Obyčejná voda...? Další poodhalené záhady (-2-)

DALŠÍ TAJEMSTVÍ  -  MOLEKULÁRNÍ USPOŘÁDÁNÍ VODY.
   Série experimentů, které mezinárodní výzkumná skupina amerických a švédských vědců provedla na dvou částicových urychlovačích, pomohla částečně poodhalit podstatu alespoň některé z výjimečných vlastností vody. Jak vypadá samotná molekula vody, se už nějakou dobu ví, tedy alespoň přibližně. Jak by si asi většina z nás představila molekulu o třech atomech? Tedy jeden atom kyslíku + dva atomy vodíku. Nic jednoduššího, řeknete. Omyl... Vůbec to není rovinný útvar, jak by se snad mohlo zdát, ale nejčastěji prostorový čtyřstěn (jsou ovšem známy i další vícestěnné struktury),  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.
   V kapalné fázi je  uspořádání molekul mnohem složitější, ale jaké přesně, to je předmětem debat už přes sto let. Dosud převládalo 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 přitom pravděpodobně měla zůstávávat zachována. 
    DALŠÍ ANOMÁLIE  -  NE JEDNA, ALE DVĚ STRUKTURY !
   Avšak nedávné pokusy na urychlovačích ukázaly něco nového. Podle jejich výsledků se kapalná voda skládá ze dvou odlišných struktur. Jedna je sice čtyřstěnná, ale existuje ještě druhá, dosud neznámá, která je zcela neuspořádaná a naprosto chaotická!  Nejen to, navíc jsou obě struktury prostorově odděleny, přičemž čtyřstěny se z  dosud neznámých důvodů shlukují do nápadně podobných  "chomáčů" neboli "mraků"  asi o 100 molekulách, a tyto shluky jsou obklopeny rozsáhlými neuspořádanými oblastmi.
   Kapalina tak tvoří proměnlivou nehomogenní 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 proměny vedoucí k rozdílným lokálním strukturám, existují, ale přesně tohle jsme objevili," říká Anders Nilsson.
     JSME TEPRVE NA ZAČÁTKU
   Výzkumy částečně vysvětlují některé anomálie vody. Ukázalo se, že čtyřstěnné struktury mají nižší hustotu, která nijak zvlášť na teplotě nezávisí (pouze velmi slabě), kdežto hustota neuspořádaných oblastí s rostoucí teplotou klesá. Toto podle uvedených výzkumů pravděpodobně souvisí s tím, 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 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.
   Zdroj: Novinky.cz; rubrika věda,výzkum; převzato z home.slac.stanford.edu

Naposledy upravil: MIREK-777 (2012-02-06 06:45:41)