If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Pokud používáš webový filtr, ujisti se, že domény: *.kastatic.org and *.kasandbox.org jsou vyloučeny z filtrování.

Hlavní obsah

Voda - boží tekutina

V tomto videu nám Hank poví, proč je voda jednou z nejúžasnějších a nejdůležitějších látek ve vesmíru. Tvůrce: EcoGeek.

Chceš se zapojit do diskuze?

Zatím žádné příspěvky.
Umíš anglicky? Kliknutím zobrazíš diskuzi anglické verze Khan Academy.

Transkript

Ahoj. Tady Rychlokurz H₂0! Každý den bychom měli začínat se zdravou dávkou vody a to všech jejích třech skupenstvích. Je to jediná látka na naší planetě, která se přirozeně vyskytuje v pevné, kapalné a plynné formě. A na oslavu této kouzelné vazby mezi dvěma atomy vodíku a jednoho atomu kyslíku, budeme dnes slavit životadárné vlastnosti vody. Ale budeme to dělat trochu více oblečeni. <veselá znělka> Rychlokurz biologie Chemie a energie VODA Mnohem lepší! V Rychlokurzu biologie jsme skončili povídáním o životě. A důležitém faktu, že život, jak ho známe, je závislý na prostředí s výskytem vody. Vědci a astronomové vždy pozorovali vesmír a snažili se přijít na to, zda je život někde jinde, protože to je ta nejdůležitější otázka, kterou si pokládáme. Jsou velmi nadšení, když objeví na nějakém místě vodu, zejména vodu v kapalném stavu. Vloni v prosinci jsme já a spousta dalších lidí byli naprosto nadšení, když 7letá sonda Rover Opportunity našla na Marsu 50,8 cm dlouhou žílu sádrovce. To byla téměř jistě dlouhodobě uložená voda v kapalné formě. Pravděpodobně to bylo před miliardami let, a tak těžko říct, jestli ta voda dala vzniknout životu. Možná to můžeme zjistit... a to by bylo opravdu skvělé! Proč? Proč si myslíme, že je voda nezbytná pro život? Proč máme z vody na ostatních planetách takovou radost? Začneme tedy zkoumáním úžasných vlastností vody. Abychom na to šli po pořádku, musíme začít s tímhle. Nejvíce slavnou molekulou. Tou, kterou si lidé nejvíc pamatují. Všichni ji známe, stará dobrá H₂O. 2 vodíky, 1 kyslík. Vodík sdílí elektron s kyslíkem a tomu říkáme kovalentní vazba. Jak vidíte, nakreslil jsem molekulu vody určitým způsobem, a takhle opravdu i vypadá. Má tvar V. Protože velký atom kyslíku víc touží po elektronech, má částečný záporný náboj, kdežto tady ta oblast okolo atomů vodíku má částečný kladný náboj. Díky této polaritě jsou molekuly vody k sobě navzájem přitahovány. Tak moc, že spolu zůstávají, tomu říkáme vodíkové vazby, mluvili jsme o nich minule. Ale v podstatě jde o to, že kladné pole okolo těchto vodíků se spojí se záporným polem okolo kyslíku jiné molekuly vody, takže pokud slabé vazby... Opravdu, spojují se! Není možné přecenit důležitost vodíkových vazeb. Takže pokud se vás učitel zeptá: "Proč je voda důležitá?" Začněte vodíkovou vazbou, napište to velkými písmeny, možná přidejte i třpytky. Jedna z vlastností, za kterou můžou tyto vazby, je vysoká soudržnost vody, která má za následek vysoké povrchové napětí. Soudržnost je přitažlivost mezi dvěma podobnými věcmi, jako přitažlivost mezi jednou a druhou molekulou vody. Voda má největší soudržnost z nekovových tekutin. Můžete to vidět, když dáte vodu na voskový papír nebo teflon. Voda vytvoří korálky. Bývá to i na některých listech rostlin. Voda se drží voskového papíru či rostliny, ale nejvíce se drží sama sebe. Molekuly vody drží kapičky vody pohromadě v uspořádání, které vytváří nejmenší plošný obsah. Právě vysoké povrchové napětí dovoluje některým broukům, asi jedné ještěrce a jednomu Ježíši chodit po vodě. Síla vody má samozřejmě i své meze, jsou zde další látky, ke kterým voda dokáže přilnout. Například sklo. Říká se tomu přilnavost a voda se rozlévá místo toho, aby vytvářela kapičky, protože přilnavé síly mezi vodou a sklem jsou silnější, než přilnavost jednotlivých molekul vody mezi sebou. Přilnavost je přitažlivost dvou odlišných látek - zde molekul vody a skla. Tyto vlastnosti vedou k tomu, co mám na vodě moc rád. Umí vzdorovat gravitaci. To, co se právě stalo, je vzlínavost. Dá se to snadno vysvětlit za pomoci pojmů soudržnost a přilnavost. Díky přilnavosti jsou molekuly vody přitahovány molekulami pipety. Jak ale molekuly vody přilnou k pipetě, ostatní molekuly jsou přitaženy soudržností, následují molekuly vody. Díky ti, soudržnosti. Vzniklo povrchové napětí, a voda tak leze do pipety. A bude pokračovat, dokud gravitace nenaroste tak, že stáhne tíhu vody. To, že je voda polární molekula, ji dělá velmi dobrým rozpouštědlem. Vlastně nejen dobrým, ale dokonce VYNIKAJÍCÍM! Na Zemi je nejvíc látek rozpustných ve vodě, žádná jiná tekutina není lepší. Ano, dokonce ani nejsilnější kyselina, kterou jsme kdy vytvořili. Látky, které jsou rozpustné ve vodě, například sůl a cukr, které známe, jsou označovány jako hydrofilní, a jsou takové, protože jsou polární. A jejich polarita je silnější než soudržnost vody. Když se taková polární látka dostane do vody, je tak silná, že rozbije soudržnost, všechny ty vodíkové vazby, a místo toho, aby se vodík na sebe vázal, vodík vody se váže na polární látky. Stolní sůl je iontová, právě se rozděluje na ionty, jak s ní póly našich vodních molekul interagují. Co se ale stane, když máme molekulu, která nedokáže rozbít soudržnost vody? Nedokáže penetrovat, a tak se tam dostane. Co se stane, když látka nedokáže přemoct silnou soudržnost vody? Co když se nedokáže dostat do vody? Pak je to hydrofobní látka, tedy že se bojí vody. Takové molekuly nemají náboj, jsou nepolární a nerozpouští se ve vodě, protože je voda jakoby vytlačí svou soudržností. Vodu máme za univerzální rozpouštědlo, ale neznamená to, že by rozpustila cokoli. (piano) Biolografie V historii existovalo mnoho výstředních vědců, při tom povídání o vodě si ale vzpomínám na toho nejvýstřednějšího. Henryho Cavendishe. Se svými služebnými komunikoval pouze krátkými vzkazy a dozadu k domu si nechal postavit schodiště, aby nemusel komunikovat s hospodyní. Někteří věří, že možná trpěl autismem, každopádně to byl geniální vědec. Byl první, kdo rozpoznal vodík jako odlišnou látku, a zjistil tak složení vody. V 18. století si většina lidí myslela, že voda samotná je prvek, Cavendish si ale všiml, že vodík, kterému říkal výbušný vzduch, reaguje s kyslíkem, a tak vzniká voda. Cavendish svém objevu nerozuměl zcela, částečně protože nevěřil v chemické sloučeniny a své experimenty s vodíkem popisoval jako práci s flogistonem, který měl za element podobný ohni. Jeho experimenty nicméně byly průlomové. Zjišťoval také měrnou hustotu vodíku a dalších plynů oproti vzduchu. Je to obzvlášť působivé, když si vezmeme, s jakými nástroji tenkrát pracoval. S tímto například vytvářel vodík. Nejen že přesně určil složení atmosféry, také zjistil hustotu Země. A to je co říct na chlapíka, který se tak styděl, že jediný jeho dochovaný portrét musel někdo načrtnout bez jeho vědomí. Za celá ta desetiletí výzkumů ale Cavendish publikoval asi jen 20 prací. Po jeho smrti vědci zjistili, že vlastně před-vynalezl například Ohmův zákon, Coulombův zákon a mnohé další. To je hodně zákonů! A kdyby za ně býval dostal uznání, tak bychom nejspíš měli Cavendishův 8. zákon a Cavendishův 4. zákon. Takže já jsem snad rád, že za to to uznání nedostal. Čeká nás teď super vědecká záležitost. Nebudete tomu věřit. Jste připravení? Ono to plove! No, asi vás to úplně nepřekvapilo, ale mělo by, protože všechny ostatní pevné látky mají větší hustotu než tekutina, stejně jako plyny mají obecně mnohem menší hustotu než tekutiny. Tato vlastnost vody - že v pevném skupenství plove, je jedním z důvodů, proč je život na této planetě možný. Čím to je, že voda v pevném skupenství má menší hustotu než v kapalném, když u všeho ostatního je to jinak? Zase je to vodíkovými vazbami. Při 0 stupních Celsia začínají molekuly vody tuhnout a vodíkové vazby v molekulách vody utvoří krystalické struktury, díky kterým se molekuly vzdálí, tak je zmrzlá voda méně hustá než tekutá. Skoro vždy je plovoucí led dobrá věc. Kdyby měl led větší hustotu než voda, zmrzl by a klesl, zmrzl a klesl, atd. Věřte mi, nechcete žít ve světě, kde by led klesal ke dnu. Způsobilo by to chaos ve vodních ekosystémech, tak vlastně život na Zemi vznikl, ale taky by všechen led ze severního pólu klesl ke dnu a hladina vody všude jinde by se zvedla, a neměli bychom souš. To by bylo nic moc. Voda má ještě jednu skvělou vlastnost, o které jsem vám zatím neřekl. Proč je tu takové horko? Aha! Tepelná kapacita! Ano, voda má vysokou tepelnou kapacitu, což vám asi nic neříká, ale jde o to, že voda dobře drží teplo. Proto si rádi do postele nosíme termofóry s horkou vodou a usínáme s nimi, když jsme osamělí. Kromě vyhřívání postele je to ale zásadní, protože je těžké výrazně ohřát a ochladit oceány. Jsou to ohromné chladiče. Regulují teplotu a klima planety. Proto je také mnohem příjemněji v Los Angeles, kde oceán drží teplotu, než například v Nebrasce. V menším měřítku to můžeme vidět na tom, když na plotnu položíme hrnec bez vody. Zjistíme, jak špatný nápad to byl. Stačí tam ale dát trochu vody a hrozně trvá, než začne vařit. A pokud jste si zatím nevšimli, když se vám voda odpařuje z kůže, ochladí vás. To je v podstatě princip pocení, což je extrémně efektivní, ale docela trapná součást života. Je to ale jen další příklad toho, jak je voda "hustá". Když se přehřeju a potím, teplo nabudí molekuly vody na mé kůži, až se rozpadnou vodíkové vazby, a odpaří se. A jak se odpaří, tak s sebou vezmou tepelnou energii, a mě tak ochladí. Úžasné. Ani jsem necvičil. Nevím, proč se tak potím. Možná to bude tím, jak tu používám tu vodu v rozprašovači, nebo možná stresem, jak se vás tu snažím něco naučit!