Chemie kolem nás...a v nás

Transkript

1 Chemie kolem nás......a v nás Popularizační přednáška o chemii RNDr. Lukáš Richtera, Ph.D. Ústav chemie materiálů Fakulta chemická VUT v Brně

2 O čem bude reč? Setkáváme se s chemií v běžném životě? Jaké jsou moderní trendy v chemii? Jaké metody využívá současný chemik? Co se zkoumá na ÚCHM na FCH VUT v Brně?

3 Setkáváme se s chemií v běžném životě? zubní pasta: voda, abrazivum (CaCO 3, SiO 2, CaHPO 4 ), NaF, pěnící prostředky, příchutě, pojidlo, barviva a další... kontaktní čočky: dle účelu a výrobce různé polymery resp. kopolymery na bázi silikonů, PMMA (polymethylmethakrylát), CAB (acetobutyrát celulózy)...

4 Setkáváme se s chemií v běžném životě? voda z vodovodního řadu: prochází řadou úprav, např. úpravou ph, koagulací pomocí Al 2 (SO 4 ) 3, sedimentací, filtrací, dezinfekcí pomocí UV záření a O 3, ztvrzování pomocí vápenné vody a CO 2, chlorací pomocí Cl 2 mýdlo: směs hydratovaných alkalických solí vyšších alifatických karboxylových kyselin (mastných kyselin), dále obsahují tuky (především lanolin), barviva, esence a parfémy, stabilizační látky, dezinfekční látky, desodoranty a glycerinem

5 Setkáváme se s chemií v běžném životě? obuv: mimo přírodních materiálů jako bavlny (cotton) nebo kůže obsahují umělá vlákna, např. polyamid, polypropylen, polyuretan, polyester... avšak i použití přírodních materiálů znamená použití chemických látek (zpracování kůže, pesticidy při pěstování bavlny apod.) brýle: klasické sklo a kov, moderní high-tech materiály (kompozitní materiály)

6 Setkáváme se s chemií v běžném životě? sladidla: běžně přírodní cukr (sacharóza), ale často umělá sladidla, např. sacharin, aspartam, sukralóza, sorbitol... nápoje: regulátory kyselosti (kyselina citronová, kyselina fosforečná), aroma (většinou tzv. přírodně identické nebo umělé), barviva, ochucovadla, stabilizátory, umělá sladidla

7 Setkáváme se s chemií v běžném životě? elektronika: částé využívání kompozitních materiálů, drahé kovy (1 tuna mobilních telefonů obsahuje 150 g zlata a 3 kg stříbra), měď, polovodiče... baterie a akumulátory: těžké kovy (Hg, Cd), akumulátory NiCd, NiMH

8 Setkáváme se s chemií v běžném životě? BIOCHEMICKÉ CESTY

9 Setkáváme se s chemií v běžném životě?

10 Jaké jsou moderní trendy v chemii? NANOTECHNOLOGIE první vize nanotechnologie objev fullerenů nápis IBM ze 32 atomů xenonu sériová výroba C molekulové přepínače první nanomotorek první nanolaser - optický přenos dat v inteligentních nanosystémech molekulární paměť uhlíkový světelný zdroj x tenčí než lidský vlas

11 Jaké jsou moderní trendy v chemii? nanotechnologie v automobilovém průmyslu nové typy nátěrů, lehkých kovů, slitin, plastů a katalyzátorů, které umožní snížení spotřeby a váhy automobilů, nové typy lithiumiontových baterií, palivové články... nanotechnologie v elektronice miniaturní světelné přepínače vyrobené nanotechnologií mohou kontrolovat tok informací v podobě světla - výkonnost čipů s touto technologií by měla být až stonásobná, spotřeba energie naopak mnohonásobně menší...

12 Jaké jsou moderní trendy v chemii? nanotechnologie ve stavebnictví vlivem UV záření se na nanočásticích TiO 2 tvoří z kyslíku záporně nabitý peroxidický radikál, který s vodou tvoří další radikály se silně antibakteriálními, oxidačními a destrukčními účinky na většinu organických látek a ty jsou oxidovány až na oxid uhličitý, vodu a další plynné produkty nové izolační materiály, samočistící fasádní nátěry, okna se samočistícím účinkem, antiadhezní obklady...

13 Jaké jsou moderní trendy v chemii? nanovlákna a nanotrubičky: mimo uhlíkových i slibnější na bázi boru (BN), zatím ve fázi výzkumu a poloprovozní výroby testovaná experimentální vlákna vyrobená z uhlíkových nanotrubiček vykazují vynikající mechanické vlastnosti, např. síť utkaná z jednoho kilogramu "nanovláken" zastaví automobil jedoucí stokilometrovou rychlostí.

14 Jaké jsou moderní trendy v chemii? Uhlíkové nanotrubičky (nanotubes) jsou formálním strukturním mezistupněm mezi grafitem a fullerenem (grafit stočený do válce). Jsou známy způsoby, jak připravovat nanotrubičky dlouhé několik desítek metrů (při průměru desítek nanometrů). Existují i struktury vzniklé soustředným umístěním několika nanotrubiček různého průměru do sebe. Nanotrubičky vykazují řadu velice zajímavých, neobvyklých a slibných vlastností (např. elektrickou vodivost). Vodivost nanotrubiček lze zvýšit, vyplní-li se atomy kovů (např. chromem, niklem či gadoliniem). Takovým nanotrubičkám se říká nanodrátky (nanowire).

15 Jaké jsou moderní trendy v chemii? nanomotory: zařízení na úrovni molekul, které je schopné převádět energii na pohyb...

16 Jaké metody využívá současný chemik? Chemik už dávno není v laboratoři odkázán pouze na klasické postupy analytické chemie, pracoviště jsou běžně vybavena technikami, které odhalí i věci lidskému oku neviditelné... NMR MS RTG a mnohé další

17 Jaké metody využívá současný chemik? NUKLEÁRNÍ MAGNETICKÁ REZONANCE (NMR) použitelné pro jádra s nenulovým jaderným spinem (např. 1 H, 13 C, 31 P, 77 Se a mnohá další) v současné době jsou již celkem běžné přístroje s vysokým rozlišením (600 MHz)

18 Jaké metody využívá současný chemik? NUKLEÁRNÍ MAGNETICKÁ REZONANCE (NMR) NMR spektra vypovídají nejen o rozmístění atomů v molekule, ale podávají i informaci o jejich zastoupení ve směsi moderními metodami NMR spektroskopie je možné zjistit i strukturu menších proteinů

19 Jaké metody využívá současný chemik? NUKLEÁRNÍ MAGNETICKÁ REZONANCE (NMR) NMR měření neovlivňuje samotnou reakční směs, lze proto studovat reakční mechanismy, chemické rovnováhy a mnohé další...

20 Jaké metody využívá současný chemik? HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE (MS) ionizované molekuly resp. fragmenty molekul mají v magnetickém poli odlišnou trajektorii (díky různému poměru hmota / náboj) a proto nedopadají na stejné místo na detektoru

21 Jaké metody využívá současný chemik? HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE (MS) MS se velmi často kombinuje s jinými technikami, ideálně separačními, obvykle např. s plynovou chromatografií (GC/MS)... způsobů ionizace vzorku je celá řada, např.: nárazem elektronů působením elektrostatického pole chemickou ionizací elektrosprejem, termosprejem laserem

22 Jaké metody využívá současný chemik? RENTGENOVÁ STRUKTURNÍ ANALÝZA (RTG, X-ray) RTG nám umožňuje zobrazit rozmístění atomů v molekule, nutné je však připravit monokrystal zkoumané látky

23 Jaké metody využívá současný chemik? RENTGENOVÁ STRUKTURNÍ ANALÝZA (RTG, X-ray) moderní RTG umožňuje i analýzu struktury proteinů a to i větších, než jaké umožňuje NMR, jedná se však o poměrně náročnou techniku a je opět nutné získat krystal zkoumaného proteinu

24 Jaké metody využívá současný chemik? RENTGENOVÁ STRUKTURNÍ ANALÝZA (RTG, X-ray) vedle rentgenova záření existují i techniky, které jako difraktujícího záření používají svazek elektronů nebo neutronů využití jiného záření s sebou nese odlišné techniky, ale podstata zpracování dat je stejná

25 Co se zkoumá na ÚCHM na FCH VUT v Brně? Polymerní nanokompozity Kompozitní materiály Syntéza makromonomerů a blokových kopolymerů Biomateriály pro tkáňové inženýrství Depozice a charakterizace plazmových polymerů Simulace a modelování Geopolymery Koroze a ochrana kovových materiálů Syntéza organokovových sloučenin

26 Co se zkoumá na ÚCHM na FCH VUT v Brně? Noc vědců Den chemie Den otevřených dveří