutele uvedeneacute experimenty je možneacute provaacutedět pouze v digestoři za
asistence a pod odbornyacutem dohledem učitele a za použitiacute ochrannyacutech prostředků
(obličejovyacute štiacutet)
a) Přiacuteprava černeacuteho střelneacuteho prachu a jeho vlastnosti Na papiacuteře důkladně promiacutechaacuteme směs malou lžičku KNO3 půl lžičky jemně praacuteškoveacute siacutery a
čtvrt lžičky rozetřeneacuteho dřevěneacuteho uhliacute Tuto směs nasypeme do železneacute misky na piacutesku a
zapaacuteliacuteme špejliacute Pozorujeme prudkou exotermniacute reakci
95
b) Hořeniacute střelneacute bavlny Střelnaacute bavlna je vlastně nitraacutet celulosy kteryacute lze připravit reakciacute chomaacutečku vaty (1 g)
s nitračniacute směsiacute (10 cm3 konc H2SO4 + 10 cm3 konc HNO3) v kaacutedince po dobu cca 20 min
Obr 2 Hořeniacute nitrocelulosy
Vatu potom vyjmeme propereme vodou a volně usušiacuteme Kousek produktu zapaacuteliacuteme a
pozorujeme jak prudce shořiacute (viz obr 2)
c) Exploze směsi chlorečnanu s praacuteškovou siacuterou (fosforem) Pouhyacutem volnyacutem přesypaacutevaacuteniacutem na papiacuteře bez doteku smiacutechaacuteme malaacute množstviacute (jen na
špičku špachtle) KClO3 a stejneacute množstviacute praacuteškoveacute siacutery (nebo červeneacuteho fosforu) Směs
opatrně zabaliacuteme do tenkeacuteho papiacuteru položiacuteme na pevnou podložku (betonovaacute dlažba) a
uacutederem kladiacutevka přivedeme k explozi
Rovnice vyacutebušneacute reakce 2 KClO3 + 3 S rarr 2 KCl + 3 SO2
4 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů Literatura Urbaňski T Chemie a technologie vyacutebušnin I ndash III SNTL Praha 1958
Babaacutek Z Vraacutebel Z Chemie ndash vybraneacute kapitoly scrpt VA Brno 1994
Klečkovaacute M Šindelaacuteř Z Školniacute pokusy z anorganickeacute a organickeacute chemie
UP Olomouc 2007
Internetoveacute odkazy httpcswikipediaorgwikiVC3BDbuC5A1nina
httpwwwjergymhieducz~canovmvybusninvybusninhtm
96
ELEKTROLYacuteZA
Text zpracoval Doc RNDr Zdeněk Šindelaacuteř CSc
Osnova
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
Zaacutekladniacute pojmy
2 Elektrolyacuteza
21 Elektrolyacuteza chloridu zinečnateacuteho a sodneacuteho
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli
23 Faradayovy zaacutekony
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
97
1 Uacutevod do problematiky elektrochemie
11 Zaacutekladniacute pojmy
Elektrochemiiacute rozumiacuteme obor chemie kteryacute se zabyacutevaacute procesy probiacutehajiacuteciacutemi
na rozhraniacute mezi elektrodou a elektrolytem Elektrodou je zpravidla vodič 1 druhu
(kov ndash např měď rtuť železo nikl chrom platina ale i uhliacutek ve formě grafitu) Volba
materiaacutelu elektrody souvisiacute s chemickyacutemi vlastnostmi elektrolytu a se změnami ke
kteryacutem v elektrolytu dochaacuteziacute Elektrolytem je roztok nebo i tavenina laacutetky kteraacute maacute
schopnost disociovat na volneacute ionty Takovou laacutetkou je napřiacuteklad chlorid sodnyacute jehož
vodnyacute roztok nebo jeho tavenina jsou elektrolyty Je to sloučenina ve ktereacute jsou
atomy vaacutezaacuteny chemickou vazbou kteraacute maacute vyacuterazně iontovyacute charakter Elektrolyty
jsou takeacute vodiči elektrickeacuteho proudu a označujeme je jako vodiče 2 druhu
Elektrolytickou disociaci (rozpad laacutetky na ionty v tavenině a ve vodneacutem roztoku)
zapiacutešeme rovniciacute
NaCl rarr Na+ + Cl-
Schopnost laacutetek disociovat v roztoku popisujeme pojmem siacutela elektrolytu
V přiacutepadě NaCl se jednaacute o silnyacute elektrolyt tedy prakticky všechen rozpuštěnyacute chlorid
sodnyacute je ve vodneacutem roztoku disociovaacuten na ionty ktereacute jsou tak od sebe odděleny a
jsou obklopeny molekulami rozpouštědla v našem přiacutepadě molekulami vody
Řiacutekaacuteme že ionty jsou ve vodnyacutech roztociacutech hydratovaacuteny
2 Elektrolyacuteza
Elektrolyacutezu lze chaacutepat jako děj při ktereacutem dochaacuteziacute na elektrodaacutech
vloženyacutech do elektrolytu k chemickyacutem změnaacutem způsobenyacutech průchodem elektrickeacuteho proudu z vnějšiacuteho zdroje V tomto přiacutepadě budeme většinou volit
takoveacute elektrody ktereacute nebudou podleacutehat během procesu změnaacutem (budou chemicky
inertniacute) Na obr 1 je znaacutezorněn schematicky pokus kteryacute naacutem pomůže pochopit
jakeacute děje během elektrolyacutezy probiacutehajiacute
98
Obr 1 Elektrolyzeacuter
Ve scheacutematu vidiacuteme jednotliveacute elektrody ktereacute nesou označeniacute podle toho ke
ktereacutemu poacutelu zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute jsou připojeny V přiacutepadě elektrolyacutezy
je elektroda připojenaacute ke kladneacutemu poacutelu zdroje označovaacutena jako anoda protože k niacute
elektromigraciacute putujiacute ionty opačneacute polarity ndash tedy zaacuteporně nabiteacute anionty Anoda je
elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy oxidace (bez ohledu na polaritu elektrod)
K zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje je připojena katoda ke ktereacute analogicky putujiacute kladně
nabiteacute čaacutestice ndash kationty Katoda je elektroda na ktereacute probiacutehaacute vždy redukce (opět
bez ohledu na polaritu elektrod) Elektromigrace je tedy pohyb nabityacutech čaacutestic
usměrněnyacute vlivem elektrickeacuteho pole
Před zapojeniacutem zdroje jsou koncentrace všech složek elektrolytu v každeacutem
miacutestě roztoku stejneacute (jak viacuteme roztok je homogenniacute směs) Po zapnutiacute zdroje se
začnou ionty v důsledku přiacutetomnosti elektrickeacuteho pole pohybovat k opačně nabiteacute
elektrodě Když dospějiacute až k jejiacutemu povrchu vybijiacute se a produkt se buď vyloučiacute na
přiacuteslušneacute elektrodě přiacutepadně ihned reaguje s dalšiacutemi složkami elektrolytu nebo
přiacutemo s elektrodou V důsledku toho se však sniacutežiacute koncentrace vybiacutejenyacutech iontů
v bliacutezkosti elektrody a přiacutesun novyacutech iontů k elektrodě začiacutenaacute byacutet řiacutezen difuacuteziacute Ionty
difundujiacute do miacutest s nižšiacute koncentraciacute ve snaze obnovit homogenniacute prostřediacute Procesy probiacutehajiacuteciacute v bliacutezkosti elektrod nejsou jednoducheacute a zaacutevisejiacute silně na dalšiacutech faktorech
Jedniacutem z důležityacutech faktorů je zda budeme elektrolyt během elektrolyacutezy miacutechat protože konvekce
(prouděniacute) maacute velkyacute vliv na průběh celeacuteho procesu
99
Velmi důležiteacute je takeacute zda odděliacuteme anodovyacute a katodovyacute prostor přepaacutežkou
kteraacute umožniacute průchod elektrickeacuteho proudu elektrolyzeacuterem a přitom zabraacuteniacute
promiacutechaacutevaacuteniacute vzniklyacutech produktů elektrolyacutezy v bliacutezkosti elektrod Tato přepaacutežka se
nazyacutevaacute diafragma a byacutevaacute to obvykle poreacutezniacute keramickyacute materiaacutel Mohou to byacutet
podle uacutečelu ale různeacute jineacute materiaacutely na baacutezi plastickyacutech hmot polymerniacute gely nebo
napřiacuteklad celofaacuten Jak již bylo řečeno aby mohl elektrolyzeacuterem proteacutekat elektrickyacute proud musiacuteme na elektrody
vložit elektrickeacute napětiacute Minimaacutelniacute napětiacute ktereacute způsobiacute že začne systeacutemem proteacutekat elektrickyacute proud
označujeme jako rozkladneacute napětiacute jeho velikost souvisiacute uacutezce s pojmem elektrochemickyacute člaacutenek
Velikost proudu kteryacute zařiacutezeniacutem prochaacuteziacute zaacutevisiacute rovněž na mnoha faktorech Velkyacute vliv majiacute zejmeacutena
velikost plochy elektrod a koncentrace elektrolytu Velikost proudu vztaženaacute na jednotku plochy
(obvykle cm2) označujeme pojmem proudovaacute hustota [Acm-2] Proudovaacute hustota a složeniacute
(koncentrace) elektrolytu rozhodujiacuteciacutem způsobem ovlivňujiacute konečneacute složeniacute produktů elektrolyacutezy
21 Elektrolyacuteza ZnCl2 a NaCl
Průběh elektrolyacutezy vodneacuteho roztoku chloridu zinečnateacuteho můžeme zapsat
naacutesledovně
katoda Zn2+ + 2 e- rarr Zn
anoda 2 Cl- rarr Cl2 + 2 e-
Produkty procesu jsou plynnyacute chlor a zinek jako volnyacute kov
Elektrolyacuteza však může miacutet i značně komplikovanyacute průběh kteryacute je silně zaacutevislyacute
na podmiacutenkaacutech provedeniacute Přiacutekladem může byacutet elektrolyacuteza chloridu sodneacuteho
Budeme-li při odděleneacutem katodoveacutem a anodoveacutem prostoru v inertniacute atmosfeacuteře
elektrolyzovat taveninu chloridu sodneacuteho ziacuteskaacuteme kovovyacute sodiacutek a plynnyacute chlor
katoda 2 Na+ + 2 e- rarr 2 Na
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
Všimněme si že složeniacute elektrolytu (taveniny) se nijak vyacuteznamně neměniacute
vylučujiacute se ekvivalentniacute množstviacute chloru a sodiacuteku
Při elektrolyacuteze vodneacuteho roztoku NaCl je situace složitějšiacute V přiacutepadě oddělenyacutech
prostorů elektrod bude v katodoveacutem prostoru dochaacutezet k vyredukovaacuteniacute vodiacuteku
protože elektron přenesenyacute na ion sodnyacute přechaacuteziacute ihned na molekulu vody
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2 NaOH + H2
anoda 2 Cl- rarr 2 Clbull + 2 e- a naacutesledně 2 Clbull rarr Cl2
100
Při tomto procesu se ale vyacuteznamně měniacute složeniacute elektrolytu postupně miziacute z roztoku
chloridovyacute ion kteryacute je nahrazen aniontem OH- Po vyčerpaacuteniacute chloridovyacutech iontů bude pokračovat elektrolyacuteza za vzniku kysliacuteku z vybiacutejenyacutech iontů
hydroxidovyacutech
anoda 4 OH- rarr 4 OHbull + 4 e- a daacutele 4 OHbull rarr 2 H2O2 rarr 2 H2O + 2 Obull
2 Obull rarr O2
Pokud provedeme elektrolyacutezu na rtuťoveacute elektrodě (-) s oddělenyacutemi
elektrodovyacutemi prostory bude se na katodě pouze redukovat sodiacutek kteryacute se rtutiacute
vytvořiacute amalgaacutem Na anodě se bude opět vylučovat chlor Po vypnutiacute elektrickeacuteho
zdroje se začne z amalgaacutemu vylučovat sodiacutek a reagovat s vodou za vzniku vodiacuteku a
hydroxidu sodneacuteho Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem vodiacuteku na rtuťoveacute
elektrodě Při elektrolyacuteze s neoddělenyacutemi prostory elektrod za miacutechaacuteniacute a chlazeniacute elektrolytu
Primaacuterniacute procesy na elektrodaacutech jsou stejneacute jako v předchoziacutem přiacutepadě ale naacutesleduje reakce
2 NaOH + Cl2 rarr NaCl + NaClO + H2O
Produktem procesu je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlornanu sodneacuteho
Nebudeme-li elektrolyt chladit dojde k disproporcionaci NaClO
3 NaClO rarr 2 NaCl + NaClO3
nebo
6 NaOH + 3 Cl2 rarr 5 NaCl + NaClO3 + 3 H2O
Konečnyacutem produktem je vodnyacute roztok směsi chloridu a chlorečnanu sodneacuteho
Poznamenejme ještě že elektrolyacutezou roztoků chlorečnanu za silneacuteho chlazeniacute (teplota by
neměla překročit přiacuteliš přes 20degC) s použitiacutem platinovyacutech elektrod ziacuteskaacuteme roztoky chloristanů
katoda 2 Na+ + 2 e- + 2H2O rarr 2Na+ + 2OH- + H2
anoda 2 ClO3- rarr 2 ClO3 + 2 e-
2 ClO3 + H2O rarr HClO3 + HClO4
s naacuteslednou neutralizaciacute 2 NaOH + HClO3 + HClO4 rarr NaClO3 + NaClO4 + 2 H2O
Proces je umožněn velkyacutem přepětiacutem platinoveacute elektrody ke kysliacuteku
Při vyššiacutech teplotaacutech dochaacuteziacute k reakci
2 ClO3 + H2O rarr 2 HClO3 + Obull a naacutesledně 2 Obull rarr O2
a na anodě dojde k vylučovaacuteniacute kysliacuteku V tomto přiacutepadě jsou produkty elektrolyacutezy stejneacute jako při
elektrolyacuteze vody okyseleneacute zředěnou kyselinou siacuterovou tj vodiacutek a kysliacutek
101
22 Elektrolyacuteza roztoku měďnateacute soli CuSO4
Elektrolyacuteza měďnateacute soli ve vodneacutem roztoku s využitiacutem měděnyacutech elektrod
(anoda i katoda jsou ze stejneacuteho materiaacutelu tedy z mědi) vede k vylučovaacuteniacute mědi na
katodě z roztoku za současneacuteho doplňovaacuteniacute měďnatyacutech iontů z rozpouštěneacute anody
katoda Cu2+ + 2e- rarr Cu
anoda Cu + SO42- rarr Cu2+ + SO4
2- + 2e-
Vyacutesledkem je přenos materiaacutelu anody (suroveacute mědi) na katodu (čistaacute měď)
Tento postup se v praxi využiacutevaacute k elektrolytickeacutemu čištěniacute suroveacute mědi Ziacuteskaacute se tak
kov vysokeacute čistoty
Poznaacutemka pod anodou se usazujiacute anodoveacute kaly (nečistoty v anodě obsaženeacute) ktereacute jsou zdrojem
dalšiacutech prvků ktereacute doprovaacutezejiacute v přiacuterodě měď - zejmeacutena Ag Au platinoveacute kovy Rozkladneacute napětiacute
takoveacuteho roztoku (např CuSO4 slabě okyseleneacuteho kyselinou siacuterovou pro potlačeniacute hydrolytickyacutech
procesů) je velmi niacutezkeacute Virtuaacutelniacute pokus je možno snadno proveacutest nebo simulovat na přiloženeacutem
programu Vaacuteženiacutem elektrod po provedeneacutem experimentu a měřeniacutem času a proudu je naviacutec možno
ověřit platnost Faradayovyacutech zaacutekonů 23 Faradayovy zaacutekony elektrolyacutezy
1 Faradayův zaacutekon vyjadřuje množstviacute (hmotnost) laacutetky kteraacute vznikne při
průchodu stejnosměrneacuteho elektrickeacuteho proudu za určitou dobu
m = A middot I middot t kde m ndash hmotnost vyloučeneacute laacutetky
A - konstanta (tzv elektrochemickyacute ekvivalent)
I - elektrickyacute proud
t - čas
Protože elektrickyacute naacuteboj Q = I t můžeme vyacuteraz zkraacuteceně zapsat m = AQ
2 Faradayův zaacutekon formuluje vyacuteraz pro vyacutepočet elektrochemickeacuteho
ekvivalentu A Slovně ho lze vyjaacutedřit větou že laacutetkovaacute množstviacute
vyloučenaacute stejnyacutem naacutebojem jsou chemicky ekvivalentniacute Potom platiacute
FzMAsdot
=
kde M - molaacuterniacute hmotnost
z - počet vyměňovanyacutech elektronů při elektrodoveacutem ději
102
F je Faradayova konstanta (F = 96485104 Cmol-1) kteraacute je čiacuteselně
rovna elektrickeacutemu naacuteboji potřebneacuteho k vyloučeniacute 1z molu laacutetky
Konečnyacute vyacuteraz pro vyacutepočet množstviacute laacutetky přeměněneacute průchodem elektrickeacuteho
proudu po danou dobu lze tedy zapsat ve tvaru
tIFz
Mm sdotsdot=sdot
Poznaacutemka je zaacutesadně důležiteacute dosadit do vzorce veličiny ve spraacutevnyacutech jednotkaacutech
Požadujeme-li vyacutesledek m [g] pak musiacuteme dosazovat I [A] t [s]
Přiacuteklad Kolik g Cu se vyloučiacute na katodě při rafinaci mědi průchodem proudu 1 A po dobu 300 s
Řešeniacute Protože na přeměnu jednoho iontu Cu2+ na čistou měď potřebujeme vyměnit 2 elektrony (viz kap
22 z = 2) dostaneme po dosazeniacute (relativniacute atomovaacute hmotnost mědi je 6354) do vztahu pro m
Vyacutesledek m = 0099 asymp 01 g mědi
Vyacutepočet probiacutehaacute automaticky např při spuštěniacute přiloženeacute animace (viz 24 ovlaacutedaacuteniacute je intuitivniacute)
Na zaacutevěr je ještě třeba zmiacutenit že technickyacute (dohodnutyacute) směr proudu (fyzika
elektrotechnika) je vždy od kladneacuteho k zaacuteporneacutemu poacutelu zdroje a je tedy opačnyacute než
pohyb elektronů
3 Přehled použiteacute literatury a internetovyacutech odkazů
Všechny animace použiteacute k doplněniacute toto textu jsou k dispozici zde
httpgoogleiastateedusearchq=cachendvLO9akz9cJwwwchemiastateedugro
upGreenbowesectionsprojectfolderanimationsindexhtm+electrolysisampoutput=xml_
no_dtdampclient=default_frontendampproxystylesheet=default_frontendampie=UTF-
8ampaccess=pampoe=ISO-8859-1
Ostatniacute informace potřebneacute k hlubšiacutemu pochopeniacute pojmu elektrolyacuteza najde čtenaacuteř
např v zaacutekladniacute učebnici fyzikaacutelniacute chemie
httpwwwvschtczfchczpomuckyBREVALLpdf