Voda je kapalina života.
Pijeme ji,
koupeme se v ní,
zaléváme s ní,
vaříme
a používáme ji k úklidu.
Je to nejhojnější molekula v našem těle.
Žádné známé formy života se bez ní neobejdou.
Ale hlavně bychom bez vody neměli...
... ledový čaj.
Hmmm, ledový čaj.
Proč kostky ledu plavou?
Kostky pevného argonu
by se v kapalném argonu
potopily.
A stejné je to s většinou látek.
Ale pevná voda, neboli led,
je lehčí než kapalná voda.
Jak to?
Každá molekula vody
je tvořena dvěma atomy vodíku
vázanými k jednomu kyslíku.
Takhle to vypadá v kapce vody
o teplotě dejme tomu 25 stupňů.
Molekuly se ohýbají,
natahují,
rotují
a pohybují v prostoru.
Když snížíme teplotu,
množství kinetické energie
každé molekuly klesne,
takže jejich pohyb (kmitání, rotace) se sníží.
Celkově tak zaberou méně prostoru.
Asi byste tudíž čekali, že když voda zamrzá,
její molekuly se shlukují čím dál blíž.
Jenže jste na omylu.
Molekuly vody mají neobvyklý způsob interakce.
Jde o vodíkovou vazbu.
V kovalentní vazbě
atomy sdílejí dva společné elektrony.
Ve vodíkové vazbě jsou takto sdíleny celé atomy vodíku.
Jedna vodíková vazba vypadá takto.
Dvě takto.
Tady máme tři
a čtyři
a pět,
šest,
sedm,
osm,
devět,
deset,
jedenáct,
dvanáct,
a mohl bych pokračovat.
V jediné kapce vody
tvoří vodíkové vazby rozsáhlou síť
mezi stovkami, tisíci, miliony,
miliardami, biliony molekul
a tyto vazby průběžně vznikají a zanikají.
Když teplota vody zůstává nad čtyřmi stupni,
kinetická energie molekul
brání dlouhodobé interakci.
Vodíkové vazby vznikají a zanikají
jako vztahy na střední škole,
tj. rychle.
Ale při nižší teplotě mají molekuly
nižší energii než vodíkové vazby.
Vodíková vazba proto častěji vzniká, než zaniká,
a z chaosu se vynořují překrásné struktury.
Takhle vypadá pevná voda, led,
na úrovni molekul.
Uspořádaná šestiúhelníková struktura
má menší hustotu než neuspořádaná struktura
kapalné vody.
A když má předmět menší hustotu než kapalina, tak v ní plave.
Ale co je na tom, že led plave, tak důležitého?
Kdyby led neplaval,
nejstudenější část oceánu, temná hlubina jeho dna,
by byla navždy zamrzlá.
Nebyly by rolky z humrů,
protože by korýši neměli kde žít.
Nebylo by suši, protože by nebyly chaluhy.
Děti v Kanadě by v zimě
nemohli hrát hokej ani rybařit.
James Cameron by nedostal Oscara,
protože Titanic by se nepotopil.
Země by se upekla, protože by na pólech nebyly ledovce odrážející slunce.
Oceány pokrývající 70 % Země
a regulující atmosféru planety,
by byly úplně jiné.
A co je nejhorší:
neměli bychom ledový čaj.
Hmmm, ledový čaj.