Látka

Látkaje jednou ze dvou základních foremhmoty(vedlepole).

Z hlediska složení lze látky nahlížet několika způsoby. Fyzikální makroskopický přístup popisuje látky jako soubor jednotlivýchfází,které mohou být různéhoskupenstvía jejichž látkové vlastnosti charakterizujífyzikální veličinyjakohustota,modul pružnosti,viskozita,tepelná vodivost,elektrická vodivost,permitivita,permeabilita,index lomuapod. Moderní fyzika ukázala, že existují i velmi exotické formy látek, vykazující vlastnosti jakosupravodivostčisupratekutost.

Chemický popis představuje látky jako soubor jednotlivých chemicky jednotných složek. Látky tvořené jedinou složkou se nazývajíchemicky čisté látky.Různé chemicky čisté látky mají odlišné chemické vlastnosti a podle složení je lze charakterizovat buď jako chemicky rozložitelnésloučeninynebo jako nerozložitelnéchemické prvky.

Mikroskopický popis pak představuje látky jako soubory různě vázaných stavebních částic. Na nejvyšší hierarchické úrovni jsou tomolekuly,atomyaionty.Tyto částice jsou na nižší úrovni popisované také jako složené. Atomové obaly jsou tvořenyelektrony,atomová jádraprotonyaneutrony.I protony a neutrony se na ještě nižší úrovni jeví jako vázané trojicekvarků.Fyzika vysokých energií objevila mnoho různých částic, které se běžně nevyskytují, a umožnila nalézt jednotný přístup k popisu jejich složení pomocí elementárních částic –leptonůa kvarků, u kterých již současné možnosti vědeckého poznání neumožňují nalézt vnitřní strukturu. Ke každé takové elementární částici navíc existujeantičástice,které lze nahlížet jako stavební částice exotické látky zvanéantihmota.K popisu částic se používají charakteristické veličiny. Některé jsou známy i z makroskopického popisu, jakoklidová hmotnostaelektrický náboj,některé jsou typické pouze pro mikrosvět (např.spin,podivnostčipůvab).

Homogenita a izotropie

Rozlišujeme látky homogenní (sourodé, stejnorodé), u kterých se vlastnosti (např.barva,hustota,teplota) v celémobjemutělesa vůbec nemění (nebo – v případě kontinuálního homogenníhotělesa,jímž je například sloupecvzduchuodpovrchuZemědostratosféry– se mění plynule), a látky heterogenní (různorodé, nestejnorodé) složené z fyzikálních tělísek různých vlastností – napříkladbetonje obvykle složen z tělísekkameniva(např.štěrku), zrnek písku a jehlicovitých krystalků vzniklýchkrystalizacíz mokré betonové směsi (malty) při jejím tvrdnutí. Jednotlivé homogenní látky, z nichž se skládáheterogenní směs(soustava) se nazývajífázemidané soustavy.

Podobným pojmem jsou látkyizotropní,což jsou takové látky, které mají v každém směru stejné určité vlastnosti. Látky, které nejsou izotropní, se označují jakoanizotropnílátky. Běžné sklo je např. opticky izotropní, naopak v islandském vápenci se světlo šíří různě v různých směrech. Podobně anizotropní mohou být látky z hlediskapevnosti,pružnostia podobných mechanických vlastností (křehkost, štípatelnost), z hlediska termických (tepelná vodivost) a elektrických vlastností (elektrická vodivost,permitivitaapod.) Ukazuje to na skutečnost, že ač jsou z makroskopického hlediska homogenní, mají svou vnitřní strukturu.

Fáze a skupenství

Homogenní látky,tedy látky stejné fáze, mohou existovat ve třech základníchskupenstvích–plynném,kapalnémapevném.Je to dáno pevností vnitřní struktury. Tekutiny nemají pevný tvar – přizpůsobí se tvarem tuhým hranicím. Rozdělují se na plyny, které jsou rozpínavé (vyplní libovolný prázdný objem) a dobře stlačitelné, a kapaliny, které při konstantním tlaku zachovávají svůj objem jsou stlačitelné jen velmi omezeně. Pevné látky pak zachovávají nejem objem, ale i svůj tvar. Pevné látky mohou býtkrystalické(včetněkvazikrystalů) neboamorfní.Mezi skupenstvími homogenních látek nejsou vždy jasně stanovitelné hranice. Vazké kapaliny se pro rychlé děje mohou jevit jako tuhé látky, naopak některé tuhé látky v dlouhých časových obdobích mění svůj tvar. Podrobnějším popisem takových přechodů se zabýváreologie,která nabízí vlastní klasifikaci látek zobecňující klasifikaci podle skupenství.

V některých případech se látky mohou ve větších měřítcích jevit také jako homogenní, ve skutečnosti se jedná oheterogenních směsivíce fází – tzv. nepravé roztoky. Může se jednat oaerosoly– směsi plynu a kapiček kapalin (mlha) či částeček pevných látek (dým), o směsi kapaliny a plynových bublinek (pěna,kapiček jiné nemísitelné kapaliny (emulze) či částeček pevných látek (suspenze), nebo o směsi částeček pevné látky v jiné pevné látce (slitiny v pravém smyslu).

Složky, chemicky čisté látky

Jednotlivé fáze, i když mohou mít velmi podobné či stejné fyzikální vlastnosti, se však mohou chovat odlišně při styku s jinými látkami, a to při totožných fyzikálních podmínkách. Vstupují do odlišných chemických reakcí, což se může projevit i následnou změnou vlastností fyzikálních. Přírodní vědy nalezly při pátrání po podstatě látek metody k oddělování těchto tzv. složek makroskopicky homogenních látek. Podrobíme-li homogenní látky např. cyklu ohřevu a následného ochlazování spojeného se změnou skupenství či rozpuštění ve vodě a následnékrystalizaci,dochází u některých látek k tomu, že první podíly (frakce) získané ochlazením (např. přidestilaci) mají jinéchemické složenínež frakce získané později. Ukazuje se, že mnohé látky obsahují více složek, jedná se o tzv. homogenní směsi (roztoky) (příkladem může býtroztoksoli ve vodě – slaná voda). Homogenní směsi mohou být v plynném, kapalném i pevném skupenství (tzv. tuhé roztoky).

Jen některé homogenní látky mají tu vlastnost, že přiseparačních(dělicích) procesech (při rekrystalizaci, při destilaci, přisublimaci) mají ve všech frakcích stejné chemické složení. Takové látky jsou (chemicky)čistými látkamia jsou tvořeny jedinou složkou. V chemických reakcích však dochází ke vzájemnému přetváření jednotlivých složek na složky jiné, např. slučování dvou chemicky čistých látek v jedinou chemicky čistou látku, nebo naopak rozklad chemicky čisté látky na dvě či více jiných. Cílevědomou snahou chemiků o rozkládání složek byly nalezeny chemicky čisté látky, které již dále nelze chemicky rozložit na látky jednodušší. Ty se nazývajíchemické prvky(elementy), ostatní pakchemické sloučeniny,popsatelné jako složené ze dvou či více prvků.

Chemická a fyzikální stejnorodost jsou přitom odlišnými aspekty. Makroskopicky homogenní látka v plynném skupenství tvoří vždy jedinou fázi, a to bez ohledu na to, že je směsí různých složek. Naopak chemicky stejnorodé pevné látky a výjimečně i kapaliny mohou tvořit více oddělených fází, lišících se fyzikálními vlastnostmi, které se na hranici mezi těmito fázemi skokem mění.

Molekuly, atomy, ionty, subatomární částice

Amedeo Avogadroukázal, že plyny vstupují do chemických reakcí v objemech, jejichž poměry jsou pro danou reakci konstantní a jsou dány malými celými čísly. PodobněJohn Daltonukázal, že poměry hmotností těchto látek jsou také stálé a vyjádřitelné malými celými čísly, v některých případech však odlišných od poměrů objemových. Teoretickým vysvětlením bylo, že prvky jsou v plynném skupenství tvořeny jednotnými částicemi, tzv.molekulami,nesoucími chemický charakter látky (jak vstupují do reakcí). Jednotlivé molekuly pak jsou tvořeny jedním nebo víceatomy,tedy chemicky již nedělitelnými částicemi s danou hmotností. Chemický prvek libovolného skupenství je tak tvořen různě vázanými atomy jediného druhu.

Látky v plynném skupenství jsou zejména při nízkém tlaku velmi rozvolněné – jsou tvořeny relativně volnými molekulami. Kapalné látky mají molekuly slabě vázané. U pevných látek může být struktura tvořena také molekulami (jód), ale zpravidla je charakter stavebních částic atomový či subatomový. U mnohých látek je charakter přechodný, často např. u tzv. makromolekulárních látek, jejichž molekuly jsou tvořené i mnoha tisíci atomů.

Již klasická fyzika ukázala, že z atomů lze fyzikálními metodami vydělit záporně elektricky nabité částice (elektrony). Atomy ochuzené či obohacené o některé elektrony pak nesou kladný či záporný elektrický náboj a přitom se také, podobně jako neutrální atomy či molekuly, mohou účastnit chemických reakcí – hovoříme oiontech.Pevné látky jsou zpravidla tvořené vázanými atomy či ionty. Z elektricky nabitých částic, tedy iontů či elektronů je tvořeno tzv. čtvrté skupenství látky –plazma.Kvantová fyzika a fyzika nízkých teplot objevily i další stavy látek, někdy označované jako nová skupenství, např.supratekutéčiBoseho-Einsteinův kondenzát.

Z hlediska poznatků modernífyzikyje navíc látka tvořenáatomy(molekulami, ionty) jen jednou z foremhmoty.Ukázalo se, že atomy je nutno považovat za částice složené z atomových jader a elektronů, jádra zase tvořená tzv. nukleony (proton a neutron). Bylo objeveno mnoho dalších subatomárníchčástic,které atomy netvoří a přesto je nutno je zahrnout pod současný pojem látky. Současná fyzika vysokých energií je schopna experimentálně prokázat, že známé formy látky lze považovat za různě vázané stavy 12 elementárních částic hmoty – 6kvarků,3 nabité leptony (elektron,mionatauon) a 3 druhy neutrin – a jim odpovídajících 12 elementárnních částicantihmoty.

Existují také formy hmoty, které nelze označit jako látku, i když mohou mít v určitých případech velmi podobné projevy. Jedná se o projevyfyzikálních silových polía částic, které tato pole zprostředkují.

Skupenství látky dle současných poznatků

Podrobnější informace naleznete v článkuSkupenství.

Od nejkondenzovanějšího k nejrozvolněnějšímu rozeznáváme:

• Boseho-Einsteinův kondenzát(BEC) – tvořen částicemi s celočíselným spinem, zaujímajícími stejný kvantový stav
• základní látka nitraneutronových hvězd(tzv.neutronový degenerovaný plyn) či ještě kondenzovanější látka nitra hypotetickýchkvarkových hvězd(tzv.kvarková degenerovaná hmota), vzniklé díky silné gravitaci kolapsem atomární látky – tvořené těsně uspořádanými neutrony (připomíná látku atomového jádra) či kvarky (připomíná „látku “neutronu)
• pevné,tvořené:
  • ionty vázanými elektrostatickými silami, tzv.iontovou vazbou
  • atomy vázanými tzv.kovalentní vazboučikoordinační vazbou,vysvětlitelnými jako kvantový jev, při kterém vázané atomy sdílejí jeden nebo více párů valenčních elektronů
  • atomy vázanými tzv.kovovou vazbou,při které kationty atomů v těsném pravidelném uspořádání sdílejí společně relativně volné valenční elektrony – tzv.elektronový plyn.
  • molekulami vázanýmivodíkovou vazbou,Van der Waalsovými silamiči jinými slabýmimolekulovými interakcemi
• kapalné– tvořené molekulami vázanými slabými interakcemi
• plynné– tvořené volnými molekulami
• plazma– tvořené relativně volnými ionty a elektrony
• kvark-gluonové plazma(řidčeji též „kvarková polévka “nebo zkráceně „kvagma “), ve kterém lze za rozvolněné považovat i stavební částice jader – protony a neutrony.

Některé publikace označují jako zvláštní skupenství i takové kondenzované stavy látky, v nichž se projevují kvantové kolektivní vlastnostičástic(fermionylátky se sdružují do tzv.Cooperových párů–bosonů) odlišnými makroskopickými charakteristikami:

• suprapevné(specifický stav pevného, průkazy jsou dosud nepřesvědčivé)
• supratekuté(specifický stav kapalného)
• fermionový kondenzát(BEC tvořený Cooperovými páry fermionů)

Odkazy

Literatura

• KRATOCHVÍL BOHUMIL, ŠVORČÍK VÁCLAV, VOJTĚCH DALIBOR.Úvod do studia materiálů, 1. vydání[online]. VŠCHT v Praze, 2005.Dostupné online.ISBN80-7080-568-4.

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématuchemická látkanaWikimedia Commons
• TémaLátkave Wikicitátech
• Slovníkové heslolátkave Wikislovníku

Autoritní data	NKC:ph119147 GND:4183402-1 LCCN:sh85022963 NDL:00978846 NLI:987007285071005171