Skupenství a fázové přeměny
Skupenství a fázové přeměny (2/9) · 8:45

Skupenství - pokračování Pokračování minulého videa. Povíme si něco o plazmě a o vodíkových vazbách.

Navazuje na Základy termodynamiky.
V posledním videu jsme se zabývali třemi skupenskými stavy, se kterými se nejčastěji setkáváme. Je to pevná látka, kapalina a plyn. Ještě jsem naznačil, že existuje i čtvrté skupenství, ale moc jsem ho nerozebíral, protože to většinou nepatří do základů chemie. Nicméně v komentářích k videu se objevilo několik příspěvků na toto téma. Takže jsem se rozhodl, že teď ke čtvrtému skupenství něco řeknu. Čtvrté skupenství je plazma. Označím ho zářivou barvou. Takže plazma. Plazma považujeme za čtvrté skupenství, přestože má některé vlastnosti plynu. Svým způsobem se tedy dá považovat za podmnožinu plynů. Zároveň se ale plazma vyznačuje i vodivostí, což není vlastnost, kterou si normálně s plyny spojíte. A stejně tak, když jste poprvé slyšeli pojem "plazma", tak vám to asi znělo exoticky. V prvním videu jsem řekl, že je to něco, co se vyskytuje jen při vysokých teplotách, ale to není úplně pravda. Vůbec to nemusí být za vysokých teplot. Ve skutečnosti jsem měl říct, že plazma se vyskytuje za velmi speciálních podmínek, kdy je přitomno velmi silné elektromagnetické pole. Nebo když se stane něco, co uvolní z plynu elektrony, které by plyn jinak nepustil. Takže to je podobné tomu, k čemu dochází v kovech. Když se bavíme o kovové vazbě, tak si představujeme volně rozptýlené elektrony. Podívejme se konkrétně na železo. Většina kovů má hodně elektronů, a proto je ochotná se jich vzdát. Takže elektrony opouštějí atomy a vytvářejí tento obrovský shluk elekronů. A vlastní atomy se stanou kladně nabitými ionty, protože darovaly elektrony tomuto hloučku elektronů. Atomy jsou přitahovány elektrony okolo, což je dělá kujnými a umožňuje jim vést elektrický proud. Přitom jsou ale velmi blízko u sebe a struktura je tak velmi hustá. Plazma je situace, kdy vezmeme plyn.. Nezapomeňte, že plyn má molekuly docela daleko od sebe. Takže vezmeme několik molekul plynu, které mají vysokou pohybovou energii. Ale nutně ji mít nemusí, pokud je to za hodně nízkého tlaku. Nicméně tyto molekuly se pohybují a narážejí jedna do druhé. Ale nejsou blízko u sebe. Nemají vůči sobě pevnou pozici. Nedochází zde ani ke vzájemnému tření jako v případě kapalin. Co se ale stane v případě plazmatu nebo v situaci, kdy můžeme působit tak silným elektromagnetickým polem, že se elektrony chtějí oddělit? Řekněme, že tyto elektrony začnou vyskakovat. Zatímco pevná látka má svůj tvar, plazma zaujme tvar nádoby, podobně jako plyn. Občas je tedy plazma popisováno jako ionizovaný plyn. Je popisováno jako ionizované, protože došlo k uvolnění elektronů. A když dojde k uvolnění elektronů, tak jindy neutrální atomy získají kladný náboj. A tohle v podstatě umožňuje vodivost elektrického proudu. Protože tyto elektrony se mohou volně pohybovat. Můžete říct, že tenhle stav hmoty je divný. Kde se plazma vlastně vyskytuje? Pravděpodobně nejčastěji na ni v běžném životě můžete narazit v blescích. Je to tak zajímavé, že tomu věnujeme celé video. Podstatou je, že máme velké rozdíly potenciálů mraků a země. A tím, že zde jsou tak velké rozdíly v napětí, tak tu jsou elektrony, které se chtějí dostat na zem. Je tu velké množství elektronů, které se chtějí dostat k zemi. Ale bohužel jim to nejde, protože vzduch je za normálních podmínek velmi špatný vodič. Je to tedy izolant. Ale v nastalé situaci je tady nahoře tolik elektrického potenciálu, že elektrony, které jsou blízko k molekulám tady nahoře, tak tyto elektrony chtějí uniknout z těchto mraků. Chtějí se dostat z molekul vzduchu. Připomeňme si, že vzduch je směs kyslíku, dusíku a oxidu uhličitého. Elektrony tedy začnou snažit dostat pryč od mraků. Začnou se proto odlučovat a vytvářet ionizovaný vzduch. A to nakonec dojde v určitém okamžiku tak daleko, že vznikne propojení mezi mraky a zemí. A v tomto propojení, které můžeme nazvat vedením, je vzduch ve stavu plazmatu. Vedení umožňuje vysokou teplotu a proudění elektronů až k zemi. Další běžný příklad, kde můžete skupenství plazmatu vidět, je ve hvězdách. A to díky tomu, že v tomto prostředí je extrémně silné elektromagnetické pole a extrémně vysoký tlak. Když to zjednoduším, tak v tomto prostředí může dojít k tomu, že se elektrony mohou odloučit od látek, které by se elektronů jinak nevzdaly. Takže tohle byla taková zajímavost, o které jsem se tu chtěl zmínil. A dochází k ní tedy ve vesmíru. Plazma ve vesmíru najdeme hlavně ve hvězdách, kde je převládajícím skupenstvím, a proto je také nejběžněji se vyskytujícím skupenstvím ve vesmíru. Nicméně v našem každodenním životě se mnohem častěji setkáváme s pevnými látkami, kapalinami a plyny. Ještě bych chtěl objasnit jednu věc z minulého videa. Bavili jsme se o vazbách mezi molekulami vody. Řekněme, že se bavíme o vodě v pevném skupenství. Tady mám kyslík a dva vodíky. A pak tady a tady mám elektrony. Tady je další vodík a tady kyslík a vodík. A tady je další kyslík. A na něm jsou navázány dva vodíky. A tady jsou dva elektronové páry. Teď se podíváme na elektronegativitu, které jsme se již věnovali v předchozích videích. Kyslík má o tolik vyšší elektronegativitu, že přitahuje elektrony. Takže se na něm vytváří částečný záporný náboj. Zatímco na straně vodíku se vytváří částečný kladný náboj. Je to z toho důvodu, že když jsou všechny elektrony přitahovány ke kyslíku, vodík se v podstatě stává protonem, protože, jak jsme si řekli, ve většině případů nemá ani neutrony. Takže vodík má slabý kladný náboj. A kladně nabitý konec molekuly vody je přitahován záporně nabitým koncem. Já tomu říkám polární vazby, ale to bych neměl. Je vidět, že si toho ze středoškolské chemie moc nepamatuji. Správně se tomu říká vodíkové můstky. Třeba tohle jsou vodíkové můstky. Je to jen otázka názvu, který jsem použil. Ale pojem vodíkový můstek se běžně používá v hodinách chemie. Takže proto to chci objasnit. Vodíkový můstek je druh vazby, která existuje pouze díky částečnému náboji vodíku, protože jeho elektrony se drží blízko kyslíku. A také díky částečně záporně nabitému kyslíku, který vodíku odebral všechny elektrony. Nakreslím to. Tomuto se tedy říká vodíkový můstek. Vodíkové můstky mají tendenci se tvořit mezi vodíkem a některými atomy s vysokou elektronegativitou. Jsou to dusík, fluor a kyslík. Tohle jsou dokonce tři prvky s nejvyšší elektronegativitou. Dusík je v amoniaku NH₃ navázán na vodík a má tak vysokou elektronegativitu, že nastává stejná situace jako u vody. Všechny elektrony jsou přitahovány k dusíku. Takže dusík má částečný negativní náboj a na koncích s vodíkem je částečný kladný náboj. K tomu samému dochází u fluorovodíku. Takže to samé uvidíme u HF. Vytvoří se stejný typ vodíkových můstků. V tomto případě by tento vodík byl přitahován k části s dusíkem a vytvořil vodíkový můstek. Takže tohle jsem tu chtěl zmínit. Teď se zase můžeme vrátit k některým myšlenkám z předchozího videa a vyřešit některé problémy. V předchozím videu jsme viděli tento případ vody. Nakreslím to. Nebo začněme nejdřív s objasněním problému. Řekněme, že máme...
video