Chemie na GJN

Vzduch, který nás obklopuje je dalším příkladem směsi. Je tvořen zejména dvěma plyny dusíkem N₂(78 %) a kyslíkem O₂(21 %). Zbylé procento tvoří oxid uhličitý CO₂, vodní pára H₂O, vzácné plyny, prach, mikroorganismy atp. Pokud vzduch zkapalníme, můžeme z něj kyslík a dusík získávat destilací. Získané plyny poté uchováváme v tlakových lahvích. Ve stejných lahvích můžeme uchovávat i další plyny, které se získávají jinými postupy.

Otázka k zamyšlení 9: Která složka, kyslík nebo dusík, bude destilovat dříve? Zkuste zdůvodnit proč?

Pokud máte kamarády potápěče, tak pozorně přečtěte následující poznámku. Potápěč má masku, nikoliv brýle. Potápěč má vzduch stlačený v lahvi, nikoliv bombu se vzduchem. Záměna pojmů je celkem dráždí.

Zejména z bezpečnostních důvodů jsou jakékoliv plynové lahve označeny barevným pruhem, aby bylo již na dálku patrné, jaký plyn daná lahev obsahuje. V roce 2008 bylo toto značení upraveno, proto následující obrázek obsahuje jak staré, tak nové značení.

Staré a nové značení tlakových lahví s plyny dle ČSN EN 1089 3.

Kyslík je bezbarvý plyn, těžší než vzduch, který je nezbytný k hoření a také dýchání. Po lidském těle je kyslík roznášen červenými krvinkami, které obsahují červené barvivo hemoglobin. Na zodpovězení otázky, na co vlastně molekulu O₂v těle potřebujeme, si budete muset ještě chvilku počkat. Kyslík se hojně využívá v medicíně, či třeba v průmyslových procesech, kde je nezbytná vysoká teplota plamene (např. svařování…). Existuje i jiná forma kyslíku a to O₃, která se nazývá ozon. Součástí atmosféry je několik kilometrů široká vrstva, která je bohatá na ozon (ozonosféra), a ta nás chrání před škodlivým UV zářením ze Slunce. Některé látky, dříve třeba freony z ledniček, ozon rozkládají a způsobují tzv. ozonovou díru. Ozon se používá v medicíně či třeba k dezinfekci vody.

Velmi oblíbená je důkazová reakce přítomnosti kyslíku rozžhavenou špejlí. Rozžhavená (nikoliv hořící) špejle v kyslíku vzplane jasným plamenem.

Otázka k zamyšlení 10: Co vlastně všechno víte o krvi? Kolik jí v sobě máte? Jaké má složky a jakou mají funkci?

Dusík je bezbarvý nehořlavý plyn, bez chuti a zápachu, lehčí než vzduch, který je nedýchatelný (proto dusík!). Plynný dusík se hojně využívá v průmyslu pro tvorbu inertních atmosfér. Inertní znamená netečný, nereaktivní. Pokud budu provádět proces, kde je vysoké riziko výbuchu, naplním aparaturu dusíkem, který výbuchu zabrání. Pokud si chcete dusík koupit v samoobsluze, doporučuji si koupit pytlík chipsů. Pytlíky se nafukují dusíkem ze tří důvodů. Jednak dusík prodlužuje trvanlivost chipsů, druhak se nepolámou při skladování a třeťak pytlík vypadá jaksi plnější, než ve skutečnosti je. Významné využití má také tekutý dusík. Zkapalněný dusík má teplotu – 196 °C a využívá se např. ke skladování biologických materiálů, které se v něm zmrazí.

Otravy dusíkem jsou velmi zákeřné. Důvod je velmi prostý. Naše tělo má zvláštní kontrolní mechanismy dýchání. Kontroluje, zda vdechujeme plyn, jakýkoliv plyn, a zda vydechujeme oxid uhličitý CO₂. Pokud přestanete vdechovat plyn, například když se topíte, mozek začne panikařit a žene vás k hladině. Pokud přestanete vydechovat oxid uhličitý, stoupne jeho hladina v krvi a mozek se začne opět bránit. Dusík, protože je všude kolem nás, je pro naše tělo známý a na jeho zvýšenou hladinu neexistuje obranný či varovný mechanismus. Při otravách se nejprve jedinec cítí malátný, poté omdlí a umírá. Zákeřnost spočívá v tom, že podobný osud čeká i první, někdy i druhou osobu, která přijde nešťastníkovi na pomoc.

Dále vzduch obsahuje vzácné plyny helium He, neon Ne, argon Ar a další. Helium můžete znát z pouťových balónků, ale má mnohá další využití. Například kapalné helium má teplotu přibližně -269 °C a je to jeden z nejchladnějších materiálů, které umíme na této planetě vyrobit ve větším množství. Ostatní vzácné plyny se používají např. k plnění skleněných trubic, které následně tvoří barevné „neonové nápisy“.

Nejnižší teplota, která tvoří základní kámen současného fyzikálního a chemického vědění, se nazývá teplota absolutní nuly a má hodnotu T = 0 K, tedy -273,15 °C. Této teploty se na základě termodynamických principů nedá dosáhnout, lze se k ní pouze přiblížit. Zajímavé ale je, že se k této teplotě dá přiblížit z obou dvou stran. Skutečně, na krátký časový interval lze stabilizovat hmotu, která bude mít teplotu pod absolutní nulou, ale je to úkol náročný a je pro něj potřeba sofistikované vybavení.

Poslední plyn, který je ve větším množství obsažen ve vzduchu, je oxid uhličitý CO₂ . Tento plyn, který je těžší než vzduch a nedýchatelný, si lidstvo samo vyrábí a to dokonce dvěma způsoby. První je přirozený, vydechnutý vzduch obsahuje oxid uhličitý, který vznikl během našeho metabolismu „spálením“ živin. Prostě fungujeme na cukry, tuky, bílkoviny a přeměňujeme je na energii, oxid uhličitý a vodu. Druhý zdroj oxidu uhličitého je také založen na spalování, ale tentokrát spalování uhlí v elektrárnách a různých továrnách či benzínu nebo nafty v motorech aut. V důsledku světového průmyslového rozvoje je oxidu uhličitého ve vzduchu moc a to způsobuje vážné globální problémy. Oxid uhličitý významným způsobem přispívá ke skleníkovému efektu . Podstatou tohoto efektu je plynný obal okolo planety, o takovém složení, že se chová jako sklo skleníku. Tedy odráží záření zpátky na zem a tím ji otepluje. Skleníkový efekt tedy přispívá i k dalšímu globálnímu problému a tím je globální oteplování . Proto je produkce oxidu uhličitého přísně sledována a regulována.

Odpověď 9: O tom, kdy daná složka bude destilovat, rozhoduje bod varu. O bodu varu rozhodují zejména hmotnost atomů či molekul dané látky a poté interakce mezi nimi. Protože kyslík má těžší molekulu než dusík, bude mít vyšší t_va bude tedy destilovat později.

Odpověď 10: Krev je veledůležitá součást vašich těl. Mezi její hlavní úkoly patří zejména transport dýchacích plynů (kyslíku O₂a oxidu uhličitého CO₂), vitaminů, hormonů a živin. Dále pomáhá udržovat stálou tělní teplotu a stálé prostředí uvnitř těla. Je také významná při imunitních reakcích. Krev je tvořena červenými krvinkami (roznáší dýchací plyny), bílými krvinkami (účastní se imunitních reakcí) a krevními destičkami (zastavují krvácení). Všechny tyto částice jsou rozpuštěné společně s ionty, krevními bílkovinami a živinami ve slámově žluté krevní plazmě. V dospělém člověku koluje přibližně 3 – 3,5 litrů krve.