Neděle 24. října 2021, svátek má Nina
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Neděle 24. října 2021 Nina

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

Test sluchátek: Z šesti novinek nás nejvíce nadchly ty nejlevnější

Premium Test zcela bezdrátových sluchátek přinesl docela neobvyklé překvapení: úplně nejlevnější model v celkovém hodnocení...

Hledá se náhrada za gripeny. Zkusili jsme udělat tendr „nanečisto“

Páteří českého vojenského letectva je v současné době čtrnáct kusů bojového letounu Saab JAS-39 Gripen, pronajatých od...

Weby vás tajně sledují prostřednictvím otisku zařízení

Na světě je téměř 1,9 miliardy internetových stránek. Mnohdy slouží k pokoutným účelům a dost často z nich obchodníci...

Apple vylepšil svá oblíbená sluchátka a absurdně zlevnil hudební službu

Pondělní záplava novinek se v nemalé míře soustředila na zvukové a hudební produkty. Podrobně vás jimi provedeme.

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

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

Legendy ČSD obrazem. Nejvýkonnější evropská tendrovka se vyráběla v ČKD

Lokomotiva řady 477.0, zvaná Papoušek, patří k vrcholným dílům československých konstruktérů parních lokomotiv....

Syndrom Petra Pana. Proč někteří muži nikdy nedospějí a žijí jako paraziti

Premium V každém chlapovi zůstává kousek kluka, ale musí to být právě jen ten kousek. Pokud muž nechce vyrůst a převzít...

Čína má Evropu v hrsti, za pár týdnů dojde hořčík. Auto bez něj nevyrobíte

Premium Vše nasvědčuje, že současná čipová krize v automobilovém průmyslu je jen zahřívacím kolem před tím, co se na Evropu...

Váš syn bude žít jen pár týdnů. Zpověď matky zesnulého hokejisty Buchtely

Premium Přežít své dítě. Pro každého rodiče ta nejhorší představa. Teprve dvacetiletý hokejista Ondřej Buchtela zemřel loni v...

  • Další z rubriky

První parašutistka v ČSR: poprvé málem otevřela padák ještě na křídle letadla

Byl to ryze mužský svět, přesto i ženy se toužily vznést do oblak. Nová republika přesto na diplomované pilotky musela...

Kariéru letce si nevolíte, když nevíte, co se životem, říká pilotka

Premium Na pilotní výcvik dopravního letadla si deset let vydělávala jako letuška. Když konečně začala létat, přišla pandemie....

První českou pilotku Laglerovou od létání neodradila ani vážná nehoda

Je to příběh nezlomné vůle a odvahy ženy, která se mezi muži jako první prodrala na naše nebe. Život plný až...

Československé motoráky obsadily v 80. letech maďarské lokálky

Nejpočetnějším motorovým vozem maďarských železnic se stal typ Bzmot, který pro ně vyráběla Vagonka Studénka. Exportní...

Akční letáky
Akční letáky

Prohlédněte si akční letáky všech obchodů hezky na jednom místě!

Čína má Evropu v hrsti, za pár týdnů dojde hořčík. Auto bez něj nevyrobíte

Premium Vše nasvědčuje, že současná čipová krize v automobilovém průmyslu je jen zahřívacím kolem před tím, co se na Evropu...

ČEZ od ledna zdraží: elektřinu asi o třetinu, plyn o víc než polovinu

ČEZ od nového roku zdraží elektřinu i plyn. Podle šéfa energetické společnosti Daniela Beneše to může být asi třetina u...

Jestli bude inflace stoupat dál, lidé ztratí polovinu úspor, varuje ekonom

Současná míra inflace bude trvat ještě několik let, důvodem jsou zejména vysoké objemy pumpování peněz do ekonomiky,...

Střelba proti kameře je běžná, ale herec za nehodu nemůže, tvrdí Dvořák

Zpráva, že americký herec Alec Baldwin při natáčení westernu zastřelil kameramanku a postřelil režiséra, vyvolala...

RECENZE: Je to vůbec ještě legální? Úchylná Succubus šokuje za každou cenu

Novinka od autorů nechvalně proslulého Agony sice po herní stránce trochu vyspěla, stále se však opírá především o co...