Rychlokurz chemie
Rychlokurz chemie (3/43) · 9:58

Vznik chemie Historický úvod ukazující spletitou cestu od magické alchymie ke vědecké chemii. Hrají: Antoine Lavoisier, John Dalton, Amedeo Avogadro a další

Asi víte celkem dobře, co je to chemie. Atomy a molekuly dělají různé věci, vyrábějí auta a jídlo a život a všechno. A samozřejmě je to zkoumání těchto věcí. Ale jak jsme se sem dostali? Určitě neexistuje žádný hmatatelný důkaz pro spoustu věcí, které jsme díky chemii zjistili. Objevy, které nebyly odvozené nebo vymyšlené, ale pouze zákony vesmíru, které existují jednoduše proto, že je vesmír takový, jaký je. Proto se v dnešním díle Rychlokurzu chemie se podíváme na vznik chemie jako vědy trochu z historického hlediska. Na vědu, která vlastně ani neexistovala, dokud nepřišel jeden strašně chytrý a bohatý Francouz, který si dal dohromady jedna a jedna a doslova vymyslel teorii o tom, jak všechno funguje. A pokud se vám někdy stalo, že jste seděli u stolu a četli v učebnici chemie, ten samý řádek po dvaadvacáté, a říkali jste si "Ááá, toho chlápka, co vymyslel chemii, by měli zabít!" No, měli byste se cítit blbě, protože se to stalo. [Znělka] Antoine Lavoisier byl úžasný. Byl to geolog, botanik, biolog a fyzik. Pomohl definovat metrický systém tím, že vytvořil mezinárodní jazyk chemie, pojmenoval vodík a kyslík, předpověděl existenci křemíku, nastínil, co jsou prvky, zjistil, jak zvířata získávají energii z potravy, určil, že prvek může mít různé formy na základě zjištění, že jak popel, tak diamant obsahují čistý uhlík, publikoval úplně první učebnici chemie, a existuje důvod, proč se zákonu zachování hmotnosti říkalo Lavoisierův zákon. Lavoisier se narodil v bohaté rodině a zdědil tak obrovské množství peněz poté, co mu v pěti letech umřela máma. A ačkoliv získal licenci na práci právníka a jeho otec od něj očekával, že se vydá v jeho právnických stopách, mladý Antoine si místo toho vybral vědu. Když se mu naskytla možnost vzít si bohatou dívku, jejíž otec měl obrovský příjem díky vybírání daní pro francouzskou vládu, udělal to, i když jí bylo 13. Pochybné rozhodnutí, ačkoliv v té době ne úplně neobvyklé. Nakonec se ale jeho zhoubou staly rodinné vazby, ne věk jeho nevěsty na svatbě. Když Marie-Anne dospěla, stala se vedle manželky také kolegyní, a asistovala Antoinovi při jeho pokusech a analýzách prací ostatních vědců. Byla to Marie-Anne, kdo pro Antoina přeložila esej o flogistonu, který on roztrhal a změnil tak vše navždy. Dokud Antione Lavoisier nezačal zkoumat práce jiných lidí, byla převládající teorie o chemických změnách taková, že některé látky obsahují prchavý prvek zvaný "flogiston". Zapálením těchto látek došlo k tomu, že tyto prvky o flogiston přišly a vznikly z nich nové věci. Lavoisier tyto teorie a výzkumy vzal, zkombinoval je s výzkumy prováděnými jinde a přidal je do svých vlastních geniálních experimentů, a převrátil tak chemický svět vzhůru nohama díky drobnosti zvané "hoření". Zjistil, že vodík není "nehořlavý vzduch", ale prvek. Ten také nazval "vodík", protože může být vyroben z vody. Zjistil, že kyslík je nezbytnou ingrediencí pro hoření a pro něco, co bylo později známo jako oxidace. O tom budeme v tomto kurzu hodně diskutovat. Zapojením lidí do svých zvláštních vynálezů zjistil, že hořící dřevo spotřebuje stejné množství kyslíku, a vyprodukuje stejné množství oxidu uhličitého, jako lidé při konzumaci potravy a při dýchání. Tím zároveň zjistil, že lidé a všechna zvířata jsou poháněni nějakou formou vnitřního hoření. Tehdejší experimentátoři (zdráhám se je nazývat chemiky), si všimli, že když něco necháte hořet, zmenší se hmotnost. Třeba tady máte rozbušku když dám na váhu a nechám hořet, zmenší se její hmotnost. Ale Lavoisier zjistil, že když se posbírají všechny částice v plynu jako když nechám rozbušku hořet v zavřené láhvi, hmotnost zůstane stejná. Věci zůstanou věcmi. O nic nepřijdete, nic nezískáte. Toto zjištění, ačkoliv se nám dnes zdají jasná, a jsou přijata širokou vědeckou společností, je dle mého názoru přesným okamžikem zániku alchymie a vzniku chemie. Lavoisierovy hlavní přínosy a nakonec jeho objevení zákonu zachování hmotnosti, jsou založeny na pečlivém měření a přemýšlení. Jak uvidíte, obě tyto věci jsou klíčem k úspěchu v chemii dodnes. Lavoisier sám byl trochu rozpolcený. Pracoval jak výběrčí daní a pomáhal vybudovat zeď kolem Paříže, která měla při výběru daní pomoct, ale zároveň podporoval francouzskou revoluci když začala. Ale nepřátelé, které si díky zdi vytvořil, a znemožnění vstupu určitým mocným politikům do francouzské Akademie Věd, ho nakonec potopili. Když revoluce nabrala na intezitě, byl 8. května 1794 popraven. Rok a půl po jeho popravě byl omilostněn. To se hodí. Marie-Anne získala jeho zkonfiskovaný majetek s omluvnou zprávou. "Pardon, že jsme zabili vašeho muže, tady máte zpět jeho věci." Matematik Joseph Lagrange o události řekl: "Zabralo jim to jen vteřinu mu uříznout hlavu, ale Francie možná nevyprodukuje podobného jemu celé století." Stojí za zmínku, i když to nesouvisí s vědou, že Lavoisier by nemohl udělat žádná z jeho neuvěřitelně pečlivých měření, kdyby nebyl tak ohromně bohatý. Objednal si stovky kusů malého i velkého chemického nádobí. Vlastně jen díky systému nerovnosti proti kterému Francouzi revoltovali, Lavoisier byl schopen dělat všechny ty pokusy. Promyšlení všech důsledků toho nechám na každém z vás. Po celé století byla Lavoisierova práce základem celé chemie. Aby dokázal, že člověk nemusí být bohatý, aby po něm byl pojmenovaný zákon, francouzský farmaceut Joseph Proust na základě výsledků Lavoisiera dokázal, že chemické látky se skládají vždy ze stejného poměru prvků. Na chvilku se tomuto zákonu říkalo Proustův. Pro snazší zapamatování se však vžil název zákon stálých poměrů slučovacích. Na Proustovu práci navázal učitel angličtiny John Dalton tím, že zkoumal největší trhlinu v Proustově objevu. Uhlík a kyslík se při reakci slučují ve dvou různých poměrech. Co se tam děje je nám už nyní zřejmé. Uhlík a kyslík vytvoří dvě sloučeniny, oxid uhličitý a oxid uhelnatý. Při dalším zkoumání přišel Dalton na něco naprosto fascinujícího. Pokud bychom do reakce vložili přesně 1 gram uhlíku, museli bychom přidat přesně 1.33 gramu kyslíku k vytvoření jedné sloučeniny a 2.66 gramu k vytvoření té druhé. Což je přesně dvojnásobek mezi oběma požadovanými množstvími Toto platí i pro další reakce. Při reakci dusíku a kyslíku, kdy máme přesně 1 gram dusíku, vzniknou nám 3 sloučeniny. První z nich spotřebuje 1.75 gramů kyslíku, další spotřebuje 0.875 gramů a poslední 0.437 gramů kyslíku. Všechna tato čísla můžeme vyjádřit pomocí jednoduchých poměrů. Kyslík totiž nereaguje s nějakým neurčitým dusíkovým mrakem. Reaguje s konkrétními částmi dusíku, které nemohou být dále děleny. Mohlo by to reagovat spousty různými způsoby. Ale pořád by to byl ten samý dusík a kyslík se stejnými vlastnostmi. V první epizodě jsme mluvili o tom, jak Einstein složitě matematicky dokázal existenci atomů. Daltonovi stačilo jen násobení, aby vysvětlil, jak to s těmi atomy je. Dalton se v něčem ale přece jen mýlil. Myslel si totiž, že produkty reakce jsou taktéž prvky. Věřil tomu, že atomy a molekuly jsou to samé. My to mnohdy zjednodušujeme nevědíce o Daltonově chybné interpretaci. Tím však opomíjíme pár jiných významných chemiků v tomto příběhu. Například v roce 1804 se stal Joseph-Louis Lussac nejvyšším vědcem v historii, protože vyletěl horkovzdušným balonem do šílené výšky 7000 metrů, aby odebral vzorky tamního vzduchu. I když to působí šíleně, Gay-Lussac publikoval článek, ve kterém ukázal, že objem kyslíku je dvakrát menší než objem vodní páry, kterou vytvoří. Tím naznačoval, že se kyslík musí nějak rozdělit na dvě části. To by Dalton nikdy nepřijal. Znamenalo by to totiž, že kyslík nemá jeden atom, nýbrž dva. To by naprosto převrátilo veškeré jeho poznatky o světě. Nikdy tuto myšlenku nepřijal. Musel přijít italský skřítek.. ehm, chci říct génius, Lorenzo Romano Amadeo Carlo Avogadro di Quaregna e di Cerreto. ...čtu to poprvé v životě... Budeme mu říkat jen Amadeo Avogadro. Byl to kníže, a proto měl takto složité jméno. A já jsem já, a proto jsem se pokusil ho celé přečíst. Podobně jako u Lavoisiera, Avogadrovo politické smýšlení mu způsobilo problémy. Po Napoleonově pádu v roce 1815 byl aktivní v anti-monarchistické revoluci. Pravděpodobně dokonce sponzoroval některé revolucionáře ze svých zdrojů. Za to mu bylo odebráno místo na Universitě v Turíně, ale naštěstí nebyl popraven. Avogradro správně navrhl, že libovolný plyn v nádobě stejné velikosti, při stejné teplotě a tlaku, by měl obsahovat zhruba stejný počet molekul. Bez ohledu na to, o jaký plyn se jedná. Proto rozdíl mezi dvěma baňkami o stejné velikosti plných různých plynů je způsoben rozdílem hmotností samotných molekul. A tímto Avogadro vlastně přišel na to, jak zvážit atomy a molekuly. Tedy u plynných látek. Aby podpořil svou solidní teorii, navrhl, že při tvorbě vody se plynný kyslík rozdělí na dva kyslíkové atomy Těm on ale říkal elementární molekuly, které nemůžou být dále děleny. Avogadrova myšlenka základních molekul byla zhruba po dobu 50 let ignorována. Bylo to možná kvůli nesprávnému vysvětlení jak atomy drží pospolu. Možná proto, že Itálie nebyla z vědeckého pohledu na špici a Avogadro nebyl považován za významného myslitele své doby. Nakonec však vědecká komunita došla k Avogadrově myšlence. Pojmenovali po něm zákon, Avogadrův, který říká, že stejné objemy o stejné teplotě a tlaku obsahují stejné množství molekul. Pojmenovali po něm ale i konstantu, asi tu nejdůležitější konstantu v chemii. Minimálně je to moje velmi oblíbená konstanta, ale o tom více příště.
video