Změny skupenství vody v přírodě

V přírodě se voda vyskytuje ve třech skupenstvích: v pevném - led a sníh, v kapalném - voda a v plynném - vodní pára. Voda je dvouprvková sloučenina kyslíku a vodíku se sumárním vzorcem H2O. Je biologicky nejdůležitějším polárním rozpouštědlem a nejrozšířenější sloučeninou na Zemi. Pokrývá 70,7 % zemského povrchu a je nezbytná pro všechny živé organismy. Voda v živých organismech zaujímá více než polovinu (cca 60-99 %) jejich objemu v závislosti na druhu organismu. Podílí se na termoregulaci, přenosu látek, udržuje pH, odstraňuje zplodiny metabolismu a figuruje jako reakční prostředí.

Voda je bezbarvá, čirá kapalina bez chuti a bez zápachu. Bod tání vody je 0 °C, bod varu je 100 °C, z čehož i vyplývá Celsiova teplotní stupnice.

Skupenství vody

Pevné skupenství - při tuhnutí vody vzniká pevná látka, led. Molekuly vody jsou k sobě pevně vázány a vytváří krystalickou mřížku.

Kapalné skupenství - je tvořeno shluky volně se pohybujících molekul vody, kapalina.

Plynné skupenství - tyto molekuly vody se pohybují volně prostorem, vodní pára.

Čtěte také: Změny v jet streamu v důsledku klimatu

Přechody mezi skupenstvími

Při zahřívání a dosažení teploty tání se pevné skupenství vody začne přeměňovat na kapalinu stejné teploty. Jedná se o proces tání. Kinetická energie molekul vody se zvyšuje, zvětšuje se tedy i vzdálenost mezi nimi jednotlivými molekulami a krystalickými jádry, a tím se narušuje vazba mezi částicemi, krystalická mřížka se bourá. Opačným procesem je tuhnutí. Když kapalinu ochlazujeme, mění se v pevnou látku téže teploty. Teplota tuhnutí je rovna teplotě tání.

Vypařování je přeměna kapaliny v páru. To probíhá na volném povrchu kapaliny za každé teploty. Rychlost vypařování závisí na látce, teplotě kapaliny, na ploše volného povrchu a na množství par nad volném povrchu kapaliny. Při vypařování získávají molekuly vody kinetickou energii, která je větší než potencionální, a tak unikají do volného prostoru nad kapalinou. Když kapalinu zahříváme a dosáhneme teploty varu, začne kapalina vřít a pára se začne tvořit po celém objemu kapaliny.

Kapalná látka se může vypařovat i při nižších teplotách, než je teplota varu. Voda z jezer a moří se vypařuje, prádlo schne a také sníh a led může v atmosféře sublimovat (přecházet z pevného přímo do plynného skupenství). Zatímco při varu dochází k „hromadnému“ přerušování vazeb mezi molekulami v celém objemu kapaliny, při vypařování nastává uvolňování vazeb jen na povrchu kapaliny. S rostoucí teplotou látky se zvyšuje pravděpodobnost, že náhodnými srážkami získají některé molekuly dostatečnou energii k přerušení vazeb.

Při tání nebo vypařování je třeba přerušit vazby mezi atomy (molekulami). Při opačných dějích (tuhnutí a kondenzaci) se naopak vazby vytvářejí. Fyzikálně to můžeme popsat tak, že při změně skupenství dochází ke změně vnitřní potenciální energie. To znamená, že například při tání dodáváme látce teplo, aniž se zvětšuje vnitřní kinetická energie, a tedy i její teplota. Naopak při tuhnutí látka teplo odevzdává, aniž se přitom ochlazuje. Změnu vnitřní potenciální energie spojenou se změnou skupenství dané látky nazýváme zkráceně skupenské teplo \(L\). Podobně jako teplo závisí skupenské teplo na množství látky. Proto se jako charakteristika dané látky používá měrné skupenské teplo \(l\).

Anomálie vody

Hustota vody se od 0 °C do 3,98 °C zvyšuje, poté s vzrůstající teplotou klesá. Při snižování teploty dochází opět k poklesu hustoty nepřímo úměrně ke zvyšujícímu se objemu. Z tohoto důvodu led plave na vodě (má menší hustotu než voda). Na rozdíl od všech běžných látek, kde platí pravidlo, že při zvyšování teploty se objem zvětšuje a při snižování teploty zmenšuje ve všech teplotních intervalech. Nejvyšší hustota vody (1 g/cm3) je při 3,98 °C. Tento jev se nazývá anomálie vody. Má význam pro vodní živočichy tím, že na povrchu vody se vytvoří vrstva ledu, která brání dalšímu promrzání.

Čtěte také: Klimatická změna: nevratné dopady

Led má větší objem než kapalná voda. Při tání svůj objem zmenšuje, při tuhnutí zvětšuje. Relativní zvětšení objemu je 9 %. 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.

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).

Tvrdost vody

Tvrdost vody je vlastnost, která vyjadřuje obsah rozpuštěných minerálních látek (vícemocných kationtů alkalických zemin), nejčastěji vápníku stopově i hořčíku ve vodě. Čím více vápníku je rozpuštěno ve vodě, tím větší je tvrdost vody. Pozitivní vlastností tvrdé pitné vody je, že nám dodává zdraví tolik potřebné minerály. Negativní vlastností tvrdé vody je usazování vodního kamene všude kam se dostane.

Podle charakteru přítomných sloučenin je rozlišována tzv. Tvrdost přechodná (karbonátová), tvořená uhličitany a hydrogenuhličitany vápenatými a hořečnatými. Ta se může měnit v důsledku změny rovnováhy mezi oxidem uhličitým, uhličitany a hydrogenuhličitany, např. při zahřívání, vaření. To se projevuje vysrážením příslušných uhličitanů formou tzv. Tvrdost trvalá (nekarbonátová), tvořená jinými solemi vápenatými a hořečnatými (např. sírany, chloridy, dusičnany, křemičitany, humáty). Oficiální jednotkou tvrdosti je jeden milimol na litr, ve zkratce „mmol/l“.

Chemicky čistá voda se v přírodě nevyskytuje. Voda je směs nejrůznějších látek, minerálů a sloučenin rozpuštěných ve vodě. Většina sloučenin, které voda obsahuje, je nutné pro zachování rovnovážného prostředí. To jak z hlediska použití vody pro technické účely, tak i pro zdraví člověka. Chemicky čistá voda je naopak pro zdraví škodlivá, protože vlivem absolutní absence rozpustných sloučenin tato chemicky čistá voda odčerpává potřebné minerály ze svého okolí (z lidského těla či z pracovního prostředí), to může vést v případě člověka k závažným zdravotním problémům.

Čtěte také: Jak změna klimatu ovlivňuje české zemědělství?

Tabulka: Teplota varu vody v závislosti na nadmořské výšce

Mlha není vodní pára, jak se tomuto druhu srážek někdy omylem přisuzuje. Jsou to drobné kapičky, které vznikají při kondenzaci vodní páry v přízemní vrstvě vzduchu. Odborník na meteorologii názorně ukáže dva nejčastější způsoby, jak v přírodě mlha vzniká.

tags: #změny #skupenství #v #přírodě

Oblíbené příspěvky:

• Legislativa a nakládání s biologickým odpadem
• Svoz odpadu v Kobylí
• Národní příloha pro Českou republiku
• Klimatická změna a dinosauři
• Stella odpadkové koše