Středa 21. února 2024, svátek má Lenka
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Středa 21. února 2024 Lenka

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

Světová premiéra sluchátek, co jsou tak pohodlná, že je v uchu zapomenete

v diskusi je 35 příspěvků

16. února 2024  11:19

Světovou premiéru si dnes odbyla první open-ear sluchátka společnosti Bose, nazvaná Ultra Open...

Lepší než terapie. Tato sluchátka skvěle zahrají ticho i muziku

v diskusi je 20 příspěvků

14. února 2024

Ani jedna z těchto sluchátek nejsou šlápnutím vedle. Jsou mezi nimi však velké rozdíly a každý 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...}

Lodní výzbroj na pásech. Sturmtiger používal náboje o hmotnosti 350 kg

v diskusi je 12 příspěvků

19. února 2024

Německý vůdce Adolf Hitler byl známý megaloman. V řadě případů nebyla při zavádění techniky do...

Firma OpenAI ukázala generátor dechberoucích videí, nyní zkoumá bezpečnost

v diskusi je 57 příspěvků

15. února 2024  22:09

Jmenuje se Sora a je to nová služba firmy OpenAI, která se svým chatbotem ChatGPT zbláznila svět do...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

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

Dokonalejší kus elektroniky nekoupíte. Prozkoumali jsme Apple Vision Pro

v diskusi je 158 příspěvků

17. února 2024

Vyzkoušeli jsme nejvíc high-tech zařízení, které si dnes můžete koupit, headset Apple Vision Pro....

VIDEO: Střílej po mně! Kameraman natočil téměř celý útok v centru Prahy

Premium Ve čtvrtek zemřelo rukou střelce Davida K. 14 obětí, 25 lidí je zraněných, z toho deset lidí těžce. Jedním z prvních na...

Máma ji dala do pasťáku, je na pervitinu a šlape. Elišku čekají Vánoce na ulici

Premium Noční Smíchov. Na zádech růžový batoh, v ruce svítící balónek, vánoční LED svíčky na baterky kolem krku. Vypadá na...

Test světlých lahvových ležáků: I dobré pivo zestárne v obchodě mnohem rychleji

Premium Ležáky z hypermarketů zklamaly. Jestli si chcete pochutnat, běžte do hospody. Sudová piva totiž dopadla před časem...

Vědci objevili nejrychleji rostoucí černou díru a nejsvítivější objekt

v diskusi je 20 příspěvků

21. února 2024  9:33

Pomocí dalekohledu Very Large Telescope (VLT) v Evropské jižní observatoři (ESO) v Chile byl...

Dočkáme se letos Windows 12? Patrně ne, protože to nedává smysl

v diskusi je 15 příspěvků

21. února 2024

Microsoft se připravuje na uvedení další dávky novinek v systému Windows. Zatímco dřív se...

Pravda o mobilech. Profesor Vrba vysvětluje vliv záření na lidské zdraví

20. února 2024

Premium Francouzi vloni zakázali prodej celé série mobilních telefonů iPhone 12. Podle nich z přístrojů...

Generativní umělá inteligence změní vyhledávání, to klasické čeká propad

v diskusi je 13 příspěvků

20. února 2024  19:43

Řada odborníků i běžných uživatelů si všímá, že výsledky vyhledávání přes dominantní Google se...

Pronájem bytu 2+1, 52 m2, Klášterec nad Ohří, ul. Komenského
Pronájem bytu 2+1, 52 m2, Klášterec nad Ohří, ul. Komenského

Jana Ámose Komenského, Klášterec nad Ohří - Miřetice u Klášterce nad Ohří, okres Chomutov
11 000 Kč/měsíc

České univerzity vyvinuly pro policii systém, kterým zastaví auto na dálku

Pražská ČVUT a brněnská VUT se chlubí unikátním systémem vyvinutým na základě poptávky policie, která chce umět...

Tak dokonalý, že tu můžete propadnout alkoholu. Čech žil v karibském ráji

Po studiu na vysoké škole ekonomické Tomáš Šapovalov cítil, že nastal ideální čas vystoupit ze zaběhlého stereotypu a...

Sexuálních scén je zbytečně moc, míní Cavill. Omlouval se kolegyni za erekci

Britský herec Henry Cavill (40) se nedávno podělil o svůj názor na filmové scény, které vyobrazují sex. Podle něj je...

Známé tváře kritizují Michala Novotného. Nejsem homofob, brání se herec

Na Michala Novotného se na sociálních sítích snesla vlna kritiky. Herec v rozhovoru pro týdeník Téma mimo jiné řekl, že...

Nikdy už nebudu hubená. Selena Gomezová se smířila s přibíráním po lécích

Selena Gomezová (31) na sociálních sítích sdílela srovnání dvou svých fotografií. Na snímku z roku 2013 je v plavkách a...