Život plný iontů a molekul

Profesor RNDr. Zdeněk Herman, DrSc., obdržel hlavní cenu nadace Česká hlava 2003 za celoživotní dílo. Jeho oborem je základní výzkum dynamiky elementárních reakcí iontů s molekulami, tedy reakcí ionizovaných částic nesoucích elektrický náboj s neutrálními molekulami. Jeho práce je uznávána na mezinárodním fóru, kde si získal řadu přátel nejen pro své výsledky, ale i pro svou skromnost a vstřícnost. Vypovídá o něm jeho výrok: „Nerad používám slov, která jsou větší než má ústa.“

Pane profesore, jak jste se dostal k základnímu výzkumu?
Jako kluk jsem s velikou chutí četl dobrodružné příběhy pana profesora Běhounka o dobývání severní točny a ztroskotání vzducholodi Nobile. Zdaleka jsem netušil, že za pár let se stanu jeho diplomantem. Ve třetím ročníku studia chemie na matematicko-fyzikální fakultě otevíral profesor Běhounek kurs radiochemie a já se stal jedním z prvních tří studentů v tomto oboru. Byl to ohromný zážitek pracovat s někým, koho jsem znal z chlapeckých knížek. Radiochemikem jsem ale nezůstal. Po skončení studia jsem nastoupil k profesoru Brdičkovi do Ústavu fyzikální chemie. I v těch nejnepříjemnějších letech bylo v ústavu ohromné ovzduší, které mě hluboce ovlivnilo.

Kdy jste začal získávat mezinárodní kontakty?
V roce 1963 jsem byl pozván na postdoktorální pobyt na Yaleovu univerzitu ve Spojených státech. S doktorem Čermákem jsme už v roce 1960 začali studovat kinetiku chemických reakcí iontů v ionizační komůrce hmotnostním spektrometrem. Výsledky přinesly slušný mezinárodní ohlas a pro mne pozvání do Ameriky. Po dlouhých průtazích jsem skutečně odjel. Nejdříve jsem tam strávil rok, pak půl roku a v roce 1967-8, kdy se poměry trochu uvolnily, jsem poprvé odjel spolu s rodinou. Jenže další léta byla obtížná. Nastaly asi tři roky totálního zákazu cestování, a když jsem chtěl jet potom aspoň na nějakou konferenci, tak se realizovalo tak jedno pozvání z osmi. Naštěstí je tato doba pryč, po roce devadesát bylo vše zase snadnější.

Uvedl byste nás trochu do historie svého oboru?
Elementárními chemickými reakcemi, to je reakcemi jako srážkou dvou částic, se vlastně začal již ve třicátých letech zabývat profesor Michael Polányi. Studoval reakce alkalických atomů ve zředěném plynu. Hlavní přelom ale nastal koncem padesátých a začátkem šedesátých let, kdy se podařilo uskutečnit výzkum chemické reakce molekul alkalického kovu ve zkřížených paprscích částic. Taková práce byla poprvé uveřejněna v roce 1957. Od konce padesátých let se problémem začala zabývat řada laboratoří ve světě, především skupina profesora Herschbacha, jehož práce byla spolu s ostatními posléze oceněna Nobelovou cenou. My jsme se od poloviny šedesátých let soustředili na zvláštní skupinu reakcí iontů s molekulami.

Mohl byste formulovat podstatu své práce, za kterou jste dostal cenu nadace Česká hlava 2003?
Zabývám se výzkumem dynamiky elementárních reakcí iontů s molekulami, to znamená ionizovaných částic, nesoucích elektrický náboj, s neutrálními molekulami. Naším cílem je stanovit základní parametry, které určují průběh chemických reakcí těchto částic na molekulové úrovni. Chemická reakce se uskutečňuje ve zkřížených paprscích, tedy iontového paprsku a molekulárního paprsku. Parametry, které měříme, jsou úhlové rozložení částic a rychlost těchto produktů. Z toho se dá vysoudit velice mnoho o srážkovém mechanismu chemických reakcí a o přeměnách energie v nich na molekulové úrovni. Říká se tomu někdy chemie za podmínek jediné srážky. Samozřejmě se zdá, že je to velmi daleko od hlavního úkolu chemie, jímž je syntéza nových sloučenin a nových materiálů. Ale je to jenom zdání. Výzkum poskytuje základní parametry, které jsou společným popisem toho, co je základem všech chemických reakcí.

Podle jakých kritérií si volíte reakce, které studujete?
My si samozřejmě vybíráme dobré modelové reakce iontů s molekulami, ale snažíme se také volit takové, které mají nějaký praktický význam. Reakce iontů jsou důležité procesy především v plynných soustavách s velkým obsahem energie, jako jsou třeba plynné lasery, výboje nebo plazma. Ta největší, i když velmi vzdálená, oblast jsou chemické reakce iontů v mezihvězdném prostoru, které, alespoň podle toho, co o nich víme, jsou příčinou vzniku molekulárních částic v této oblasti. V mezihvězdném prostoru totiž nacházejí astronomové a astrofyzikové spoustu molekul nebo molekulových iontů, které zřejmě vznikly reakcemi iontů. V mezihvězdné hmotě je soustředěno více než 90 % veškeré hmoty ve vesmíru, a proto se nám zdá užitečné rozumět tomu, jak tam nejrůznější částice vznikly. Také v horních vrstvách atmosféry Země i jiných planet a hvězd probíhají srážky mezi ionty a molekulami a vznikají tam částice, jejichž původ astrofyziky zajímá. Když se to povede, můžeme astrofyzikům něco užitečného říci, jakými elementárními reakcemi ty částice mohou vznikat. Navrhli jsme třeba před časem francouzským astrofyzikům jednu reakci, která by mohla vysvětlit sondami pozorovanou přítomnost rychlých iontů kyslíku ve vyšších vrstvách atmosféry Marsu.

A co je vaším hlavním zájmem v současnosti?
Začali jsme studovat reakce mezi dvakrát nabitými ionty a molekulami. Bylo o nich předtím velice málo známo. Nejprve jsme se zabývali reakcemi přenosu náboje (nebo výměny elektronu) mezi násobně nabitými a neutrálními částicemi a později chemickými reakcemi mezi nimi. Jsou to reakce vysoce energetických částic a mají vlastnosti, které bychom nečekali. Např. jejich produkty se od sebe vzdalují rychlostí mnohokrát větší než u běžných chemických reakcí. Zabýváme se také interakcemi iontů s povrchy pevných látek. Je to věc, která nás váže s kolegy plazmatickými fyziky, kteří nás pozvali do programu EURATOM. To je evropský program, který se týká výzkumu nových zdrojů energie a případného zvládnutí termojaderné reakce. Kolegové z Ústavu fyziky plazmatu AV ČR mají k dispozici tokamak. My jsme v tomto programu drápkem uvízli tím, že studujeme elementární procesy, které probíhají při srážkách iontů určitého druhu s pevnými látkami, především uhlíkem, který tvoří výstelku tokamaku. Práci jsme rozjeli do trochu širších rozměrů, takže obecně se zabýváme rozptylem iontů s energií 5 až 100 eV ve srážkách s povrchy pevných látek.

A v nejbližší budoucnosti
Teď bychom především chtěli dokončit výzkum chemických reakcí dikationtů s molekulami. Na základě podrobného studia dynamiky reakcí řady dikationtů zformulovat obecný model, který popíše základní charakteristiky reakcí, které v soustavě probíhají. Takový model jsme už vlastně vytvořili a teď jej ověřujeme zkoumáním různých systémů. Víme, že různé typy procesů (přenos elektronu, různé chemické reakce) probíhají ve vzájemné konkurenci a víme, proč v různých soustavách ten nebo jiný proces převažuje. A když tuto oblast důkladně zmapujeme, budeme dělat zase něco jiného jako už ostatně vícekrát. Na pořadu dne jsou především srážky iontů s povrchy a jejich chemické reakce u povrchu pevné fáze.

Pane profesore, jak vidíte budoucnost vědy?
Mluvíme-li o přírodních vědách, rozhodně to není špatné. Schopní, zvídaví a vnímaví studenti zapálení pro věc se stále najdou. Těžiště hlavního zájmu se možná přesouvá k biochemii a biologii, k složitějším soustavám, ale to neznamená, že by ostatní disciplíny stagnovaly. V celém světě se v posledním desetiletí projevoval určitý odliv zájmu o přírodní vědy. Útěk od vědy a rozumu je celosvětový, stejně jako zvýšený zájem o nadpřirozené jevy, okultní přístupy a mystéria všeho druhu, bohužel dost často s mocnou mediální podporou. Veřejnosti se předkládá jistě více astrologie než astronomie, asi se to lépe prodává. K nemalému zmatení pojmů přispěl i všeošklivící postmodernismus. U nás je odliv zájmu o přírodovědu komplikován ještě tím, že se přesunul na práva, ekonomii a řadu humanitních oborů. V minulém režimu získávaly přírodní vědy a medicína ty nejlepší studenty, protože přírodovědě se mohl člověk věnovat, aniž by v práci příliš narážel na omezení režimu. Teď je to jinak, ale já si nemohu stěžovat: naší laboratoří a ústavem prošla řada vynikajících studentů, kteří se pak uplatnili nebo uplatňují ve světě, mají chuť se vrátit zpět a jistě se v základním výzkumu a na vysokých školách neztratí. Netěší mě, jak média veřejnosti prezentují chemii, jak na ni kdekdo nadává. Připadá mi to krátkozraké a často si vzpomenu na jeden televizní rozhovor profesora Carla Djerassiho – mimochodem připravil první antikoncepční pilulku. Řekl tehdy vlídně moderátorovi: „Rozhlédněte se po studiu a jmenujte mi jediný předmět, na jehož výrobě se chemie nepodílela.“ Zkuste si to doma a uvidíte, jak je to těžké. Ale ani v pustém lese by to nebylo snazší, protože podstata života, alespoň té formy, kterou známe, je chemická. Kolem vás by všude bujela fotosyntéza a bez chemických reakcí, které v těle probíhají, byste se ani nepohnula, ani byste nic neviděla, ani byste nemohla přemýšlet. Takže bez chemie by ani to nadávání na ni moc nešlo.

Máte nějaké koníčky?
Možná víc, než je zdrávo. Literaturu a hudbu, hlavně klasickou, ale především všechny formy výtvarné činnosti. Pro sebe a pro své přátele si kreslím, maluji a sochařím. Mám galerii s více než stovkou kreseb kolegů a přátel vědců, které zachycují několik generací chemiků a fyziků z celého světa. Přednáší-li člověk na konferenci nebo někde na semináři, nikdy neškodí začít povídání vtipem. A když si člověk k tomu může sám nakreslit na fólii obrázek, je to ještě lepší. Antropomorfické obrázky ilustrující základní mechanismy chemických reakcí používala před lety k oživení univerzitních přednášek i řada kolegů v Americe. Ale mým hlavním koníčkem pořád zůstává práce v laboratoři.

Pane profesore, gratulujeme k vašemu ocenění, děkujeme za rozhovor a přejeme vám poznat spoustu dalších zajímavých iontů a molekul v chemii i v obyčejném životě.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *