Tunneling: Neobvyklé chování porkanu

 

 

Jiří Patočka

 

     V poslední studii věnované tzv. feedingu v porkanové řadě 1 jsme se zmínili o tom, že u porkanu byl pozorován nový chemický jev,  předběžně nazvaný tunneling 2 . Poznámka o tunnelingu vyvolala neobvyklý zájem lidí, a to i těch, u nichž bychom to nikdy nečekali. Patrně jsme v nich vzbudili neopodstatněnou naději, že tento jev by se dal využít i v praktickém životě a byli jsme zavaleni množstvím dotazů, jak celá věc funguje 3. Protože vyřizování e-mailů, telefonátů i klasické korespondence nás stálo velké množství času i finančních prostředků 4, rozhodli jsme se celou věc publikovat a zabránit tak různým spekulacím. Činíme tak ovšem neradi, protože experimenty nejsou ještě zcela dokončeny a zůstává řada nevyjasněných otázek.

     Celá věc souvisí s tak jednoduchou záležitostí, jako je rozpouštění porkanu ve vodě. Vypsali jsme toto neobyčejně inspirativní téma jako námět doktorské disertační práce, ale když se už po dva roky k řešení tohoto problému nikdo nepřihlásil, pustili jsme se do toho sami. Vzhledem k předpokládané vysoké lipofilitě porkanu 5 jsme očekávali,  že se ve vodě vůbec rozpouštět nebude. Již prvé pokusy nás vyvedly z omylu. Stačilo jen trochu zahřát a  porkan se nejen začal rozpouštět, ale dokonce při tom začal uvolňovat jakýsi plyn 6. Domnívali jsme se, že jde o oxid uhličitý, ale jaké bylo naše překvapení, když jsme zjistili, že vznikající plyn hoří ba dokonce třaská! Později jsme jej identifikovali jako směs methanu a kyslíku 7. Po skončení reakce (vyšumění) zůstávala na dně nádoby lehce našedlá, trochu mazlavá, trochu páchnoucí a ve vodě nerozpustná hmota, jejíž elementární analýza (35 % C   a 65 % H) vedla k sumárnímu vzorci C3H5, ale hmotová spektroskopie odhalila, že mol. hmotnost této substance je 82,0, což odpovídá sumárnímu vzorci C6H10. Pomocí PPIC-MALDI-TOF (Pace for Pace Identification Cabal with Matrix Assisted Laser Desorption/Ionisation- Time of Flight Mass Spectrometry) 8 byla látka identifikována jako 2-methyl-bicyklo-[1,0,2]-pentan. Pak již bylo snadné sestavit reakční rovnici, při níž jedna molekula porkanu reaguje se 4 molekulami vody za vzniku uhlovodíku C6H10 a uvolnění 4 molekul methanu a 2 molekul kyslíku

 

        

 

 

 

Když jsme provedli celkovou bilanci této reakce, dostali jsme následující rovnici/nerovnici

 

         

                             C10H19   +    4  H2O       ą    C6H10    +    4 CH4      +    2 O2

 

 

a ať jsme počítali jak počítali 9 , na pravé straně rovnice nám pořád chyběl jeden atom vodíku. Na levé straně jich bylo 27, na pravé jen 26! Něco tak nicotně malého jako je atom vodíku se může jistě snadno přehlédnout a zprvu jsme proto byli klidní a chovali se bezstarostně. Když jsme jej však ani po velmi usilovném a dlouhotrvajícím hledání nenašli, začaly nás obcházet mrákoty. Nešlo o to, že by nás snad někdo obviňoval z nedostatečné bdělosti či ostražitosti. Konec konců, ten atom nebyl nikde v evidenci a jeho ztrátu by neodhalila žádná inventurní komise a možná ani pracovníci NKÚ 10 . Jenže celá chemie od dob Lavoisiera 11  je založena na principu, že kolik atomů do reakce vstoupí, tolik atomů zase musí z reakce vystoupit. To je prostě nezpochybnitelné paradigma. Tedy až donedávna bylo. Takže co teď? S Lavoisierem jsme nechtěli polemizovat, jistě by se to neobešlo bez mezinárodního skandálu.

     Začali jsme proto studovat detailní mechanismus této reakce, abychom se dopátrali pravdy či alespoň polopravdy. Z polohy methylu v látce sumárního vzorce C6H10 bylo zřejmé, že ocasní methyl porkanu v poloze 3 zůstává zachován, takže 4 molekuly methanu musí mít původ v methylech z poloh 1,1 a 2,2, které tvoří jeho 4 nožičky. Pomocí fluorescenčních lihových popisovačů 12  jsme označili jednotlivé methyly 13 v pořadí barev od předu dozadu: červená, modrá, zelená a žlutá. Pak už bylo celkem snadné zjistit, že v průběhu reakce se methyly oddělují od skeletu porkanu v pořadí: levá přední, pravá zadní, pravá přední a levá zadní, svůj elektronový deficit si doplní protonem, který seberou molekulám vody a než se tyto z takového šoku vzpamatují, vytvoří 4 molekuly methanu. Voda zbavená svých protonů se chvíli bezradně rozhlíží, kde by sehnala jiné, ale když nemůže žádné najít, přemění se na molekulární kyslík. Je to pravděpodobně zkratkovité jednání, ale zcela pochopitelné. Voda je na své protony již tak zvyklá, že si bez nich nedokáže svou existenci ani představit a je proto z jejich ztráty zcela zoufalá. Nemůže-li si obstarat náhradní, předvede svůj parádní kousek a změní se na kyslík, protože jako plyn má větší šanci uniknout z tak nevlídného a nebezpečného prostředí, jako je reakční směs, v níž se ztrácí protony.

     Musíme ovšem přiznat, že ani po důkladné analýze našich dat si nedovedeme představit, kam se ten zatracený atom vodíku mohl podít. Nemíníme se sice jen tak lehce vzdát, ale pomalu již ztrácíme naději, že jej ještě někdy uvidíme. Ztrátu vodíku jsme pracovně nazvali tunneling a je nasnadě, že toto označení nebylo vybráno nahodile. Připomnělo nám totiž situaci v některých českých bankách, ze kterých také velmi záhadným způsobem mizí peníze, aniž by se dalo vypátrat, jak je to možné a už vůbec ne, kam se poděly. Při studiu reakce porkanu s vodou jsme se ocitli v analogické situaci. Nezpochybňujeme ani zákon o zachování hmoty, ani nechceme vyvíjet nátlak na poslance, aby interpelovali za jeho novelizaci, ale připouštíme, že občas se nějaká maličkost ztratit  může a že u tak nicotné věci jako je atom vodíku, jehož finanční hodnotu je navíc jen velmi obtížné vyčíslit, není tímto ohrožena ani bezpečnost státu, ani jeho ekonomická stabilita. Pevně věříme, že výsledků našeho výzkumu nezneužije nikdo k tomu, aby zpochybnil vstup naší země do Evropské unie. Nechceme tu věc dále rozmazávat. Třeba jsme se přece jen přepočítali a nic nechybí, ale pokud byly naše výpočty správné a jeden atom vodíku se přece jen ztratil, neutrpěl tím vlastně nikdo žádnou škodu 14. Sami jsme ztrátu vodíku nikde nehlásili a není nejmenší důvod celou věc prošetřovat, jak ve své nemístné  poznámce, že bez vůle Boží ani vlas s hlavy nespadne, naznačil páter Čeněk T., když se jeden z našich laborantů  k němu přišel vyzpovídat 15.      Ztráta atomu vodíku  nás sice nikterak neznepokojuje, ale upřímně  nás mrzí. Proto se obracíme na chemickou veřejnost s prosbou. Kdyby někomu nějaký atom vodíku přebýval a neměl pro něj momentálně žádné uplatnění, byli bychom vděční za jeho věnování či alespoň zapůjčení.

 

Nemístné poznámky a zneužitá literatura

 

  1. Patočka J.: Feeding – nový typ isomerisace v porkanové řadě. http://www.5z.com/cchs/porkany/Porkany%20II.htm

2.      Záměrně jsme užili anglický termín, aby mohl tento v chemii nový pojem snáze proniknout do světové literatury.

  1. Velmi seriozní zájem jevil zejména pan SBc. Bořivoj Koukal-Vykoukal, jeden z prvních absolventů bakalářského studia na Soukromé vysoké škole pro praní špinavých peněz (SVŠPPŠP), zřízené při jedné čistírně odpadních vod nejmenovaného krajského města. Titul SBc., tajný bakalář, byl zaveden poté, co tato škola neuniverzitního směru se zaměřením na studium netradičních metod v ekonomice, neprošla akreditačním řízením a byla nucena přejít do ilegality. Akreditačním řízením neprošla údajně proto, že její absolvování nemá návaznost na magisterské studium ostatních vysokých škol, zejména ekonomických fakult a Vojenské a Policejní akademie ve smyslu tzv. Boloňské deklarace (http://europa.eu.int/comm/education/socrates/erasmus/bologna.pdf) . Školy tohoto typu však již existovaly i dříve a titul tajný rada, který svým absolventům udělovaly, zajišťoval vždy dobré společenské postavení. Ze známějších osobností byl absolventem takové školy i tajný policejní rada Vacátko. V dnešním globalizovaném světě je ovšem mnohem jednodušší získat rychle a levně jakýkoliv titul s diplomem jeho objednáním na internetové adrese http://www.zmailer.org/mhalist/2002/msg00048.html

4.      Někteří ovšem byli natolik slušní, že přiložili i  poštovní známku a někdy i odpovědní obálku s adresou.  Pan Z. Prouza z Lanškrouna poslal v dopise dokonce 50 Kč bankovku a žádal po nás telegrafickou odpověď. Zapomněl však bohužel uvést zpáteční adresu. Tu padesátikorunu už nemáme.

  1. Ke kvalifikovanému odhadu velikosti rozdělovacího koeficientu bylo použito nové statistické metody. Na 50 papírových lístků velikosti A7 (7.433 x 10.511 cm, DIN/ISO A-Formate) byly napsány černým fixem (Centropen, 8859 black-stake board) číslice od 1 do 50, všechny lístky byly vloženy do černých, neprůhledných obálek (the black envelope method) a ty nahodile promíchány (randomizovány), vloženy do černého cylindru (The Black Top Hat Method) a v zatemněné místnosti byly dvěma nahodile vylosovanými spolupracovníky, kterým byly zavázány oči černou páskou (Triple-blind Trial, trojitě slepý pokus), vyjmuty dvě obálky. Ty byly pod laickou kontrolou našeho ředitele a profesionální kontrolou našeho právníka vloženy do papírové krabice od bot (Bata, pánské polobotky vzor 30677B, velikost 44), převázány kvalitním sisalovým provázkem (Societé des plantations de sisal du Mandrare, Mahajanga, Madagascar)  a pod pololaickou kontrolou dalších dvou spolupracovníků byla krabice zapečetěna uložena do chladničky /Samsung IceWorld One Door Refrigerator SR-A17NFB) opatřené visacím zámkem (typ 1400 H, FAB a.s. Rychnov nad Kněžnou, Česká republika). Po týdenním temperování byl zámek rozlomen (nepodařilo se najít klíč, ale jeho úmyslné zcizení nebylo prokázáno),  krabice byla za úředního dohledu

      z chladničky vyndána a poté, co byla konstatována neporušenost pečetí, byly tyto

      rozlomeny a obálky vyjmuty. Čísla na lístcích byla  nahlas přečtena samotným

      ředitelem a posléze poslána rychlým kurýrem na matematicko-statistické oddělení se

      vzkazem, aby z nich vypočítali aritmetický průměr. Tato hodnota byla všeobecným

      hlasováním  prohlášena za úředně ověřenou velikost rozdělovacího koeficientu pro

      porkan a  měla hodnotu 3,5 resp. 5,0. Na jednom z lístků byla totiž jednička a na

      druhém šestka, takže (1 + 6)/2 = 3,5, ale stačilo obrátit lístek o 180° a byla z toho 9,

             takže (1 + 9)/2 = 5.  (Pro méně zdatné matematiky viz např. : Lipková, L – Petrík, J.:

           Základy elementárnej aritmetiky. Prešov: Essox, 2001). Toto technické nedopatření

            bude mít za následek, že velikost  rozdělovacího koeficientu pro porkan bude ještě

           dlouho uváděna v chemické literatuře těmito dvěma čísly. Pravděpodobnost, že by

            někdo naše náročné experimenty zopakoval a velikost rozdělovacího koeficientu

            znovu proměřil, jsou vzhledem ke stále se snižujícímu počtu experimentálně

            pracujících chemiků jen málo pravděpodobné. Omlouváme se tímto pracovníkům

            Solubility Data Inspection, EDS  Beilstein

            (http://www.stub.uni-frankfurt.de/beilstein/xfcm/xfcmhtml/eds_b_so.htm),

      za komplikace, které vnášíme do jejich náročné a již tak dost komplikované práce.

  1. Tento jednoduchý experiment není dosud v literatuře popsán, zřejmě proto, že nikdo před námi nevyrobil tak velké množství porkanu, aby si jej mohl dovolit sypat do vody.
  2. Podali jsme již přihlášku vynálezu na lampu, podobnou karbidové, kde místo karbidu vápníku by byly tablety ze slisovaného porkanu. Máme však jisté problémy s byrokraty na Oddělení bezpečnosti práce Ministerstva práce a sociálních věcí ČR.

8.      Cabal J., Kuča K.: Identification of 2-methyl-bicyclo-[1,0,2]-pentane as a product of porcane reaction with water. Fast study performed without consequence by the by between the cutting grass and water pipe repairing. So far unpublished results.

9.      Na kapesní kalkulačce, na prstech, i na ščotu, laskavě zapůjčeném Oddělením pro podporu rozvoje drobného podnikání Ministerstva pro místní rozvoj ČR.

10.  Nejvyšší kontrolní úřad České republiky.

11.  Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794), francouzský chemik, zakladatel moderní chemie. Formuloval zákon o zachování hmoty, objevil kyslík a vyvrátil flogistonovou teorii.

12.  Centropen, OHP Marker - 0003056

13.  tzv. metoda fluorescenční sondy

14.  Podobně jako neutrpěl žádnou škodu vojín Josef Švejk, když mu někdo v kupé druhé

      třídy rychlíku Praha - České Budějovic odcizil kufr patřící nadporučíku Lukášovi. Na 

      dotaz nadřízeného, co bylo v tom kufru, Švejk odpověděl: „V celým tom kufru

      bylo jen zrcadlo z pokoje a železnej věšák z předsíně, takže jsme vlastně neutrpěli

      žádný ztráty, poněvadž zrcadlo i věšák patřily panu domácímu“. Viz: Hašek J., Osudy

      dobrého vojáka Švejka. Československý spisovatel, Praha 1980. s. 272-273.

15.  Srovnávat ztrátu atomu vodíku se ztrátou vlasu je zcela nesmyslné. Lidský vlas

      obsahuje v průměru 1018 atomů vodíku a navíc jen o něco málo méně

      atomů uhlíku,  kyslíku, dusíku a dokonce i síry, takže jeho finanční hodnota ve

      srovnání s atomem vodíku je neporovnatelná.

 

 

Prof. RNDr. Jiří Patočka, DrSc, DrSc(WC),

jednatel WCPC pro oblast Hradec Králové.

E-mail:patocka@pmfhk.cz