Voda je jednou z nejrozšířenějších chemických látek na Zemi. Zároveň je také jednou z nejfantastičtějších sloučenin, se kterými se člověk denně setkává.

Voda je jednou z nejrozšířenějších chemických látek na Zemi. Zároveň je také jednou z nejfantastičtějších sloučenin, se kterými se člověk denně setkává. | zdroj: Profimedia


Voda se chová jinak než ostatní kapaliny, má unikátní pyramidální strukturu

TÉMATA: voda | chemie | fyzika | výzkum | život | molekuly | geometrie

user-avatar

Yvonne Pokorná

23. 01. 2020 | 10:45

Voda není obyčejná kapalina, jak by se na první pohled mohlo zdát, naopak je to zvláštní a svým způsobem tajemná látka. Chová se způsobem, jakým žádná jiná kapalina. A vědci již ví proč – souvisí to s unikátním uspořádáním jejich molekul.

Jedním z nejzvláštnějších aspektů vody je její neobvyklá hustota. Běžně totiž platí, že čím je nižší teplota, tekutiny víc houstnou, ale voda dosahuje maximální hustoty při téměř 4 stupních Celsia. Pod tímto bodem její hustota klesá, takže led je méně hustý než tekutá voda. To je také důvod, proč se led vznáší na vodní hladině a proč vodní plochy nepromrzají do hloubky, a život v nich tak může přežívat.

To ale není všechno. Voda má také neobyčejně vysoké povrchové napětí – kromě rtuti má nejvyšší povrchové napětí ze všech kapalin. To umožňuje například kachnám, husám a vodním labutím a dalším vodním ptákům plavat po vodě, aniž by si smočily peří, stejně jako některému hmyzu hladce klouzat po vodní hladině. 

Aby toho nebylo málo, voda má také neobvykle vysoký bod varu, který se z historických důvodů stal základem Celsiovy teplotní stupnice a byla mu přiřazena za normálního tlaku hodnota 100 °C. Pro naprostou většinu chemických látek platí, že teplota varu látky roste s atomovou či molekulovou vahou. Čím lehčí je molekula látky, tím nižší teplotu varu látka má. U vody to však neplatí. Je to také jediná známá látka, která má schopnost se rozšiřovat při ochlazení a smršťovat při zahřátí. Voda také funguje jako výborné rozpouštědlo spousty chemických látek, zejména pak solí.

Aby bylo možné přijít na kloub těmto mimořádným vlastnostem vody, museli vědci  se zaměřit až na její molekulární úroveň. A tady zjistlili zajímavé věci. Při pokojové teplotě nebo ve formě ledu má voda tetrahedrální uspořádání molekul, což znamená, že každá molekula vody je spojena se čtyřmi dalšími a společně vytvářejí jakousi pyramidu.  

Tetrahedrální molekulární geometrie vody

Vědci z bristolské a tokijské univerzity provedli s použitím superpočítače a počítačového modelování změny v této pyramidovité struktuře vodních molekul. Voda se pak začala mnohem víc chovat jako ostatní kapaliny – led byl hustší než tekutá voda, čímž klesal ke dnu. Takto vědci dokázali, že anomální vlastnosti vody jsou přímým důsledkem jejího speciálního uspořádání molekul. 

„Čtyři taková tetrahedrální uspořádání se mohou zorganizovat takovým způsobem, že ve středu sdílejí společnou molekulu vody, aniž by se překrývaly. Právě přítomnost tohoto vysoce organizovaného uspořádání molekul vody spolu s jinými neuspořádanými seskupeními dává vodě její zvláštní vlastnosti, “ vysvětlil hlavní autor studie John Russo.

Bez těchto vlastností vody by život, tak jak jej známe, nebyl možný. Díky nim nám v žilách cirkuluje krev, která dopravuje látky nutné ke stavbě buněk. Voda v těle rozpouští živiny, odstraňuje odpadní a přebytečné látky, je nositelem chemických informací, v krvi napomáhá přenosu kyslíku a kysličníku uhličitého. Hraje důležitou úlohu v regulaci tělesné teploty. Vysoce strukturované makromolekuly vody mohou být dokonce odpovědné za strukturování a podporu složení DNA.

user-avatar

Yvonne Pokorná

23. 01. 2020 | 10:45

Zavří­t reklamu