Premium

Získejte všechny články
jen za 89 Kč/měsíc

Voda má 66 anomálií. Vědci začali odhalovat jejich příčiny

Vědci pomalu začínají rozumět jedinečným vlastnostem vody. U jiných látek poklesem teploty hustota roste, u vody toto pravidlo neplatí. Nejnovější výzkum odhalil i nečekané poznatky týkající se její molekulární struktury.

Obyčejná voda? Tajemství jsou rozluštěna teprve teď | foto: Profimedia.cz

Možná se ptáte, co může být na obyčejné vodě zajímavého. Je to nejspíš nejběžnější látka, se kterou člověk přijde do styku. Je základem pozemského života a tvoří podstatnou část všech živých organismů. Přesto ji obestírají mnohá tajemství.

66 různých anomálií

Oproti jiným tekutinám má totiž voda (systematicky oxidan) zcela mimořádné chemické a především fyzikální vlastnosti. Vědci u ní napočítali 66 různých anomálií, které u jiných kapalin nepozorujeme. Každý zná mrznoucí vodu, o této anomálii se učí už na základní škole.

U běžných látek hustota s poklesem teploty roste, u vody však toto pravidlo platí jen zčásti, až do 4 °C ( přesněji 3,95 °C ), kdy má voda největší hustotu a nejmenší objem. Dalším ochlazováním se její objem opět zvětšuje, což má za následek celou řadu závažných důsledků.

Díky tomu voda mrzne nejprve na povrchu, led se tak udržuje na hladině a kapalná voda se hromadí na dně. To je velice důležité pro přežití vodních organismů. Tento výjimečný jev by měl být rovněž hlavní příčinou zvyšování mořské hladiny při předpokládaném globálním oteplování.

Mezi další zvláštnosti vody patří například ještě její vysoká měrná tepelná kapacita, velká skupenská teplota (asi třikrát větší než u většiny látek) či zvýšené povrchové napětí. Měrná tepelná kapacita přispívá ke stabilizaci teploty vod světových oceánů, povrchové napětí zase umožňuje některým druhům hmyzu pohyb na hladině.

Díky povrchovému napětí také mohou rostliny své listy zásobovat potřebnými živinami a stavebními látkami. Povrchové napětí je též příčinou vzniku vodních kapek. Vodních anomáliií je skutečně hodně a jistě je není třeba všechny zmiňovat. Snad jen ještě jednu, kuriózní Mpembův jev, který ovšem není spolehlivě potvrzen. Teplá voda prý zmrzne dřív než studená, tento paradox využívají ponejvíce zmrzlináři při výrobě oblíbené pochoutky.

"Pochopení těchto anomálií je velmi důležité, neboť voda je základem naší existence. Bez vody není život," tvrdí Anders Nilsson, který vedl tým amerických, švédských a japonských vědců, kteří se rozhodli podivnosti vody prozkoumat. Klíčem k objasnění všech záhad mělo být odhalení molekulární struktury vody.

Molekulární uspořádání vody

Série experimentů, které mezinárodní výzkumná skupina provedla na dvou částicových urychlovačích, pomohla poodhalit podstatu alespoň některé z výjimečných vlastností vody. Jak vypadá samotná molekula vody, se ví poměrně dlouho.

Vůbec to není rovinný útvar, jak by se snad mohlo zdát, ale spíš prostorový čtyřstěn, v jehož středu se nalézá atom kyslíku, dva rohy tvoří vodíkové atomy a zbývající dva volné elektronové páry kyslíku. Každá molekula se tak váže ke čtyřem dalším. Při vzniku ledu se čtyřstěny spojují do vícevrstevné struktury pomocí vodíkové vazby.

Vodíkové můstky

Vodíkové můstky

V kapalné fázi je ale uspořádání molekul mnohem složitější, ale jaké přesně, to je předmětem debat už přes sto let. Převládá mínění, že molekuly kapalné vody mají víceméně podobnou strukturu jako led, tedy že jsou také tvořeny čtyřstěny, jen s tím rozdílem, že jejich uspořádání není tak pravidelné, neboť vlivem tepla dochází k narušení vazeb. Čtyřstěnná podstata ale zůstává zachována.

Ne jedna, ale dvě struktury

Avšak nedávné pokusy na urychlovačích ukázaly něco jiného. Podle jejich výsledků se kapalná voda skládá ze dvou odlišných struktur. Jedna je sice čtyřstěnná, ale existuje ještě druhá, která je zcela neuspořádaná. Navíc jsou obě struktury prostorově odděleny, přičemž čtyřstěny se shlukují do "chomáčů" asi o 100 molekulách, které jsou obklopeny neuspořádanými oblastmi.

Kapalina tak tvoří proměnlivou směs bez ohledu na její teplotu. Uvedené uspořádání se vyskytuje při všech teplotách až do bodu varu, tedy i při pokojové teplotě. Pokud kapalnou vodu zahříváme, čtyřstěnných shluků ubývá, ale nikdy nevymizí úplně, zatímco neuspořádané oblasti se stávají ještě chaotičtějšími.

"Dříve by si stěží někdo pomyslel, že takové fluktuace vedoucí k rozdílným lokálním strukturám, existují, ale přesně tohle jsme objevili," říká Nilsson.

Jsme teprve na začátku

Práce částečně vysvětluje některé anomálie vody. Ukázalo se, že čtyřstěnné struktury mají nižší hustotu, která nijak zvlášť na teplotě nezávisí (velmi slabě), kdežto hustota neuspořádaných oblastí s rostoucí teplotou klesá. Tím se podle vědců dá vysvětlit fakt, že voda má maximální hustotu při 4 °C.

Při ohřívání vody se zvyšuje množství neuspořádaných oblastí, které snadněji absorbují teplo, což má za následek její velkou tepelnou kapacitu. Vysokou hodnotu povrchového napětí způsobuje náchylnost vody k vytváření silných vodíkových vazeb.

Na úplné objasnění všech vlastností vody ale musíme ještě počkat, bude třeba dalších objevů. Ale už teď je jasné, že jejich výsledky se promítnou do mnoha vědních oborů, zejména do lékařství, biologie, meteorologie i klimatologie.

Zdroje:

home.slac.stanford.edu
www.wikipedia.org

Autor:
  • Nejčtenější

Znovuzrození japonských letadlových lodí. Ve výzbroji budou mít F-35B

19. dubna 2024

Japonsko má ve své ústavě zakázáno vlastnit ofenzivní zbraně, jako jsou letadlové lodě. Doba...

Námořníci USA propašovali před 100 lety na palubu bitevní lodi prostitutku

13. dubna 2024

V dubnu 1924 zažilo americké námořnictvo obrovský skandál, který se dostal na titulní stránky...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Uvidíme v budoucnu na obloze druhý Měsíc? Příčinou může být neobvyklá hvězda

17. dubna 2024

Velmi neobvyklá hvězda éta Carinae v 19. století náhle zjasnila a stala se druhou nejjasnější...

Skvělý filmový zvuk bez velké instalace. Test nejzajímavějších soundbarů

15. dubna 2024

Položíte jej na polici před televizor, propojíte kabelem, zapojíte do zásuvky a během pár chvil se...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Unikátní exkurze. Nahlédněte do francouzské jaderné ponorky před vyplutím

20. dubna 2024

Není obvyklé, aby reportéři mohli nahlédnout do jaderné ponorky v aktivní službě. Agentura AP nyní...

Před 100 lety padl světový rekord v délce letu vrtulníkem

v diskusi je 1 příspěvek

20. dubna 2024

Duben 1924 přinesl další mírný progres lidských schopností v oblasti létání. Světový rekord v délce...

Unikátní exkurze. Nahlédněte do francouzské jaderné ponorky před vyplutím

v diskusi je 12 příspěvků

20. dubna 2024

Není obvyklé, aby reportéři mohli nahlédnout do jaderné ponorky v aktivní službě. Agentura AP nyní...

Znovuzrození japonských letadlových lodí. Ve výzbroji budou mít F-35B

v diskusi je 50 příspěvků

19. dubna 2024

Japonsko má ve své ústavě zakázáno vlastnit ofenzivní zbraně, jako jsou letadlové lodě. Doba...

Lotyšská armáda je malá, materiálem nehýří, ale Ukrajině něco ze svého poslala

v diskusi je 5 příspěvků

18. dubna 2024

V roce 2004 vstoupilo Lotyšsko do NATO, přesto nemůže nechat svou případnou obranu pouze na bedrech...

Manželé Babišovi se rozcházejí, přejí si zachovat rodinnou harmonii

Podnikatel, předseda ANO a bývalý premiér Andrej Babiš (69) s manželkou Monikou (49) v pátek oznámili, že se...

Sexy Sandra Nováková pózovala pro Playboy. Focení schválil manžel

Herečka Sandra Nováková už několikrát při natáčení dokázala, že s odhalováním nemá problém. V minulosti přitom tvrdila,...

Charlotte spí na Hlaváku mezi feťáky, dluží spoustě lidí, říká matka Štikové

Charlotte Štiková (27) před rokem oznámila, že zhubla šedesát kilo. Na aktuálních fotkách, které sdílela na Instagramu...

Vykrojené trikoty budí emoce. Olympijská kolekce Nike je prý sexistická

Velkou kritiku vyvolala kolekce, kterou pro olympijský tým amerických atletek navrhla značka Nike. Pozornost vzbudily...

Ve StarDance zatančí Vondráčková, Paulová, hvězda Kukaček i mistryně světa

Tuzemská verze celosvětově mimořádně úspěšné soutěže StarDance britské veřejnoprávní televizní společnosti BBC se už na...