Palivové články. Zn ZnSO 4, c 1 CuSO 4, c 2 Cu

Rozměr: px
Začít zobrazení ze stránky:

Download "Palivové články. Zn ZnSO 4, c 1 CuSO 4, c 2 Cu"

Transkript

1 1 Palivové články Zdeněk Samec Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, Dolejškova 3, Praha 8 Tel.: (+420 2) Úvod V posledních deseti letech byla vývoji palivových článků jako novému zdroji elektrické energie věnována enormní pozornost jak ze strany vědeckých a výzkumných organizací, tak ze strany průmyslu. Všeobecně se předpokládá, že palivové články naleznou uplatnění jako distribuované zdroje elektrického proudu zejména v automobilovém průmyslu, dále jako pevně instalované drobné zdroje a jako zdroje pro přenosná zařízení, ve kterých nahradí dosavadní monočlánky a akumulátory. Přes nespornou přitažlivost nedosáhly dosud palivové články většího komerčního úspěchu a jsou stále považovány za spíše exotickou technologii vhodnou pro zvláštní účely jako je kosmický program. V současné době však neexistuje nějaká zásadní technická překážka, která by bránila jejich rozšíření. Je zřejmé, že hlavní překážkou jsou vysoké výrobní náklady. Existují tři faktory, které pravděpodobně povedou k výraznějšímu rozšíření palivových článků v blízké budoucnosti: 1) trvalý (i když asi ne převratný) technologický vývoj ve směru snižování nákladů, 2) tlak na decentralizaci zdrojů energie v důsledku zvýšené poptávky, potřeby deregulace a zvýšené ochrany zdrojů energie i přírody a 3) tlak na zvýšenou energetickou účinnost a snížení emisí v automobilovém průmyslu Základní pojmy Vícefázovou soustavu tvořenou dvěma elektrodami v prostředí elektrolytu nazýváme galvanickým článkem. Článek znázorňujeme pomocí chemických symbolů, přičemž fázová rozhraní naznačíme svislými čarami. U vodných roztoků uvádíme rozpuštěné látky případně jejich koncentrace, u nevodných roztoků ještě rozpouštědlo. Např. Daniellův článek Zn ZnSO 4, c 1 CuSO 4, c 2 Cu (I) se skládá ze dvou poločlánků, tj. zinkové elektrody s vodným roztokem síranu zinečnatého o objemové koncentraci c 1 a měděné elektrody s vodným roztokem síranu měďnatého o objemové koncentraci c 2. Elektrodou v klasickém smyslu rozumíme rozhraní vodiče elektronů (kov, polovodič) a vodiče iontů (elektrolyt). Za rovnováhy, kdy galvanickým článkem neprochází elektrický proud ani nedochází ke změnám složení v důsledku chemických nebo transportních procesů, existuje mezi kovovými přívody k elektrodám rozdíl elektrických potenciálů, který označujeme jako rovnovážné napětí galvanického článku E r (ve starší literatuře elektromotorická síla nebo elektromotorické napětí). Protože lze napětí definovat dvojím způsobem, byla dohodnuto, že rovnovážným napětím rozumíme elektrický potenciál poslední fáze stojící vpravo (zde Cu), od kterého se odečte elektrický potenciál poslední fáze stojící vlevo (zde Zn) - konvence I, E = φ( Cu) φ( Zn) (1) r Toto napětí lze případně vyjádřit jako součet rozdílu elektrických potenciálů pro jednotlivá rozhraní článku, tj. v článku (I) jako součet rozdílů elektrických potenciálů mezi Zn a roztokem ZnSO 4, mezi roztoky ZnSO 4 a CuSO 4 (tzv. kapalinový potenciál) a mezi roztokem CuSO 4 a Cu.

2 2 Každý galvanický článek má dvě funkce. V případě, že elektrody spojíme přes vhodnou zátěž (odpor), vyvolá napětí článku usměrněný tok elektronů ve vnějším obvodu a článek funguje jako elektrochemický zdroj proudu. Protože se jedná o uzavřený okruh, protéká stejný elektrický proud i článkem. S průtokem proudu je spojena změna chemického složení článku, kterou označujeme jako článkovou reakci. Složky, které se účastní této reakce označujeme jako elektroaktivní látky. Protože článkovou reakci lze zapsat dvojím způsobem, bylo dohodnuto, že zápis musí odpovídat průchodu kladného náboje článkem zleva dopravakonvence II, např. v článku (I) probíhá reakce Zn + CuSO 4 ZnSO 4 + Cu (2) V případě, že vložíme na galvanický článek elektrické napětí opačné a větší, než je rovnovážné napětí článku, vyvoláme v článku změnu chemického složení odpovídající opačné reakci, tj. ZnSO 4 + Cu Zn + CuSO 4 (3) a článek funguje jako elektrolyzér. Jestliže zvolenou elektrodou protéká elektrický proud tak, že dochází k přechodu záporného náboje z kovu elektrody do roztoku, je odpovídající proud definován jako katodický, elektroda je definována jako katoda a reakce, která na ní probíhá je označována jako katodická nebo redukční. V opačném případě se proud nazývá anodický, elektroda je definována jako anoda, a elektrodový děj označován jako děj anodický nebo oxidační. Podle konvence má anodický proud kladné znaménko. V případě, že článek funguje jako elektrochemický zdroj proudu je zvolená elektroda katodou (resp. anodou), zatímco v případě, že článek funguje jako elektrolyzér je stejná elektroda anodou (resp. katodou). Existence rozhraní mezi dvěma vodnými roztoky elektrolytů ZnSO 4, c 1 CuSO 4, c 2 v článku (I) představuje jistou obtíž, která je společná řadě galvanických článků. Na takovém rozhraní se totiž nemůže ustanovit termodynamická rovnováha, neboť rozdíl koncentrací elektrolytů (koncentrační gradient) vyvolává nevratný děj- difúzi ve směru poklesu koncentrace. Tento problém se řeší oddělením elektrolytů v katodovém (katolytu) a anodovém (anolytu) prostoru tzv. solným můstkem (v laboratoři), případně iontoměničovou membránou (výroba chloru elektrolýzou solanky). V prakticky využívaných elektrochemických zdrojích proudu mají obě elektrody obvykle jeden společný elektrolyt (např. roztok kyseliny sírové v olověném akumulátoru) Klasifikace elektrochemických zdrojů elektrického proudu Podle povahy elektroaktivních látek je rozdělujeme do tří skupin. 1. Primární články obsahují elektroaktivní látky již při sestavení článku. Funkce článku končí spotřebováním alespoň jedné z elektroaktivních látek, vybitím článku. Příkladem je klasický Leclancheův salmiakový článek, ve kterém jsou elektroaktivními látkami MnO 2 a Zn, a produkty MnOOH a Zn(NH 3 ) x Cl V sekundárním článku čili akumulátoru se elektroaktivní látky vytvoří předchozí elektrolýzou, nabitím článku. Příkladem je olověný akumulátor, ve kterém jsou elektroaktivními látkami PbO 2 a Pb, a produktem PbSO U palivových článků se elektroaktivní látky přivádějí do článku kontinuálně během provozu článku. Materiál elektrod se článkové reakce účastní pouze jako akceptor nebo donor

3 3 elektronů. V těchto článcích reagují na elektrodách plyny, např. kyslík a vodík, nebo se anodického procesu účastní jednoduché organické látky, např. metanol. V literatuře (zvl. americké) se elektrochemické zdroje proudu často označují jako baterie. Historie elektrochemických zdrojů proudu začíná r. 1800, kdy Alessandro Volta realizoval první baterii tvořenou dvěma různými střídavě uspořádanými kovy (Zn,Cu) které byly odděleny papírem napojeným zředěnou kyselinou sírovou (tzv. Voltův sloup), viz též schéma Daniellova článku (I). Palivový článek objevil r Sir William Grove. Tento článek lze znázornit schématem (II) Ni H 2 KOH, H 2 O O 2 Ag (II) 1.3. Termodynamika a účinnost elektrochemického zdroje proudu Článkovou reakci můžeme realizovat přímo jako reakci chemickou, např. vhozením kousků zinku do roztoku síranu měďnatého. Každá chemická reakce je charakterizována rovnovážnou konstantou K rov, která rozhoduje o poloze rovnováhy a která je určena 0 standardní Gibbsovou energií reakce, G, např. pro reakci (2) K rov 0 G a a a = exp RT = = a a a Cu ZnSO 2+ 4 Zn Zn CuSO 2+ 4 Cu (4) kde symbolem a jsou označeny rovnovážné aktivity reagujících částic. Zjednodušení rovnice (4) je důsledkem jednotkové aktivity složky jednosložkové fáze a faktu, že síranové anionty se reakce neúčastní. Při zacházení s těmito veličinami je opět třeba dát pozor na uvažovaný směr chemické reakce, tj. definovat předem její reaktanty a produkty. Standardní Gibbsova energie má při konstantní teplotě T dva příspěvky, G = H T S (5) 0 0 kde H představuje standardní enthalpii a S standardní entropii reakce. Z energetického hlediska je chemická reakce charakterizována reakčním teplem q, přijatým reakční soustavou při jednotkovém průběhu, tj. při zreagování 1 molu Zn a 1 molu CuSO 4. Toto teplo je určeno standardní enthalpií reakce, q H 0 = (6) Poznamenejme, že hnací silou reakce je nenulový rozdíl Gibbsových energií produktů a reaktantů, G 0 a () t a () t a () t a () t Cu ZnSO4 G = G + RTln (7) Zn CuSO4

4 4 kde at () jsou aktuální aktivity v čase t. Reakce dospěje do rovnováhy, když G dosáhne nulové hodnoty (podmínka rovnováhy). Rovnice (7) pak přejde na rovnici (4). Tento poměrně zdlouhavý termodynamický rozbor chemické reakce je důležitý pro pochopení termodynamiky galvanického článku a následně energetické účinnosti elektrochemického zdroje proudu. Po sestavení galvanického článku jsme z energetického hlediska ve stejné situaci, jako v chemickém reaktoru před spuštěním chemické reakce mezi složkami o stejných výchozích aktivitách (počtech molů, koncentracích), a ta situace trvá dokud z galvanického článku nezačneme odebírat elektrický proud. Význam Gibbsovy energie obecně spočívá v tom, že její pokles vyjadřuje maximální neobjemovou práci, kterou systém může vykonat. Protože chemický reaktor, ve kterém probíhá jen chemická reakce, může konat pouze objemovou práci, závisí energetický zisk hlavně na reakčním teple, které podle 2. věty termodynamické nelze přeměnit zcela na práci. Maximální účinnost přeměny tepla z chemického reaktoru na práci je dána účinností Carnotova cyklu tepelného stroje, ε ε T T T 1 2 = (8) 1 kde T1 a T 2 jsou teploty tepelné lázně, ze které je teplo odebíráno a tepelné lázně, do které se teplo odevzdává. Na druhé straně, může elektrochemický zdroj proudu přímo vykonat elektrickou práci w el rovnou součinu náboje prošlého vnějším okruhem a napětím, tedy v limitě nulového proudu a při zachování konvence I a konvence II, w = nfe = G (9) el r Tato rovnice, ve které n je počet elektronů spotřebovaných v článkové reakci (např. v reakci (2) je n =2) a F je Faradayova konstanta, vyjadřuje současně vztah mezi rovnovážným napětím galvanického článku E r a rozdílem Gibbsových energií, G. Termodynamická účinnost elektrochemického zdroje proudu, ε th, je pak definována rovnicí ε th G T S = = 1 H H (10) a představuje vlastně korelaci dvou energetických účinků, maximální práce a reakčního tepla. Pro srovnávání účinnosti elektrochemických zdrojů proudu se často používá elektrochemická účinnost ε el definovaná rovnicí ε el nfe = (11) G kde E je aktuální napětí. Elektrochemická účinnost je lepším kritériem funkce elektrochemického zdroje proudu, protože vyjadřuje poměr aktuální vykonané práce a teoretické práce, kterou by systém mohl vykonat v ideálním případě.

5 5 Protože elektrochemický zdroj proudu poskytuje vedle elektrické energie také (Joulovo) teplo, je z hlediska účinnosti výhodné využít toto teplo k produkci více elektřiny (např. v plynové nebo parní turbíně) případně k vytápění (teplá voda). Účinnost takového systému je pak charakterizována vztahem q' nfe ε = (12) q kde q a q ' představují reakční teplo resp. teplo přijaté zdrojem. Tento způsob využití palivového článku se označuje jako kogenerace. Z rovnic (7) a (9) odvodíme rovnici pro rovnovážné napětí, např. pro Daniellův článek E r RT 2F a 0 2+ Cu = E + ln (13) a 2+ Zn 0 kde tzv. standardní rovnovážné napětí E = G 0 / nf. Jako elektrodový potenciál se označuje rovnovážné napětí článku, ve kterém je na pravé straně uvažovaná elektroda a na levé straně vhodná referentní elektroda, např. standardní vodíková elektroda (SHE=standard hydrogen electrode). V případě měděné elektrody máme článek, ve kterém probíhá reakce H 2 (p=0.101mpa) + Cu 2+ 2H + (a=1) + Cu (14) Jeho rovnovážné napětí je popsáno Nernstovou rovnicí RT = + (15) 2F 0 Er E ln a 2+ Cu 1.4. Funkce elektrochemického zdroje proudu Při proudové zátěži se napětí článku odchyluje od rovnovážné hodnoty. Tuto odchylku označujeme jako přepětí článku η η = EI ( ) Er (16) kde aktuální napětí ( ) E I je funkcí intensity elektrického proudu I. Přepětí má původ jednak v tzv. ohmické ztrátě ( IR, R je vnitřní odpor článku), jednak v pomalé kinetice reakcí probíhajících na jednotlivých elektrodách (kinetické přepětí), jednak v pomalém transportu elektroaktivních látek k fázovým rozhraním elektrod (koncentrační přepětí).

6 6 Oblast koncentračního přepětí Potenciál Ohmické ztráty Oblast kinetického přepětí E r Proud Obr. 1 Schématický průběh závislosti potenciálu anody na elektrickém proudu Charakteristický průběh závislosti potenciálu anody na protékajícím proudu je znázorněn na obr. 1. Podobný průběh, kvalitativně zrcadlový vzhledem k potenciálu, má i závislost potenciálu katody na procházejícím proudu. Obě závislosti lze experimentálně zjišťovat měřením tzv. polarizačních křivek na jednotlivých elektrodách ve zvláštním uspořádání galvanického článku- tříelektrodové elektrochemické cele (nádobce).vynesením obou závislostí do jednoho grafu můžeme porovnat očekávaný a skutečný (přímo měřitelný) průběh funkce EI ( ) a také závislost výkonu článku P na proudu, viz obr. 2. P = EI (17) Výkon Proud Katoda Napětí Článek Proud Anoda Obr. 2 Schématický průběh závislosti potenciálu katody, anody, napětí článku a jeho výkonu na elektrickém proudu.

7 7 2. Typy palivových článků 2.1. Důležité elektrodové reakce v palivových článcích Anodickou reakcí v palivových článcích je buď přímá oxidace vodíku, nebo oxidace metanolu. Ve vývoji jsou také kombinované systémy, ve kterých se vodík získává reformací uhlovodíku nebo alkoholu v tzv. reformeru a pak se oxiduje na anodě. Katodickou reakcí je obvykle redukce kyslíku, jehož zdrojem je zpravidla vzduch. Elektrochemická redukce kyslíku může probíhat dvěma základními mechanismy. 1) přímá čtyřelektronová redukce kyslíku a) v alkalickém prostředí: O 2 + 2H 2 O + 4 e - 4 OH - E 0 (vs. SHE) = 0,401 V (18) b) v kyselém prostředí: O H e - 2H 2 O E 0 (vs. SHE) = 1,229 V (19) 2) redukce s peroxidem vodíku jako meziproduktem a) v alkalickém prostředí O 2 + H 2 O + 2 e - HOO - + OH - E 0 (vs. SHE) = -0,065 V (20) následovaná redukcí peroxidu HOO - + H 2 O + 2 e - 3 OH - E 0 (vs. SHE) = 0,867 V (21) nebo jeho rozkladem 2 HOO - 2 OH - + O 2 (22) b) v kyselém prostředí O H e - HOOH E 0 (vs. SHE) = V (23) následovaná redukcí peroxidu HOOH + 2 H e - 2 H 2 O E 0 (vs. SHE) = 1,77 V (24) nebo jeho rozkladem 2 HOOH 2 H 2 O + O 2 (25) Článek, ve kterém probíhá přímá čtyřelektronová redukce kyslíku má vyšší účinnost. Tato elektrodová reakce však zahrnuje řadu elementárních kroků spojených s adsorpcí a disociací molekulárního kyslíku na povrchu elektrody s následnou rekombinací s vodíkovým iontem a její výsledná rychlost zavisí faktorech, které lze jen obtížně ovlivňovat. Elektrochemická oxidace molekulárního vodíku probíhá snadno na elektrodách platinových kovů, případně na katalytických elektrodách palivových článků obsahujících Pt. Mechanismus zahrnuje adsorpci plynného vodíku na povrchu elektrody, následovanou jeho disociací a elektrochemickou oxidací za vzniku dvou protonů (v kyselém prostředí), tj. sumárně

8 8 H 2 2 H e - E 0 (vs. SHE) = 0 V (26) resp. v krocích 2 Pt (s) + H 2 Pt-H ads + Pt-H ads (27) Pt-H ads H + + e - + Pt (s) (28) kde Pt (s) representuje volné aktivní místo na povrchu Pt a Pt-H ads representuje adsorbovaný atomární vodík. Využití vodíku jako paliva komplikují nečistoty v plynném vodíku, které blokují aktivní místa na povrchu Pt elektrody, což vede ke značnému zpomalení (inhibici) jinak velmi rychlé reakce (26). Alternativní přístup je založen na využití zemního plynu, propanu nebo alkoholů, které je ovšem nutno nejdříve reformovat na vodík a vyčistit (viz dále). Odstranění stop nečistot jako je CO z reformovaného paliva je obtížné.to platí i pro palivové články využívající jako palivo přímo metanol. Elektrochemická oxidace metanolu. Elektrodové materiály obsahující Pt jsou vhodné i pro přímou oxidaci metanolu místo vodíku. Elektrochemická reakce je v tomto případě popsána sumární rovnicí CH 3 OH + H 2 O CO H e - E 0 (vs. SHE) = 0,046 V (29) Mechanismus této reakce je obecně popsán tzv. Bagockého schématem (30) CH OH CH OH CHOH COH 3 2 x xx xxx CH O CHO CO 2 x x HCOOH COOH x CO 2 (30) a může zahrnovat řadu následných reakcí disociace atomu vodíku (ve schématu zleva doprava) a řadu následných oxidačních reakcí (ve schématu shora dolů), křížkem jsou naznačeny vazby C-Pt. Molekula CO vznikající v průběhu oxidace jako jeden ze stabilních meziproduktů blokuje povrch a brzdí další kroky. Odstraňování CO je založeno na katalytických vlastnostech bimetalických slitin, zejména Pt a Ru, z nichž jedna složka podporuje oxidaci CO na CO Klasifikace palivových článků Palivové články jsou obvykle klasifikovány podle použitého elektrolytu. Výjimkou je metanolový článek nazvaný podle použitého paliva. Články lze rovněž rozdělit podle jejich provozní teploty na nízkoteplotní a vysokoteplotní. Seřazením podle rostoucí provozní teploty se jedná o následující články: - alkalický článek (Alkaline Fuel Cell, AFC),

9 9 - článek s tuhým polymerním elektrolytem (Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC, označovaný též jako Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC nebo Solid Polymer Electrolyte Fuel Cell, SPEFC), - metanolový článek (Direct Methanol Fuel Cell, DMFC), - článek s kyselinou fosforečnou (Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC), - článek s taveninou uhličitanu (Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC), - článek s tuhým oxidem (Solid Oxide Fuel Cell) Alkalický palivový článek (AFC) Alkalický palivový článek, viz. obr. 3, má mezi palivovými články nejvyšší elektrochemickou účinnost. Jeho správná funkce však značně závisí na čistotě použitých plynů, což představuje jeho největší nevýhodu. Vysoká účinnost souvisí s alkalickým prostředím, ve kterém je kinetika katodické reakce, tj. redukce kyslíku (18), podstatně rychlejší, než v prostředí kyselém. Na druhé straně, je anodická reakce, tj. oxidace vodíku podle rovnice (31) H OH - 2 H 2 O + 2 e - (31) poněkud pomalejší než v kyselém prostředí, rovnice (26). Článková reakce je popsána rovnicí O 2 + 2H 2 2H 2 O (32) V prvních AFC článcích (50. léta) byly používány Ni katoda a NiO anoda (s nízkým obsahem Li kvůli zvýšení vodivosti), 30% KOH, provozní teplota 200ºC a tlak 5MPa, výkon 5 kw. V současné době se používají jako katoda i anoda Pt/C plynově-difúzní elektrody (viz. kap. 2.3.), provozní teplota je běžně nižší, než 100ºC. Ve stadiu výzkumu jsou další materiály, jako jsou slitiny Pt/Co pro katodu. S vyjímkou zvláštních aplikací (kosmický program) vyžadujících stabilizaci elektrolytu např. gelem, se jako vhodné jeví uspořádání článku s cirkulujícím elektrolytem, což umožňuje regulovat pracovní teplotu, průběžně čistit článek a odstraňovat z anodového prostoru hlavní reakční produkt -vodu. Další výhodou je možnost odpojit článek prostým vyčerpáním elektrolytu např. v hybridních systémech pro trakci (elektromobil). Hybridní systém s olověným akumulátorem a AFC H 2 /vzduch a s cirkulujícím elektrolytem byl poprvé použit již v 70. letech. Vedle plynných nečistot, které snižují katalytickou aktivitu elektrod (např. CO), je v alkalickém prostředí základním problémem tzv. karbonizace elektrolytu, CO OH - H 2 O + CO 3 2- (33) která vede k zaplňování pórů elektrod a k rychlému poklesu výkonu článku. CO 2 je jednak přítomen ve vzduchu jako zdroji kyslíku pro palivový článek, jednak vzniká při vedlejší oxidaci uhlíku Pt/C elektrody. Z plynného paliva ho lze odstraňovat reakcí s Fe. AFC nalezl významné uplatnění zejména v kosmickém výzkumu (programy Apollo, Space Shuttle), ve kterém brzy nahradil PEMFC (program Gemini). V programu Space Shuttle slouží AFC (3 moduly, každý s maximálním výkonem 12 kw) jako zdroj energie, pro ochlazování vnitřního prostoru a pro produkci pitné vody. Uplatnění AFC pro trakci a jako pevně instalovaného zdroje se testuje.

10 10 Obr. 3. Schéma alkalického palivového článku. Obr. 4. Schéma PEMFC Palivový článek s tuhým polymerním elektrolytem (PEMFC) Článková reakce v PEMFC, rovnice (32) je kombinací dílčích elektrodových reakcí, rovnice (19) a (26), které probíhají v kyselém prostředí. Z praktických důvodů je zdrojem kyslíku vzduch, zatímco vodík je získán budˇelektrolýzou vody nebo reformací vhodného uhlovodíku případně alkoholu. V PEMFC je elektrolytem protonově vodivá polymerní membrána, viz obr. 4. V prvních článcích použitých v kosmickém programu Gemini (1kW) byl materiálem membrány polystyrensulfonát, který se však ukázal jako málo stálý, a článek byl v dalším programu nahrazen AFC. Průlomem ve vývoji PEMFC byla příprava nového typu protonově vodivých membrán na bázi sulfonovaného polytetrafluoroetylénu uvedených na trh firmou DuPont pod komerčním názvem Nafion. Jedná se o materiál s vysokou koncentrací vodíkových iontů kompenzujících náboj sulfo- skupin navázaných na řetězce PTFE, který má vysokou vodivost a je chemicky velmi inertní. Jeho struktura je znázorněna na obr. 5. Pro své pozoruhodné vlastnosti nalezl Nafion uplatnění i mimo oblast palivových článků např. v membránové elektrolýze (elektrolytická produkce chloru elektrolýzou solanky) nebo jako zdroj protonů v acido-bazické katalýze. Podobné materiály obsahující vedle sulfo- skupin ještě karboxyskupiny byly uvedeny na trh dalšími výrobci (Dow, Aciplex, Gore, Asahi Chemical). V ideálním případě funguje membrána pouze jako protonový vodič, tj. zabraňuje průniku vodíku a kyslíku na druhou stranu článku. Pro optimální provoz PEMFC má značný význam vodní režim článku. Voda je jednak produktem katodické reakce, jednak dochází k jejímu transportu elektro-osmotickým tokem směrem ke katodě a zpětnou difúzí směrem k anodě. Protože je elektrická vodivost membrány přibližně přímo úměrná počtu molekul vody připadajících na jednu sulfo- skupinu, má nerovnoměrná distribuce vody v membráně za následek nerovnoměrný elektrický odpor. Vodním režim lze zlepšit zvlhčováním plynů vstupujících do palivového článku, nebo přímým zvlhčováním membrány prostřednictvím zabudovaných porézních polymerních hydrofilních knotů, případně disperzí SiO 2 nebo TiO 2.

11 11 Obr. 5. Struktura Nafionu Obr. 6. Schéma plynově-difúzní elektrody Základním požadavkem na elektrody PEMFC je třífázové rozhraní mezi plynou fází, elektronově vodivou fází (kovem) a protonově vodivou fází (tuhým elektrolytem). Toho se dosahuje realizací tzv. plynově-difúzní elektrody (gas diffusion electrode, GDE), viz obr. 6. Přívod elektronů z a do vnějšího obvodu zajišťuje elektronově-vodivý nosič např. tenká uhlíková fólie, na které je nanesena vrstva Pt/C. I když jsou plynově-difúzní elektrody komerčně dostupné, je kvalita těchto elektrod různá, v závislosti na detailech výrobního procesu. Přes rozsáhlý výzkum vhodných elektrod v podstatě vedený snahou nahradit drahou platinu, zůstává tento kov nejvhodnějším materiálem jak pro katodu tak pro anodu PEMFC. K přijatelnějším nákladům vede snižování obsahu Pt (tzv. loading), ovšem na úkor výkonu palivové článku. Funkci anody nepříznivě ovlivňuje přítomnost stop nečistot některých prvků nebo sloučenin, jako jsou CO, S a NH 3. Tento problém lze řešit zařazením čistící jednotky mezi reformer a palivový článek, což ovšem vede ke zvýšení nákladů. Jinou cestou je náhrada Pt již zmíněnou slitinou s Ru, případně dalším kovem (Pt/Ru, Pt/Ru/W). Jedná se v podstatě o bifunkční katalyzátor, na jehož povrchu probíhá jednak oxidace vodíku, jednak vznikají snáze než na Pt adsorbované reaktivní radikály OH. ads, které oxidují CO na CO 2. PEMFC, jehož provozní teplota je ºC, řadíme k nízkoteplotním článkům Metanolový palivový článek (DMFC) DMFC je zvláštním případem nízkoteplotního palivového článku s tuhým polymerním elektrolytem, ve kterém dochází k přímé elektrochemické oxidaci metanolu, bez jeho reformace na vodík, viz obr. 7. Článková reakce v DMFC je kombinací dílčích elektrodových reakcí, rovnice (19) a (29), 2CH 3 OH + 3O 2 2CO H 2 O (34) Provozní teplota článku je podobná jako u PEMFC, případně poněkud vyšší v závislosti na použité polymerní membráně a způsobu přívodu metanolu. Výhodou metanolu jako paliva je skutečnost, že ho lze snadno získat ze zemního plynu nebo obnovitelných zdrojů biomasy, má vysokou specifickou energii, je kapalný při provozní teplotě článku a, především, existující infrastruktura transportu a distribuce benzínu a nafty může být snadno využita pro metanol. DMFC může spalovat jak plynný tak kapalný metanol. V druhém případě je metanol dodáván do článku ve formě vodného roztoku (1-2 mol/dm 3 ). Protože se při tom spotřebuje jenom část rozpuštěného metanolu, spotřebované palivo se obohacuje a recykluje.

12 12 Obr. 7. Schéma DMFC. Obr. 8. Schéma PAFC. Mechanismus oxidace je obecně popsán schématem (30). Základním materiálem pro anodu je opět platina. Výrazného zvýšení rychlosti oxidace lze dosáhnout kombinací Pt a dalšího kovu, jako Re, Ru, Os, Rh a další. Princip katalytického působení je stejný jako u výše popsaného efektu Ru na oxidaci CO, který je meziproduktem elektrochemické oxidace metanolu. Materiál katody je většinou stejný jako u PEMFC. K problému vodního režimu článků s tuhým polymerním elektrolytem přistupuje u DMFC ještě problém permeability membrány vůči metanolu. Pronikání metanolu od anody ke katodě difúzí totiž výrazně snižuje proudovou účinnost redukce kyslíku na katodě, a tím i výkon článku. Problém lze řešit např. náhradou protonu v membráně ionty Cs +, které mají výrazně nižší hydratační energii a jejichž přítomnost vede ke snížení permeability membrány Nafion 117 vůči metanolu až o dva řády. Jiný přístup je založen na použití katodových materiálů, na kterých probíhá redukce kyslíku se srovnatelnou rychlostí i v přítomnosti metanolu, což je případ metaloporfyrinu Fe na uhlíkovém nosiči Palivový článek s kyselinou fosforečnou (PAFC) PAFC je schematicky znázorněn na obr. 8. Vývoj tohoto palivového článku dospěl nejblíže k rozsáhlému praktickému využití. Elektrárny založené na PAFC s výkonem 0,2-20 MW jsou ve výstavbě po celém světě jako pevně instalované zdroje elektrického proudu, tepla a teplé vody pro města, nákupní centra a nemocnice. Výhodou PAFC je jednoduchá konstrukce, vysoká tepelná, chemická a elektrochemická stabilita, a nízká těkavost elektrolytu při provozní teplotě článku ºC. Článková reakce je stejná jako v PEMFC. Kvůli korozním problémům byla v počátcích vývoje jako elektrolyt používána zředěná kyselina fosforečná. Současné konstrukční materiály umožnily zvýšit koncentraci kyseliny na 85%, kyselina je obvykle stabilizována v SiC matrici. Vyšší koncentrace kyseliny zvýšila vodivost elektrolytu a vedla k omezení koroze elektrod na uhlíkovém nosiči. Elektrody používané v PAFC jsou podobně jako v PEMFC plynově-difúzní Pt/C elektrody Palivový článek s taveninou uhličitanu (MCFC) Článková reakce v MCFC, rovnice (32), je kombinací dílčích elektrodových reakcí probíhajících na anodě

13 13 a na katodě H 2 + CO 3 2- H 2 O + CO e - (35) O CO e - 2 CO 3 2- (36) Elektrolytem je tavenina uhličitanu (Li 2 CO 3 / K 2 CO 3 nebo Na 2 CO 3 ) stabilizovaná v anorganické matrici (LiAlO 2 ). Na rozdíl of AFC, není funce článku ovlivňována produkcí CO 2. Výhodou článku, jehož provozní teplota je ºC, je možnost přímé oxidace uhlovodíku nebo metanolu na CO 2 a H 2 O. Vysoká teplota rovněž vede k výraznému vzrůstu rychlosti redukce kyslíku, což umožňuje snížit obsah Pt až k nule. Vhodnou katodou pro MCFC je pak NiO, který se připravuje in situ oxidací Ni při startování článku. Alternativou k NiO jsou podvojné oxidy Li, zejména LiFeO 2, Li 2 MnO 3 a LiCoO 2 případně kombinované s NiO. Anody pro tento článek se vyrábějí ze slitin Ni/Al nebo Ni/Cr, nebo z keramickometalických materiálů (Cermet). Vysoká teplota článku klade značné nároky na konstrukční materiály, k dispozici jsou některé Ni/Co/Fe nebo Cr/Al slitiny. MCFC, který dosahuje účinnosti 50%, se vyvíjí pro použití hlavně jako pevně instalovaného zdroje elektrického proudu. Obr. 9. Schéma planární konstrukce SOFC Palivový článek s tuhým oxidem (SOFC) Článková reakce v SOFC, rovnice (32), je kombinací dílčích elektrodových reakcí probíhajících na anodě a na katodě H 2 + O 2- H 2 O + 2 e - (37) O e - 2 O 2- (38) Dílčích reakcí se tedy podobně jako v MCFC účastní ionty elektrolytu. Provozní teplota článku je ºC. Výhody a nevýhody články jsou podobné jako u MCFC.

14 14 Protože se však jedná o dvoufázový systém plyn-tuhá látka, odpadají problémy s únikem elektrolytu a vodním režimem. Jako elektrolyt se používá oxid zirkoničitý stabilizovaný ytriem (YSZ). Materiálem katody je obvykle kompozitní LaSrMnO 3 /ZrO 2 elektroda, materiálem anody pak kompozitní Ni/Zr keramika. Planární konstrukce SOFC je znázorněna na obr Zpracování paliva pro palivové články Vodík jako hlavní palivo pro palivový článek lze uchovávat v materiálech jako jsou nanotrubice, uhlíkata vlákna, kovové hydridy a řada chemických sloučenin, zejména alkoholy (metanol) a uhlovodíky (metan, propan). Dalšími zdroji může být amoniak a hydrazin, jejichž krakováním lze vodík přímo připravit. Alkoholy a uhlovodíky je nutno reformovat na plyny s vysokým obsahem vodíku parciální oxidací, parní reformací nebo autotermální reformací. V ideálním případě vznikají tímto postupem pouze H 2 a CO 2. V důsledku rovnováhy CO 2 + H 2 CO + H 2 O (39) je však v plynu přítomen také katalytický jed CO, který je třeba odstranit čištěním plynného produktu. Parciální oxidace metanolu je exotermická reakce katalyzovaná Pd na ZnO nosiči, 2 CH 3 OH + O 2 2 CO H 2 0 H =- 66,7 kj/mol (40) Parní reformace metanolu probíhá po jeho smíchání s vodou, převedením směsi do plyného stavu a zahřátím na teplotu 300 ºC v přítomnosti katalyzátoru (Cu/ZnO) současně podle dvou mechanismů, rovnice (41) a (42) a CH 3 OH CO + 2 H 2 0 H =-41,2 kj/mol (41a) CO + H 2 O CO 2 + H 2 (41b) 0 CH 3 OH + H 2 O CO H 2 H =49 kj/mol (42a) CO 2 + H 2 CO + H 2 O (42b) Autotermální reformace spočívá v kombinaci endotermické parní reformace a exotermické parciální oxidace za adiabatických podmínek ve sférickém reaktoru, ve kterém první reakce probíhá katalyticky na vnější straně a druhá katalyticky na vnitřní straně reaktoru za účinné výměny tepla pláštěm. Jednou z nejčistších metod přípravy čistého vodíku (a kyslíku) je elektrolýza vody s využitím vodní, solární nebo větrné energie. 4. Doporučená literatura K. Kordesch, G. Simader: Fuel Cells and Their Applications, VCH, Weinheim, M.L. Perry, T.F. Fuller: A Histrorical Perspective of Fuel Cell Technology in the 20th Century, J. Electrochem. Soc., 149 (7) S59-S67 (2002).

15 15 Extra dimenze Vícerozměrný svět Rikard von Unge Ústav teoretické fyziky a astrofyziky PřF MU v Brně Kotlářská 2, Brno, tel Co vlastně rozumíme tím, když užijeme slova dimenze (nebo rozměr)? Proč věříme tomu, že náš svět je čtyřdimenzionální (tři dimenze prostoru a jedna času), jak nás poučil Einstein? A ještě zajímavější otázka můžeme si představit svět, který má více rozměrů? A pokud odpověď na poslední otázku je ano, jaké by to mělo pozorovatelné důsledky? Na tyhle otázky bych chtěl v přednášce odpovědět. Dimenze prostoru těsně souvisí s počtem souřadnic (počtem čísel), který potřebujeme k tomu, abychom přesně určili, kde se nějaký objekt (třeba částice) v tomto prostoru nachází. Myslíme si, že náš svět má prostorovou dimenzi tři, protože právě třemi čísly můžeme přesně určit, kde se nacházíme. Jedno číslo určí výšku, jedno určí polohu podél pravo-levé osy a jedno podél osy dozadu-dopředu. Ta tři čísla mohou označovat jiné veličiny, ale jsou vždy právě tři. Například, pro polohu letadla letícího přes Atlantik můžeme používat výšku nad hladinou a zeměpisnou šířku a délku. Teď si pro určitost představme, že držíme v ruce list papíru. Je to v podstatě dvojrozměrný objekt, protože pro určení polohy libovolného bodu na papíře potřebujeme dvě čísla. Nyní srolujme tento list tak, že vznikne válec. Když budeme stále více zmenšovat poloměr tohoto válce, začne se jevit jako jednorozměrný objekt - čára. Původní kartézské souřadnice, nejjednodušší pro zadání polohy bodu na listu papíru, nahradíme po stočení papíru do válce novými: první souřadnice určuje polohu podél površky válce a druhá souřadnice určuje polohu bodu na obvodu válce. Ale k určení polohy bodu na válci velmi malého poloměru je podstatně důležitější určit souřadnici podél válce, protože dokonce i když vůbec nevíme, kde na obvodu válce se daný bod nachází, chyba nemůže být větší než poloviční obvod válce. Tím, že můžeme libovolně zmenšovat obvod válce, přibližujeme se k jednodimenzionálnímu prostoru. Tímto jednoduchým způsobem můžeme skrývat dimenze a otázka kolika dimenzionální je náš svět už nemá jednoduchou odpověď. Abychom mohli zjistit skutečný stav, musíme nejdříve uvážit, k jakým experimentálním výsledkům nás přivádí svět s několika skrytými dimenzemi, navinutými do malých kružnic. Kaluza - Klein Takové vícedimenzionální scénáře nejsou ve fyzice vůbec novinkou. Objevily se totiž poprvé ve dvacátých letech minulého století, když Theodor Kaluza a potom Oskar Klein navrhli, že teorie gravitace a elektromagnetismu mohou být sjednoceny jako gravitace ve 4+1 dimenzionálním prostoru, ale právě s jednu dimenzí navinutou do malé kružnice. Podobné teorie jsou proto nazývány Kaluzovými - Kleinovými teoriemi. Otázkou teď je, jak můžeme pozorovat, zda náš svět má extra dimenze popsaného typu nebo ne. Abychom to mohli snadněji diskutovat, uvažme ještě jednou příklad s listem papíru navinutým do válce. Když je list srolován je jasné, že několik bodů na papíru je na stejném místě na válci. Můžeme například propíchnout papír jehlou a když jej opět rozvineme, uvidíme, že jehla udělala několik děr, periodicky se na papíře opakujících. Tento příklad ukazuje, že místo svinuté dimenze (matematicky komplikovaný popis) můžeme vzít

16 16 normální přímou dimenzi (matematicky jednoduchý popis) s podmínkou, že fyzikální situace se v tomto směru periodicky opakuje. Můžeme si to představit jako nekonečněpatrový panelový dům. Jedno každé patro je úplně stejné jako druhé. Když chodím a dívám se nahoru, vidím sám sebe ze spodu jak chodím, a když se dívám dolů, vidím sám sebe shora jak chodím. Zajímavé výsledky dostaneme, když teď zkusíme v takovém prostoru myslet na kvantovou mechaniku. Základem popisu kvantového světa je totiž vlnová funkce, jejíž čtverec absolutní hodnoty v nějakém bodě je interpretován jako hustota pravděpodobnosti, že právě tam nalezneme částici, popisovanou touto vlnovou funkcí. Aby taková interpretace měla smysl je jasné, že vlnová funkce musí být jednoznačná. Nemohou přece existovat v stejném bodě dvě různé pravděpodobnosti! To nás přivede k závěru, že vlnová funkce musí být pro svinuté dimenze periodická. Typicky musí mít tvar exp( ikx ), kde x je souřadnice podél kružnice. Řekneme-li, že kružnice má poloměr R znamená to, ze fyzikální situace se musí opakovat po každých 2 funkci to znamená, že k π R. Pro naši vlnovou = n R, kde n je libovolné celé číslo. Znamená to také, že částice nemohou nabývat libovolných hodnot impulzu ve směru x. Povolené hodnoty impulzu jsou diskrétní a vzdáleny o 1 R (v jednotkách, kdy h = 1), což může být značně velká hodnota, pokud je rozměr periodické dimenze malý. V relativistické teorii jsou energie a hmota nerozlišitelné. A protože částice s impulzem k E = m c + k c, vidíme, že = n R má energii minimálně cn R. Pokud je uvažovaná dimenze velmi malá, nevidíme žádný pohyb, ale pozorujeme jeho energii jako hmotu. Znamená to, že v Kaluzově -Kleinově světě má každá částice svou nekonečnou rodinu částic úplně stejných vlastností, lišících se pouze hmotami s faktorem n ( cr ). Například, kdybychom pozorovali foton s hmotou 1 TeV a potom foton s hmotou 2 TeV a potom foton s hmotou 3 TeV atd., řekli bychom, ze jsme objevili skrytou dimenzi s poloměrem R 19 = 10 m. Odsud také hned plyne vysvětlení toho, že jsme dosud žádné extra dimenze nepozorovali. Když je poloměr dimenze R dostatečně malý, hmotnější partneři částic našeho světa budou příliš hmotní a protože nemáme v současných urychlovačích odpovídající velké energie k disposici, extra dimenze nepozorujeme. Je zajímavé srovnat tuto situaci se známou situací v optice. Tam víme, že pro rozlišení detailů s rozměrem r musíme používat vlnění s vlnovou délkou kratší než r. Tady to funguje v podstatě stejně: abychom mohli vidět malé dimenze, musíme používat vlnění s vlnovou délku kratší než je rozměr dimenze. Můžeme uvažovat o tom, jak vypadá v prostoročase s extra dimenzí elektromagnetické pole bodového náboje. Použijeme představy extra dimenze jako přímé, ale s fyzikální situací periodickou v jejím směru. Potom k uvažovanému bodovému náboji musíme přidat jeho periodické (vzhledem k transformaci x x+ 2π R) obrazy. Místo jednoho náboje máme teď nekonečně mnoho nábojů uspořádaných na přímce v směru kompaktní dimenze a vzdálených o 2π R. Celkový elektromagnetický potenciál není teď potenciálem jednoho bodového náboje, ale celkovým potenciálem všech nekonečně mnoha nábojů. Daleko od nábojů se tyto jeví jako nekonečně dlouhý nabitý drát. Na druhé straně, když jsme velmi blízko náboje, mnohem blíž než 2π R, ostatní (obrazové) náboje jsou relativně daleko a mají malý vliv. Potenciál v této oblasti proto vypadá jako potenciál jednoho bodového náboje. Ve třech dimenzích má bodový náboj potenciál 1 r, což je singulární řešení třídimenzionální Laplaceovy rovnice. Nekonečný nabitý drát má potenciál ln( r ), což je řešeni

17 17 dvojdimenzionální Laplaceovy rovnice. V d dimenzích má Laplaceova rovnice řešení, které vypadá jako 1 ( d 2) r a potenciál nekonečného nabitého drátu je 1 ( d 3) r, což je řešení Laplaceovy rovnice v d 1 dimenzích. Celkový efekt je tedy takový, že v blízkosti náboje pozorujeme potenciál, který je d dimenzionální, ale daleko od náboje, když pozorujeme potenciál od celého drátu, je potenciál d 1 dimenzionální. Takže druhou metodou jak pozorovat extra dimenze by bylo zkoumat, zda se pro malé vzdálenosti Coulombův zákon nějak změní. Víme totiž, že pro makroskopické vzdálenosti je síla mezi dvěma náboji F qq r 2 = 1 2. Kdyby existovala extra kompaktní dimenze, musela by se závislost síly F na vzdálenosti r změnit pro malé vzdálenosti na F qq r 3 = 1 2. Bohužel je zatím Coulombův zákon zkoumán pro vzdálenosti větší než r 17 = 10 m, což znamená, že extra dimenze, pokud existují, musí být velmi malé. V následujícím odstavci uvedeme ale příklad, který tento závěr poněkud vyvrátí. Velké extra dimenze Z výše uvedeného příkladu je vidět, že extra dimenze, pokud existují, musí být velmi malé. Fakt, že 18 umíme v laboratoři vytvořit částice s energiemi kolem 100 GeV, což odpovídá vlnové délce 10 m znamená, že skryté extra dimenze musí být menší než tato hodnota, když není jejich vliv v experimentech pozorován. Existuje ale nová modifikovaná verze předchozího příkladu, kde by extra dimenze mohli být velké, možná až 1 mm. Tato modifikace spočívá v předpokladu, že pouze gravitony jsou citlivé na extra dimenze. Zní to docela divoce, ale předpoklad má své pevné základy v teorii strun. Tam existuje možnost, ze náš svět je 3+1 dimenzionální hyperplocha, v teorii strun známá jako D3 - brána, vložená do 9+1 dimenzionálního prostoročasu. Normální částice jako fotony a elektrony jsou tady popsány pomocí otevřené struny, která je navázána na bráně. Znamená to, že fotony a elektrony nemají možnost prozkoumat těch zbývajících šest extra dimenzí a proto o nich nic nevědí. Gravitony ale jsou popsány jako uzavřené struny, které se mohou volně pohybovat ve všech 9 prostorupodobných dimenzích. Kdybychom chtěli zkoumat vlastnosti extra dimenze, musíme tedy používat gravitony. Gravitační případ funguje úplně stejně jako elektromagnetický příklad uvedený výše. Hmotný bod v d dimenzích (hmota je gravitační náboj) má ve své blízkosti gravitační pole, které vypadá jako 1 ( d 2) a je to také řešení Laplaceovy rovnice. V periodické dimenzi bude nekonečné množství obrazů vypadat jako hmotný drát, který má kolem sebe gravitační pole 1 r ( d 3). V gravitačním případě musíme ale zkoumat Newtonův r zákon, který je analogií Coulombova zákona v elektromagnetickém případě. Otázka tedy je, zda se Newtonův zákon nezmění pro malé vzdálenosti z r na 1 r. Z experimentálního hlediska je rozdíl v tom, že gravitační působení je ověřováno mnohem obtížněji než elektromagnetické. Například tvar Newtonova zákona jako je ověřen je pro vzdálenosti větší než r = 1 mm. Řekneme-li tedy, že pouze gravitace je citlivá na extra dimenze, je možné, že extra dimenze jsou až 1 mm velké. Jiným důsledkem tohoto scénáře je, že gravitační síla začne vzrůstat už pro mnohem nižší energie než se doposud předpokládalo. Kdybychom v experimentech na další generaci urychlovačů (LHC apod.) zjistili, že energie nám někde mizí, může to být tím, že chybějící energii odnesly gravitony do extra dimenzí. Trošku divočejší případ by nastal, kdybychom měli vedle sebe dva takové bránové světy. Lidé na opačných branách nemohou komunikovat jinak než prostřednictvím gravitonů. Znamená to, že je pak možné, že 2 1 r

18 18 máme také svou stínovou planetu, která leží na jiné bráně než naše. Proto není ta planeta vůbec vidět. Můžeme ji pozorovat jenom prostřednictvím jejího gravitačního působení. Něco podobné době, kdy byl objeven Pluto, ale když se dalekohledem pozorovalo vypočtené místo, kde by ta nová planeta měla být, nic nebylo vidět. Nebo si můžeme představit, že naše Slunce by bylo na druhé stínové bráně: sluneční soustava by vypadala úplně stejně pokud jde o dráhy planet, ale protože světlo je elektromagnetického původu vůbec by Slunce nebylo vidět, bylo by pro nás úplně tmavé.

19 19 Dědičné metabolické poruchy: Viktor Kožich Universita Karlova- 1.lékařská fakulta Ústav dědičných metabolických poruch Ke Karlovu 2, Praha 2 Tel: +420/ nebo V souvislosti s publikací sekvence lidského genomu v roce 2001 se veřejnost táže po praktických dopadech tohoto významného objevu. Tématem dnešní přednášky je ukázat na modelu úzce vymezené oblasti lidské genetiky, jaké jsou současné diagnostické, léčebné a preventivní přístupy k léčbě genetických nemocí. Pro demonstraci přístupů jsem si vybral skupinu dědičných poruch metabolismu a uvnitř této skupiny oblast poruch metabolismu homocysteinu. Níže uvedený materiál je pomůckou pro přednášku a obsahuje pouze některé vybrané pasáže diskutované problematiky. A. Dědičné metabolické poruchy Dědičné poruchy metabolismu (DMP) představují skupinu více než 400 různých genetických onemocnění, která se vyznačují následujícími vlastnostmi: příčinou je obvykle homozygotní deficit enzymu, jeho aktivátoru, transportního proteinu, nebo vzácněji proteinu s jinou funkcí důsledkem enzymové či proteinové dysfunkce je obvykle nahromadění substrátů a nedostatek produktů v odpovídajících metabolických cestách; kombinace těchto faktorů vede k systémovým nebo tkáňově specifickým projevům onemocnění DMP se dědí nejčastěji autosomálně recesivně, mohou se však přenášet i gonosomálně recesivně či maternálně výskyt jednotlivých DPM v populaci není sice příliš častý jednotlivé DMP jsou onemocnění poměrně vzácná, celkově je však výskyt všech DMP jako skupiny nezanedbatelný a incidence se odhaduje nejméně na 1:1000; předpokládá se, že řada pacientů s DMP uniká diagnose a že skutečný výskyt je mnohem vyšší přenašečem pro některou z DMP je podle odhadů nejméně každý 15. jedinec v populaci DMP se mohou projevovat v každém věkovém období, nejčastěji v novorozeneckém až batolecím věku DMP mohou postihovat všechny orgány ačkoliv existují známky vysoce specifické pro DMP (jako např. abnormální zápach či zbarvení moči nebo charakteristické změny při očním vyšetření), většina DMP se projevuje nespecifickými příznaky jako je např. neprospívání, psychomotorická retardace, nebo poruchy vědomí typickým rysem DMP je přítomnost abnormálních koncentrací různých metabolitů v tělesných tekutinách a prokazatelná dysfunkce enzymů ve tkáních DMP postihující funkci organel (lysosomů, mitochondrií či peroxisomů) jsou obvykle neléčitelné, i když u některých lysosomálních nemocí se začíná používat enzymová therapie nebo inhibitory synthesy glykolipidů DMP zasahující do metabolismu aminokyselin, organických kyselin, amoniaku, do přeměny sacharidů a mastných kyselin jsou poměrně často therapeuticky ovlivnitelné speciálními dietami nebo podáváním některých vitaminových kofaktorů u některých DMP se hromadí vysoce toxické metabolity, které vedou k akutním metabolickým dekompensacím a poruchám vědomí; pacienti s těmito chorobami vyžadují celoživotně a opakovaně intensivní péči většinu DMP lze diagnostikovat prenatálně analysou enzymové aktivity nebo mutací v choriových klcích či amniocytech, nebo vyšetřením metabolitů v plodové vodě

20 20 B. DMP v České republice Problematice dědičných metabolických poruch je v ČR věnována pozornost od konce 60.let, v roce 1975 byl zaveden celopopulačního screeningu fenylketonurie a hyperfenylalaninemií v bývalé ČSR. S následným rozvojem technik pro diagnostiku DMP vzniklo na území ČR několik laboratoří zabývajících se diagnostikou DMP, přičemž dostupnost metodik v naší republice je srovnatelná s běžným evropským průměrem. Naše pracoviště disponuje přístrojovou technikou a týmovou zkušeností v rozsahu, který umožňuje diagnostikovat většinu DMP na úrovni metabolitů a velký počet DMP na úrovni enzymatické či molekulové. U části pacientů s extrémně vzácnými DMP nelze diagnosu stanovit vlastními silami a je nezbytné požádat o ověření diagnosy některé z vysoce specialisovaných zahraničních pracovišť. Protože naše pracoviště stanovuje konečnou diagnosu DMP u většiny pacientů z celé ČR a u některých pacientů ze zahraničí, přehled případů diagnostikovaných naší laboratoří odráží s velkou pravděpodobností situaci v ČR. Podrobnější analysu výskytu jsme provedli pro roky , kdy naše pracoviště diagnostikovalo 373 převážně českých pacientů s DMP, zastoupeno bylo 70 různých nosologických jednotek. Přesnou incidenci nelze spolehlivě určit z řady příčin, např. vzhledem k různému věku manifestace DMP, vyšetřování pouze symptomatických jedinců, diagnostice lysosomálních a mitochondriálních chorob v naší laboratoři nejen u pacientů z ČR ale i ze SR. Přibližný odhad incidence je založený na počtu novorozenců v ČR za toto pětileté období a pohybuje se kolem 1:1270, podobný trend byl zachován i v následujících letech. Z přehledu jednotlivých skupin onemocnění (viz obrázek níže) vyplývá, že nejčastějšími diagnostikovanými DMP v naší populaci jsou mitochondriální poruchy, hyperfenylalaninemie a fenylketonurie, a lysosomální enzymopathie. Do incidence DPM v ČR nejsou započítány poruchy metabolismu lipoproteinů, porfyrie a hyperurikemie. Zastoupení DMP v ČR ( ) puriny/pyrimidiny 6% sacharidy 9% mitochondriální 21% beta-oxidace a OAU 9% AMK bez HPA 12% lysosomální 19% HPA a PKU 21% peroxisomální 3% C. Poruchy metabolismu homocysteinu jako model DMP

Vodík jako alternativní ekologické palivo. palivové články a vodíkové hospodářství

Vodík jako alternativní ekologické palivo. palivové články a vodíkové hospodářství Vodík jako alternativní ekologické palivo palivové články a vodíkové hospodářství Charakteristika vodíku vodík je nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru na Zemi je třetím nejrozšířenějším prvkem po kyslíku

Více

ELEKTROCHEMIE. Zabývá se rovnováhami a ději v soustavách obsahující elektricky nabité částice. Ca 2+ x Ca +II

ELEKTROCHEMIE. Zabývá se rovnováhami a ději v soustavách obsahující elektricky nabité částice. Ca 2+ x Ca +II ELEKTROCHEMIE Zabývá se rovnováhami a ději v soustavách obsahující elektricky nabité částice. Ca 2+ x Ca +II Samostatný kation Oxidační číslo ve sloučenině Sám Jen ve sloučenině 1 ELEKTROCHEMIE: POJMY

Více

Elektrický proud v kapalinách

Elektrický proud v kapalinách Elektrický proud v kapalinách Čisté kapaliny omezíme se na vodu jsou poměrně dobrými izolanty. Když však ve vodě rozpustíme sůl, kyselinu anebo zásadu, získáme tzv. elektrolyt, který je již poměrně dobrým

Více

Palivové články. Obsah 1 Seznam zkratek... 3 Úvod... 3

Palivové články. Obsah 1 Seznam zkratek... 3 Úvod... 3 Palivové články Obsah 1 Seznam zkratek... 3 Úvod... 3 8.1 Historie a blízká budoucnost 3 8.2 Základní princip a konstrukce palivových článků... 5 8.2.1 Rozdělení palivových článků.. 8 8.2.2 Aplikace, výhody

Více

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/02.0012 GG OP VK

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/02.0012 GG OP VK Fyzikální vzdělávání 1. ročník Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník 1 Elektřina a magnetismus - elektrický náboj tělesa, elektrická síla, elektrické pole, kapacita vodiče - elektrický proud v látkách, zákony

Více

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH Jan Hruška TV-FYZ Ahoj, tak jsme tady znovu a pokusíme se Vám vysvětlit problematiku vedení elektrického proudu v látkách. Co je to vlastně elektrický proud? Na to

Více

ELEKTROLÝZA. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: 13. 3. 2012. Ročník: osmý

ELEKTROLÝZA. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: 13. 3. 2012. Ročník: osmý Autor: Mgr. Stanislava Bubíková ELEKTROLÝZA Datum (období) tvorby: 13. 3. 2012 Ročník: osmý Vzdělávací oblast: Člověk a příroda / Chemie / Chemické reakce 1 Anotace: Žáci se seznámí s elektrolýzou. V rámci

Více

Elektřina. Elektrostatika: Elektrostatika: Elektrostatika: Analogie elektřiny s mechanikou: Elektrostatika: Souvislost a analogie s mechanikou.

Elektřina. Elektrostatika: Elektrostatika: Elektrostatika: Analogie elektřiny s mechanikou: Elektrostatika: Souvislost a analogie s mechanikou. Elektrostatika: Elektřina pro bakalářské obory Souvislost a analogie s mechanikou. Elektron ( v antice ) =?? Petr Heřman Ústav biofyziky, UK.LF Elektrostatika: Souvislost a analogie s mechanikou. Elektron

Více

10. Energie a její transformace

10. Energie a její transformace 10. Energie a její transformace Energie je nejdůležitější vlastností hmoty a záření. Je obsažena v každém kousku hmoty i ve světelném paprsku. Je ve vesmíru a všude kolem nás. S energií se setkáváme na

Více

Elektřina: Elektrostatika: Elektrostatika: Elektrostatika: Analogie elektřiny s mechanikou: Elektrostatika: Souvislost a analogie s mechanikou.

Elektřina: Elektrostatika: Elektrostatika: Elektrostatika: Analogie elektřiny s mechanikou: Elektrostatika: Souvislost a analogie s mechanikou. Elektřina pro bakalářské obory Elektron ( v antice ) =?? Petr Heřman Ústav biofyziky, K.LF Elektron ( v antice ) = jantar Jak souvisí jantar s elektřinou?? Jak souvisí jantar s elektřinou: Mechanické působení

Více

AKUMULÁTORY. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: 15. 3. 2012. Ročník: devátý

AKUMULÁTORY. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: 15. 3. 2012. Ročník: devátý Autor: Mgr. Stanislava Bubíková AKUMULÁTORY Datum (období) tvorby: 15. 3. 2012 Ročník: devátý Vzdělávací oblast: Člověk a příroda / Chemie / Chemické reakce 1 Anotace: Žáci se seznámí se zdroji elektrického

Více

Elektrochemie. 2. Elektrodový potenciál

Elektrochemie. 2. Elektrodový potenciál Elektrochemie 1. Poločlánky Ponoříme-li kov do roztoku jeho solí mohou nastav dva různé děje: a. Do roztoku se z kovu uvolňují kationty (obr. a), na elektrodě vzniká převaha elektronů. Elektroda se tedy

Více

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, 566 01 Vysoké Mýto

Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, 566 01 Vysoké Mýto Gymnázium Vysoké Mýto nám. Vaňorného 163, 566 01 Vysoké Mýto Oxidace a redukce jsou chemické reakce spojené s výměnou elektronů. Při oxidaci látka elektrony uvolňuje a její oxidační číslo se zvyšuje.

Více

Fyzika, maturitní okruhy (profilová část), školní rok 2014/2015 Gymnázium INTEGRA BRNO

Fyzika, maturitní okruhy (profilová část), školní rok 2014/2015 Gymnázium INTEGRA BRNO 1. Jednotky a veličiny soustava SI odvozené jednotky násobky a díly jednotek skalární a vektorové fyzikální veličiny rozměrová analýza 2. Kinematika hmotného bodu základní pojmy kinematiky hmotného bodu

Více

Energie v chemických reakcích

Energie v chemických reakcích Energie v chemických reakcích Energetická bilance reakce CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + HCl rozštěpení vazeb vznik nových vazeb V chemických reakcích dochází ke změně vazeb mezi atomy. Vazebná energie uvolnění

Více

Elektrický proud v elektrolytech

Elektrický proud v elektrolytech Elektrolytický vodič Elektrický proud v elektrolytech Vezěe nádobu s destilovanou vodou (ta nevede el. proud) a vlože do ní dvě elektrody, které připojíe do zdroje stejnosěrného napětí. Do vody nasypee

Více

Fyzikální chemie. ochrana životního prostředí analytická chemie chemická technologie denní. Platnost: od 1. 9. 2009 do 31. 8. 2013

Fyzikální chemie. ochrana životního prostředí analytická chemie chemická technologie denní. Platnost: od 1. 9. 2009 do 31. 8. 2013 Učební osnova předmětu Fyzikální chemie Studijní obor: Aplikovaná chemie Zaměření: Forma vzdělávání: Celkový počet vyučovacích hodin za studium: Analytická chemie Chemická technologie Ochrana životního

Více

Laboratorní úloha č. 2 - Vnitřní odpor zdroje

Laboratorní úloha č. 2 - Vnitřní odpor zdroje Laboratorní úloha č. 2 - Vnitřní odpor zdroje Úkoly měření: 1. Sestrojte obvod pro určení vnitřního odporu zdroje. 2. Určete elektromotorické napětí zdroje a hodnotu vnitřního odporu R i zdroje včetně

Více

Charakteristika fotovoltaického panelu, elektrolyzéru a palivového článku

Charakteristika fotovoltaického panelu, elektrolyzéru a palivového článku Charakteristika fotovoltaického panelu, elektrolyzéru a palivového článku Fotovoltaické panely a palivové články v současné době představují perspektivní oblast alternativních zdrojů elektrické energie

Více

Datum: 21. 8. 2013 Projekt: Využití ICT techniky především v uměleckém vzdělávání Registrační číslo: CZ.1.07./1.5.00/34.

Datum: 21. 8. 2013 Projekt: Využití ICT techniky především v uměleckém vzdělávání Registrační číslo: CZ.1.07./1.5.00/34. Datum: 21. 8. 2013 Projekt: Využití ICT techniky především v uměleckém vzdělávání Registrační číslo: CZ.1.07./1.5.00/34.1013 Číslo DUM: VY_32_INOVACE_93 Škola: Akademie VOŠ, Gymn. a SOŠUP Světlá nad Sázavou

Více

Tabulace učebního plánu. Obecná chemie. Vzdělávací obsah pro vyučovací předmět : Ročník: 1.ročník a kvinta

Tabulace učebního plánu. Obecná chemie. Vzdělávací obsah pro vyučovací předmět : Ročník: 1.ročník a kvinta Tabulace učebního plánu Vzdělávací obsah pro vyučovací předmět : CHEMIE Ročník: 1.ročník a kvinta Obecná Bezpečnost práce Názvosloví anorganických sloučenin Zná pravidla bezpečnosti práce a dodržuje je.

Více

Výukové texty pro předmět Měřící technika (KKS/MT) na téma Podklady k principu měření hodnoty ph a vodivosti kapalin

Výukové texty pro předmět Měřící technika (KKS/MT) na téma Podklady k principu měření hodnoty ph a vodivosti kapalin Výukové texty pro předmět Měřící technika (KKS/MT) na téma Podklady k principu měření hodnoty ph a vodivosti kapalin Autor: Doc. Ing. Josef Formánek, Ph.D. Podklady k principu měření hodnoty ph a vodivosti

Více

Eva Benešová. Dýchací řetězec

Eva Benešová. Dýchací řetězec Eva Benešová Dýchací řetězec Dýchací řetězec Během oxidace látek vstupujících do různých metabolických cyklů (glykolýza, CC, beta-oxidace MK) vznikají NADH a FADH 2, které následně vstupují do DŘ. V DŘ

Více

Chemie - 5. ročník. přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata. očekávané výstupy RVP. témata / učivo. očekávané výstupy ŠVP.

Chemie - 5. ročník. přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata. očekávané výstupy RVP. témata / učivo. očekávané výstupy ŠVP. očekávané výstupy RVP témata / učivo Chemie - 5. ročník Žák: očekávané výstupy ŠVP přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata 1.2., 2.1., 2.2., 2.4., 3.3. 1. Přeměny chemických soustav chemická

Více

11. Chemické reakce v roztocích

11. Chemické reakce v roztocích Roztok - simila similimbus solventur Typy reakcí elektrolytů Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti roztok - simila similimbus solventur rozpouštědla (nečistoty vůči rozpuštěným

Více

4.4.3 Galvanické články

4.4.3 Galvanické články ..3 Galvanické články Předpoklady: 01 Zapíchnu do citrónu dva plíšky z různých kovů mezi kovy se objeví napětí (měřitelné voltmetrem) získal jsem baterku, ale žárovku nerozsvítím (citrobaterie dává pouze

Více

T03 Voda v anorganické chemii e-learning pro žáky

T03 Voda v anorganické chemii e-learning pro žáky T03 Voda v anorganické chemii e-learning pro žáky Elektrochemie Protože redoxní reakce jsou děje spojené s přenosem elektronů z redukčního činidla, které elektrony odevzdává, na oxidační činidlo, které

Více

9. ročník Galvanický článek

9. ročník Galvanický článek 9. ročník Galvanický článek Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. fotografie v prezentaci

Více

Úloha 3-15 Protisměrné reakce, relaxační kinetika... 5. Úloha 3-18 Protisměrné reakce, relaxační kinetika... 6

Úloha 3-15 Protisměrné reakce, relaxační kinetika... 5. Úloha 3-18 Protisměrné reakce, relaxační kinetika... 6 3. SIMULTÁNNÍ REAKCE Úloha 3-1 Protisměrné reakce oboustranně prvého řádu, výpočet přeměny... 2 Úloha 3-2 Protisměrné reakce oboustranně prvého řádu, výpočet času... 2 Úloha 3-3 Protisměrné reakce oboustranně

Více

Vícefázové reaktory. Probublávaný reaktor plyn kapalina katalyzátor. Zuzana Tomešová

Vícefázové reaktory. Probublávaný reaktor plyn kapalina katalyzátor. Zuzana Tomešová Vícefázové reaktory Probublávaný reaktor plyn kapalina katalyzátor Zuzana Tomešová 2008 Probublávaný reaktor plyn - kapalina - katalyzátor Hydrogenace méně těkavých látek za vyššího tlaku Kolony naplněné

Více

Energetický metabolizmus buňky

Energetický metabolizmus buňky Energetický metabolizmus buňky Buňky vyžadují neustálý přísun energie pro tvorbu a udržování biologického pořádku (život). Tato energie pochází z energie chemických vazeb v molekulách potravy (energie

Více

Chemie - 3. ročník. přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata. očekávané výstupy RVP. témata / učivo. očekávané výstupy ŠVP.

Chemie - 3. ročník. přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata. očekávané výstupy RVP. témata / učivo. očekávané výstupy ŠVP. očekávané výstupy RVP témata / učivo Chemie - 3. ročník Žák: očekávané výstupy ŠVP přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata 1.1., 1.2., 1.3., 1.4., 2.1. 1. Látky přírodní nebo syntetické

Více

Výměna tepla může probíhat vedením (kondukcí), prouděním (konvekcí) nebo sáláním (zářením).

Výměna tepla může probíhat vedením (kondukcí), prouděním (konvekcí) nebo sáláním (zářením). 10. VÝMĚNÍKY TEPLA Výměníky tepla jsou zařízení, ve kterých se jeden proud ohřívá a druhý ochlazuje sdílením tepla. Nezáleží přitom na konečném cíli operace, tj. zda chceme proud ochladit nebo ohřát, ani

Více

Praktický kurz Monitorování hladiny metalothioneinu po působení iontů těžkých kovů Vyhodnocení měření

Praktický kurz Monitorování hladiny metalothioneinu po působení iontů těžkých kovů Vyhodnocení měření Laboratoř Metalomiky a Nanotechnologií Praktický kurz Monitorování hladiny metalothioneinu po působení iontů těžkých kovů Vyhodnocení měření Vyučující: Ing. et Ing. David Hynek, Ph.D., Prof. Ing. René

Více

ŘADA KOVŮ, LP č. 1 REAKCE KOVŮ

ŘADA KOVŮ, LP č. 1 REAKCE KOVŮ ŘADA KOVŮ, LP č. 1 REAKCE KOVŮ Autor: Mgr. Stanislava Bubíková Datum (období) tvorby: 27. 2. 2012 Ročník: osmý Vzdělávací oblast: Člověk a příroda / Chemie / Částicové složení látek a chemické prvky; chemické

Více

Termodynamika (td.) se obecně zabývá vzájemnými vztahy a přeměnami různých druhů

Termodynamika (td.) se obecně zabývá vzájemnými vztahy a přeměnami různých druhů Termodynamika (td.) se obecně zabývá vzájemnými vztahy a přeměnami různých druhů energií (mechanické, tepelné, elektrické, magnetické, chemické a jaderné) při td. dějích. Na rozdíl od td. cyklických dějů

Více

Práce, energie a další mechanické veličiny

Práce, energie a další mechanické veličiny Práce, energie a další mechanické veličiny Úvod V předchozích přednáškách jsme zavedli základní mechanické veličiny (rychlost, zrychlení, síla, ) Popis fyzikálních dějů usnadňuje zavedení dalších fyzikálních

Více

Maturitní témata fyzika

Maturitní témata fyzika Maturitní témata fyzika 1. Kinematika pohybů hmotného bodu - mechanický pohyb a jeho sledování, trajektorie, dráha - rychlost hmotného bodu - rovnoměrný pohyb - zrychlení hmotného bodu - rovnoměrně zrychlený

Více

Hybridní pohony. Měniče a nosiče energie. Doc. Ing. Pavel Mindl, CSc. ČVUT FEL Praha

Hybridní pohony. Měniče a nosiče energie. Doc. Ing. Pavel Mindl, CSc. ČVUT FEL Praha Hybridní pohony Měniče a nosiče energie Doc. Ing. Pavel Mindl, CSc. ČVUT FEL Praha 1 Hybridní pohony Obsah Měniče energie pracující na principu Fyzikální princip Pracovní média Účinnost přeměny energie

Více

Zákony ideálního plynu

Zákony ideálního plynu 5.2Zákony ideálního plynu 5.1.1 Ideální plyn 5.1.2 Avogadrův zákon 5.1.3 Normální podmínky 5.1.4 Boyleův-Mariottův zákon Izoterma 5.1.5 Gay-Lussacův zákon 5.1.6 Charlesův zákon 5.1.7 Poissonův zákon 5.1.8

Více

test zápočet průměr známka

test zápočet průměr známka Zkouškový test z FCH mikrosvěta 6. ledna 2015 VZOR/1 jméno test zápočet průměr známka Čas 90 minut. Povoleny jsou kalkulačky. Nejsou povoleny žádné písemné pomůcky. U otázek označených symbolem? uvádějte

Více

ZÁPIS DO ŠKOLNÍHO SEŠITU část 06 ELEKTRICKÝ PROUD - část 01

ZÁPIS DO ŠKOLNÍHO SEŠITU část 06 ELEKTRICKÝ PROUD - část 01 ZÁPIS DO ŠKOLNÍHO SEŠITU část 06 ELEKTRICKÝ PROUD - část 01 01) Co už víme o elektrickém proudu opakování učiva 6. ročníku: Elektrickým obvodem prochází elektrický proud, jestliže: je v něm zapojen zdroj

Více

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332 Úvodní obrazovka Menu (vlevo nahoře) Návrat na hlavní stránku Obsah Výsledky Poznámky Záložky edunet Konec Chemie 1 (pro 12-16 let) LangMaster Obsah (střední část) výběr tématu - dvojklikem v seznamu témat

Více

R10 F Y Z I K A M I K R O S V Ě T A. R10.1 Fotovoltaika

R10 F Y Z I K A M I K R O S V Ě T A. R10.1 Fotovoltaika Fyzika pro střední školy II 84 R10 F Y Z I K A M I K R O S V Ě T A R10.1 Fotovoltaika Sluneční záření je spojeno s přenosem značné energie na povrch Země. Její velikost je dána sluneční neboli solární

Více

ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH

ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH ELEKTRICKÝ PROUD V KPLINÁCH 1. Elektrolyt a elektrolýza elektrolyt kapalina, která může vést elektrický proud (musí obsahovat ionty kyselin, zásad nebo solí - rozpuštěné nebo roztavené) elektrolýza proces,

Více

Na Zemi tvoří vodík asi 15 % atomů všech prvků. Chemické slučování je děj, při kterém z látek jednodušších vznikají látky složitější.

Na Zemi tvoří vodík asi 15 % atomů všech prvků. Chemické slučování je děj, při kterém z látek jednodušších vznikají látky složitější. Nejjednodušší prvek. Na Zemi tvoří vodík asi 15 % atomů všech prvků. Chemické slučování je děj, při kterém z látek jednodušších vznikají látky složitější. Vodík tvoří dvouatomové molekuly, je lehčí než

Více

ELEKTRICKÉ POLE V BUŇKÁCH A V ORGANISMU. Helena Uhrová

ELEKTRICKÉ POLE V BUŇKÁCH A V ORGANISMU. Helena Uhrová ELEKTRICKÉ POLE V BUŇKÁCH A V ORGANISMU Helena Uhrová Hierarichické uspořádání struktury z fyzikálního hlediska organismus člověk elektrodynamika Maxwellovy rovnice buňka akční potenciál fenomenologická

Více

C-1 ELEKTŘINA Z CITRONU

C-1 ELEKTŘINA Z CITRONU Experiment C-1 ELEKTŘINA Z CITRONU CÍL EXPERIMENTU Praktické ověření, že z citronu a také jiných potravin standardně dostupných v domácnosti lze sestavit funkční elektrochemické články. Měření napětí elektrochemického

Více

Základy elektrotechniky

Základy elektrotechniky A) Elektrický obvod je vodivé spojení elektrických prvků (součástek) plnící zadanou funkci např. generování elektrického signálu o určitých vlastnostech, zesílení el. signálu, přeměna el. energie na jiný

Více

CHEMICKÁ ENERGETIKA. Celá termodynamika je logicky odvozena ze tří základních principů, které mají axiomatický charakter.

CHEMICKÁ ENERGETIKA. Celá termodynamika je logicky odvozena ze tří základních principů, které mají axiomatický charakter. CHEMICKÁ ENERGETIKA Energetickou stránkou soustav a změnami v těchto soustavách se zabývá fyzikální disciplína termodynamika. Z široké oblasti obecné termodynamiky se chemická termodynamika zajímá o chemické

Více

Pomůcky, které poskytuje sbírka fyziky, a audiovizuální technika v učebně fyziky, interaktivní tabule a i-učebnice

Pomůcky, které poskytuje sbírka fyziky, a audiovizuální technika v učebně fyziky, interaktivní tabule a i-učebnice Předmět: Náplň: Třída: Počet hodin: Pomůcky: Fyzika (FYZ) Práce a energie, tepelné jevy, elektrický proud, zvukové jevy Tercie 1+1 hodina týdně Pomůcky, které poskytuje sbírka fyziky, a audiovizuální technika

Více

Laboratorní cvičení z kinetiky chemických reakcí

Laboratorní cvičení z kinetiky chemických reakcí Laboratorní cvičení z kinetiky chemických reakcí LABORATORNÍ CVIČENÍ 1. Téma: Ovlivňování průběhu reakce změnou koncentrace látek. podmínek průběhu reakce. Jednou z nich je změna koncentrace výchozích

Více

Solární dům. Vybrané experimenty

Solární dům. Vybrané experimenty Solární dům Vybrané experimenty 1. Závislost U a I na úhlu osvitu stolní lampa, multimetr a) Zapojíme články sériově. b) Na výstup připojíme multimetr. c) Lampou budeme články nasvěcovat pod proměnlivým

Více

ELEKTROCHEMIE A KOROZE Ing. Jiří Vondrák, DrSc. ÚACH AV ČR

ELEKTROCHEMIE A KOROZE Ing. Jiří Vondrák, DrSc. ÚACH AV ČR ELEKTROCHEMIE A KOROZE Ing. Jiří Vondrák, DrSc. ÚACH AV ČR Elektrochemie: chemické reakce vyvolané elektrickým proudem a naopak vznik elektrického proudu z chemických reakcí Historie: L. Galvani - žabí

Více

Průvodka. CZ.1.07/1.5.00/34.0802 Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Pořadí DUMu v sadě 07

Průvodka. CZ.1.07/1.5.00/34.0802 Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Pořadí DUMu v sadě 07 Průvodka Číslo projektu Název projektu Číslo a název šablony klíčové aktivity CZ.1.07/1.5.00/34.0802 Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Příjemce

Více

ELEKTROCHEMIE. Danielův článek e

ELEKTROCHEMIE. Danielův článek e ELEKTROCHEMIE Při reakcích v elektrochemických soustavách vzniká nebo se spotřebovává elektrická energie. Praktické aplikace elektrochemie: 1. Využití elektrochemických soustav jako zdroje elektrické energie

Více

I = Q t. Elektrický proud a napětí ELEKTRICKÝ PROUD A NAPĚTÍ. April 16, 2012. VY_32_INOVACE_47.notebook. Elektrický proud

I = Q t. Elektrický proud a napětí ELEKTRICKÝ PROUD A NAPĚTÍ. April 16, 2012. VY_32_INOVACE_47.notebook. Elektrický proud Základní škola Nový Bor, náměstí Míru 128, okres Česká Lípa, příspěvková organizace email: info@zsnamesti.cz; www.zsnamesti.cz; telefon: 487 722 010; fax: 487 722 378 Registrační číslo: CZ.1.07/1.4.00/21.3267

Více

Metody elektroanalytické

Metody elektroanalytické Důležité veličiny proud I (ampér - A) náboj Q (coulomb - C) Q t = I dt 0 napětí, potenciál U, E, φ (volt - V) odpor R (ohm - Ω), vodivost G (siemens - S) teplota T (K), látkové množství n (mol) Základní

Více

Uhlíkové struktury vázající ionty těžkých kovů

Uhlíkové struktury vázající ionty těžkých kovů Uhlíkové struktury vázající ionty těžkých kovů 7. června/june 2013 9:30 h 17:30 h Laboratoř metalomiky a nanotechnologií, Mendelova univerzita v Brně a Středoevropský technologický institut Budova D, Zemědělská

Více

Radiační odstraňování vybraných kontaminantů z podzemních a odpadních vod

Radiační odstraňování vybraných kontaminantů z podzemních a odpadních vod Radiační odstraňování vybraných kontaminantů z podzemních a odpadních vod Václav Čuba, Viliam Múčka, Milan Pospíšil, Rostislav Silber ČVUT v Praze Centrum pro radiochemii a radiační chemii Fakulta jaderná

Více

Na www.studijni-svet.cz zaslal(a): Téra2507. Elektrochemické metody

Na www.studijni-svet.cz zaslal(a): Téra2507. Elektrochemické metody Na www.studijni-svet.cz zaslal(a): Téra2507 Elektrochemické metody Elektrolýza Do roztoku elektrolytu ponoříme dvě elektrody a vložíme na ně dostatečně velké vnější stejnosměrné napětí. Roztok elektrolytu

Více

Elektrolytické vylučování mědi (galvanoplastika)

Elektrolytické vylučování mědi (galvanoplastika) Elektrolytické vylučování mědi (galvanoplastika) 1. Úvod Často se setkáváme s požadavkem na zhotovení kopie uměleckého nebo muzejního sbírkového předmětu. Jednou z možností je použití galvanoplastické

Více

1. Látkové soustavy, složení soustav

1. Látkové soustavy, složení soustav , složení soustav 1 , složení soustav 1. Základní pojmy 1.1 Hmota 1.2 Látky 1.3 Pole 1.4 Soustava 1.5 Fáze a fázové přeměny 1.6 Stavové veličiny 1.7 Složka 2. Hmotnost a látkové množství 3. Složení látkových

Více

ELEKTRICKÝ PROUD ELEKTRICKÝ ODPOR (REZISTANCE) REZISTIVITA

ELEKTRICKÝ PROUD ELEKTRICKÝ ODPOR (REZISTANCE) REZISTIVITA ELEKTRICKÝ PROD ELEKTRICKÝ ODPOR (REZISTANCE) REZISTIVITA 1 ELEKTRICKÝ PROD Jevem Elektrický proud nazveme usměrněný pohyb elektrických nábojů. Např.:- proud vodivostních elektronů v kovech - pohyb nabitých

Více

Sekunda (2 hodiny týdně) Chemické látky a jejich vlastnosti Směsi a jejich dělení Voda, vzduch

Sekunda (2 hodiny týdně) Chemické látky a jejich vlastnosti Směsi a jejich dělení Voda, vzduch Sekunda (2 hodiny týdně) Chemické látky a jejich vlastnosti Směsi a jejich dělení Voda, vzduch Atom, složení a struktura Chemické prvky-názvosloví, slučivost Chemické sloučeniny, molekuly Chemická vazba

Více

Elektrický proud v kapalinách

Elektrický proud v kapalinách Elektrický proud v kapalinách Kovy obsahují volné (valenční) elektrony a ty způsobují el. proud. Látka se chemicky nemění (vodiče 1. třídy). V polovodičích volné náboje připravíme uměle (teplota, příměsi,

Více

ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH, PLYNECH A POLOVODIČÍCH

ELEKTRICKÝ PROUD V KAPALINÁCH, PLYNECH A POLOVODIČÍCH Škola: Autor: DUM: Vzdělávací obor: Tematický okruh: Téma: Masarykovo gymnázium Vsetín Mgr. Jitka Novosadová MGV_F_SS_3S3_D14_Z_OPAK_E_Elektricky_proud_v_kapalinach _plynech_a_polovodicich_t Člověk a příroda

Více

Modul 02 - Přírodovědné předměty

Modul 02 - Přírodovědné předměty Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují s finanční podporou v Operačním programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost Královéhradeckého kraje Modul 02 - Přírodovědné předměty Hana Gajdušková Výskyt

Více

7) Uveď příklad chemické reakce, při níž se sloučí dva prvky za vzniku sloučeniny. (3) hoření vodíku s kyslíkem a vzniká voda

7) Uveď příklad chemické reakce, při níž se sloučí dva prvky za vzniku sloučeniny. (3) hoření vodíku s kyslíkem a vzniká voda Chemické reakce a děje Chemické reakce 1) Jak se chemické reakce odlišují od fyzikálních dějů? (2) změna vlastností látek, změna vazeb mezi atomy 2) Co označujeme v chemických reakcích jako reaktanty a

Více

ÚPRAVA VODY V ENERGETICE. Ing. Jiří Tomčala

ÚPRAVA VODY V ENERGETICE. Ing. Jiří Tomčala ÚPRAVA VODY V ENERGETICE Ing. Jiří Tomčala Úvod Voda je v elektrárnách po palivu nejdůležitější surovinou Její množství v provozních systémech elektráren je mnohonásobně větší než množství spotřebovaného

Více

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332 Animovaná chemie Top-Hit Analytická chemie Analýza anorganických látek Důkaz aniontů Důkaz kationtů Důkaz kyslíku Důkaz vody Gravimetrická analýza Hmotnostní spektroskopie Chemická analýza Nukleární magnetická

Více

ZÁKLADNÍ MODELY TOKU PORÉZNÍ MEMBRÁNOU

ZÁKLADNÍ MODELY TOKU PORÉZNÍ MEMBRÁNOU ZÁKLADNÍ MODELY TOKU PORÉZNÍ MEMBRÁNOU Znázornění odporů způsobujících snižování průtoku permeátu nástřik porézní membrána Druhy odporů R p blokování pórů R p R a R m R a R m R g R cp adsorbce membrána

Více

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora. Pojmy Metody a formy Poznámky

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora. Pojmy Metody a formy Poznámky Předmět: Náplň: Třída: Počet hodin: Pomůcky: Chemie (CHE) Obecná chemie, anorganická chemie 2. ročník a sexta 2 hodiny týdně Školní tabule, interaktivní tabule, tyčinkové a kalotové modely molekul, zpětný

Více

Otázka: Vodík. Předmět: Chemie. Přidal(a): Anonym. Základní charakteristika

Otázka: Vodík. Předmět: Chemie. Přidal(a): Anonym. Základní charakteristika Otázka: Vodík Předmět: Chemie Přidal(a): Anonym Základní charakteristika Mezinárodní název: hydrogenium První člen periodické soustavy prvků Tvoří základ veškeré živé hmoty Izotopy vodíku Lehký vodík (protium)

Více

37 MOLEKULY. Molekuly s iontovou vazbou Molekuly s kovalentní vazbou Molekulová spektra

37 MOLEKULY. Molekuly s iontovou vazbou Molekuly s kovalentní vazbou Molekulová spektra 445 37 MOLEKULY Molekuly s iontovou vazbou Molekuly s kovalentní vazbou Molekulová spektra Soustava stabilně vázaných atomů tvoří molekulu. Podle počtu atomů hovoříme o dvoj-, troj- a více atomových molekulách.

Více

Voltametrie (laboratorní úloha)

Voltametrie (laboratorní úloha) Voltametrie (laboratorní úloha) Teorie: Voltametrie (přesněji volt-ampérometrie) je nejčastěji používaná elektrochemická metoda, kdy se na pracovní elektrodu (rtuť, platina, zlato, uhlík, amalgamy,...)

Více

Základní škola, Ostrava Poruba, Bulharská 1532, příspěvková organizace

Základní škola, Ostrava Poruba, Bulharská 1532, příspěvková organizace Fyzika - 6. ročník Uvede konkrétní příklady jevů dokazujících, že se částice látek neustále pohybují a vzájemně na sebe působí stavba látek - látka a těleso - rozdělení látek na pevné, kapalné a plynné

Více

Průvodka. CZ.1.07/1.5.00/34.0802 Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Pořadí DUMu v sadě 08

Průvodka. CZ.1.07/1.5.00/34.0802 Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Pořadí DUMu v sadě 08 Průvodka Číslo projektu Název projektu Číslo a název šablony klíčové aktivity CZ.1.07/1.5.00/34.0802 Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Příjemce

Více

Kinetická teorie ideálního plynu

Kinetická teorie ideálního plynu Přednáška 10 Kinetická teorie ideálního plynu 10.1 Postuláty kinetické teorie Narozdíl od termodynamiky kinetická teorie odvozuje makroskopické vlastnosti látek (např. tlak, teplotu, vnitřní energii) na

Více

Návod pro laboratorní úlohu: Komerční senzory plynů a jejich testování

Návod pro laboratorní úlohu: Komerční senzory plynů a jejich testování Návod pro laboratorní úlohu: Komerční senzory plynů a jejich testování Úkol měření: 1) Proměřte závislost citlivosti senzoru TGS na koncentraci vodíku 2) Porovnejte vaši citlivostní charakteristiku s charakteristikou

Více

Úvod do elektrokinetiky

Úvod do elektrokinetiky Úvod do elektrokinetiky Hlavní body - elektrokinetika Elektrické proudy pohyb nábojů Ohmův zákon, mikroskopický pohled Měrná vodivost σ izolanty, vodiče, polovodiče Elektrické zdroje napětí (a proudu)

Více

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora

Gymnázium Jiřího Ortena, Kutná Hora Předmět: Náplň: Třída: Počet hodin: Pomůcky: Chemie (CHE) Obecná chemie 1. ročník a kvinta 2 hodiny týdně Školní tabule, interaktivní tabule, tyčinkové a kalotové modely molekul, zpětný projektor, transparenty,

Více

Pro zředěné roztoky za konstantní teploty T je osmotický tlak úměrný molární koncentraci

Pro zředěné roztoky za konstantní teploty T je osmotický tlak úměrný molární koncentraci TRANSPORTNÍ MECHANISMY Transport látek z vnějšího prostředí do buňky a naopak se může uskutečňovat dvěma cestami - aktivním a pasivním transportem. Pasivním transportem rozumíme přenos látek ve směru energetického

Více

Palivové články. D. Javůrek, M.Záruba Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT Břehová 7, 115 19 Praha 1 navy@centrum.cz

Palivové články. D. Javůrek, M.Záruba Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT Břehová 7, 115 19 Praha 1 navy@centrum.cz Palivové články D. Javůrek, M.Záruba Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT Břehová 7, 115 19 Praha 1 navy@centrum.cz Abstrakt Tato práce by měla jednoduchým způsobem přiblížit co to palivový článek

Více

Složení soustav (roztoky, koncentrace látkového množství)

Složení soustav (roztoky, koncentrace látkového množství) VZOROVÉ PŘÍKLADY Z CHEMIE A DOPORUČENÁ LITERATURA pro přípravu k přijímací zkoušce studijnímu oboru Nanotechnologie na VŠB TU Ostrava Doporučená literatura z chemie: Prakticky jakákoliv celostátní učebnice

Více

MATURITNÍ OTÁZKY Z CHEMIE

MATURITNÍ OTÁZKY Z CHEMIE MATURITNÍ OTÁZKY Z CHEMIE 1 Složení a struktura atomu Vývoj představ o složení a struktuře atomu, elektronový obal atomu, modely atomu, pojem orbital, typy orbitalů, jejich znázorňování a pravidla pro

Více

Očekávané výstupy podle RVP ZV Učivo předmětu Přesahy a vazby

Očekávané výstupy podle RVP ZV Učivo předmětu Přesahy a vazby Předmět: CHEMIE Ročník: 8. Časová dotace: 2 hodiny týdně Očekávané výstupy podle RVP ZV Učivo předmětu Přesahy a vazby Konkretizované tematické okruhy realizovaného průřezového tématu září orientuje se

Více

Úvod do studia organické chemie

Úvod do studia organické chemie Úvod do studia organické chemie 1828... Wöhler... uměle připravil močovinu Organická chemie - chemie sloučenin uhlíku a vodíku, případně dalších prvků (O, N, X, P, S) Příčiny stability uhlíkových řetězců:

Více

ANODA KATODA elektrolyt:

ANODA KATODA elektrolyt: Ukázky z pracovních listů 1) Naznač pomocí šipek, které částice putují k anodě a které ke katodě. Co je elektrolytem? ANODA KATODA elektrolyt: Zn 2+ Cl - Zn 2+ Zn 2+ Cl - Cl - Cl - Cl - Cl - Zn 2+ Cl -

Více

Zdroje elektrické energie

Zdroje elektrické energie Zdroje elektrické energie Zpracoval. Ing. Jaroslav Chlubný 1. Energie Elektrická energie nás provází na každém kroku bez ní si dnešní život stěží dokážeme představit. Stačí když nám dojde baterka v mobilu

Více

N A = 6,023 10 23 mol -1

N A = 6,023 10 23 mol -1 Pro vyjadřování množství látky se v chemii zavádí veličina látkové množství. Značí se n, jednotkou je 1 mol. Látkové množství je jednou ze základních veličin soustavy SI. Jeden mol je takové množství látky,

Více

AMINOKYSELINY REAKCE

AMINOKYSELINY REAKCE CHEMIE POTRAVIN - cvičení AMINOKYSELINY REAKCE Milena Zachariášová (milena.zachariasova@vscht.cz) Ústav chemie a analýzy potravin, VŠCHT Praha REAKCE AMINOKYSELIN část 1 ELIMINAČNÍ REAKCE DEKARBOXYLACE

Více

OBECNÁ CHEMIE František Zachoval CHEMICKÉ ROVNOVÁHY 1. Rovnovážný stav, rovnovážná konstanta a její odvození Dlouhou dobu se chemici domnívali, že jakákoliv chem.

Více

Do této skupiny patří dusík, fosfor, arsen, antimon a bismut. Společnou vlastností těchto prvků je pět valenčních elektronů v orbitalech ns a np:

Do této skupiny patří dusík, fosfor, arsen, antimon a bismut. Společnou vlastností těchto prvků je pět valenčních elektronů v orbitalech ns a np: PRVKY PÁTÉ SKUPINY Do této skupiny patří dusík, fosfor, arsen, antimon a bismut. Společnou vlastností těchto prvků je pět valenčních elektronů v orbitalech ns a np: Obecná konfigurace: ns np Nejvyšší kladné

Více

CHEMICKÉ VÝPOČTY I. ČÁST LÁTKOVÉ MNOŽSTVÍ. HMOTNOSTI ATOMŮ A MOLEKUL.

CHEMICKÉ VÝPOČTY I. ČÁST LÁTKOVÉ MNOŽSTVÍ. HMOTNOSTI ATOMŮ A MOLEKUL. CHEMICKÉ VÝPOČTY I. ČÁST LÁTKOVÉ MNOŽSTVÍ. HMOTNOSTI ATOMŮ A MOLEKUL. Látkové množství Značka: n Jednotka: mol Definice: Jeden mol je množina, která má stejný počet prvků, jako je atomů ve 12 g nuklidu

Více

Elektrický proud v kovech Odpor vodiče, Ohmův zákon Kirchhoffovy zákony, Spojování rezistorů Práce a výkon elektrického proudu

Elektrický proud v kovech Odpor vodiče, Ohmův zákon Kirchhoffovy zákony, Spojování rezistorů Práce a výkon elektrického proudu Elektrický proud Elektrický proud v kovech Odpor vodiče, Ohmův zákon Kirchhoffovy zákony, Spojování rezistorů Práce a výkon elektrického proudu Elektrický proud v kovech Elektrický proud = usměrněný pohyb

Více

CHEMIE. Obsahové, časové a organizační vymezení předmětu

CHEMIE. Obsahové, časové a organizační vymezení předmětu 8. 9. ročník Charakteristika předmětu Obsahové, časové a organizační vymezení předmětu Vyučovací předmět chemie má časovou dotaci 2 hodiny týdně v 8. a 9. ročníku. Vzdělávací obsah tohoto předmětu je totožný

Více

Palivová soustava Steyr 6195 CVT

Palivová soustava Steyr 6195 CVT Tisková zpráva Pro více informací kontaktujte: AGRI CS a.s. Výhradní dovozce CASE IH pro ČR email: info@agrics.cz Palivová soustava Steyr 6195 CVT Provoz spalovacího motoru lze řešit mimo používání standardního

Více

Decentralizovaná KVET VÝHLEDOVÉ PERSPEKTIVNÍ TYPY ZDROJŮ ELEKTŘINY A TEPLA. Tepelná síť. DKVET na bázi spalovacích motorů

Decentralizovaná KVET VÝHLEDOVÉ PERSPEKTIVNÍ TYPY ZDROJŮ ELEKTŘINY A TEPLA. Tepelná síť. DKVET na bázi spalovacích motorů VÝHLEDOVÉ PERSPEKTIVNÍ TYPY ZDROJŮ ELEKTŘINY A TEPLA Kombinovaná výroba elektřiny a tepla (KVET) Kombinovaná výroba elektřiny a tepla je významná z hledisek energetických ekologických společenských musí

Více