Tradiční podzimní „kolečko“ vědeckých cen spojených (v případě ekonomie jen volně) s Nobelovým jménem je téměř u konce, oslavenci snad již mají zařízené na začátek prosince letenky do Stockholmu - a znovu mezi nimi nepříliš překvapivě není žádný Čech. Poprvé a naposledy jméno českého vědce padlo při vyhlašování některé z věděckých cen již před 60 lety.
Cenu ze chemii pro rok 1959 získal Jaroslav Heyrovský za svůj objev tzv. polarografie. Na rozdíl od letošního ocenění vytvoření lithium-iontových baterií ho komise ocenila za vynález, se kterým se většina z nás v životě nesetká a o kterém téměř nic neví - což ovšem neznamená, že by nebyl důležitý. A protože jiného „nobelistu“ jen tak mít nebudeme, neuškodí si připomenout, v čem Heyrovského ojedinělý úspěch tkvěl.
Jak to tak bývá, nejslavnější vědecký úspěch Jaroslava Heyrovského nespadl z nebe. Bylo to významné vylepšení staršího nápadu. Sám Heyrovský podle svědectví syna Michaela říkal, že jeho metoda nevznikla o několik desetiletí dříve pouze náhodou.
Již vědci 19. století věděli, že soli rozpuštěné ve vodě reagují na přítomnost elektrického proudu. Když do slané vody dáte obě elektrody jedné baterie, bude záporná elektroda přitahovat kladně nabité ionty sodíku. Tam se ionty sloučí s elektrony a vyloučí se na elektrodě.
Asi vás nepřekvapí, že hodnoty proudu procházející roztokem závisí na tom, kolik v něm je soli a měřením procházejícího proudu lze zjistit, jak bohatý daný roztok je. Což při měření slanosti polévky asi nebudete potřebovat, pro chemiky pracující s exotickými sloučeninami je to ovšem zajímavý nástroj.
To není vše. Ke všem výše popsaným jevům v roztoku nezačne docházet hned, jak do něj ponoříte elektrody a pustíte do nich libovolné napětí. Proces se rozjede až po překonání určité hladiny napětí, která je u každé látky jiná. Takzvaně „ušlechtilé“ kovy, například měď či stříbro, se vylučují při nízkém napětí. Méně „ušlechtilé“ (zinek, hliník) při hodnotách vyšších. Elektrická analýzy roztoků tedy může pomoci určit jak jejich chemické složení, tak množství obsažených látek.
Těžká praxe
Ve skutečnosti není takové měření jednoduché - přesněji řečeno je prakticky nemožné. Přesnost omezuje celá řada „otravných“ drobností, kvůli kterým pouhým zastrčením dvou drátů do roztoku mnoho nezjistíte. Elektrody se vám například začnou zanášet vylučovaným materiálem, čímž se mění vlastnosti – a to prakticky znemožňuje přesné měření vlastností samotného roztoku. Navíc se „vyčerpává“ zásoba iontů v okolí elektrody a měřený proud pak kvůli tomu kolísá.
Jaroslav Heyrovský
Heyrovský byl oceněn za to, že se mu podařilo omezení metody elegantně odstranit. Nahradil jednu elektrodu malou kapičkou rtuti kapající do roztoku ze „zásobníku“. Elektroda se tak udržuje čistá, protože se neustále obnovuje, navíc promíchává roztok a ionty v okolí elektrody se tak neustále obnovují.
Znovu nešlo o zcela nový nápad, protože už v 50. letech 19. století sestrojil fyzik William Thomson jednoduchý přístroj, který měřil napětí v ovzduší rozprašováním malých kapiček vody a měřením jejich náboje. Další odborníci pracovali již přímo s rtuťovými „kapkovými elektrodami“, aby přišli na to, jak se v nich elektřina chová. Zdá se, že nikoho před Heyrovským nenapadlo spojit si jejich využití s pokusy o chemickou analýzu roztoků.
Ostatně i sám Heyrovský s kapkami rtuti pracoval z jiného důvodu. Profesor Bohumil Kučera se ho během rigorózních zkoušek v roce 1918 zeptal na charakteristiku napětí v kapičkách rtuti. Byl to Kučerův obor a tehdy také zajímavá vědecká otázka, protože šlo o dobrý způsob, jak lépe popsat a pochopit chování vodivých látek i elektrického proudu.
Heyrovský sice nastoupil do jiné laboratoře (k Bohuslavu Braunerovi), ovšem nadále se věnoval měření kapiček rtuti. Přitom dlouho nedokázal vysvětlit podstatu nezvyklých jevů, o kterých se u zkoušky bavil s Kučerou, ale díky své zvídavosti (a také snaze ušetřit si pracné vážení rtuťových kapek) zjistil, že v solných roztocích od určitého napětí měření probíhala zcela jinak, než bylo obvyklé. A také, že pak výsledek závisí na chemickém složení látek. Tak se před ním otevřela zcela nečekaná „odbočka“ k Nobelově ceně.
„Polarografické spektrum“. Na obrázku jsou vidět typické „schody“ výsledku polarografie. Jak vidíte, na vodorovné ose je zaneseno napětí - a je pěkně vidět, že jednotlivé prvky se začínají uvolňovat při různých hodnotách této veličiny. Veličina na svislé ose není vyznačena, ale je to proud. Výška jednotlivých „schodů“ přitom je odrazem koncentrace daného iontu v roztoku.
My dnes zcela přesně víme, kdy si pro ni Heyrovský vykročil. Bylo to 10. února 1922, když zaznamenal křivku měření průchodu proudu roztokem obyčejné kuchyňské soli. V říjnu vydal o metodě první, ještě český článek, který ani jednou nezmínil budoucí název metody: polarografie (ani slovo polarograf, tedy měřicí nástroj této metody). Ještě ten rok stihl i publikaci v zahraničí. V následujícím roce udělal Heyrovský přednášku o svém objevu na zasedání Faradayovy společnosti v Londýně.
Heyrovského první polarograf uchovávaný v ústavu, který dnes nese jeho jméno. Snímek je z roku 2008.
Výsledek zaujal japonského chemika Masuza Šikatu, který byl toho času v Berlíně, ale místo opustil, aby mohl pracovat v Praze. Společně pak sestavili přístroj pro automatický záznam křivek z měření, který v roce 1924 dostal název polarograf. Před 90 lety, v roce 1929, se začal průmyslově vyrábět a od té doby je tento relativně jednoduchý – a samozřejmě stále vylepšovaný – přístroj součástí vybavení chemických laboratoří po celém světě. Používá se dodnes napříč chemií a samozřejmě také v průmyslu.
O jeho důležitosti svědčí i to, že profesor Heyrovský byl na Nobelovu cenu navržen celkem šestnáctkrát, poprvé roku 1934. Dodejme, že když v roce 1959 ji konečně získal, nebylo jisté, že si ji bude moci převzít. Například povolení k cestě mu bylo doručeno 7. prosince 1959 až těsně před startem letadla na letišti a Stockholmu mohl letět s manželkou, ovšem bez dětí.
Jaroslav Heyrovský ve zkratceJaroslav Heyrovský se narodil 20. prosince 1890 v Praze v rodině profesora římského práva na české univerzitě Leopolda Heyrovského. Vědecky zvídavý byl už jako dítě; později vzpomínal, jak v dětském věku omylem zamořil letenskou ulici, kde bydlel, chloridem amonným. Kromě chemických pokusů a snímkování vyřazenou rentgenkou ho zajímaly například i zkameněliny. Zájem o fyziku a chemii u Heyrovského převážil až na Akademickém gymnáziu. Fyzikální chemie se však v Praze tehdy nevyučovala, a tak po roce na univerzitě odešel v roce 1910 do Londýna. Studoval u laureáta Nobelovy ceny Williama Ramsaye a u jeho nástupce, elektrochemika Fredericka Donnana. Po válce Heyrovský složil zkoušky na pražské Univerzitě Karlově, kde byl v roce 1922 ve svých dvaatřiceti letech jmenován prvním mimořádným a v roce 1926 řádným profesorem fyzikální chemie. V roce 1950 byl Heyrovský jmenován ředitelem nově vzniklého Polarografického ústavu (dnešního Ústavu fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského AV ČR), který řídil do svých 73 let. V manželství s Marií Kořánovou se Heyrovskému narodily dvě děti. Obě se později věnovaly přírodním vědám, dcera Jitka jako biochemička a syn Michael jako pokračovatel polarografické tradice v ústavu nesoucím později otcovo jméno. Po význačném vědci byla v roce 1982 pojmenována planetka 3069 Heyrovský a také kráter na odvrácené straně Měsíce (1985). |
Oprava: V článku bylo v jednom případě chybně uvedeno, že elektroda polarografu byla z olova, místo správné rtuti. Za chybu se omlouváme.
