Svět stále zůstává pro spoustu lidí nepoznaným tajemstvím. Chemie má překrásný a vděčný úkol snímat z našich očí klapky nevědomosti a poučovat nás o přirozené podstatě věcí i o záhadných proměnách, kterým podléhají. Zahrnuje vše, co svými smysly přímo vnímáme, i to, co sice existuje, ale našim smyslům uniká. Zadíváme-li se na svět „chemickými brýlemi“, promění se běžné věci kolem nás v chemické reakce.

Pro začátek začněme tím, co je nám nejbližší, sami sebou. Vzduch, který dýcháme, je směsí plynů a vlastní dýchání představuje chemickou reakci, která v těle probíhá nepřetržitě. Kyslík se váže na červené krevní barvivo hemoglobin, přenáší se krví do ostatních orgánů a slučuje se s uhlíkem dodaným tělu potravou. Odpadní zplodinou, která vzniká v našem těle po spálení (oxidaci) živin, je oxid uhličitý. Vydechujeme jej zpět do ovzduší (tvoří asi 4 % objemu vydechovaného vzduchu, 16 % připadá na kyslík), kde na něj už čekají rostliny. Ty jej v procesu fotosyntézy, tj. za účinku slunečních paprsků, kouzelným uměním zeleně listové (chlorofylu) přetvářejí na sacharidy (např. glukosu), polysacharidy (např. škrob) a bílkoviny, na základní organickou hmotu, která je potravou živočichů. Také potraviny jsou směsi chemických látek, ale i pochody zažívání jsou řadou chemických reakcí, jimiž se složité látky v potravinách mění na jednodušší a stravitelnější chemické sloučeniny – na základní živiny. Ty se pak v živočišném těle zase přetvářejí na sloučeniny složitější, odlišné od původních složek potravin. Z nich pak živočich složitými reakcemi buduje své vlastní tkáně a orgány. Část produktů těchto reakcí se ve formě odpadních látek vylučuje v potu, moči a v exkrementech.

A co oděvy, knihy, počítače, mobilní telefony, dům a ostatní věci denní potřeby? To všechno jsou zase jen směsi chemických látek. Vždyť i příroda sama je obrovskou chemickou laboratoří, v níž prvky neustále kolují mezi živou a neživou hmotou v nesčetných skladných i rozkladných reakcích, z nichž některé jsou stále předmětem výzkumu. Chemické děje v přírodě přímo bují a nově zrozené látky se v bouřlivém kvasu opět dále přeměňují. Rostliny a živočichové se vyvíjejí ve složité útvary různých chemických látek a jejich organizovaná těla zase po nějakém čase umírají, hnijí a rozkládají se na jednodušší látky, jež se znovu stávají součástí půdy a ovzduší. Kořeny rostlin tyto jednoduché látky odebírají z půdy ve formě živných roztoků a opět je přetvářejí v živou hmotu svých těl. Ta se znovu stávají potravou živočichů a celý proces se zase opakuje. Tak probíhá světový koloběh chemických prvků v myriádách zvratných reakcí, aniž to postřehneme, aniž si to uvědomujeme.

Jak se odehrává koloběh látek v neživé přírodě? Mrazem rozpukaný povrch skal se drolí v suť a hlínu. Její jemné částečky strhává vítr, a dešťová voda obohacená oxidem uhličitým ze vzduchu z nich vytvoří snadno rozpustné soli – hydrogenuhličitany sodné, draselné, hořečnaté a vápenaté. Ty potom odnášejí proudy potoků a řek do dalekých moří. Prudké deště strhují suť do údolí a hromadí ji v náplavech. Tento proces se nazývá zvětrávání hornin (eroze). To znamená, že působením slunce, deště a mrazu se nerosty rozrušují a podmiňují tak tvorbu sedimentů a půdy nutné pro život rostlin. Jedná se o nenápadné proměny hmoty, které trvají celé věky. Chemickými reakcemi žije i vesmír. Z hvězdných mlhovin se rodí nové světy a jiné se zase ztrácejí v nesmírných dálavách nekonečna. I životodárné Slunce, zdroj světla, tepla a energie, se vyžívá v termonukleárních chemických reakcích, které jej možná za mnoho miliard let úplně zničí…

I tento stručný pohled na chemické dění kolem nás naznačuje důležitost chemie pro lidstvo. Podívejme se krátce na některá odvětví chemie, která mají pro život člověka největší význam. Předem si však musíme připomenout jeden důležitý objev, na který se čekalo až do r. 1828, kdy se německému chemikovi Friedrichu Wöhlerovi podařilo připravit zahříváním anorganické sloučeniny (kyanatanu amonného NH₄OCN) produkt látkové přeměny bílkovin u savců – organickou sloučeninu močovinu NH₂CONH₂, která podle tehdejších názorů mohla vznikat jedině v živých organismech (in vivo) účinkem „životní síly“ – vis vitalis (vitalistická teorie). Tento objev zcela změnil názory na živou a neživou přírodu a přivodil přelom zastaralého pohledu chemiků na látky organické a anorganické. Nic už pak nebránilo v uskutečňování různých syntéz organických látek známých z rostlinné a živočišné říše.

Přesto se však jednotlivá odvětví chemie vyvíjela odděleně. Výzkumem anorganického světa se zabývá anorganická chemie a geochemie. Tyto vědy nás poučují o chemických dějích probíhajících v zemské kůře, zejména o vzniku nerostů a ložisek rud. Rudy se těží, a dodávají ke zpracování chemickému průmyslu, který ze surovin vyrábí kyseliny, sodu, sklo, keramiku, cement, hnojiva a další nezbytné produkty. Hutnictví (metalurgie) zase rudy přetváří na potřebné kovy. O chemické složení surovin se zajímá kvalitativní a kvantitativní analytická chemie, která dnes dovede látky rozpitvat pomocí automatických analyzátorů a moderní počítačové techniky velmi přesně během několika minut nebo sekund. Neméně důležitá je i agrochemie. Studuje chemické složení půdy a možnosti využití průmyslových hnojiv pro zvyšování její úrodnosti. Pomáhá rozvíjet zemědělskou produkci a zajišťuje uspokojování výživových potřeb obyvatelstva. Při hubení hospodářských škůdců a plevelů se používají agrochemikálie (např. herbicidy), které vyrábí chemický průmysl.

Velký význam má také organická chemie, která je vlastně chemií sloučenin uhlíku, s výjimkou některých jednoduchých látek (oxidů uhlíku, uhličitanů, kyanidů apod.). Uhlík je schopen spojovat své atomy v nejrozmanitější řetězce a vytvářet s přispěním vodíku a dalších prvků přes 20 milionů dnes známých organických sloučenin. Z přírodních organických surovin (např. cukru, škrobu, celulosy, tuků) se průmyslově vyrábí alkohol, papír, mýdla aj. Stále se hledají nové látky s výhodnějšími mechanickými vlastnostmi, nové materiály, snadno opracovatelné a maximálně trvalé, které by dál nahrazovaly materiály klasické. Žádané látky vznikají v organické syntéze a jako různé makromolekulární sloučeniny (polymery) se uplatňují v elektrotechnice, strojírenství, stavebnictví, v obalové technice i jinde. Významně tak zastupují dřevo a kovy. Syntetická vlákna (polyamidová – např. silon a nylon, polyesterová – tesil aj.) téměř zcela ovládla textilní průmysl.

Přípravou léčiv se zabývá jedno z nejstarších odvětví chemie – farmaceutická chemie, která ve svých počátcích jako lékařská chemie připravovala různé odvary z léčivých rostlin. Dnes však synteticky vyrábí vitaminy a moderní účinné léky (nová antibiotika aj.). Biochemie patří mezi nejdynamičtěji se vyvíjející vědní obory vůbec. Studuje chemické děje v živých organismech, což je důležité pro medicínu i pro vývoj a přípravu nových léků. Jakýmsi pojítkem mezi chemií a fyzikou je fyzikální chemie, ze které se vyvinuly nové disciplíny – jaderná chemie a jaderná fyzika. Ty se zabývají rozpadem a syntézou jader atomů a uvolňováním jaderné energie. Výzkumem termonukleárních reakcí (jaderných syntéz) se jaderná chemie zařadila mezi skutečně perspektivní vědy budoucnosti. Předností těchto reakcí je, že po sobě nezanechávají žádný škodlivý odpad (vyhořelé palivo) jako proces jaderného štěpení v jaderných elektrárnách, a nezamořují tudíž životní prostředí.

Krystalický křemík, bez něhož by neexistovaly počítače, notebooky, mobilní telefony a další běžné výrobky mikroelektroniky, je tvořen obrovským seskupením atomů křemíku, vzájemně pospojovaných kovalentními vazbami. Jeho struktura je shodná se strukturou diamantu.

V budoucnosti se stane významným palivem pravděpodobně vodík, který má vzhledem k malé hustotě velké spalné teplo a při jeho hoření vzniká pouze voda, která neovlivňuje škodlivě životní prostředí. Většímu využití vodíku zatím brání bezpečnostní rizika a špatné zkušenosti, které souvisejí s jeho explozivním chováním na vzduchu.

Chemie svými výzkumy obohacuje naše poznání a svým vlivem na průmyslovou výrobu působí i na naši životní úroveň. Dnes se bez chemického průmyslu neobejde prakticky žádný stát, protože na něm závisí celá ekonomika a všechna ostatní průmyslová odvětví včetně zemědělství. Svět potřebuje nové druhy a zdroje energie, protože klasické fosilní suroviny (uhlí, ropa, zemní plyn) budou jednou vyčerpány. Jaderní chemikové a fyzikové hledají proto řešení této situace ve využití jaderné a termonukleární energie, do nichž vkládají velkou naději na udržení a zajištění budoucího života na Zemi. Bez chemie se ve 21. století žít prostě nedá. Jde jen o to, aby tato mocná dynamická věda zůstala v budoucnu tím, k čemu se zrodila. Aby se stala služebnicí lidstva ve jménu rozvoje a pokroku.

Kamil Březina

s využitím publikace R. Jirkovského: Jak chemikové a fyzikové objevovali prvky, Albatros