Změny skupenství v přírodě

Většina látek při tání zvětšuje svůj objem a při tuhnutí ho zmenšuje. U ledu je relativní zvětšení objemu největší - asi 9 %, což souvisí s jeho krystalovou strukturou. Krystalová mřížka ledu je prostoupena prostornými kanálky. Při tání se krystalová mřížka bortí a volný prostor postupně zaplňují molekuly vody.

Vliv tlaku na teplotu tání

Teplota tání krystalické látky závisí také na vnějším tlaku. U látek, u nichž je tání doprovázeno zvětšením objemu, roste při zvýšení tlaku také teplota tání. Je-li tání doprovázeno zmenšením objemu, pak se při zvýšení vnějšího tlaku sníží teplota tání látky. U ledu způsobí zvýšení tlaku o pokles teploty o . Tento jev lze demonstrovat regelací ledu (znovuzamrzáním ledu).

Pomocí tohoto jevu bývá často vysvětlována kluzkost ledu (při bruslení, …): v důsledku zvýšeného tlaku klesá teplota tání a led částečně odtává. Zvětšení objemu při tuhnutí vody má značný význam v přírodě. Led má menší hustotu než voda a proto plave na vodě a svou malou tepelnou vodivostí zabraňuje zamrzání vody do větších hloubek.

Smáčení a povrchové napětí

Je možné vyjít z vody suchý? Ano, je třeba se potřít látkou, která vodu „odpuzuje“. Příkladem takové látky je např. parafín. Říkáme, že voda parafín nesmáčí. Dalším příkladem je rtuť, která se takto chová téměř ke všem pevným látkám.

Voda se však nechová ke všem látkám stejně: kapka se na skle rozteče do tenké vrstvičky, ale na parafínu si zachová tvar koule. Stejně tak voda nepronikne peřím vodních ptáků a ti mohou snadno plavat po vodní hladině nebo se i potápět. Podle obrázku si můžeme představit rozhraní tří prostředí - vzduch, voda a olej. V bodě M působí tři povrchová napětí vždy na rozhraní dvou prostředí. Tato napětí odpovídají příslušným silám, jejichž rovnováha závisí nejen na velikosti, ale také na směrech.

Čtěte také: Klimatické změny a Česká republika

Jestliže síla F13 je větší než součet sil F12 a F23, pak se kapka ve vodě rozteče do šířky a vytvoří tenký filtr. Jestliže je síla F13 menší než součet sil F12 a F23, pak kapka zaujme kulový tvar. Podobně se chová rozhraní voda, vzduch a stěna nádoby. Tvar povrchu kapaliny je vždy kolmý k výslednici všech sil, které na molekuly kapaliny působí.

Je tedy určen výslednicí přitažlivých sil, které působí jednak mezi částicemi kapaliny navzájem (síly soudržnosti), jednak mezi částicemi kapaliny a částicemi stěny nádoby (síly přilnavosti). Pokud jsou síly soudržnosti malé ve srovnání se silami přilnavosti, odpovídá zakřivení povrchu kapaliny a tvar je dutý.

Aby mohly kachny plavat na vodě, mají na svých pírkách vrstvičku tuku. Voda se nedostane do malých mezer mezi horní vrstvu pírek. Aby se tam dostala, musel by se mnohonásobně zvětšit povrch vodních kapiček. Tomu však brání povrchové napětí, které je relativně velké. Mezi pírky, která se nachází ve spodnějších vrstvách, zůstává mnoho vzduchu a ten pomáhá kachny nadnášet.

Na obdobném principu fungují membrány typu Goretex. Obsahují v sobě mnoho mikroskopických dírek, které snadno propouštějí vzduch. Aby jimi mohla projít voda, musela by se rozprášit na malé kapičky.

Kapilarita

Zakřivení volného povrchu kapaliny také pozorujeme v úzkých trubicích s kapalinou. Poprvé stejné jevy pozoroval a publikoval Giovanni Alfonso Borelli v knize De motionibus naturalibus a gravitace pendetibus, Reggio v roce 1970. Později ho následoval James Jurin, Alexis Clairaut, Pierre Laplace, Thomas Young, Karl Gauss, Franz Neumann, William Thomson apod.

Čtěte také: Jak se připravit na zimu

Je-li průměr těchto trubic velmi malý (řádově mm), nazýváme tyto trubice kapiláry (z lat. capillus - vlas). V kapiláře zčásti zasunuté do kapaliny v široké nádobě buď vystoupí kapalina nad úroveň hladiny v nádobě - kapilární elevace (vytvářejí ve styku s kapilárou dutý povrch), nebo klesne pod tuto úroveň - kapilární deprese (vytvářejí vypuklý povrch). Oba jevy nazýváme souhrnně kapilarita.

Kapalina s nízkým povrchovým napětím v úzké kapiláře stoupá, a proto porézní materiály, jako je houba či hedvábný papír, nasávají vodu. Změny výšky hladiny v kapiláře jsou spojeny s existencí kapilárního tlaku, který vzniká díky zakřivení povrchu.

Těsně pod dutým povrchem je vnitřní tlak menší než těsně pod rovinným povrchem kapaliny v okolí kapiláry, a to o kapilární tlak. Proto kapalina vystoupí v kapiláře do takové výšky, aby hydrostatický tlak odpovídající tomuto sloupci kapaliny vyrovnal rozdíl vnitřních tlaků. U kapilární deprese je tomu opačně. Těsně pod vypuklým povrchem v kapiláře je vnitřní tlak větší než těsně pod rovinným povrchem kapaliny v okolí kapiláry, a to o kapilární tlak. Proto kapalina klesne v kapiláře o takovou výšku, aby byl kapilární tlak kompenzován.

V případě kapilární elevace vystoupí kapalina do takové výšky h, aby hydrostatický tlak odpovídající sloupci kapaliny výšky h byl stejný jako kapilární tlak. Při daném poloměru kapiláry je výška h tím větší, čím větší je povrchové napětí kapaliny. Obdobné úvahy platí i pro kapilární depresi.

Praktický význam kapilarity

Kapilární jevy mají velký význam v praxi. Cukr, papír, cihly, dřevo dobře vsakují kapaliny - drobné póry uvnitř těchto látek tvoří kapiláry a díky elevaci dochází ke vzlínání kapaliny. Podobně v půdě se kapilárami dostává voda z hloubky do povrchových vrstev půdy, ve kterých jsou kořeny rostlin.

Čtěte také: Znečištění vody a urbanizace

Petrolej má jednu špatnou vlastnost: po naplnění petrolejky, i přes dokonalé otření, se může stát, že za chvíli bude opět špinavá od petroleje. Důvodem je dobrá smáčivost petroleje a skla. Je-li hořák špatně přišroubovaný, vzlíná petrolej až na vnější povrch nádržky. Tuto schopnost petroleje můžeme i využít. Používá se při kontrole těsnosti zařízení či ke zjištění, zda nějaký kovový výrobek nemá neviditelné trhliny či póry. Takovou součást (třeba výkovek) ponoříme na chvíli do petroleje, pak pečlivě otřeme jeho povrch, natřeme např. bílým vápnem. Podobně jako petrolej, vzlíná velmi dobře také nafta. To je nepříjemné např. na lodích, které naftu přepravují.

Je zajímavé se zamyslet nad tím, jak je možné, že svíčky stále hoří a také nad tím, proč má knot stálý přísun parafínu. Když odhoří část roztaveného parafínu v horním konci knotu, rozhraní mezi parafínem a vzduchem se prohne dovnitř mezi vlákna knotu. Tím se poněkud zvětší povrch rozhraní parafín - vzduch.

tags: #jevy #v #prirode #zmeny #skupenstvi

Oblíbené příspěvky:

• Metody určení zeměpisné šířky
• Činnost AVE CZ v Benátkách
• Rozměry mezikusů pro odpady
• Moderní technologie vytápění dřevem
• Náplň práce ekologa v Mladé Boleslavi