Zubní pasta pro slona
17. 9. 2008
Katalyzátory jsou látky, které vstupují do chemických reakcí, urychlují je, a přitom se samy nemění. Katalyzátory jsou důležité jak pro chemický průmysl, tak pro pochody v našem těle. Bez biokatalyzátorů zvaných enzymy bychom prostě vůbec neexistovali! Michael popíše, jak katalyzátory ovlivňují náš každodenní život, a ukáže, jak návštěva řezníka nám umožní získat katalyzátor, který změní dámskou barvu na vlasy na zubní pastu pro slony.
Michael: That, of course, was a camera trick. But wouldn’t it be nice, if we really could accelerate our pace when we needed to?
Tohle byl samozřejmě trik. Ale nebylo to krásné, kdybychom opravdu mohli zrychlit naše tempo, když to potřebujeme?
Například abych stihl tenhle vlak.
Michael: In chemistry, however, such emphatic changes in pace really are possible. By using our knowledge of chemistry we can make some reactions run a lot faster than normal. We call this phenomenon catalysis.
Ovšem v chemii jsou takové výrazné změny rychlosti možné. Když využijeme naše znalosti chemie, můžeme některé reakce nechat běžet mnohem rychleji než normálně. Tomuto jevu říkáme katalýza.
Michael: Perhaps the classic example of catalysis in chemistry uses this chemical compound: hydrogen peroxide.
Klasický příklad katalýzy v chemii používá tuto chemickou sloučeninu: peroxid vodíku.
Peroxid vodíku má chemický vzorec H2O2. Je to jako voda – H2O, ale má navíc jeden atom kyslíku.
Michael: Under normal conditions, hydrogen peroxide is slightly unstable and decomposes into molecules of water and oxygen gas.
Za běžných podmínek je peroxid vodíku trochu nestabilní a rozkládá se na molekuly vody a plynný kyslík.
Když k našemu peroxidu vodíku přidáme trošku čisticího prostředku anebo Bublifuk, můžeme pozorovat rychlost, s jakou se rozkládá peroxid vodíku na vodu a kyslík. A ten můžeme vidět jako malé bublinky.
Michael: And as you can see at the moment there are only a few small bubbles. Decomposition is occurring but very slowly.
A jak teď vidíte, je tu jen několik malých bublinek. Rozklad sice probíhá, ale velice pomalu.
Michael: And now watch, what happens, if I add a catalyst to our system.
A teď sledujte, co se stane, jestliže do našeho systému přidám katalyzátor.
Naším katalyzátorem je jodid draselný. Stačí ho velmi malé množství.
Because catalyst – although they take a part, they participate in reactions – they are not consumed by them.
Protože ačkoli se katalyzátory reakcí účastní, během nich se nespotřebují.
Působivé, že? Katalyzátor jodid draselný zvýšil rozklad vodíku mnoho tisíckrát.
Michael: Tomu my chemicky říkáme zubní pasta pro slona.
How does it work? Well, for hydrogen peroxide to decompose into water and oxygen it has to overcome an energy barrier.
Jak to funguje? Aby se peroxid vodíku rozložil na vodu a kyslík, musí překonat energetickou bariéru.
Michael: Představte si, že tato energetická bariéra je velký kopec. Třeba jako Říp.
On one side we have our starting material, hydrogen peroxide. And on the other side our product molecules of water and oxygen.
Na jedné straně máme naši výchozí látku – peroxid vodíku. A na druhé straně náš výsledek - molekuly vody a kyslíku.
Michael: Aby se peroxid vodíku rozložil, musíme vylézt až na vrchol kopce, než budeme moci sjet dolů k výsledným látkám na úpatí na druhé straně.
Michael: The energy barrier for the decomposition of hydrogen peroxide is quite large. That’s why our hill, which acts as a metaphor for the energy barrier, is rather high.
Energetická bariéra pro rozklad peroxidu vodíku je docela velká. Proto náš kopec, který představuje tuto energetickou bariéru, je dost vysoký.
Michael: A catalyst finds an alternative mechanism of decomposition that reduces this energy barrier. It is as if somebody would dig a tunnel through Říp to the other side.
Katalyzátor nalézá takový způsob rozkladu, který tuto energetickou bariéru sníží. Je to, jako by někdo prokopal Řípem tunel.
Díky katalyzátoru není potřeba tolik energie, abychom se teď dostali na druhou stranu, …
Michael: … and therefore the reaction goes a lot faster.
… a proto reakce probíhá mnohem rychleji.
Michael: To catalyze the decomposition of hydrogen peroxide you don’t necessarily need any special laboratory chemical.
Abyste urychlili rozklad peroxidu vodíku, nepotřebujete nezbytně žádnou zvláštní laboratorní chemikálii.
Stačí kus čerstvých jater. A peroxid vodíku přece najdete v každé lékárně.
Michael: To make our home-made catalyst, first of all cut up the fresh liver into small pieces … and then place the pieces of liver into a food mixer … add an equivalent of water … and then mix it.
Abyste si připravili domácí katalyzátor, nakrájejte nejdřív na malé kousky čerstvá játra, … pak ty kousky játra dejte do mixeru, … přidejte stejné množství vody. A rozmixujte.
When you have a nice paste, pour it into a container… close it and keep it in a refrigerator until it’s needed.
Když máte pastu, vlijte ji do nádobky, tu zavřete a uložte v chladničce, než ji budete potřebovat.
Michael: Játra obsahují enzym, který je biologickým katalyzátorem. Říkáme mu kataláza.
Michael: Catalase is a protein, made from over 2000 amino acids joined together and has four separate haem sites.
Kataláza je protein, tvořený více než 2000 propojených aminokyselin, a se čtyřmi oddělenými hemy.
That’s one here, I found one. A haem site. We have a porphyrine ring and in the centre an atom of iron. And watch carefully: Two molecules of hydrogen peroxide coming into contact with the iron and catalytically being decomposed into two molecules of water and a molecule of oxygen.
Tady je jeden. Našel jsem ho. Hem. Máme tu porfyrinový kruh a uprostřed je atom železa. Pozorně sledujte: Dvě molekuly peroxidu vodíku přicházejí do styku se železem a katalyticky se rozkládají na dvě molekuly vody a molekulu kyslíku.
Michael: Jedna molekula katalázy umí přeměnit milióny molekul peroxidu vodíku na vodu a kyslík. A to každou sekundu.
We humans have catalase enzymes in our livers and other organs, where they break down hydrogen peroxide, which is a harmful by-product of normal metabolic processes.
My lidé máme enzym katalázu v našich játrech a dalších orgánech, kde rozbíjí peroxid vodíku, který je škodlivým vedlejším produktem běžných metabolických procesů.
Michael: Catalase enzyme is also used in a food production industry to remove hydrogen peroxide from milk prior to cheese production.
Enzym kataláza se používá také v potravinářském průmyslu k odstraňování peroxidu vodíku z mléka, než se z něj vyrobí sýr.
Michael: Katalyzátory anebo enzymy jsou opravdu všude kolem nás. Třeba v mém těle pomáhají při přeměně látek, v listech tohoto stromu umožňují fotosyntézu.
Michael: And of course in our cars, where catalytic convertors remove traces of unburned fuel from our exhaust fumes.
A samozřejmě v našich autech, kde katalyzátory odstraňují stopy nespáleného paliva z našich výfukových zplodin.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough