Chleba ze vzduchu a jiné příběhy

Co začít třeba takhle: Kam se jen podíváme, všude najdeme stopy chemie! Nebo: O které vědě jedině se dá říct, že udělala chleba ze vzduchu? Nebo ještě jinak: Která věda přemosťuje břehy fysis a psyché (vždyť co jiného jsou myšlenky než kaskády chemických reakcí)? Místo dalších vzletných opisů, přívlastků, obdob a podobenství nabídněme raději tři příklady.

Chemie na poli

Na možnost zúrodňování polí neorganickými hnojivy přišel už v první polovině 19. století Justus Liebig; používaly se hlavně nerosty ledek jako zdroj dusíku a sylvín pro draslík, k tomu mineralizovaná kostní moučka jako zdroj fosforu a vápníku. Zatímco draselné a fosfo-vápenaté hnojivo mělo Německo doma, ledek se musel dovážet až z Chile. A tak si Fritz Haber umínil ve velkém slučovat vodík se vzdušným dusíkem na amoniak. Jenže dusík, jak notoricky známo ze škamen, toť element značně inertní a přimět ho ke sloučení s čímkoli není jen tak. Tomu také odpovídaly Haberovy pracně vybádané reakční podmínky: tlak 200 atmosfér, teplota 500–600 °C (takový tlak panuje dva kilometry pod vodou, při takové teplotě je ocel rozžhavená do ruda), navíc musely spolupůsobit speciální katalyzátory.

Haberova laboratorní aparatura z roku 1908 vyráběla 100 mililitrů čpavku za hodinu. Z amoniaku lze poměrně snadno vyrobit umělá dusíkatá hnojiva, proto hned rok nato Carl Bosch dovedl syntézu do průmyslových rozměrů. Investorům se však výroba zdála technologicky náročná, tudíž drahá.

Jenže: Když během první světové války plavidla Dohody zablokovala Německu přísun chilského ledku (složením dusičnanu sodného), poněvadž se z něj vyráběly i výbušniny, národohospodáři si na Haberovu-Boschovu syntézu najednou vzpomněli. V roce 1916 se v Leuně u Lipska rozjíždí první velká továrna na syntetický amoniak. Díky ní (a díky vysokotlaké výrobě benzinu z uhlí, jak uvidíme níže) se porážka Německa oddálila.

Žel týž Fritz Haber vyvinul a použil i první speciální chemické zbraně, pročež se po první světové válce ocitl na seznamu německých válečných zločinců (a současně s tím dostal Nobelovu cenu za chemii). Významný fyzik Max Laue po jeho smrti použil tato slova: „Vejde do dějin jako muž, který získal chléb ze vzduchu.“

Chemie v automobilové nádrži

Když před sto pětadvaceti lety rozjel německý konstruktér Karl Benz svoje první vozítko s výbušným spalovacím motorem na kapalné palivo, „topil“ v něm – benzinem. Ne, žádná souvislost, ale čiročirá náhoda; název pocházející z arabských kořenů fungoval už řadu let, i když promiskuitně s benzenem. (To Benzův krajan Rudolf Diesel se svým naftovým motorem uspěl podstatně líp – palivo do vznětových motorů figuruje na pumpách pod mezinárodním označením diesel.)

Leč zpět ad res, tedy „na adresu“ chemie. Tato věda se historií benzinu táhne od samého jejího počátku. Benzinem se před Benzem jen občas svítilo ve speciálních lampách a neodolal mu žádný mastný flek, pročež se jím mimo jiné odmašťovala ovčí vlna. Jinak se coby odpad při výrobě petroleje destilací ropy – považte! – běžně spaloval do vzduchu jako obtížný odpad.

Rozvoj automobilismu význam benzinu strmě umocnil; první světová válka s blokádou, tentokrát dovozu ropy, vyprovokovala hlavně německé chemiky (první z nich uspěl Friedrich Bergius) k vymýšlení náhradních technologií výroby benzinu z uhlí. Nastoupily magicky znějící postupy hydrogenace (sycení vodíkem) uhlí, krakování (štěpení vyšších uhlovodíků na nižší), reformování (změna tvaru uhlovodíkových molekul) či alkylace a polymerizace (prodlužování, respektive spojování nižších uhlovodíků ve vyšší).

Zároveň konstruktéři s růstem výkonu svých motorů shledali, že nejednotně vyráběné benziny mají na výkon různý vliv – některé „klepou“ (předčasně detonují) víc a jiné míň. Proč? Ukázalo se, že záleží na chemickém složení uhlovodíků v palivu. Zrodil se termín „oktanové číslo“ (u prvních motorových benzinů mělo hodnotu 40–60). Počátkem dvacátých let 20. století objevil americký chemik Thomas Midgley organokovovou sloučeninu tetraethylolovo, která se ukázala být účinným antidetonátorem.

Když pak jedovaté olovo chrlené z nesčetných výfuků do prostředí začalo být poněkud otravné, přišli chemici s antidetonátory bezolovnatými. Další nezdravé zplodiny spalovacích motorů pak likvidují další chemická udělátka – automobilové katalyzátory, které zajišťují dospálení paliva na CO₂ a H₂O.

Leč ani v tom „chemie dopravy“ neřekla poslední slovo. Na stálé zdražování ropy, nota bene neobnovitelného zdroje, reagují elektrochemici stále výkonnějšími akumulátory pro elektromobily. A zřejmě ani netřeba dodávat, že odsiřování hnědouhelných tepelných elektráren (u nás hlavního zdroje energie pro kýžené elektromobily) pomocí uhličitanu vápenatého je proces skrz naskrz chemický…

Chemie života

Dosud jsme se zabývali chemií tisíců tun. Nyní opačný extrém: chemie buněk na úrovni jednotlivých molekul.

Ano, buňka disponuje úctyhodnou mašinerií stovek druhů chemických reakcí se svými rozpouštědly (voda), reaktanty (např. složky nukleových kyselin či bílkovin) a specifickými katalyzátory (enzymy). Ostatně tohle jasnozřivě vytušil anglický chemik Humphry Davy už v roce 1800, to ještě biochemie psala záporný letopočet své existence („před vznikem“): „Chemie ve spojení se zákony života stane se nejpozoruhodnější a nejdůležitější ze všech věd.“

Prošel jsem si zběžně, kolik Nobelových cen udělených za chemii souvisí s medicínou a naopak. Nuže – v prvním případě je jich dle mého měřítka přes tři desítky, v opačném nejméně deset (míněny vždy ceny v určitém roce, nikoli všichni jednotlivci v nich odměnění). Nejmodernějším společným plodem lásky chemie a biomedicíny je obor zvaný molekulová medicína. Do ní patří například dnes tak populární molekulární genetika; vždyť čtení genetické informace není v podstatě nic jiného než vysoce „fajnová“ analytická chemie, genové inženýrství zase chemické slučování, nu a první umělé geny a nejjednodušší genomy nejsou nic jiného než produkty složité chemické syntézy.

Pominu-li Watsonův-Crickův epochální objev struktury nukleových kyselin z roku 1953 (Nobelova cena za fyziologii a medicínu 1962), za největšího „chemika života“ považuji Fredericka Sangera. On totiž roku 1953 jako první analyzoval složení bílkovinné látky (přesný sled 51 aminokyselin v dvojitém řetězci inzulinu, Nobelova cena za chemii 1958) a poté v roce 1977 rovněž jako první určil detailní složení nukleové kyseliny (sekvenci 5386 párů bází v genomu bakterofága φX 174, Nobelova cena za chemii 1980).

Dvě Nobelovy ceny získaly vedle Sangera jen tři další osobnosti světové vědy: Marie Curie (fyzika 1903, chemie 1911), Linus Pauling (chemie 1954, mír 1962), John Bardeen (fyzika 1956 a 1972).

Chemie ve společnosti

Chemii se v Česku daří, alespoň pokud bychom měli soudit podle společenských úspěchů jejích představitelů: Jedinou „českou“ Nobelovu cenu za vědu získal chemik – Jaroslav Heyrovský. Z deseti předsedů Československé akademie věd a její nástupkyně Akademie věd České republiky bylo sedm chemiků či biochemiků – František Šorm (1962–1969), Josef Říman (1986–1989), Otto Wichterle (1990–1992), Rudolf Zahradník (1993–2001), Helena Illnerová (2001–2005), Václav Pačes (2005–2009) a Jiří Drahoš (od 2009). Jak vidno, po listopadu ’89 vládli Akademii dokonce pouze chemikové!

Závěrem pár slov k rubu chemických věd. V očích veřejnosti úporně přetrvává odér chemie coby environmentálního katana. Jenže atributem každého vědeckého objevu je jeho dvojakost – vedle potenciální užitečnosti nabízí i různá zneužití. V tom je příklad čpavku coby zdroje hnojiva na pole i střeliva do pole typický, podobně benzin může pohánět stejně tak sanitku jako auto plné semtexu přivedeného k výbuchu na přeplněném tržišti. Ale najdeme samozřejmě řadu jiných využití, vezměme si kupříkladu jaderné štěpení ve fyzice, darwinismus a genové manipulace v biologii, masivní hypermedikaci v medicíně nebo třeba mobilní telefony – jak ty jen ulehčily komunikaci zločinců všeho druhu!

Takže jednou provždy: Nezáleží na vědě jako takové, ale na nás, lidech, a na našich osobních vlastnostech – na míře selektivní slepoty politika, na míře hamižnosti producenta, na míře zpohodlnělosti konzumenta… A to už není problém vědy. Včetně té, jež zove chemie.