Jak dobře znáte periodickou tabulku prvků? Náš seriál Prvky zkoumá základní stavební kameny pozorovatelného vesmíru – a jejich význam pro váš život – jeden po druhém.
Může to být třpytivé a těžké. Může být měkký a vločkatý. Může vypadat jako fotbalový míč. Uhlík je páteří všeho živého – a přesto může způsobit konec života na Zemi, jak ho známe. Jak se může hrouda uhlí a zářivý diamant skládat ze stejného materiálu? Zde je osm věcí, které jste o uhlíku pravděpodobně nevěděli.
1. JE TO „KABELKA ŽIVOTA“
Je v každé živé věci a v docela dost mrtvých. „Voda je možná rozpouštědlem vesmíru,“ píše Natalie Angierová ve svém klasickém úvodu do vědy The Canon, „ale uhlík je lepicí páskou života.“ Nejenže je uhlík lepicí páska, ale je to také pořádná lepicí páska. Spojuje atomy mezi sebou a vytváří lidi, zvířata, rostliny a horniny. Když si s ním pohrajeme, můžeme ho přimět k výrobě plastů, barev a nejrůznějších chemikálií.
2. JE TO JEDEN Z NEJBOHATĚJŠÍCH PRVKŮ VE VESMÍRU.
Sedí přímo na vrcholu periodické tabulky prvků, vklíněný mezi bór a dusík. Atomové číslo 6, chemická značka C. Šest protonů, šest neutronů, šest elektronů. Je čtvrtým nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru po vodíku, heliu a kyslíku a patnáctým v zemské kůře. Zatímco o jeho starších bratrancích vodíku a heliu se předpokládá, že vznikli během bouřlivého velkého třesku, u uhlíku se předpokládá, že vznikl nahromaděním částic alfa při explozích supernov, což je proces zvaný nukleosyntéza supernov.
3. JMENUJE SE PO UHLÍKU.
Ačkoli lidé znají uhlík jako uhlí a – po spálení – saze již tisíce let, byl to Antoine Lavoisier, kdo v roce 1772 prokázal, že se ve skutečnosti jedná o jedinečnou chemickou entitu. Lavoisier použil přístroj, který soustřeďoval sluneční paprsky pomocí čoček o průměru asi čtyři stopy. Přístroj, kterému se říká sluneční pec, použil k vypálení diamantu ve skleněné nádobě. Analýzou zbytků nalezených ve sklenici se mu podařilo prokázat, že diamant se skládá výhradně z uhlíku. Lavoisier jej poprvé uvedl jako prvek ve své učebnici Traité Élémentaire de Chimie vydané v roce 1789. Název uhlíku pochází z francouzského charbon, tedy uhlí.
4. RÁD SE VÁŽE.
Může vytvářet čtyři vazby, což dělá s mnoha dalšími prvky, a vytváří tak statisíce sloučenin, z nichž některé denně používáme. (Plasty! Drogy! Benzín!) Důležitější je, že tyto vazby jsou pevné a zároveň pružné.
5. Téměř 20 % VAŠEHO TĚLA Tvoří UHLÍK.
May Nyman, profesor anorganické chemie na Oregonské státní univerzitě v Corvallisu ve státě Oregon, říká pro Mental Floss, že uhlík má téměř neuvěřitelný rozsah. „Tvoří všechny formy života a v množství látek, které vytváří, tuků, cukrů, je obrovská rozmanitost,“ říká. Vytváří řetězce a kruhy v procesu, kterému chemici říkají katenace. Každá živá věc je postavena na páteři z uhlíku (s dusíkem, vodíkem, kyslíkem a dalšími prvky). Takže zvířata, rostliny, každá živá buňka a samozřejmě i člověk jsou produktem katenace. Naše těla tvoří 18,5 procenta hmotnosti uhlíku.
A přesto může být i anorganický, říká Nyman. Spojuje se s kyslíkem a dalšími látkami a vytváří velké části neživého světa, jako jsou horniny a minerály.
6. Dvě jeho nové formy jsme objevili teprve nedávno.
Uhlík se vyskytuje ve čtyřech hlavních formách: grafit, diamanty, fullereny a grafen. „Struktura řídí vlastnosti uhlíku,“ říká Nyman. Grafit („kámen na psaní“) se skládá z volně spojených listů uhlíku vytvořených jako kuřecí drát. Napsat něco tužkou je vlastně jen škrábání vrstev grafitu na papír. Diamanty jsou naproti tomu propojeny trojrozměrně. Tyto výjimečně pevné vazby lze přerušit pouze obrovským množstvím energie. Protože diamanty mají mnoho takových vazeb, je to z nich nejtvrdší látka na Zemi.
Fullereny byly objeveny v roce 1985, kdy skupina vědců odpálila grafit laserem a vzniklý plynný uhlík zkondenzoval do dosud neznámých kulovitých molekul o 60 a 70 atomech. Byly pojmenovány na počest Buckminstera Fullera, excentrického vynálezce, který se proslavil vytvořením geodetických kopulí s tímto složením připomínajícím fotbalový míč. Robert Curl, Harold Kroto a Richard Smalley získali v roce 1996 Nobelovu cenu za chemii za objev této nové formy uhlíku.
Nejmladším členem rodiny uhlíku je grafen, který v roce 2004 náhodou objevili Andre Geim a Kosťa Novoselov při improvizovaném výzkumném zácviku. Vědci použili lepicí pásku – ano, opravdu – aby z hroudy grafitu zvedli uhlíkové pláty o tloušťce jednoho atomu. Nový materiál je extrémně tenký a pevný. Výsledek: Nobelova cena za fyziku v roce 2010.
7. DIAMANTŮM SE NEŘÍKÁ „LED“ DŮVODEM JEJICH VZHLEDU.
Diamanty se nazývají „led“, protože díky své schopnosti přenášet teplo jsou chladné na dotek – ne kvůli svému vzhledu. Díky tomu jsou ideální pro použití jako chladiče v mikročipech. (Většinou se používají syntetické diamanty.) Do hry opět vstupuje trojrozměrná mřížková struktura diamantů. Teplo se mění na mřížkové vibrace, které jsou zodpovědné za velmi vysokou tepelnou vodivost diamantů.
8. POMŮŽE NÁM URČIT STÁŘÍ UMĚLECKÝCH DĚL – A DOKÁZAT, ŽE NĚKTERÁ Z NICH JSOU FALEŠNÁ.
Americký vědec Willard F. Libby získal v roce 1960 Nobelovu cenu za chemii za vývoj metody datování památek pomocí analýzy množství radioaktivního poddruhu uhlíku, který je v nich obsažen. Radiouhlíkové datování neboli datování C14 měří rozpad radioaktivní formy uhlíku C14, která se hromadí v živých organismech. Lze ji použít pro předměty staré až 50 000 let. Uhlíkové datování pomohlo určit stáří ledového muže Ötziho, 5300 let staré mrtvoly nalezené zmrzlé v Alpách. Bylo také zjištěno, že Lancelotův kulatý stůl ve winchesterské katedrále byl vyroben stovky let po předpokládaném artušovském věku.
9. Příliš mnoho ho mění náš svět.
Oxid uhličitý (CO2) je důležitou součástí plynné přikrývky, která obklopuje naši planetu a zajišťuje na ní dostatečné teplo pro život. Spalováním fosilních paliv – která jsou postavena na uhlíkové kostře – se však uvolňuje více oxidu uhličitého, což přímo souvisí s globálním oteplováním. Byla navržena řada způsobů, jak oxid uhličitý odstraňovat a ukládat, včetně bioenergetiky se zachycováním a ukládáním uhlíku, která zahrnuje výsadbu rozsáhlých porostů stromů, jejich těžbu a spalování za účelem výroby elektřiny a zachycování CO2 vzniklého při tomto procesu a jeho ukládání pod zem. Dalším diskutovaným přístupem je umělé zvýšení zásaditosti oceánů, aby mohly vázat více CO2. Lesy jsou přirozenými pohlcovači uhlíku, protože stromy při fotosyntéze zachycují CO2, ale lidská činnost v těchto lesích působí proti a překonává jakýkoli zisk ze zachycování CO2, kterého bychom mohli dosáhnout. Stručně řečeno, zatím nemáme řešení nadměrného množství C02, které jsme v atmosféře vytvořili.
.