Jazyk chemie není čínština

S novými sloučeninami je to podobné jako s novorozenětem. Nevíme, co z něj časem vyroste, zda dobrodinec nebo ničema, ale vždy věříme spíše v to první... Před více než sto lety, roku 1894, připravili M. Apel a B. Tollens látku se strašlivým jménem anhydro-ennea-heptit (AEH, viz text v rámečku). Protože v praxi ovšem žádná reakce neproběhne stoprocentně podle ideální rovnice, vznikla při přípravě AEH i část „nedodělků“ a některé jiné vedlejší produkty, které jsou vesměs výborně rozpustné ve vodě a vzájemně si brání v krystalizaci. Apel a Tollens tak získali velmi hustý sirup, ze kterého žádaný AEH vykrystalizoval až po dvou letech. Potom však mohli krystalizaci nové „várky“ 50krát až 360krát urychlit, protože výsledný sirup prostě „naočkovali“ vzorovým krystalkem AEH. Vzorek krystalického AEH se uchovával v laboratoři, avšak při bombardování Berlína roku 1944 byla laboratoř zničena a s ní vzal za své i vzorek. (Za války sloužil AEH v malé míře jako náhradní surovina pro výrobu výbušnin podobných nitroglycerinu nebo „střelné bavlně“, po ní se stal levnou výchozí látkou pro výrobu změkčovadel různých umělých hmot, pro „zesíťované“ polyuretany i „vypalovací“ polyesterové laky.) Deset let se nedařilo krystalický AEH znova připravit. Až r. 1955 jiní badatelé získali jiným postupem mnohem čistší AEH, který sice krystaloval bez problémů, nová cesta však byla podstatně dražší než původní (pro výrobu ve velkém se nehodila). Naštěstí byl znovu k dispozici krystalický AEH pro očkování. Pak už výrobě čistého AEH ve velkém nic nestálo v cestě. Potud historie jediné a nijak zvlášť významné sloučeniny z milionů známých. Mnohem pohnutější jsou historie slavných barviv či léčiv (např. indiga, morfia, salvarsanu, anilinu), zpracované dokonce i literárně. Tuto nádhernou práci jsem kdysi oslavil krátkým článkem.^[3]

Připomíná jazyk chemie čínštinu?

Navzdory tomu, že je chemie tak nádherný obor, má na první pohled odpudivou abecedu a mimořádně rozsáhlý slovník, což pravděpodobně většinu lidí odradí od snahy jí porozumět.

Trochu to připomíná problémy s čínštinou. Čínské písmo je velmi komplikované a musíme se naučit několika tisícům znaků, abychom mohli čínštinu číst. Složitá abeceda sama o sobě stačí být tou základní překážkou porozumění libovolnému jazyku, ať už je klínopisná, hieroglyfická, arabská, koptská nebo hebrejská.

Neznalost místního jazyka a písma však při dobré vůli vzájemnému porozumění nebrání. Je možné zvolit zprostředkující jazyk. Podobně i ve vědě je potřeba zvládnout příslušnou abecedu a základní slovník, jinak nám vědecká informace bude stejně nesrozumitelná jako čínský text.

Na první pohled je také jazyk chemie obtížný, přitom jej však nezbytně potřebujeme. Žijeme totiž v chemickém světě;^[1] všechny látky na naší planetě se skládají z chemických sloučenin, ať jsou to minerály, voda, vzduch či všechny objekty živé přírody. Chemická abeceda je základem genetické informace, těla rostlin i živočichů jsou tvořena miliony různých chemických sloučenin v neustále se obnovující rovnováze, fotosyntéza je základem všech potravinových řetězců, chemické látky zprostředkují šíření nervových vzruchů. Své chemické složení mají potraviny, pohonné hmoty, stavební, konstrukční a obalové materiály. Většina z nich navíc vyžaduje chemické zpracování. Díky analytickým chemikům známe povahu a koncentraci znečištění v půdě, vodě, vzduchu. Bezpečně se dá stanovit i stopa alkoholu, drogy či anabolika v krvi nebo moči.

Abeceda a slovník v chemii

Vraťme se k úvodnímu příběhu a ukažme si na příkladu AEH, jedné z mnoha milionů známých sloučenin, že abeceda i slovník chemie jsou jednodušší, než si myslíme. Apel a Tollens svou sloučeninu C₉H₁₈O₆ nazvali anhydro-ennea-heptit (AEH). Vzorec C₉H₁₈O₆ je tzv. sumární. Udává, kolik atomů kterého prvku se na stavbě molekuly AEH podílí. Látek s tímto sumárním vzorcem je ovšem velice mnoho; liší se od sebe uspořádáním daných atomů i způsobem vzájemné vazby. Aby nedošlo k omylu, musíme znát konstrukci látky, tj. způsob, jakým jsou atomy uhlíku, vodíku a kyslíku v molekule uspořádány, mezi kterými atomy existuje vzájemná vazba a jak ta vazba vypadá. Teprve potom můžeme látku výstižně pojmenovat. Základem všech vědeckých názvosloví je řečtina a latina. Má to tu výhodu, že odborník rozumí bez ohledu na to, ze které země pochází. Vysvětleme si, co znamená AEH: anhydro – bezvodý, odvodněný, o jednu molekulu vody chudší; ennea – devět (rozumí se atomů uhlíku); heptit – obsahující sedm hydroxylových skupin. Dohromady: sloučenina s devíti atomy uhlíku a sedmi hydroxylovými skupinami, po odštěpení jedné molekuly vody. AEH je název triviální, tj. postihující jen některé charakteristiky dané sloučeniny. Neumožňuje sice nakreslit její konstituční vzorec (tj. ukazující pořadí, rozložení a vzájemné vazby jednotlivých atomů), ale je zpravidla jednodušší a výborně se hodí k pojmenování možných chemických odvozenin. Takové triviální názvy se běžně užívají zejména pro aromatické uhlovodíky, např. benzen, toluen, styren, naftalen ad. Mezinárodně srozumitelnější a jednoznačnější je název konstituční. To je skutečný „portrét“ dané sloučeniny (obrázek).

Vzorci na obrázku odpovídá „slovní portrét“:

1,1,3,3-terakis(hydroxymethyl)-2-hydroxy-5-oxacyklohexan.

Na první pohled je to hrůzostrašné, ale je to naprosto srozumitelné, jestliže název čteme po úsecích zprava doleva:

cyklohexan: uhlovodík se šesti skupinami –CH₂– sepnutými do kruhu (obrázek), 5-oxa: jedna skupina –CH₂– je nahrazena skupinou –O– (obrázek), 2-hydroxy: v poloze 2- se mezi vazbu C–H „vklínil“ atom kyslíku (obrázek), 1,1,3,3-tetrakis (hydroxymethyl): čtyři skupiny HOCH₂– nahradily původní vodíky v daných polohách (obrázek).

Toto jsou podstatné znaky „šeredné“ abecedy chemie a jejího „odpudivého“ slovníku. AEH je příkladem organické sloučeniny (tj. v podstatě „chemie sloučenin uhlíku“), ale prakticky stejným způsobem se tvoří i názvy sloučenin libovolných jiných prvků; mezi nimi vyniká obrovská oblast sloučenin s boranovým skeletem. Tvary jejich molekul připomínají ideální platonská tělesa^[2] (obrázek).

Několik přesně definovaných pravidel dovoluje slovně portrétovat miliony různých sloučenin a přesně je popsat libovolnému adresátu, ať je jeho mateřština jakákoliv. Podstata je srovnatelná s matematickou abecedou a slovníkem, na které jsme si už dávno zvykli. Ke konci roku 1997 se odhadoval počet popsaných a definovaných chemických sloučenin na více než sedmnáct milionů. Tyto sloučeniny byly izolovány z přírodních materiálů (menšina) nebo uměle vyrobeny v laboratořích, každá je konstitučně charakterizována a byly změřeny jejich charakteristické konstanty. Některé se vyrábějí v megatunových množstvích ročně (např. styren, butadien ad.), jiné sotva v gramových (vzácná léčiva, hormony apod.). Všechny jsou katalogizovány a dají se v příslušné literatuře vyhledat. Bezmála všechny z nich byly popsány během posledních svou století. Na jejich výzkumu se podílely a podílejí miliony chemiků ve vědeckých a vývojových laboratořích celého světa.

Tvůrčí možnosti v chemii

Jednotlivé molekuly chemických sloučenin jsou nepředstavitelně malé a jejich počet ve vážitelném kousku látky je nepředstavitelně veliký. Např. v náprstku (asi 3 ml) vzduchu je asi 8×10¹⁹ molekul dusíku a kyslíku, a dokonce téměř 1 objemové procento atomů argonu (to je prakticky jediný atom, se kterým se v životě běžně setkáváme). Je to nesmírně velké číslo. Tyto molekuly však mají mezi sebou ještě dost místa, aby mohly vibrovat, otáčet se kolem všech os, ba dokonce se rozletět rychlostí 470 m/s – samozřejmě se při tom neustále srážejí se svými sousedy. V náprstku vody je dokonce asi 10²³ molekul (sto tisíc trilionů). I v kapalině se mohou molekuly natřásat a prakticky volně se otáčet, jen jejich přímočarý pohyb je podstatně omezen. Kdybychom zvětšili molekulu vody na průměr 0,01 mm (tj. na hranici viditelnou pouhým okem – zvětšení 1 : 33 tisícům), vešel by se náprstek takto zvětšené vody do jezera o ploše 400 hektarů a hloubce 25 metrů!

Chemik si přesto dovede takové nicotné útvary docela dobře představit, dovede posoudit, jak se budou měnit za jím zvolených podmínek, a dokonce je přiměje k tomu, aby se podle jeho vůle a představ chovaly rychlostí třeba 8 trilionů stejných dějů za sekundu (má-li být reakce pohodlně zvládnutelná), nebo i milionkrát rychleji (touží-li po výbuchu). Nejsou to úžasné tvůrčí možnosti, které nám dávají přiměřené vědění (včetně té nešťastné abecedy a slovníku), představivost, zkušenost a obratnost? ¹⁾