Úterý 7. dubna 2020, svátek má Heřman, Hermína
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Úterý 7. dubna 2020 Heřman, Hermína

Voda má 66 anomálií. Vědci začali odhalovat jejich příčiny

aktualizováno 
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:

Přechod na DVB-T2

Od 27. 11. probíhá postupný přechod na vysílací standard DVB-T2. Proces by měl být dokončen do poloviny roku 2020. Diváci si tak musí pořídit televizi s podporou kódování H.265 (HEVC) nebo starší televizi doplnit vhodným set-top boxem.

  • Nejčtenější

Česko patrně srazilo míru nakažlivosti viru na méně než polovinu

Model českých odborníků tvrdí, že v Česku se výrazně zpomalilo šíření viru SARS-CoV-2. Podle jejich údajů klesla...

Premium

INTERAKTIVNÍ GRAF: Porovnejte, jak se koronavirus šíří v různých zemích

Statistik, jak se šíří pandemie nového koronaviru, existují spousty. Někdy je ale těžké dát různá čísla do kontextu....

USA na čele, Čína přizná další nemocné. Vývoj pandemie v grafech

Těžiště současné pandemie koronaviru zůstává ve vyspělém světě, rychlý růst případů zažívají především USA, a není to...

Potíže ve vzduchu i na zemi. Letectví zažívá pád a neví, kde leží dno

Letecký provoz nad Evropou se v posledních týdnech prakticky zastavil. Do hlubokých potíží se přitom neřítí jen...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

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

Webkamery jsou vyprodány. Vyrobit si ji ale můžete i z chytrého telefonu

Jedna z věcí, po které se v uplynulých dnech v e-shopech doslova zaprášilo, jsou webové kamery – ve většině obchodů...

Premium

KOMENTÁŘ: Po dvou měsících přijde rozvrat. Nečekejme na pomoc, konejme!

Karanténní prázdniny může ekonomika státu vydržet měsíc. Po dvouměsíčním výpadku už hrozí naprostý rozvrat výroby,...

Premium

Španělská nepoučitelnost. Proč zde koronavirus řádí jako v Itálii nebo Číně

Dlouhé týdny Španělé sledovali, co se děje v Číně, Íránu a Itálii. Ale nepoučili se. Laxní politici opakují stejné...

Premium

Storno přijde draho, Češi nechají cestovkám desetitisíce za ­propadlé zájezdy

Přijít o desítky tisíc za neuskutečněné zájezdy je problém, se kterým se potýká řada českých klientů cestovních...

  • Další z rubriky

Česko šije roušky, ale vyrábí i špičkové masky pro americkou armádu

Češi vyrábějí nejen domácí roušky, ale i „high-endové“ ochranné prostředky pro ty nejnáročnější podmínky. A s využitím...

Potíže ve vzduchu i na zemi. Letectví zažívá pád a neví, kde leží dno

Letecký provoz nad Evropou se v posledních týdnech prakticky zastavil. Do hlubokých potíží se přitom neřítí jen...

Ruský expres. Na nejdelší lince předválečných ČSA létaly moderní dřeváky

K zajímavé prvorepublikové historii Československých aerolinií patří otevření jejich tehdejší nejdelší linky Praha –...

Premium

Vyřeší nedostatek ventilátorů během pandemie „rozdvojka“? Jen těžko

V USA úřady schválily pro nouzové využití pomůcku, která umožní připojit více pacientů k jednomu ventilátoru. Na pohled...

Česko patrně srazilo míru nakažlivosti viru na méně než polovinu

Model českých odborníků tvrdí, že v Česku se výrazně zpomalilo šíření viru SARS-CoV-2. Podle jejich údajů klesla...

Schillerová: Podpora OSVČ bude plošná, podmínka poklesu příjmů zmizí

Ministryně financí Alena Schillerová chystá po tlaku ze strany živnostníků výrazné zmírnění podmínek pro přiznání...

Služba kontroluje práci z domova. Jejímu výrobci lidé spílají

Koronavirus ji firmám vnutil, jenže mnohé firmy mají pocit, že kvůli práci z domova ztrácejí nad pracovní silou dohled....

Ornella Koktová je podruhé maminkou. Dítě dostalo severské jméno

Ornella Koktová (27) je dvojnásobnou maminkou. Po synovi Quentinovi (7) přivítali šťastní rodiče 1. dubna na svět...

Páté zvláštní poselství za 68 let vlády. Alžběta II. promluvila o koronaviru

Britská královna Alžběta II. (93) v neděli promluvila k veřejnosti. V předtočené nahrávce zdůraznila nutnost sebekázně...