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

Za celosvětový kolaps IT systémů může nečekaně absurdní chyba

Nepovedená aktualizace bezpečnostního softwaru společnosti Crowdstrike způsobila pád počítačů a serverů s operačním systémem Windows do „modré obrazovky smrti“. Ani po restartu se nespustí. Některé...

19. července 2024  11:01,  aktualizováno  18:52

Ilustrátora Wintera věznili nacisté. Kreslil erotické i historické vtipy

Malíř, karikaturista, ilustrátor a humorista Jiří Winter-Neprakta, který se narodil před 100 lety, byl rekordmanem v počtu kreslených vtipů, zajímal se však například i o antropologii a tajemno všeho...

14. července 2024

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

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

Padouši dostali další balík ukradených hesel. Není tam náhodou i to vaše?

Aktualizovaná databáze deseti miliard ukradených hesel koluje po internetu a je k dispozici kyberpadouchům. Ověřte, zda tam není i vaše heslo. V textu vás naučíme používat jedinečná a silná hesla,...

15. července 2024

KOMENTÁŘ: Požárů fotovoltaik může přibývat. Rizikoví jsou patlal a kutil

Požár nebo výbuch je asi to poslední, co by si majitel rodinného domu přál. V příštích letech jich může přibývat v souvislosti s tím, jak budou stárnout některé nepovedené fotovoltaické instalace ze...

15. července 2024

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

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

Vyzkoušeli jsme 3D tiskárnu pro děti. Je to hračka, která tiskne hračky

Pod značkou Kidoodle míří na trh 3D tiskárna určená přímo pro děti. Spoustu hotových modelů připravených k tisku k ní výrobce přibalil, tisknout však můžete i vlastní výtvory. Má své mouchy, ale...

19. července 2024

Jak dlouho budou naše stopy na Měsíci ještě patrné? 55 let od Apolla 11

O tom, jak důležitý okamžik nastal v oblasti vesmírného výzkumu před 55 lety, když člověk poprvé přistál na Měsíci, máme možnost se opakovaně přesvědčovat i v současnosti, kdy se ukazuje, že i s...

20. července 2024

Za celosvětový kolaps IT systémů může nečekaně absurdní chyba

Nepovedená aktualizace bezpečnostního softwaru společnosti Crowdstrike způsobila pád počítačů a serverů s operačním systémem Windows do „modré obrazovky smrti“. Ani po restartu se nespustí. Některé...

19. července 2024  11:01,  aktualizováno  18:52

GLOSA: Nikdo nevěděl, jestli IT výpadek není jen začátek kolapsu více systémů

Páteční celosvětový výpadek IT systémů poléval horkem profesionály zejména v letectví. Z toho, co se nám podařilo zjistit od lidí z oboru, kteří si ovšem nepřáli být jmenováni, se v žádném případě...

19. července 2024  14:49

Vyzkoušeli jsme 3D tiskárnu pro děti. Je to hračka, která tiskne hračky

Pod značkou Kidoodle míří na trh 3D tiskárna určená přímo pro děti. Spoustu hotových modelů připravených k tisku k ní výrobce přibalil, tisknout však můžete i vlastní výtvory. Má své mouchy, ale...

19. července 2024

Za celosvětový kolaps IT systémů může nečekaně absurdní chyba

Nepovedená aktualizace bezpečnostního softwaru společnosti Crowdstrike způsobila pád počítačů a serverů s operačním...

IT problémy způsobily kolaps bank i letišť. V Evropě i jinde ve světě

Řadu zemí v pátek zasáhly problémy s počítačovými systémy. Letiště kvůli výpadku čelila potížím s odbavováním letů,...

Zemřela Shannen Doherty. Hvězda Beverly Hills 90210 podlehla rakovině

Po téměř deseti letech boje s rakovinou zemřela americká herečka Shannen Doherty, informují média. Proslavil ji seriál...

Princezna Kate přišla s dcerou na Wimbledon, setkala se i s Krejčíkovou

Princezna Kate (42) přišla na mužské finále letošního Wimbledonu spolu se svou dcerou Charlotte (9). V zákulisí se...

Piju každý den. Dřív nebo později se upiju k smrti, líčí bývalý fotbalista Fenin

Fotbalista Martin Fenin (37) neprožívá nejlepší období. Nejen, že mu nevyšlo manželství s policistkou Beatou, se kterou...