Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Na povrchu rtuťové kapky

Velmi citované vědecké práce I.: Fyzikální chemie
Publikováno: Vesmír 80, 92, 2001/2

V minulých číslech Vesmíru mohli čtenáři sledovat diskusi o významu, který by měl být připisován citačnímu ohlasu původních vědeckých prací (V. Hořejší, Vesmír 79, 83, 2000/2; P. Hobza, Vesmír 79, 125, 2000/3; H. Burda, Vesmír 79, 246, 2000/5; A. Holý, Vesmír 79, 344, 2000/6; J. Šesták, Vesmír 79, 344, 2000/6; M. Hocek, Vesmír 79, 344, 2000/6. Tuto diskusi již redakce v tištěné verzi časopisu uzavřela, rozhodla se však požádat několik autorů velmi citovaných prací, aby napsali o okolnostech jejich vzniku a aby se pokusili o vysvětlení, proč právě daná práce vyvolala tak živou odezvu. Od řeči statistiky tak přecházíme k samotnému životu. Někdy je vznik práce doprovázen okolnostmi napínavými a dobrodružnými, jak dokládá první příspěvek k tomuto seriálu. Redakce

Příběh jedné práce
Mezi květnem 1945 a únorem 1948 byl obnovený studentský život velmi intenzivní, bavili se mezi sebou vysokoškoláci různých studijních oborů. Přispívaly k tomu studentské party, v nichž se diskutovalo o různých (převážně neodborných) otázkách. Chemikové z naší party mě upozornili na zajímavý problém z chemické fyziky. Byl tenkrát aktuální v pražské polarografické škole, která měla díky J. Heyrovskému a R. Brdičkovi světovou pověst. A tak ačkoli jsem na Karlově univerzitě studoval teoretickou fyziku, náhodou jsem narazil na inspirující podnět z fyzikální chemie. I později, „na vyšší úrovni“, mi spolupráce s Brdičkou a jeho mladšími kolegy (V. Hanušem, J. Korytou ad.) umožnila dobře se orientovat v polarografii, přestože jsem v životě „nespáchal“ jediný konkrétní polarogram.

Zmíněný problém se týkal polarografických kinetických proudů, vznikajících v důsledku rychlých chemických reakcí při povrchu elektrod (viz text v rámečku). Měření kinetických proudů mělo tenkrát mimořádný význam, avšak jeho interpretace byla založena na Wiesnerově rovnici, která měla jen kvalitativní platnost. Důsledné řešení vyžadovalo přesáhnout rámec úzkých vědních specializací a uvažovat elektrochemické efekty, kinetiku chemických reakcí i hydrodynamické jevy zároveň. Samozřejmě však bylo potřeba soustředit se jen na to nejpodstatnější, aby řešení celkového problému bylo proveditelné. První pokus o „přesné řešení“ problému přinesl katastrofální výsledek: Shodovalo se s pokusnými daty mnohem hůře než Wiesnerova rovnice, která umožňovala stanovit rychlost extrémně rychlých chemických reakcí. A přitom byla Wiesnerova rovnice odvozena na základě zcela nepřesných kvalitativních představ! Bylo jasné, že úspěch zpola empirického přístupu Wiesnera a Brdičky se zakládal na kompenzaci chyb, zřejmě však nebyly vzaty v úvahu některé významné stránky zkoumaných jevů.

Nasnadě byla domněnka, že mechanizmus chemického procesu v bezprostředním okolí elektrody byl nepřípustně zjednodušen. Proto jsem se dlouho snažil uvažovat různé mechanizmy chemických procesů, ale to nestačilo.

Po několikaletém úsilí mne napadlo, v čem by mohla vězet chyba: v tom, že se nebere zřetel na pohyb kapaliny vytlačované rostoucí rtuťovou kapkou. A skutečně, když jsem tento hydrodynamický aspekt zahrnul do modelu vyšetřovaného děje a jeho roli formuloval matematicky, byla shoda s experimentem vynikající. Sledoval jsem tedy po léta falešnou stopu, až mi náhle jednoduchý nápad ukázal řešení. Vědecký výzkum je zřejmě plný překvapení, která na nás číhají, když hledáme řešení zkoumaného problému.

Tento úspěch v případě polarografických procesů řízených rychlými chemickými reakcemi mne vedl k tomu, že jsem hydrodynamické efekty na povrchu rostoucí kapkové rtuťové elektrody uvažoval i pro základní polarografický děj. Důsledkem úplnější teorie byly korekce ke klasické Ilkovičově rovnici (viz rámeček 2). Pochybovat o přesnosti tohoto „přírodního“ zákona však hraničilo se svatokrádeží, a proto jsem měl s korekcemi potíže. Dokonce jeden snaživý český polarografista „přesně“ a „nezvratně“ experimentálně prokázal, že korekce k Ilkovičově rovnici neexistují, což se ovšem neshodovalo s výsledky pokusů několika čelných zahraničních elektrochemiků.

Tato historka je humorným dokladem toho, jak úsilí o vědeckou kariéru a snaha zalíbit se vědeckým autoritám mohou ovlivnit i výsledky získané vědeckými pracovníky. Je ovšem nutno uznat, že ony korekce k běžné Ilkovičově rovnici, jak je používána s úspěchem v celé polarografii, jsou při nekomplikovaných klasických polarografických dějích skutečně malé. U složitějších dějů však může mít zanedbání některých aspektů, jako je pohyb kapaliny v okolí elektrod různých typů, závažné důsledky.

Příběh ukazuje, jak je při dostatečné dávce tvrdohlavosti možno ve vědecké práci dosáhnout zajímavých výsledků. Důležité je neomezit se na úzkou odbornost a nenechat se odradit neúspěchem. K tomu nejvíc přispívá práce v tvořivém kolegiálním prostředí, odvaha k vhodným zjednodušením a schopnost správně vystihnout podstatu zkoumaného. Právě v tom spočívá kouzlo vědecké práce. ¨

Poznámky

1) Někteří proslulí žáci a spolupracovníci Jaroslava Kouteckého: Josef Paldus a Jiří Čížek – oba dnes v Kanadě, Ivan Hubač v Bratislavě, Rudolf Polák a ovšem Rudolf Zahradník, který později převzal po Jaroslavu Kouteckém vůdčí roli v naší kvantové chemii.

Citát

Stanislav Komenda, Žurnál UP, ročník 10, 12. ledna 2001, s. 7

Nejsem příznivcem sociologických průzkumů a anket, kdy má veřejné mínění rozhodovat ve vysoce odborných záležitostech. Připadá mi absurdní, aby se o bezpečnosti jaderné elektrárny vyslovoval člověk, kterého by přitom ani ve snu nenapadlo nechat rozhodovat veřejnost o způsobu operace svého mozkového nádoru. A přitom jde o věci srovnatelné složitosti.

Recept na sepsání silně citované práce

Ve své stati napsané pro Garfieldův Institut vědeckých informací (ISI) Jaroslav Koutecký uvádí:

Domnívám se, že tento článek je tak často citován, protože polarografické proudy dovolují přibližně určovat rychlost velmi rychlých chemických reakcí za použití jednoduchých experimentálních prostředků. Složitý jev byl jednoduše popsán pomocí jasných a fyzikálně dobře definovaných pojmů, což umožnilo exaktní matematické řešení problému. Toto řešení bylo dále aproximováno uzavřeným vzorcem vhodným pro vyhodnocení experimentálních výsledků.

Stačí obměnit jednotlivé reálie a víme jak na to. Při dodržení takových zásad, jak vidíme, nevadilo, že práce vznikla hluboko za železnou oponou a byla napsána mladým, tenkrát ještě neznámým autorem v němčině a zveřejněna v Collection. Naopak, tento československý časopis běžně publikoval zásadní práce a měl mezinárodní věhlas.

Citační ohlas práce

V r. 1982, kdy ji Institut vědeckých informací vyhlásil jako klasickou, měla práce 375 ohlasů ve SCI. Citace však přibývají dodnes a je jich hodně přes 500. Vlny obnoveného zájmu se projevily zvýšenou citovaností kolem r. 1979 a r. 1991. V té době polarografie již dávno nebyla výzkumnou otázkou, odezvu vyvolaly obecné aspekty Kouteckého teorie, použitelné i pro nové aktuální problémy v elektrochemii.


CO JE POLAROGRAFIE

Polarografii objevil J. Heyrovský r. 1922. Je to fyzikálně-chemická metoda zkoumání látek prostřednictvím elektrolýzy roztoků. Nalézá široké uplatnění v kvantitativní analýze, kde vyniká vysokou citlivostí a přesností při poměrné nenákladnosti aparatury. Obrázek znázorňuje základní nejjednodušší polarografické uspořádání: ze skleněné kapilární trubičky spojené hadičkou se zásobníkem rtuti vykapává do zkoumaného roztoku 1 kapka rtuti za 35 sekund. Kapající rtuť slouží jako pracovní elektroda, druhou, referenční elektrodu tvoří vrstva rtuti na dně nádobky. Na tuto dvojici elektrod vkládáme časově proměnné elektrické stejnosměrné napětí a sledujeme, jak se při tom mění proud protékající systémem, tj. roztokem a elektrodami. Proud při dané dvojici elektrod je určován procesy, které se odehrávají na kapičkách rtuti, druhá elektroda slouží k udržování konstantního potenciálu vzhledem k roztoku. Jestliže je v roztoku přítomna látka, která je schopna elektrony od elektrody přijímat, nebo jí je naopak odevzdávat, uskuteční se průchod proudu při té hodnotě vkládaného napětí (čili potenciálu kapající rtuti), která je pro látku charakteristická. Intenzita procházejícího proudu je při tom úměrná koncentraci látky v roztoku. Odkapávající rtuť stále obnovuje svůj povrch vysoce čistého chemicky ušlechtilého kovu, což je důvodem přesné reprodukovatelnosti měření, která umožnila a umožňuje vypracování a ověřování teoretických vztahů pro různé druhy proudů. Nejčastějším případem je proud difuzní, kdy je aktivní látka přiváděna ke kapkové elektrodě difuzí z nitra roztoku a proud je řízen rychlostí difuze. Pro tento druh proudu platí známá Ilkovičova rovnice.

Kinetické polarografické proudy

Méně častý, ale pro fyzikální chemii neméně důležitý je případ, kdy se látka, která by byla schopna výměňovat si s elektrodou elektrony, uvnitř roztoku téměř nenachází, ale vzniká chemickou reakcí v blízkosti elektrody. V tom případě je polarografický proud řízen rychlostí kinetiky této reakce, a proto se nazývá proud kinetický. Průkopnické studium kinetických proudů provedl Karel Wiesner. V prvních poválečných letech byla polarografie jednou z prvních metod, které dovolovaly měřit kinetiku velmi rychlých reakcí v roztocích, a proto bylo žádoucí odvodit přesné teoretické vztahy pro polarografické kinetické proudy. O první přibližné kvantitativní vyjádření kinetických proudů se zasloužili Rudolf Brdička a Karel Wiesner. Jejich výsledky však pro teoretiky nebyly dosti uspokojivé, a teprve Jaroslav Koutecký vytvořil přesnou teorii polarografických kinetických proudů, která vyvolala celosvětový zájem. Byl oceňován Kouteckého komplexní přístup k řešení problému, v němž byl mimo jiné zahrnut i hydrodynamický faktor způsobený pohybem rostoucí rtuťové kapky vůči roztoku.


Prof. RNDr. Jaroslavu Kouteckému byla 15. 12. 2000 udělena Zlatá medaile Univerzity Karlovy

1922 se narodil v Kroměříži

1941-1945 v Chemickém ústavu Baťových závodů ve Zlíně

1945-1948 Karlova univerzita u prof. V. Trkala a u doc. V. Votruby

1948-1949 tábor nucených prací v Kladně

1950-1953 Výzkumný ústav Spojených oceláren Kladno

1951 rigorózum (RNDr.) z teoretické fyziky u prof. V. Trkala

1953-1969 vědecký pracovník ÚFCh ČSAV (ředitel prof. R. Brdička)

1970-1973 prof. na Yeshiva University, New York

1973 profesor fyzikální chemie na Freie Universität Berlin

J. Koutecký (na obr. vlevo dole a vpravo s R. Brdičkou) pracoval v mnoha oborech: nejprve v elektrochemii, pak v Ústavu fyzikální chemie ČSAV, kde se stal zakladatelem školy kvantové chemie v Čechách, 1) následovala elektronová teorie povrchů a již mimo Československo fyzika clusterů, hmotných částic o velikosti mezi molekulami a rozlehlými pevnými látkami.

Odvrácená strana životopisu

Za války v letech 19411945 pracoval jako laborant v Chemickém ústavu Baťových závodů ve Zlíně. Na univerzitě začal studovat (jako mnozí jiní) až opožděně v r. 1945. Studium absolvoval během únorové krize 1948, pokusil se o emigraci a skončil v táboře nucených prací v Kladně (1948-1949), shodou okolností našel pak v letech 19501953 útočiště ve Výzkumném ústavu Spojených oceláren Kladno. To jsou nepříznivé okolnosti pro vědeckou práci v elektrochemii, zmíněné v hlavním textu.

V r. 1969 Jaroslav Koutecký emigroval a do vlasti se mohl podívat až po 20 letech, v prosinci 1989. Jako jeden z krajanů nabídl svou pomoc: při zavádění grantové metody ve financování vědy, při hodnocení vědecké práce podle mezinárodních standardů i při obnově vysokých škol.


Autorské stati týkající se citační klasiky ve světové vědecké literatuře byly a jsou vydávány v sérii Contemporary Classics in Science péčí ISI ve Filadelfii. Tato instituce, založená proslulým E. Garfieldem (viz Vesmír 74, 612, 1995/11), shromažďuje a publikuje nejznámější z citačních indexů, nazvaný prostě SCI , tj. Science citation index. Z tohoto indexu vychází drtivá většina scientometrických hodnocení v celém světě i u nás. Jaroslav Koutecký byl vyzván, aby napsal o své práci pro ISI v r. 1982. Stať pro Vesmír je napsána nově a obsahově se oba rozbory překrývají jen zčásti.

Redakce

DIALOG S PŘÍRODOU

Velice populární je klišé, že vědecká práce je pouhým racionálním závěrem a shrnutím činnosti, která je v podstatě víceméně nudným sbíráním faktů o vnějším světě. Ve skutečnosti je zrod každého pokusného, a tím spíše zobecňujícího teoretického poznatku dobrodružstvím, při němž se ukazuje, zda vědecká hypotéza (jež je vlastně zjednodušeným modelem jevu, který nás zajímá) vystihuje jeho klíčové a podstatné stránky. Při vědecké činnosti vstupujeme s přírodou do dialogu, v němž jí klademe otázky formou experimentu či teorie. Z tohoto dialogu pak vyvozujeme závěry, zda jsou naše představy o podstatě zkoumaného jevu správné, či mylné.

Není snad bez zajímavosti a dokonce to může být užitečné ukázat na konkrétním příkladu, jak mohou být přírodovědecké poznatky získávány. Vědecký pracovník není ve svém dialogu s přírodou osamocen, může a musí žít ve vědecké obci své doby, která mu poskytuje k práci podněty a nekonvenční pohledy. Důležitá je i odezva na dosažené výsledky. Dialog s přírodou je vlastně provázen komunikací s jinými vědci. Vědec však také žije v lidské společnosti, jež mu v jeho úsilí poskytuje podporu a jíž jsou nakonec výsledky výzkumu určeny. Vztahy mezi vědeckou obcí a společností mohou být v různých dobách a na různých místech více i méně příznivé. Často tyto vnější okolnosti (a zvláště ty nepříznivé) mohou odhalovat a zdůrazňovat zajímavé rysy vědecké práce. S tím souvisí i příběh zrodu jedné práce vyprávěný z vlastní zkušenosti.

J. K.

Soubory

Článek ve formátu PDF: 2001_V092-094.pdf (428 kB)

Diskuse

Žádné příspěvky