Podcast na Plasty a pesticidy: Organická chemie

Kapitoly

Zrození plastů

Celuloid a jeho stinná stránka

Co je to vlastně plast?

Způsoby vzniku makromolekul

Vylepšování plastů

Přehlídka slavných plastů

Superplasty v akci

Od punčoch po padáky

Guma, která není z kaučukovníku

Co jsou pesticidy?

Jména a bezpečnost

Insekticidy od A do Z

Herbicidy a další pomocníci

Závěr

Přepis

Adéla: …počkej, takže ta úplně první hmota, ten prapředek všech plastů, byla vlastně směs chloroformu a ricinového oleje? To zní spíš jako lektvar z nějaké staré lékárny!

Filip: Přesně tak! A přesně takhle v roce 1862 ohromil Angličan Alexander Parkes celou průmyslovou výstavu v Londýně. Vítejte u Studyfi Podcast!

Adéla: Zdravím všechny! Filipe, to musíme rozebrat. Takže žádný supermoderní polymer, ale ricinový olej?

Filip: Přesně. Popsali to jako „látku tvrdou jako rohovina, ale ohebnou jako kůže, která mohla být odlévána, lisována, barvena a řezána“. Parkes tomu dal jméno parkesin.

Adéla: Parkesin. To zní docela vznešeně. A on sám tušil, že tím odstartoval celou plastovou éru?

Filip: Vůbec ne. Ani v nejmenším netušil, že založil rodinu materiálů, které budou konstruktéři milovat a ekologové, no... o něco méně. Dnes téhle rodině říkáme plasty.

Adéla: Takže on byl takový praotec plastů, i když komerčně moc neprorazil?

Filip: S parkesinem ne, ale pak přišel s něčím, co už známe mnohem lépe – celuloidem. Na ten už získal patent a to byl úplně jiný příběh.

Adéla: Celuloid, to mi něco říká! Staré filmy, kulečníkové koule…

Filip: Přesně! Vznikl jako sloučenina nitrocelulózy s kafrem. A od roku 1869 se o jeho masové rozšíření postaral Američan John Wesley Hyatt. Najednou byly kulečníkové koule dostupné pro víc lidí, protože se nemusely vyrábět z drahé slonoviny.

Adéla: A taky límečky do košil, pravítka, pingpongové míčky… A hlavně filmové pásy, že?

Filip: Ano, filmový průmysl byl jeho největším odběratelem. Celuloid byl pružný, průhledný a dala se na něj nanášet fotocitlivá vrstva. Měl ale jednu… řekněme, výbušnou vlastnost.

Adéla: Povídej…

Filip: Extrémně dobře hořel. A to i bez přístupu vzduchu. Což, jak si asi dovedeš představit, v promítací kabině plné horkých lamp nebylo úplně ideální.

Adéla: Páni. Takže jít do kina byl tehdy doslova ohnivý zážitek!

Filip: Mohl být! Způsobilo to spoustu katastrof a nenahraditelných kulturních ztrát, když shořely celé filmové archivy. Celuloid byl skvělý sluha, ale opravdu zlý pán.

Adéla: Dobře, od hořících filmů se posuňme k definici. Co přesně jsou plasty? Když se řekne plast, představím si PET lahev. Ale je to mnohem víc, že?

Filip: Mnohem víc. Jsou to makromolekulární sloučeniny. To zní složitě, ale představ si to jako extrémně dlouhý vlak, kde každý jednotlivý vagón je malá molekula, takzvaný monomer.

Adéla: A když se ty vagónky-monomery spojí dohromady, vznikne ten dlouhý vlak – makromolekula neboli polymer.

Filip: Přesně tak! A aby se látka považovala za makromolekulární, musí mít molární hmotnost větší než 5000 g/mol. To je spousta spojených vagónků. Důležitý je pro ně takzvaný plastický stav – to je moment, kdy je můžeme teplem tvarovat.

Adéla: Takže odtud název „plast“.

Filip: Bingo. A jak se jmenují? Většinou jednoduše. Vezmeš název monomeru a přidáš předponu „poly“. Takže z monomeru ethenu vznikne polyethen. Ze styrenu polystyren.

Adéla: To dává smysl. A co když je struktura složitější, rozvětvená?

Filip: Pak se často používá obecný název pryskyřice. To znáš třeba ze sklolaminátu, který se používá na výrobu lodí nebo sportovního náčiní.

Adéla: Dobře, takže máme monomery a chceme z nich postavit ten náš vlak, polymer. Jak se to dělá? Prostě se smíchají a čeká se?

Filip: Kéž by to bylo tak jednoduché. Jsou tři hlavní způsoby. První a nejběžnější je polymerace. Tam z mnoha malých molekul vznikají velké molekuly bez jakéhokoliv odpadu. Všechno se spotřebuje.

Adéla: Jak to funguje?

Filip: Začíná to iniciací. Nějaký impulz – teplo, světlo nebo katalyzátor – naruší dvojnou vazbu v monomeru a vytvoří aktivní centrum. Buď radikál nebo iont.

Adéla: A to aktivní centrum je jako magnet?

Filip: Dá se to tak říct. Ve druhé fázi, propagaci, si to aktivní centrum začne „nabalovat“ další a další monomery. Řetězec roste a roste, dokud se nespotřebuje materiál nebo dokud se ten růst nezastaví ve třetí fázi, terminaci.

Adéla: A další způsoby?

Filip: Pak je tu polyadice. Tam reagují dva různé druhy látek, které se na sebe postupně adují, jako když skládáš lego. Takhle vznikají třeba polyuretany, ze kterých máme molitan.

Adéla: A ten třetí?

Filip: Polykondenzace. Ta je podobná, ale s jedním klíčovým rozdílem. Při spojování molekul se vždy odštěpí nějaká malá molekula jako vedlejší produkt – nejčastěji voda. Takhle vznikají třeba polyestery nebo polyamidy.

Adéla: Takže můžeme spojovat jen stejné monomery, nebo je můžeme i míchat?

Filip: Výborná otázka! Když použijeme dva nebo více různých monomerů, vznikne takzvaný kopolymer. A to nám otevírá dveře k úžasným vlastnostem.

Adéla: Jako třeba?

Filip: Můžeme je uspořádat náhodně, statisticky. Nebo pravidelně za sebou jako korálky na niti, tomu říkáme sledové uspořádání. Nebo můžeme na jeden hlavní řetězec „naroubovat“ jiné řetězce, a to jsou roubované kopolymery. Každý typ má jiné vlastnosti.

Adéla: A slyšela jsem o vulkanizaci. To je taky nějaké vylepšení?

Filip: To je klíčový proces hlavně u kaučuků. Představ si hromadu uvařených špaget – to jsou lineární polymery. Dají se po sobě posouvat. Vulkanizace mezi nimi vytvoří příčné spoje, jako bys ty špagety poslepovala. Najednou je z toho pružná a odolná síť.

Adéla: Aha! Takže proto je guma pružná.

Filip: Přesně. Zvyšuje se tím pružnost a odolnost. Ale pozor, když to s vulkanizací přeženeš, vznikne tvrdý, křehký a netavitelný materiál. Dřív se k tomu používala síra, dnes už máme i jiná činidla.

Adéla: Pojďme se teď podívat na pár konkrétních příkladů. Které plasty potkáváme nejčastěji?

Filip: Určitě polyethylen, neboli PE. Známe ho všichni – mikrotenové sáčky, fólie, různé obaly. Vzniká polymerací ethylenu. Je levný a odolný.

Adéla: A co jeho bratranec, polypropylen?

Filip: Polypropylen, PP, je taky velmi běžný. Je lehký a používá se na podobné věci jako PE, ale také na výrobu vláken, třeba v kobercích nebo outdoorovém oblečení.

Adéla: A pak je tu polystyren, PS. Ten znám hlavně v té pěnové podobě.

Filip: Ano, lehčený polystyren je fantastický izolační a obalový materiál. Ale vyrábí se z něj i pevné věci, jako jsou kelímky od jogurtů nebo jednorázové příbory.

Adéla: A co PVC? To je taky hodně známá zkratka.

Filip: Polyvinylchlorid. Za normálních okolností je to tuhý materiál – třeba novodurové trubky. Ale když se do něj přidají takzvaná měkčidla, stane se z něj měkký a ohebný materiál, který známe jako igelit – na podlahové krytiny, ubrusy nebo hračky.

Adéla: Dobře, to byly ty nejběžnější. Ale co nějaké specialitky? Třeba teflon?

Filip: Teflon je obchodní název pro polytetrafluorethylen, PTFE. Je extrémně chemicky a tepelně stálý. Proto ho najdeme na pánvích – jídlo se nepřipaluje. Ale používá se i v medicíně na umělé klouby nebo v chemickém průmyslu.

Adéla: A plexisklo?

Filip: To je zase polymethylmetakrylát, PMMA. Říká se mu organické sklo. Používá se všude tam, kde potřebujeme průhledný a nerozbitný materiál. Taky z něj zubaři dělají zubní protézy.

Adéla: A co třeba lyže nebo rybářské pruty? Ty jsou taky z plastu, ne?

Filip: Často obsahují vlákna z polyakrylonitrilu, PAN. Samotný PAN se používá na výrobu umělých vláken, která známe pod názvy jako Orlon nebo Akrilan. A ve spojení s pryskyřicí tvoří pevné a lehké sklolamináty, ideální právě na sportovní náčiní.

Adéla: Když mluvíme o vláknech, nemůžeme zapomenout na nylon a silon.

Filip: To v žádném případě! To jsou polyamidy, PA. Prvním syntetickým polyamidem byl nylon, který způsobil v roce 1939 v USA doslova revoluci ve výrobě punčoch. Dámy po nich šílely.

Adéla: A silon je československá verze, že?

Filip: Přesně tak. Jsme byli první zemí po USA, která ho začala vyrábět. Polyamidy jsou neuvěřitelně pevné, takže se z nich vyrábí lana, padáky, ale i ozubená kola v převodovkách, která nemusí být mazána.

Adéla: A co materiál Tesil, ze kterého se dělaly ty nezničitelné kalhoty?

Filip: Ano, ty věčné kalhoty! To je zástupce polyesterů, PES. Vznikají polykondenzací dvojsytných alkoholů a kyselin. Jsou to skvělá vlákna, nemačkavá a odolná. Používají se dodnes ve směsi s přírodními vlákny. Ale i na magnetofonové pásky nebo filmy.

Adéla: Na závěr se podívejme na syntetické kaučuky. Ty jsou trochu jiné než plasty, že?

Filip: Jsou. Patří mezi takzvané elastomery, což znamená, že jsou extrémně pružné. Vyrábí se hlavně z látky zvané 1,3-butadien a v mnoha ohledech svými vlastnostmi předčí přírodní kaučuk.

Adéla: A kde se používají?

Filip: Největším odběratelem je automobilový průmysl. Třeba SBR, butadien-styrenový kaučuk, je základem pro většinu pneumatik. Je odolnější než přírodní kaučuk.

Adéla: A co hadice na benzín? Ty musí vydržet hodně.

Filip: Na to je skvělý NBR, butadien-akrylonitrilový kaučuk. Je sice dražší a méně elastický, ale výborně odolává olejům a palivům. Proto se z něj dělají hadice, těsnění a součásti hydraulických systémů.

Adéla: Takže od náhodného vynálezu v 19. století až po materiály na míru pro vesmírné lodě a umělé klouby. Plasty jsou opravdu všude kolem nás.

Filip: Přesně tak. Je to fascinující svět chemie, který doslova formuje naši moderní dobu. A to jsme se jen lehce dotkli povrchu.

Adéla: Filipe, to je neuvěřitelné. Od plastů, které formují náš svět, se teď dostáváme k další obrovské kapitole chemie v našem životě. K látkám, které chrání naši úrodu.

Filip: Přesně tak. Mluvíme o pesticidech. A i když to slovo někdy zní trochu děsivě, jsou to v podstatě chemické látky, které nám pomáhají bojovat proti škodlivým činitelům.

Adéla: Dobře, takže „pesticid“ je takový obecný termín. Co všechno se pod ním skrývá?

Filip: Je to obrovská rodina. Dělíme je hlavně podle toho, proti čemu bojují. Takže máme zoocidy proti živočichům, fungicidy proti houbám a plísním, a herbicidy proti plevelům.

Adéla: A předpokládám, že ty zoocidy mají další podkategorie? Jakože jinak bojujeme proti hmyzu a jinak proti myším.

Filip: Přesně! V zoocidech najdeš insekticidy proti hmyzu, rodenticidy proti hlodavcům, nebo třeba nematocidy proti hlísticím v půdě.

Adéla: A u hmyzu to jde ještě dál, že? Slyšela jsem o larvicidech nebo ovicidech.

Filip: Jistě. Můžeme cílit na konkrétní stádium. Ovicidy ničí vajíčka, larvicidy zase larvy. Existují i specializované aphicidy na mšice nebo akaricidy na roztoče.

Adéla: Páni, to je skoro jako mít chemickou armádu specialistů. Každý na svého nepřítele.

Filip: To je skvělé přirovnání! A pak jsou tu ještě speciální látky jako repelenty, které škůdce odpuzují, nebo naopak atraktanty a feromony, které je lákají do pastí.

Adéla: Dobře, ale jak se v tom má člověk vyznat? Na obalech vidím různé názvy. Je to zmatek.

Filip: To je častý problém. Každá účinná látka má totiž několik jmen. Vezměme si třeba pirimicarb. To je obecný, zkrácený chemický název.

Adéla: OK, ten si ještě dokážu zapamatovat.

Filip: Pak má ale obchodní název, který mu dá výrobce. Takže ten samý pirimicarb můžeš koupit jako Pirimor nebo Pirimicarb 50 WG. A to klidně i od různých firem.

Adéla: Takže jedna látka, spousta jmen. A to nepočítám ten šíleně dlouhý chemický název a vzorec, který vidíme v učebnicích, že?

Filip: Přesně, ten si nikdo nepamatuje. Důležitá je účinná látka. A taky pár klíčových pojmů z toxikologie.

Adéla: Jako co například?

Filip: Třeba LD₅₀. To je zkratka pro letální dávku, která usmrtí padesát procent pokusných zvířat. Čím nižší číslo, tím je látka jedovatější.

Adéla: To zní drsně. Ale je to asi nutný standard pro porovnání toxicity.

Filip: Ano. A pro nás spotřebitele je nejdůležitější ochranná lhůta. To je minimální doba od posledního postřiku do sklizně, aby na plodech nebyla nebezpečná rezidua.

Adéla: Pojďme se podívat na ty jednotlivé skupiny. Insekticidy jsou asi nejznámější. Jaké byly ty první?

Filip: Úplně první byly anorganické sloučeniny arsenu, olova nebo síry. Používaly se už ve starověkém Řecku! Dnes už samozřejmě používáme mnohem sofistikovanější organické látky.

Adéla: A tam patří i to slavné DDT, že?

Filip: Ano, DDT patří mezi chlorované uhlovodíky. Byly to účinné nervové jedy, ale měly jeden obrovský problém – nerozkládaly se v přírodě a hromadily se v tucích. Proto jsou dnes zakázané.

Adéla: Co je nahradilo?

Filip: Velkou skupinou jsou organofosfáty. Jsou to taky nervové jedy, ale naštěstí se v prostředí celkem rychle odbourávají. Podobně fungují i karbamáty, které jsou navíc méně toxické pro nás, teplokrevné živočichy.

Adéla: A co ty přípravky, co se dělají z kytek? Něco jako kopretiny?

Filip: To jsou pyrethroidy! Původně se získávaly z kopretiny starčkolisté. Dnes už máme i syntetické, které jsou stabilnější a mají delší účinek. Jsou skvělé na létající hmyz.

Adéla: A co feromony? To zní jako nějaká hmyzí seznamka.

Filip: V podstatě ano! Feromony jsou komunikační látky hmyzu. My je využíváme, abychom samečky nalákali do pastí a zjistili, jestli se nám v sadu nepřemnožili.

Adéla: Super. A co ti další zabijáci? Třeba herbicidy na plevel.

Filip: U herbicidů je hlavní dělení na totální, které zničí všechno zelené, a selektivní, které cílí jen na určité druhy rostlin – typicky plevel v trávníku nebo na poli.

Adéla: Příkladem totálního je asi ten známý Roundup, že?

Filip: Přesně. Jeho účinnou látkou je glyfosát, což je organofosforový herbicid. Herbicidy se dělí i podle toho, jak působí – jestli kontaktně jen na zasaženou část, nebo systémově, kdy se dostanou do celé rostliny.

Adéla: A co ten zbytek? Hlodavci a plži?

Filip: Proti hlodavcům máme rodenticidy. Některé jsou akutní jedy, ale častěji se používají chronické, jako je warfarin. Ten snižuje srážlivost krve.

Adéla: A na slimáky a šneky máme co? Nějaké moluscocidy?

Filip: Trefa! Nejčastěji se používá látka zvaná metaldehyd. A nesmíme zapomenout ani na fungicidy proti plísním a houbám. Tam stále hrají roli i anorganické přípravky na bázi mědi nebo síry.

Adéla: Filipe, dnes to byla další jízda. Od plastů na míru až po chemické specialisty na ochranu rostlin. Chemie je opravdu všude a ovlivňuje každou část našich životů.

Filip: Přesně tak, Adélo. Ať už jde o materiály, ze kterých stavíme, nebo o jídlo, které jíme, chemie je tím neviditelným motorem pokroku. A my jsme dnes jen poškrábali povrch.

Adéla: Děkujeme, že jsi nám to všechno tak skvěle vysvětlil. A děkujeme i vám, milí posluchači, že jste byli s námi. Doufáme, že jste se dozvěděli něco nového.

Filip: Mějte se krásně a u dalšího dílu podcastu Studyfi na slyšenou!

Adéla: Na slyšenou!