Proč voda v přírodě zamrzá od hladiny? Anomálie vody

Voda je často označována přívlastkem „anomální“. Podíváme-li se do slovníku, zjistíme, že „anomálie“ je „nepravidelnost, výjimečnost; odchylka či úchylka od normálu“. Jenže co je to ten „normál“, není-li to voda, pro běžný lid nejobvyklejší kapalina?

Voda je nejhojnější kapalinou v přírodě a zároveň tou nejzáhadnější. Je to jediná látka, kterou může člověk běžně potkat v kapalném, pevném i plynném stavu. Nikde ve vesmíru pravděpodobně neexistují živí tvorové, kteří by se bez ní obešli. Voda se skládá ze dvou atomů vodíku a jednoho atomu kyslíku.

Vědecky řečeno to znamená, že hustota vody je větší než ledu, a to v poměru 12:11. Toto chování není příliš časté, běžné látky (vosk, kovy) mají poměr hustot opačný - jistě víte, že hladina vosku se ve vychladlé svíčce propadne, podobně lité vánoční olovo.

Anomálie a vlastnosti vody

Je známo minimálně 66 anomálií vody a postupně objevujeme nové. Voda má schopnost ukládat informace, má paměť (Masaru Emoto). Voda má paměť - paměťové medium (voda zaznamenává co se v jejím okolí děje - vše co vidí, slyší, cítí atd...) - klastry (mají cca 400 000 informačních panelů) umožňují vepsání informací do vody, mozek obsahuje cca 85% vody, tělo 70-90% vody podle věku. Voda má i holografickou paměť (malá kapka vody má v sobě zapsaný celek, oceány, ledovce atd.).

• Čistá voda má neutrální pH7.
• Tzv. čistá voda je nevodivá (taková se v přírodě nenachází), stává vodičem, jakmile začne rozpouštět látky kolem ní.
• Tvrzení, že voda je nestlačitelná neplatí, voda je stlačitelná až o 20 % (při paskalizaci).
• Kritická teplota vody je tehdy, když se všechna voda naráz přemění na hustou páru a není síla, která by ji udržela (všechny tlakové nádoby prasknou při určité mezní teplotě).
• Voda má vysoké povrchové napětí.
• Voda je nejsilnější rozpouštědlo planety a současně má samočistící schopnost za určitých podmínek.
• Lidské emoce dokážou silně ovlivnit strukturu a vlastnosti vody (Prof. Korotkov, Dr. Masaru Emoto), voda se dá programovat i myšlenkami, vibracemi, hudbou (Bach, Beethoven, Chopin) nebo i slovy (např. láska), tzv. se pozitivně strukturuje.

Proč jezera a rybníky zamrzají odshora?

Ochlazujeme‑li horkou vodu, zmenšuje objem (jinými slovy zvyšuje se hustota). Ale pokračujeme‑li v chlazení pod 4 °C, začne se voda opět roztahovat - jako by se studená voda chystala na zmrznutí na led (o větším objemu). Důsledkem je, že rybníky, moře a jezera zamrzají odshora. Při ochlazování nejprve studená voda klesá ke dnu; pokud však teplota vody klesne pod 4 °C, zůstává studená voda nahoře a u dna jsou pro kapry příjemné čtyři stupně. Rybník se přestane promíchávat a zamrzne od hladiny.

Čtěte také: Ekologické aspekty vody v podniku

Většina látek se působením tepla rozpíná a vlivem chladu naopak smršťuje, ale u vody je to naopak, která je jedinou výjimkou. Nejvyšší hustota vody je při +4 °C (nikoliv při teplotě 0°C).

Svérázné vlastnosti vody, která zvyšuje svou hustotu jen do čtyř stupňů Celsia, umožňují, aby rybníky nezamrzaly odspoda. Led, který se tvoří na hladině, v zimních měsících umožňuje nejen bruslení nad tekutou vodou, ale funguje i jako izolace pro zachování života v její hloubce. Obvykle se v kapalině s klesající teplotou zvyšuje její hustota, u vody to ale platí jen do čtyř stupňů Celsia. Právě při této hodnotě dosahuje nejvyšší hustoty, při dalším poklesu teploty se ale hustota zase snižuje.

To je důvod, proč se studenější voda udrží na vrstvě s teplejší vodou, vlastně po ní plave. Zatímco pro jiné tekutiny platí, že jejich pevná podoba je těžší než kapalná, u vody tomu tak není. Proto také led na vodě plave.

Bez anomálie vody by vodní plochy zamrzaly ode dna. Odtud by se pak led šířil vzhůru a postupně by mohl zasáhnout celý objem vody. Pro vodní živočichy by to znamenalo katastrofu. Led na povrchu totiž do jisté míry taky chrání hlubší vrstvy vody před rychlejším ochlazováním, působí tedy jako izolační vrstva.

Další anomálie vody

Ono je trochu divné už jen to, že voda je za běžných podmínek kapalná, neboť podobné malé molekuly jsou plyny: např. methan CH4 (známý jako zemní plyn) se stejnou elektronovou strukturou, sulfan H2S (má v molekule místo kyslíku těžší síru, dříve se nazýval sirovodík) aj. To znamená, že mezi molekulami vody působí silné přitažlivé síly. Dále má voda velkou tepelnou kapacitu (ohřát litr vody trvá déle než litr oleje).

Čtěte také: Úklid s Denkmit a horkou vodou

Již jsme se zmínili o hustotním maximu. Ukazuje se, že podobným způsobem, tj. „normálně“ za vyšších teplot a „anomálně“ za nižších teplot, s minimem nebo maximem, se chová i mnoho dalších veličin. Tedy studená voda je anomálnější. A ještě anomálnější je pod nulou - tedy pokud nezmrzne.

Jakousi anti‑anomálií je, že těžký led (z těžké vody, kde byl vodík nahrazen těžším isotopem vodíku - deuteriem) na obyčejné vodě neplave, jeho hustota je totiž o necelá 2 % větší než lehké vody.

Pokud vodu ochladíme extrémně rychle pod cca -140 °C, takže se molekuly vody nestihnout uspořádat do krystalové mřížky ledu (voda nezmrzne), dostaneme pevný, ale neuspořádaný stav - sklo. Výsledná látka se nazývá LDA (low density amorphous) led. Pokud toto LDA ohřejeme nad cca -120 °C, začnou se molekuly trochu hýbat a voda zkrystalizuje (na trochu jiný led, než známe, totiž kubický led Ic). Nyní pozor: pokud toto LDA sklo stlačíme, změní strukturu a stane se HDA (high density amorphous).

Vodíková vazba

Kyslík má šest valenčních elektronů, vodík dva. Osm elektronů okolo atomu kyslíku vytvoří čtyři páry, které si nejméně překážejí, pokud se uspořádají do směrů odpovídajícím vrcholům čtyřstěnu (tzv. hybridizace sp3). Ideální úhel je 109,5°, úhel HOH ve vodě je jen 104,5°, protože kladně nabité vodíky zmenšují odpuzování elektronových párů. Vodík (resp. lalok s vodíkem) se pak přitahuje k zápornému laloku jiné molekuly vody. Tomu se říká vodíková vazba. V porovnání s ostatními silami je středně silná - je silnější než třeba interakce dvou atomů argonu, ale slabší než kovalentní vazba držící vodík u kyslíku v molekule. Tato vazba je také (na rozdíl od kulově symetrického přitahování dvou atomů argonu) úzce směrová. Kolem jedné molekuly vody je naděje, že budou čtyři jiné molekuly, dvě vázané svým vodíkem k elektronovým párům dané molekuly, a dvě vázané svými páry k vodíkům, a to vše plus minus v čtyřstěnovitém uspořádání. V krystalu ledu jsou všechny vazby nasyceny a každá molekula má čtyři sousedy. Ve vodě je druhé maximum ve vzdálenosti odpovídající geometrii, ale není příliš špičaté, což znamená, že zmíněná čtyřstěnovitost není úplná.

Čtěte také: Tip na koupání v ČR

tags: #voda #v #prirode #proc #zamrza #od

Oblíbené příspěvky:

• Odpad v Radotíně
• Udržitelná energetika a klima Prahy
• Odpad jako důsledek spotřeby
• Odpad ze sprchy v obytném voze
• Testujeme 50l koše na odpad