ELEKTRICKÁ TOPNÁ A TEMPEROVACÍ TĚLESA S BAKTERICIDNÍMI ÚČINKY A NÍZKOU SPOTŘEBOU HEISSE ROHRE

ELEKTRICKÁ TOPNÁ A TEMPEROVACÍ TĚLESA S BAKTERICIDNÍMI ÚČINKY A VÝJIMEČNĚ NÍZKOU SPOTŘEBOU, VYUŽÍVAJÍCÍ FYZIKÁLNÍCH VLASTNOSTÍ MĚDI - Cu.

UČENÍ

(nemusí být)

MUČENÍ .....

HLAVNÍ STRÁNKA TEORIE ANTIBAKTERIÁLNÍ TEORIE TEMPEROVÁNÍ POUŽITÍ INSTALACE TECHNICKÉ ÚDAJE KONTAKT E -SHOP

VĚDOMOSTNÍ PŘÍRUČKA

Protože zjednodušení výkladu by mohlo vést k neúplnému pochopení některých jevů a obsáhlý materiál by byl pro mnohé nezáživný, budeme se snažit opatrně vyhýbat tématům, pro vysvětlení účinků HR méně důležitým. Věříme, že nám to odborníci, vzhledem k účelu jistě prominou.

Zpět na stránku TEORIE ANTIBAKTERIÁLNÍ se dostanete opět kliknutím na stříbrnou lištu vlevo.

<<<<

Atomy jsou stavebními prvky každé hmoty. Jednotlivé chemické prvky se skládají ze stejných atomů. O jádru atomu stačí že víme, že je tvoří elektricky kladné protony a eventuelně neutrální neutrony. Počet protonů v jádru atomu vyjadřujeme tzv. protonovým číslem, podle kterého jsou potom jednotlivé chemické prvky zařazeny. Součet kladných elektrických nábojů protonů dává celkový kladný náboj jádra. Jádro je také rozhodujícím nositelem hmotnosti celého atomu. Obal atomu tvoří elektricky záporné částice – elektrony, které se pohybují v různých vzdálenostech kolem jádra a součet jejich záporných nábojů je velikostí stejný jako kladný náboj jádra ale elektricky opačný. Proto je atom navenek elektricky neutrální. Britský fyzik Ernest Rutherford přišel v roce 1911 s myšlenkou, že atom se podobá planetární soustavě. Jádro je možné si představit jako Slunce a elektrony jako planety obíhající kolem jádra. Mnozí z vás znají tento model ze školy. S touto teorií nyní vydržíme i my než si ukážeme, že ve skutečnosti je to trochu jinak. Tento model nám ale umožní názornou představu o velikosti částic a nesmírně obrovském prázdném prostoru , kde se elektrony pohybují.

Rozměr atomového jádra je 10^-14 až 10^-15 m zatímco rozměr atomu je zhruba

10^-10 m.Tento matematický zápis zjednodušuje psaní velkých či malých čísel. To znamená, že zápis 10^-10 je totéž, jakoby napsanému číslu předcházela 0, a dalších 10 nul. Podobně pak zápis 10^-14 až 10^-15 m.Tento rozměr lze také vyjádřit jako 0,1nm tedy 0,1 nanometru což je 0,1 miliardtiny metru. Aby fyzikové nemuseli neustále používat takový zápis, používá se jednotka Ångström. 1Å = 0,1nm = 10^-10 m. Ještě menší délkovou mírou je fermi. 1 fermi = 10^-15 m. Vidíme, že rozdíl ve velikosti jádra a průměru atomu je až 1:100 000.

Podívejme se tedy na měď. Když si představíme kouli o průměru 100 metrů a uprostřed jádro velikosti pecky z třešně, pak někde v té kouli „poletuje“ 29 elektronů. Nyní jde o to, kde se ony elektrony nacházejí. U planetární soustavy můžeme pohodlně určit, kde je v kterém okamžiku Země, kde Mars, Venuše atd. U atomu to bohužel nejde, a proto také Rutherfordův model atomu, pokud jde zejména o elektronový obal, neplatí. Zásluhou fyziků v první polovině 20.století dnes víme, že elektronová konfigurace, což je uspořádání elektronů uvnitř obalu atomu je mnohem složitější.

Na scénu vstoupila kvantová mechanika. V atomu totiž není elektron jako elektron. Jeho vlastnosti se popisují pomocí tzv.kvantových čísel. Pro úplnost si řekněme, že kvantová čísla jsou čtyři. Hlavní, vedlejší, magnetické a spinové. Nás bude zajímat nyní spin. Pro jednoduchost si představme, že se jedná o jakousi rotaci elektronu, vlastní moment hybnosti, nezávislou na ostatních kvantových číslech, ale která může mít pouze dvě hodnoty. Rakouský fyzik Wolfgang Pauli v roce 1925 stanovil princip, který dnes nese jeho jméno, podle kterého nemohou být v atomu v jednom a témže stavu dva elektrony které mají všechna čtyři kvantová čísla stejná. O dva roky později než Pauli přichází Werner Heisenberg s dalším převratným zjištěním – principem neurčitosti, který specifikuje jisté teoretické hranice naší schopnosti provádět vědecká měření. Podle principu neurčitosti nám ani sebelepší zdokonalení měřícího přístroje nedovolí získat přesné výsledky. Podle Heisenbergova kvantově mechanického modelu nelze spočítat pro stejný okamžik dráhu a rychlost elektronů - čili polohu a energii. Můžeme tedy určit pouze prostor, v němž se elektrony převážně vyskytují, a jakou mají energii. Ale současně polohu a energii určit nemůžeme. Aby to bylo ještě složitější , oblasti směrem od jádra, s největší pravděpodobností výskytu, se sdružují do elektronových slupek a podslupek. Jde, zjednodušeně řečeno o hladiny, kde mají elektrony stejnou energii ale liší se dalšími kvantovými čísly. Prostor, kde se pak elektrony převážně vyskytují nazýváme orbital. Elektrony v orbitalech v nejvyšší slupce určují chemické a optické vlastnosti atomů. Na jednotlivých orbitalech pak mohou být elektrony, které se liší pouze spinem. Protože spin může mít pouze dvě hodnoty, mohou být na stejném orbitalu, podle Pauliho principu, pouze dva elektrony. Pokud je elektronu dodána energie zvenčí, přeskočí na vyšší energetickou hladinu. Protože elektrony mají snahu obsazovat energetické hladiny od nejnižší směrem výše, pak takový vybuzený elektron se snaží přeskočit zpět. Jakmile se mu to podaří, vyzáří kvantum energie ve formě elektromagnetického záření, tedy foton. Podrobněji k tomu co jsou to fotony se dostaneme.

Kvantová mechanika však může vysvětlit i takové úkazy, jako je tunelový jev, kdy elektron překoná potenciálovou bariéru, aniž by měl dostatek potřebné energie. Z pohledu klasické fyziky by takové vysvětlení nebylo možné.

Vraťme se ale k představě atomu jako planetárního systému. Můžeme si položit otázku, proč planety poslušně obíhají kolem Slunce a nerozlétnou se do kosmického prostoru. Síla, která drží celý systém pohromadě se nazývá gravitace. Vzájemné gravitační působení, neboli gravitační interakce, je vlastnost všech hmotných těles včetně atomových částic, vzájemně se přitahovat. Prázdný prostor mezi tělesy však prázdný není.Vyplňuje jej gravitační pole. Ještě si řekněme na čem závisí velikost síly, která tělesa v takovém poli přitahuje. S tímto objevem přišel už v 17.století Isaac Newton. Formuloval zákon, podle kterého na sebe dvě tělesa působí přitažlivou silou, která je přímo úměrná součinu jejich hmotností a nepřímo úměrná čtverci jejich vzdáleností. Gravitační interakce však není jediná, která v hmotném světě existuje. Protože však stoupá s velikostí hmoty, je v kosmickém měřítku nejdůležitější silou, která drží pohromadě nejenom planetární soustavy ale také celé galaxie a dokonce i útvary, do kterých se galaxie sdružují.

Dalšími interakcemi, kterými se pro náš účel nemusíme podrobně zabývat jsou obrovské síly působící v jádru atomu. Jsou to tzv. silná a slabá jaderná interakce. Jejich účinek zajišťuje, aby se jádro atomu složené z mnoha částic nerozpadlo, ale současně aby nedošlo k jeho zhroucení vlivem právě gravitace, protože tak by vznikla miniaturní černá díra.

Interakce, která nás však bude zajímat, protože právě ona je základem pro vysvětlení účinků těles HR, je interakce elektromagnetická. Začněme pojmem – elektrický náboj. Už při popisu struktury atomu jsme říkali, že jádro má kladný a elektrony záporný náboj. Pojmy záporný - a kladný + , vznikly pouze dohodou vědců podle účinků elektrického proudu. Proto se dodnes označuje směr elektrického proudu šipkou od plus k mínus zdroje. Záporný pól se nazývá katoda a kladný anoda. Ironií je, že objevení elektronové vodivosti ukázalo, že nositeli elektrického proudu jsou elektrony a ty putují ve vodiči právě obráceně od – k +, tedy od katody k anodě. Už jsme se zmínili, že elektron má záporný náboj a částice tvořící jádro atomu proton, kladný náboj. V absolutní velikosti jsou tyto náboje stejné, ale jaksi zrcadlově otočené. Současně tato velikost náboje elektronu je brána jako základní a nejmenší a nazývá se elementární náboj. Pro elektron se tento náboj označuje –e a pro proton +e.

Jeho fyzikální rozměr je e = 1,6 . 10^-19 Coulombu. Jednotka Coulomb (značka C), je definována jako elektrický náboj přenesený proudem 1 ampéru za 1 sekundu. Teoreticky jakýkoliv náboj nějakého tělesa je celočíselným násobkem elementárního náboje. Pokud je ovšem těleso nabité.

Už v 6. století př. Kristem pozoroval řecký filosof Thales z Milétu zvláštní jev u jantaru, který byl tehdy používán při předení lnu. Jantar byl náhle schopen přitahovat k sobě drobná tělíska. A naopak vlákna lnu se začala vzájemně odpuzovat. Protože se jantar řecky nazývá elektron, nazval látky, s touto schopností, látkami elektrickými. Známý pokus je tření ebonitové tyče liščím ocasem. Když o sebe třeme předměty, kdy jeden je z elektricky vodivé látky a druhý nevodič, pak třením dochází k uvolňování elektronů z atomů elektricky vodivé látky. Elektrony přecházejí do meziatomového prostoru látky elektricky nevodivé. Při oddálení obou předmětů je pak v nevodiči více elektronů než protonů a látka je nabita záporně. Vodič naopak část svých elektronů předal nevodiči, a proto je v něm v tomto okamžiku více kladně nabitých částic, protonů. Tak došlo ke kladnému nabití. Projevem elektricky nabitých těles je, že tělesa nabitá stejným nábojem se odpuzují a tělesa nabitá opačnými náboji se přitahují. Jde o silový projev elektrostatického pole. Při dotyku těchto látek se náboje vyrovnávají. Část elektronů se přemístí ze záporně nabitého tělesa do tělesa nabitého kladně a obě tělesa se začnou odpuzovat. Přenos náboje na jiné těleso, které je vodičem, se může uskutečnit přímo kontaktem, nebo také tzv. indukcí. Elektrostatická indukce je elektrický jev, při kterém se na povrchu tělesa indukuje (vytváří) elektrický náboj pouhým přiblížením jiného, elektricky nabitého tělesa. Proto se označuje jako indukovaný náboj. Indukovaný náboj má opačnou polaritu než náboj, který tuto indukci vyvolal. U vodičů lze indukovaný náboj z tělesa odvést. Vložením izolantu do elektrického pole dochází k jevu, který nazýváme polarizace. Působením přitažlivé a odpudivé síly dojde k nesymetrickému rozložení částic s elektrickým nábojem uvnitř atomů nebo molekul a stávají se z nich tzv. elektrické dipóly. Některé látky, například voda, obsahují elektrické dipóly i bez působení vnějšího elektrického pole. Jejich směr je ale chaotický a při polarizaci dojde pouze k uspořádání dipólů do jednoho směru. Takto lze, pomocí indukce nebo polarizace, u obou typů látek vysvětlit případy, kdy elektricky nabité těleso přitahuje jiná tělesa, která byla elektricky neutrální. Je to proto, že právě indukce v nich vytvořila náboj s opačnou polaritou, nebo polarizace způsobila natočení dipólů tak, aby směrem k sobě měla tělesa opačné náboje.

Pokud jde o elektrické napětí mezi rozdílně nabitými tělesy, pak toto dosahuje mnohdy hodnot, které bychom ze zkušenosti nepředpokládali. Při česání vlasů nebo chůzi po koberci dosahují tyto hodnoty tisíců až desetitisíců Voltů. Praskání elektrických výbojů to potvrzuje. Protože však hustota elektrických nábojů je příliš malá, jsou účinky na organismus téměř nepozorovatelné. Naopak zásuvka s napětím „pouhých“ 230 Voltů je schopna energii dodávat trvale a účinky si dovedeme představit. Vraťme se však k silovým účinkům mezi nabitými tělesy. Síla, ať už přitažlivá nebo odpudivá, je přímo úměrná součinu nábojů obou těles a nepřímo úměrná čtverci jejich vzdáleností. Že jsme to už někde říkali? Samozřejmě. Je to obdoba Newtonova gravitačního zákona.

Protože už víme co je elektrický náboj a elektrostatické pole, podívejme se na magnetismus. Ten byl objeven nezávisle na elektřině jako vlastnost materiálů. Ovlivňuje všechny materiály, ale některé látky výrazně silněji než ostatní. Podle magnetických vlastností dělíme látky na feromagnetické, nejsilněji reagující na magnetické pole, dále paramagnetické - nepatrně zesilují účinek magnetického pole, a diamagnetické – nezesilují ale spíše odpuzují magnetické siločáry.

Zmagnetováním některých feromagnetických látek lze vytvořit permanentní magnet, který poté přitahuje ostatní (nezmagnetizované) předměty z feromagnetických látek. Teprve později bylo objeveno, že vlastnosti magnetů jsou způsobeny pohybem elektronů uvnitř atomů. Zjednodušeně řečeno, jakákoliv částice nesoucí elektrický náboj vytváří při pohybu ve svém okolí magnetické pole. Opačně pak, jakákoliv změna magnetického pole je příčinou vzniku elektrického proudu.

Pro svoji souvislost bylo elektrické a magnetické působení sjednoceno a nazváno elektromagnetismus. Projevy elektromagnetického pole nazýváme elektromagnetická interakce. Ta je vedle gravitace, silné a slabé jaderné síly čtvrtou základní interakcí. Jedním z nejvýznamnějších přínosů k teorii elektromagnetického pole, byla práce Jamese Clerka Maxwella. V roce 1865 zformuloval základní teorii a předpověděl existenci elektromagnetických vln. Jeho rovnice jsou dodnes páteří fyziky, zabývající se touto oblastí. Že je všechno týkající se povahy elektromagnetického pole poněkud jinak, než jak si představovala věda 19. století, ukázal nakonec Albert Einstein svým vysvětlením fotoelektrického jevu. Světlo je elektromagnetické záření, ale jeho povaha je jak vlnová, tak i korpuskulární. Částice přenášející energii elektromagnetického pole se nazývají fotony. Energie fotonu a vlnová délka záření jsou v nepřímém vztahu. Čím menší energie, tím větší vlnová délka. Dlouhými vlnami rozhlasového vysílání počínaje, přes tepelné vyzařování předmětů, viditelné světlo, ultrafialové paprsky, Rentgenové záření až po nejpronikavější jaderné záření-γ (gama). Ač to v běžném životě nepociťujeme, je elektromagnetická interakce nesrovnatelně silnější než gravitace. Na tomto místě odbočme jenom pro zajímavost od tématu. Mnozí „záhadologové“ spekulují, čím se až do konce života zabýval Albert Einstein a jsou mnohdy slyšet nejkurióznější zkazky o superbombách, jejichž princip si nechal pro sebe. Je to zřejmě proto, že oblast do které jsme my nyní jenom kousíček nahlédli, je pro ně už tak příliš složitá. Einstein se totiž snažil najít něco společného právě pro gravitaci a elektromagnetismus. Sjednocená, tzv. unitární teorie pole jej zaměstnávala sice bez výsledku, i v posledních letech života. Do jaké míry se projevila jeho předvídavost ukáže teprve čas.

Už jsme se prokousali všemi interakcemi, kterými na sebe elementární částice působí (ne sice úplně všemi, protože není důvod zmiňovat další, působící až uvnitř elementárních částic jádra), a tak se můžeme vrátit k popisu elektronového obalu atomu. Když jsme popisovali rozložení elektronových orbitálů už jsme se nezmínili, jak to všechno drží pohromadě. Může za to právě elektromagnetická interakce. Stejně jako jaderné síly mají nestarosti aby se jádro nerozletělo nebo nezhroutilo, udržuje právě elektromagnetická interakce elektronový obal tak, aby nenastalo totéž. Samozřejmě, že i elektrony mají svoji hmotnost a tím i gravitační schopnosti, ale hmotnost elektronu je tak malá, že gravitační interakce je ve srovnání s elektromagnetickou zanedbatelná.

Řekli jsme si, že elektrony v orbitalech v nejvyšší slupce určují chemické a optické vlastnosti atomů. Nazýváme je valenční elektrony. My se nyní zmíníme o chemických vlastnostech. Víme, že kromě prvků, složených výhradně ze stejných atomů, existují látky zvané sloučeniny. Voda H2O je snad nejlepším příkladem. Ukažme si, jaký je rozdíl mezi směsí a sloučeninou. Představme si uzavřenou nádobu, kterou naplníme kyslíkem. Poté přidáme dvojnásobný počet atomů vodíku. Za normální teploty bude v nádobě pouze směs těchto dvou plynů a po vodě nebude ani památky. Dodejme, že oba tyto prvky se za normálních podmínek nevyskytují jako samostatné atomy, ale vždy po dvou atomech tvoří tzv.molekulu. Když si prohlédneme atom vodíku tak vidíme, že jej tvoří pouze jeden proton jako jádro, a jeden orbital s jedním elektronem. Díky působení elektromagnetické interakce vznikají ze dvou atomových orbitálů dvou atomů vodíku , dva molekulové orbitaly - vazebný a antivazebný, molekuly vodíku. Molekulu vodíku zapisujeme jako H₂_. Podobně je to i u kyslíku - O₂_. Proto v naší pokusné nádobě bude pro upřesnění směs molekul vodíku a molekul kyslíku. Stále to však bude pouze směs dvou látek s jejich nezměněnými fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Už jsme se zmínili, že elektrony v obalu mají „snahu“ obsazovat co nejnižší energetické hladiny. Pokud by naše molekuly vodíku a kyslíku daly svoje valenční elektrony dohromady, mohlo by se jim to povést. Kyslík ale potřebuje na každý svůj atom dva atomy vodíku, aby „byl ukojen“. Pak už jenom stačí, aby se pomocí relativně malé energie elektrony vybudily a „stěhování“ může začít. Nejjednodušším dodáním energie je zvýšení teploty. Například rozžhavený drátek nebo elektrická jiskra. Ze dvou molekul vodíku a jedné molekuly kyslíku vzniká látka, chemická sloučenina – voda.

Tato chemická reakce se zapisuje takto: 2H₂ + O₂ → 2H₂O .

Jenže tak bychom získaly pouze dvě molekuly vody a okolo by nadále byla pouze směs obou plynů. Připomeňme co jsme říkali, když se elektron vrací na nižší energetickou hladinu. Ztrácí energii, kterou vyšle ve formě elektromagnetického záření – fotonu. A to se právě při slučování vodíku s kyslíkem děje.

Pak je tedy správnější zápis: 2H₂ + O₂ → 2H₂O + E. Energie E, která se při této reakci uvolňuje, je několikanásobně vyšší, než energie potřebná k inicializaci slučování těchto plynů. Proto její část lavinovitě postupuje v celém objemu a vyvolává reakci, až zůstane v nádobě pouze voda. Přebytek energie z takové reakce známe. Světlo a teplo. Nejde o nic jiného, než o obrovské množství fotonů nesoucích různou energii, takže se elektromagnetické záření vyznačuje různými vlnovými délkami, které vnímáme jako teplo a světlo. Reakce, které při svém průběhu vydávají energii nazýváme exotermické. Ukázali jsme si, že změnou konfigurace valenčních elektronů v molekulách vzniká látka, s úplně jinými fyzikálními a chemickými vlastnostmi.

Opět maličko odbočíme. V poslední době se často k našim uším dostávají „zaručené“ informace o motorech, kde palivem je voda. Pokud se někdy používalo u spalovacích motorů např. leteckých, vstřikování vody, pak to mělo úplně jiný důvod, zejména zajišťující optimalizaci plnícího tlaku paliva. Abychom ovšem mohli z vody získat zpět oba výchozí plyny a ty opět spalovat, musíme jí v první řadě dodat to stejné množství energie, které v reakci odevzdala. V takovém případě jde o reakci endotermickou. Žádné katalyzátory (to jsou látky podporující chemické reakce ale těmito reakcemi se neměnící), elektrolýza (rozklad látek elektrickým proudem) nebo jiné fígle to nemohou obejít. Byl by tak postaven na hlavu jeden ze základních pilířů fyziky – zákon zachování energie. Stejné teorie možná vymýšlejí ti kteří doufají, že půjčkou z banky tutéž půjčku splatí a ještě zbohatnou. To jenom na okraj aby náš výklad nebyl suchopárný.

Jedna z vlastností prvků, určujících jejich slučovací předpoklady je tzv. oxidační číslo. To vyjadřuje kolik elektronů z valenční slupky je atom ochoten při slučování uvolnit (elektropozitivita), nebo naopak přibrat (elektronegativita). Řada prvků má i několik oxidačních čísel a dokonce mohou být jak elektropozitivní, tak elektronegativní. Například plyn dusík N (Nitrogenium) má oxidační čísla -3, 1, 2, 3, 4, 5. Znamená to, že je ochoten až pět elektronů ve slučování propůjčit, nebo až 3 elektrony sám přibrat. Neodvozujme však, že čím více má prvek oxidačních čísel, tím více sloučenin v přírodě tvoří. Oxidační číslo vodíku je 1, jen v iontových hydridech -1. Přesto vodík tvoří nejvíce sloučenin ze všech prvků. Jsou to anorganické sloučeniny (hydridy, kyseliny, hydroxidy, soli) a především organické sloučeniny s uhlíkem (uhlovodíky a jejich deriváty, přírodní látky) - je to biogenní prvek. Vodík je také nejlehčí prvek. Na straně druhé například zlato Au patří k nejméně reaktivním prvkům, přestože má teoreticky oxidační čísla -1, +1, +2, +3, +4, +5. (nejčastěji +1, +3).

Dalším pojmem, který je důležité si vysvětlit je iont (někdy se používá ion). Jsou to elektricky nabité částice, ať už atomy samotné, molekuly, někdy také skupiny atomů či molekul. Charakteristickou vlastností iontů je rozdíl mezi součtem kladných protonů a součtem záporných elektronů v iontu. Ionty se označují chemickým označením částice, přičemž vpravo nahoře se uvede velikost elektrického náboje iontu v násobcích elementárního náboje a znaménko + nebo - označují převládající elektrický náboj.

Příklad: Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, K⁺, F^-, HCO₃^-, NO₂^- apod.

Převládají-li elektrony, iont má záporný náboj a nazývá se anion (např. F-, NO₂^-) , protože je přitahován kladným elektrickým pólem = anodou. V opačném případě, jestli-že elektrony chybí a celkový náboj iontu je kladný, nazýváme jej kation (např. Na+), protože je přitahován záporným pólem = katodou. Proces vzniku iontu se nazývá ionizace. Obrácený proces, tzn. vytvoření neutrálního atomu z iontu, se označuje jako rekombinace. Vznik záporných iontů = aniontů, je zpravidla způsoben dodáním záporného elektrického náboje - prostřednictvím jednoho nebo více elektronů - do elektronového obalu částice. Vznik kladných iontů, kationtů, je naopak podmíněn odtržením jednoho či více elektronů z elektronového obalu, k čemuž je potřeba částici dodat energii, nejčastěji ve formě dopadajícího elektromagnetického záření - fotonů. Energie potřebná k odstranění jednoho z elektronů ve vnější podslupce atomu se označuje jako ionizační energie (popř. ionizační potenciál). Ionizační energie určuje, jak pevně jsou vnější elektrony k atomu vázány. Přidáním elektronu k atomu určitého prvku dojde naopak k uvolnění jisté energie, která se označuje jako elektronová afinita.

Když hovoříme o energii, vysvětleme si ještě pojem tzv. elektronvolt – eV. Je to jednotka, která se používá pro vyjádření energie elementárních částic včetně fotonů. 1eV je energie, kterou získá elektron, jeli urychlen elektrickým polem o napětí 1 Volt. Pro představu, chemické procesy se odehrávají v rozmezí energií od 0,1 do 10 eV. Na druhé straně foton nejpronikavějšího elektromagnetického záření gama, má energii minimálně 10 000 eV. Při jaderném výbuchu dosahuje energie kvant záření hodnot ještě tisíckrát větších. Ionizační energie se u prvků liší a u každého dalšího odtrhovaného elektronu také. Energie fotonů také přímo souvisí s barvou světla. Lidské oko vnímá fotony s energií zhruba od 1,7 do 3,2 eV jako barvy od červené po fialovou.

V této části našeho fyzikálního minima se ještě krátce zmíníme o fotoelektrickém jevu nezývaném také fotoefekt. Elektrony jsou při něm emitovány - uvolňovány z látky po dopadu fotonů. Pokud toto probíhá na povrchu působením vnějšího záření, a elektrony se uvolňují do okolí látky, hovoří se o vnějším fotoelektrickém jevu. Aby elektron opustil povrch kovu, je potřeba mu dodat energii nazývanou výstupní práce. Fotoefekt však může probíhat i uvnitř látky, kdy ji uvolněné elektrony neopouští, ale zůstávají v ní jako vodivostní elektrony. V takovém případě se hovoří o vnitřním fotoelektrickém jevu. Když je energie předaná elektronu fotonem větší, než je potřeba k jeho uvolnění, pak volnému elektronu část energie zůstane. Tato energie má formu kinetické (pohybové) energie elektronu. Protože kinetická energie není kvantovaná, může ji tento elektron ztrácet také postupně, předáváním této energie jiným částicím při vzájemných srážkách. Pokud na látku dopadají elektrony, a dochází k vyzařování fotonů, pak se jedná o fotoefekt inverzní.

Jde-li o uspořádání atomů v pevné látce, bude nás, vzhledem k účelu výkladu, zajímat měď – Cu. V úvahu budeme brát čistý kov, neboť i tělesa HR jsou vyrobena z mědi o čistotě větší než 99,9%. To co udržuje atomy mědi pohromadě a určuje mechanické, elektrické a tepelné vlastnosti tohoto kovu je kovová vazba. Jednotlivé atomy nejsou v látce rozmístěny nahodile ale tvoří pravidelné geometrické útvary tzv. krystalovou mřížku. Protože valenční elektrony mědi opouštějí svoje místo na orbitalech jednotlivých atomů, tvoří krystalovou mřížku pouze kladné ionty. Valenční elektrony se pohybují volně a nezávisle na tom, ke kterému atomu původně patřily. Těmto volným elektronům v kovech se říká elektronový plyn. Elektronový plyn také udržuje kationty na svých místech v krystalu.

Díky volným elektronům je dosaženo vynikající elektrické vodivosti. Volné elektrony se v kovu pohybují chaoticky a jejich rychlost je řádově desítky km za sekundu. Pokud jde o pohyb elektronů v případě vedení elektrického proudu, tedy v elektrickém poli, pak jejich posun od záporného ke kladnému pólu tzv. drift probíhá rychlostí pouze mm/sec a nižší. Důležité však je, že se všechny začnou posunovat současně, protože rychlost šíření elektrického pole probíhá rychlostí světla. Proto při otočení vypínačem žárovky nemusíme čekat, až k nám rychlostí mm/sec elektrony dorazí z elektrárny a světlo se rozsvítí. Driftová rychlost však není konstantní, ale je přímo úměrná hustotě el.proudu a nepřímo úměrná průřezu vodiče. Při průtoku stejnosměrného proudu je hustota pohybujících se nábojů v celém průřezu stejná.Takto můžeme uvažovat i pro střídavý proud s nízkou frekvencí zhruba do 20000 Hz, tzn., že 20 tisíckrát se změní polarita elektrického pole. Při vyšších frekvencích se začíná uplatňovat tzv. skinefekt. Elektrony se začínají soustřeďovat k povrchu vodiče a tedy proud v celém průřezu tak přestává být homogenní.

Nepředstavujme si však, že ionty mědi jsou na svých místech v mřížce v klidu. Tak by tomu bylo při teplotě absolutní nuly, tedy přibližně při -270° Celsia. Vlivem teploty jsou v neustálém kmitavém pohybu. Opačně řečeno, kmitavý pohyb iontů se projevuje jako teplota tělesa. Vzdálenosti jednotlivých iontů v mřížce se pohybují zhruba od 2,5 do 3,5 Ångström. Když jsme si názorně představovali, jak velký volný prostor mají k dispozici elektrony v atomu tak nyní vidíme, že elektronový plyn má prostor ještě několikanásobně větší.

Něco málo z biologie. Pokud máme populární formou vysvětlit antivirové, antibakteriální a fungicidní (ničící houby a plísně nebo jejich zárodky) účinky těles HR, musíme si alespoň velmi jednoduše ukázal o jaké mikroorganismy jde. Rozhodně se jejich stavbou a složitým procesem množení a účinků na lidský organismus nemůžeme zabývat podrobně, protože každou skupinou těchto biočástic se zabývají samostatné vědní obory, a vědci ani po letech nemohou říci, že už vědí všechno. Pro náš výklad je pouze důležité, udělat si rámcovou představu o velikostech těchto agens a obecné biologické struktuře, zejména pak o těch jejích částech, jejichž poškozením přestává být biočástice funkční nebo nebezpečná. Přirovnání, která budeme používat nemusejí být vždy exaktně přesná, ale pro pochopení tématu jsou nepostradatelná.

V živé hmotě obecně, se nachází více než polovina všech známých chemických prvků. Přitom 95% hmoty tvoří pouze čtyři z nich. Jsou to uhlík, kyslík, vodík a dusík. Další 4,9% tvoří prvky: síra, fosfor, hořčík, vápník, sodík, draslík a chlor. Na ostatní prvky tedy zbývá pouze tisícina hmotnostního množství a tak se jimi nebudeme zabývat. Vyjmenované prvky tvoří nejrůznější chemické sloučeniny, kde první čtyři prvky jsou zastoupeny téměř pravidelně. Základními organickými sloučeninami jsou cukry, tuky, bílkoviny a nukleové kyseliny. Druhů těchto sloučenin je však nepřeberné množství a to proto, že se vyznačují nejenom různým počtem atomů jednotlivých prvků ve sloučenině ale především architekturou jejich uspořádání v molekulách. Mnozí si jistě pamatují ze školy na různé šestiúhelníky, kterými organická chemie přímo hýřila.

Virus je nejmenší organismus jaký doposud známe. Vedou se polemiky, zda jej zařadit mezi živé biočástice nebo nikoliv.To však není náš problém. Virů je nespočet druhů, vyznačujících se nejrůznějšími znaky. Důležité je vědět, že pro rozmnožování vždy potřebují nějaký jiný živý organismus, na který se specializují. Ať už je to bakterie nebo živočišná či rostlinná buňka. Velikostí jsou viry tak malé, že je lze většinou pozorovat pouze elektronovým mikroskopem. Jejich rozměry začínají někde na 20 nm, ale mohou mít velikost až 800 nm. Například virus chřipky má průměrně velikost kolem 80nm, což je 80 miliardtin metru. Ovšem ve srovnání s atomem mědi je to je to pěkný kousek. Když si opět představíme atom mědi jako brok z pušky, pak tento virus bude vypadat jako slušně vykrmený vepř. Ve srovnání s vepřem je však jeho struktura mnohem jednoduší. Toto srovnání velikostí jsme zvolili záměrně pro představu, kolik atomů o průměrné velikosti 0,1nm, vázaných v různých organických sloučeninách, „tělo“ viru obsahuje.

Nyní si opět virus poněkud zmenšíme a představíme si jej jako tenisový míček. Uvnitř je vždy řetězec nukleových kyselin. Jde o kyselinu deoxyribonukleovou DNA nebo ribonukleovou RNA. (U viru HIV nebo chřipky - RNA). Tento řetězec je vytvořen z tzv.nukleotidů. Přestože tyto nukleotidy jsou typově pouze čtyři, jejich různým pořadím v řetězci lze dosáhnout obrovského počtu kombinací. V tom spočívá celé tajemství genetické informace.

Tento model je stejný pro všechny mikroorganismy a buňky. Buňky lidského těla nevyjímaje. Vraťme se k představě tenisového míčku. Plášť který chrání DNA nebo RNA tvoří bílkoviny. Některé viry mají obal složitější a vrchní vrstva obsahuje ještě tuky. Plyšový povrch míčku představují u virů tzv. antigeny. S jejich pomocí proniká virus do napadené buňky. Jeden z nich pomůže viru uchytit se na buňce a jiný vytváří otvor v buněčné stěně aby virus mohl proniknout dovnitř. Pak už virus předá svoji genetickou informaci ve formě RNA nebo DNA buňce a ta začne produkovat nové viry.

Popis stavby a funkce viru byl velmi zjednodušený.Ve skutečnosti mohou viry obsahovat další proteiny s různým významem. Stejně tak tvary virů mohou být nespočetně rozdílné. Pro nás je ale nejdůležitější vědět, že základem každého viru je genetická informace ve formě DNA nebo RNA, chráněná proti poškození pouzdrem, tvořeným organickými sloučeninami. Protože viry jsou biočástice relativně jednoduché, jsou rovněž ve své „činnosti“ spolehlivé. Je tedy velmi složité napadený organismus léčit. Také antibiotika jsou proti virům neúčinná.

Bakterie jsou nejrozšířenějším druhem mikroorganismů na světě. Počet jednotlivých druhů se odhaduje až na jednu miliardu. Jejich velikosti se pohybují od desetin po desítky μm.(1mikrometr, 1μm = 1 miliontina metru = 1 tisícina milimetru). Dobře vidíme, že jsou nejméně 10 krát větší než viry. Charakteristickým rysem navenek je jejich tvar. Například kulovité koky nebo tyčinkovité bacily a další. Bakterie jsou pro život na Zemi velmi důležité. Pouze některé z nich jsou tzv. patogenní, vyvolávající různá onemocnění. Mnozí jistě slyšeli slovo streptokok. Streptococcus pyogenes je snad nejběžnější patogen. Způsobuje taková onemocnění jako je angína, zánět středního ucha nebo spála. Tvarem je to kulovitý útvar o průměru zhruba 1μm, tvořící řetízky jednotlivých koků.

Přestože existují velké rozdíly mezi stavbou bakterií, zaměřme se alespoň na společné znaky, které jsou pro náš výklad důležité. Uvnitř každé bakterie je tzv. nukleoid (centrální oblast, nezaměňovat s nukleotidy). Je to obvykle kruhový řetězec tvořený dvěma vlákny DNA, který nese úplnou genetickou informaci, stejně jako u viru. Protože bakterie jsou schopny se samostatně rozmnožovat, je také jejich „konstrukce“ mnohem složitější. Kromě nukleoidu jsou uvnitř ještě další struktury a organely, mající nejrůznější funkce, ale to není pro náš výklad důležité. Všechny tyto částice se nacházejí v tekutém prostředí nazývaném cytoplasma, které je tvořeno až z 80% vodou. To vše je uzavřeno membránou a buněčnou stěnou. Některé bakterie mají ještě další ochrannou vrstvu tzv. kapsulu, neboli pouzdro. Její význam spočívá v dalším zpevňování povrchu a navíc pomáhá lépe se přichytit k hostitelskému prostředí. Díky tomu jsou také bakterie s pouzdrem mnohem více patogenní. Při obarvení se pak v pohledu mikroskopem na první pohled liší, a označujeme je jako gramnegativní G-. Naopak bakterie bez vnější membrány a tukové vrstvy s vysokým obsahem látky peptidoglykan v buněčné stěně označujeme jako grampozitivní G+.

Na povrchu může mít bakterie ještě další útvary např. bičíky, sloužící k pohybu. Už jsme říkaly, že bakterie je velmi složitý organismus. Je to vlastně „továrna“, která umí vyrábět sama sebe. Rozmnožování většinou probíhá tak, že se tělo bakterie nejprve prodlouží dvojnásobně a vytvoří se replika DNA. Ta se přemístí do prodloužené části. Uprostřed začne vyrůstat přehrádka z membrán a základů buněčné stěny. Nakonec se nová bakterie jako samostatná oddělí.

Plísně jsou mikroskopické vláknité houby - micromycetes, které rostou všude, kde najdou vhodné prostředí. Za optimálních podmínek se velmi rychle rozmnožují. Vždy je důležitá vlhkost a teplota, nejlépe od 18 do 32°C. Plísně jsou stejně jako bakterie, důležitou součástí živé přírody. Nás však zajímá jejich vliv na lidské zdraví. Z více než stovky nejčastěji se vyskytujících druhů, jich polovina produkuje toxiny. Jsou to velmi nebezpečné jedy, které mohou vyvolat nečekané zdravotní problémy. Látka produkovaná plísní rodu Penicillium notatum zaujala Alexandra Fleminga pro svoje schopnosti bránit rozmnožování bakterií. To byl počátek vzniku antibiotika nazvaného Penicilin. Dnes se označení „antibiotika“ stále více používá i pro látky se stejným účinkem bez ohledu na jejich původ. Nemůžeme se, vzhledem k účelu tohoto výklady, zabývat plísněmi a jejich účinky podrobně, ale doporučujeme zájemcům k přečtení práci MUDr. Pavla Macháčka z Medcentra v Novém Jičíně,

" Vliv plísní na organismus a alergická onemocnění způsobená houbami ". Podrobně a fundovaně vysvětluje celou problematiku, a navíc velmi srozumitelnou formou.

Stránku najdete na adrese http://www.tigis.cz/alergie/aler104/07.htm

Stejně jako mikromycety samotné, jsou pro člověka nebezpečné malé částice - spory, kterými se plísně rozmnožují. Nejčastěji jde o nepohlavní výtrusy, a to buď sporangiospory nebo konidie, popř. i článkovitě se rozpadající vlákna (hyfy) plísní, tzv. chlamydospory. Ty všechny se pohybují v ovzduší a jejich vdechování, v závislosti na koncentraci a druhu, bývá příčinnou respiračních alergií a astma. Při porušeném imunitním systému však mohou vyvolat onemocnění mnohem závažnější. Spory plísní jsou zpravidla jednobuněčné biočástice, podobně jako bakterie vybavené genetickou informací, a dobře zapouzdřené proti poškození. Ve vhodných podmínkách se aktivují, ale nezačnou reprodukovat samy sebe, ale jsou počátkem vývoje složitějšího organismu – plísně. Takto je lze spíše přirovnat k semenům rostlin. Ta však mají mnohem větší rozměry, protože na rozdíl od spor je tvoří navíc živné látky, potřebné pro první stádium růstu. Velikost spor plísní je srovnatelná se středně velkými bakteriemi nebo částicemi jemného prachu.

Nakonec si připomeňme, že i tento mikroorganismus je tvořen stejně jako u virů a bakterií pouze nejrůznějšími chemickými látkami s nejrůznějšími vazbami.

Volný radikál je označení pro atom nebo molekulu, kde se v elektronové konfiguraci vyskytuje nepárový elektron, nebo elektron chybí. Taková částice je pak velmi reaktivní a snaží se využít každou příležitost, aby svůj elektronový obal doplnila nebo svůj nepárový elektron poskytla. V prostředí jiných chemických sloučenin tak způsobí, že doplněním nebo předáním elektronu změní látku se kterou reagovala. Ve světě biologických sloučenin to je především molekula kyslíku, se kterou volný radikál reaguje a vzniká tzv. peroxylový radikál. Tomu ovšem opět chybí jeden elektron, který se snaží získat, a vzniká další volný radikál. Tak se rozebíhá řetězová reakce, která končí teprve vazbou dvou radikálů, nebo reakcí s tzv. antioxydantem. Stav, kdy v nějakém specifikovaném prostoru například v buňce převáží tvorba radikálů nad schopností antioxydantů tento proces zastavit, nebo udržet v rovnováze, se nazývá oxidační stres. Volné radikály svým mechanismem reakce mohou významně poškodit důležité biologické struktury buněčných membrán, proteinů, enzymů, tuků a především genetickou informaci obsaženou v DNA nebo RNA, a to i u těch nejmenších biočástic.

Za vznik volných radikálů je z fyzikálního hlediska odpovědné především ionizační záření, ať už UV nebo rentgenové. V organismu však vznikají volné radikály různými způsoby, například katalytickou cestou z peroxidu vodíku v přítomnosti železa Fe² tzv. Fentonovou reakcí.

H₂O₂ + Fe²⁺ ® ^·OH + OH^– + Fe³+

Na místo železa, však může do reakce vstoupit měď. Ta je dokonce mnohem reaktivnější než železo.

H₂O₂ +Cu⁺® ^·OH + OH^– +Cu²⁺

Vznikají tak vysoce reaktivní tzv. hydroxylové radikály, který reagují s celou řadou biologických struktur a důsledkem je vážné oxidační poškození.

Vlivem volných radikálů na lidský organismus se dále nemusíme zabývat, neboť se o něm v současnosti dostatečně hovoří v souvislosti s nejrůznějšími nemocemi a teorií stárnutí. Připomeňme pouze, že volné radikály sebou mnohdy přináší znečištěné životní prostředí.

Abychom však nevylili vaničku i s dítětem, připomeňme nezastupitelnou roli volných radikálů které si tělo vytváří, aby dopravilo energii k buňkám. Dále je to jeden ze základních principů funkce imunitního systému, který je využívá k likvidaci virů a patogenních bakterií v organismu, jako vysoce účinnou zbraň, avšak z hlediska fyzikálně – chemického neobyčejně jednoduchou.

Co mají měď – Cu a stříbro – Ag společného ?

Oba prvky mají ověřené oligodynamické vlastnosti.

Oba patří v periodické soustavě do skupiny mědi spolu se zlatem.

Měď má protonové číslo 29. To znamená, že jádro jeho atomu obsahuje 29 protonů nesoucích kladný elektrický náboj. Elektronový obal tvoří 29 záporných elektronů. V tomto stavu je atom elektricky neutrální.

Stříbro má protonové číslo 47, tedy tolik protonů v jádře a elektronů v obalu.

Počet elektronů na jednotlivých energetických hladinách:

Cu: 2, 8, 18, 1

Ag: 2, 8, 18, 18, 1

Oba kovy mají v nejvyšším orbitalu valenční slupky pouze 1 nepárový elektron.

V pevném skupenství tvoří atomy obou kovů stejnou kubickou krystalovou mřížku.

Oba kovy jsou vynikajícími vodiči tepla a elektrického proudu.

Výstupní práce mědi je 4,47 eV

Výstupní práce stříbra je 4,76 eV

Oba prvky patří mezi tzv. tranzitní kovy.

Oba mají stejná nejběžnější oxidační čísla.

Oba jsou diamagnetické.

Vidíme, že i přes rozdílný počet elementárních částic, které tvoří tyto dva prvky, jsou si stříbro a měď, pokud jde o vlastnosti atomů, velmi podobné.

ZPĚT

OBSAH

Atomy

Rozměr atomu

Elektronová konfigurace

Kvantová mechanika

Elektrický náboj

Indukce

Elektromagnetismus

Fotony

Chemické a optické vlastnosti

Elektricky nabité částice

Elektronvolt

Kovová vazba

Elektronový plyn

Krystalová mřížka

Základy biologie

Virus

Nukleové kyseliny

Bakterie

Plísně

Spory

Volný radikál

Měď a stříbro

Zpět na OBSAH se vždy dostanete také kliknutím na stříbrnou lištu vpravo. >>>

Ernest Rutherford přišel v roce 1911 s myšlenkou, že atom se podobá planetární soustavě.

Velikost atomu Helia.

1 Ångström = 0,1nm. Rozdíl ve velikosti jádra a průměru atomu je až 1:100 000.

... elektron má záporný náboj a částice tvořící jádro atomu proton, kladný náboj.

Při oddálení obou předmětů je pak v nevodiči více elektronů než protonů a látka je nabita záporně. Přiblížením k doutnavce, v ní uvidíme výboj.

... tělesa nabitá opačnými náboji se přitahují. Jde o silový projev elektrostatického pole.

James Clerk Maxwell

1831 - 1879

Albert Einstein (1879 - 1955)

a jeho slavný vzorec E = mc²

^{Energie ukrytá v hmotě je součinem
velikosti hmoty a čtverce rychlosti světla.}

Požár vzducholodě Hindenburg naplněné vodíkem 3. května 1937

2H₂ + O₂ → 2H₂O + E. Energie E, která se při této reakci uvolňuje, je několikanásobně vyšší, než energie potřebná k inicializaci slučování těchto plynů.