Do hloubky povrchnosti

Snad s výjimkou sluchu jsou naše smysly přednostně zaměřené na povrchy. Pouze mimozemšťan z planety Krypton disponoval zrakem, který nahlédl hlouběji. My všichni ostatní vnímáme zejména povrchovou informaci – odraz světla, teplotu, hrubost, pach nebo třeba chuť po olíznutí. V organismu řídí povrchová informace vše od mezibuněčné komunikace přes tvorbu tkání po fungování imunitního systému. A v chemické praxi je na površích zcela závislá například heterogenní katalýza.

Heterogenní katalyzátor obecně je v jiné fázi (skupenství) než reaktanty a produkty reakce, kterou katalyzuje. Existuje obrovské množství takových katalyzátorů, polymeračními jednotkami v rafineriích počínaje a enzymatickými testovacími sadami konče. I katalyzátor vašeho auta pracuje na tomto principu. Chemickou katalýzu na površích všichni využíváme denně, aniž bychom si to uvědomovali.

Povrch je jedna z forem fázového rozhraní, na kterém dochází k dramatické skokové změně téměř všech fyzikálních veličin. Pro atomy je to hranice jejich vesmíru; přestože by např. ochotně tvořily šest vazeb, fázový přechod jim polovinu ukrojí. Tuto frustraci u kapalin nazýváme povrchovým napětím, u pevných látek povrchovými stavy.

Tyto povrchové stavy či uspořádání atomů se snaží kompenzovat svoji valenční frustraci nekovalentními interakcemi s jinými molekulami – plyny, rozpouštědlem nebo fyzisorpcí molekul z roztoku. Atomy jsou na povrchu určitým způsobem uspořádány, například v krystalové mřížce, a toto uspořádání dále replikují; říkáme tomu epitaxe. Povrch tedy diktuje uspořádání molekul adsorbovaných na něm a v jeho těsné blízkosti.

Katalýza na površích

V naší skupině se věnujeme uspořádávání organických molekul a polymerů v tenkých vrstvách (filmech) na površích. Vlastnosti těchto filmů samozřejmě vycházejí z jejich molekulárního složení, nicméně stejně důležitou roli hraje i to, jak jsou vůči sobě jednotlivé molekuly orientované v prostoru. Například PEDOT, derivát polythiofenu, je organický vodivý polymer, jehož měrný elektrický odpor mění hodnotu v rozsahu více než čtyř řádů – vyšší míra uspořádání vykazuje nižší odpor. Vyšší uspořádání totiž nutí konjugované systémy zaujmout koplanární uspořádání, které usnadňuje migraci náboje podél hlavního řetězce konjugovaných polymerů. Zároveň se jednotlivé řetězce rovnají paralelně vedle sebe, a náboj tak snáze přeskakuje mezi nimi, čímž umožňuje elektrickou vodivost na vzdálenosti přesahující délku jednotlivých polymerních řetězců.