Koheze a adheze vody

Možná to znáš: Když naplníme sklenici vodou až po úplný okraj a pak pomalu přidáváme po jedné další kapky, překvapivě se jich tam vejde ještě docela dost. Přitom se hladina vody se nad okraji vyklene, jakoby vypoukne a celkově se trochu zvýší, jako by ji ve sklenici něco drželo, že ještě nepřeteče. K tomuto vyklenutí dochází díky soudržnosti (cizím slovem kohezi) molekul vody. Je to proto, že molekuly vody se drží u sebe. Soudržnost, neboli koheze je vzájemná přitažlivost částic. Ve vodě na sebe molekuly navzájem působí výraznými přitažlivými sílami, kterými jsou vodíkové vazby, také nazývané vodíkové můstky.

Voda a další kapaliny se díky soudržnosti částice chová, jako by na jejím povrchu byla pružná blána. Míru tohoto jevu vystihuje veličina povrchové napětí. Jedná se o jev, při kterém hladina tekutiny působí odpor proti pronikání těles do kapaliny, proti působení tlaku. Vysvětlíme si proč. Všechny molekuly vody – jak na hladině, tak uvnitř kapaliny tvoří vodíkové vazby se sousedními molekulami. Každá molekula má okolo sebe sféru silového působení – kulový prostor, kde ve středu je tato molekula a jeho poloměr je dosah těchto sil. Molekuly uvnitř kapaliny mají výslednici silového působení s okolními molekulami průměrně nulovou – síly se tu vyruší. Ale molekuly, které jsou v povrchové vrstvě, mají tuto sféru částečně ve vzduchu (čím blíže hladině, tím více). Protože jsou z jedné strany obklopené molekulami vzduchu, se kterými jsou přitažlivé síly nesrovnatelně menší, je výslednice sil ve sféře silového působení nenulová a míří směrem dolů. Vtahuje tedy tyto molekuly blízko hladiny do kapaliny. Důsledkem je, že je mezi tyto částice obtížnější pronikat. Kapky díky tomu minimalizují svůj povrch a pokud na ně nepůsobí další síly, zaujmou kulový tvar. Stejně tak výsledné povrchové napětí udrží na hladině drobná tělesa, která by jinak klesala ke dnu, například je možné na hladinu vody položit jehlu, kancelářskou svorku a podobně.

Kromě toho, že se molekuly vody drží u sebe, za určitých podmínek se přitahují i s jiným typem molekul. Adheze neboli přilnavost vody je přitažlivost molekul jednoho druhu k částicím jiného druhu a u vody bývá dost silná, zvlášť v případě, kdy jde o částice, které mají kladný nebo záporný náboj.

Přilnavost, neboli adheze vody ke sklu způsobuje, že voda lidově řečeno „popoleze“ nahoru tenkou trubičkou (kapilárou), pokud jeden její konec ponoříme pod hladinu, viz obrázek. Tento pohyb směrem nahoru, proti směru gravitace, je znám jako kapilární jev (kapilární elevace). Způsobuje ho přitažlivost molekul vody a molekul tvořících skleněnou stěnu trubičky v kombinaci s kohezí vody.

Molekuly vody jsou k molekulám skla přitahovány silněji, než k ostatním molekulám vody (protože molekuly oxidu křemičitého, který tvoří sklo mají větší polaritu než molekuly vody). Prohlédni si obrázek: voda vystoupá výše tam, kde se dotýká krajů trubičky. Uprostřed kapiláry je prohlubeň. Typické zakřivení hladiny ve válci či trubici se nazývá meniskus.

Soudržnost a přilnavost vody je důležitá pro život. Hraje roli v mnoha biologických dějích. Známý je příklad bruslařky obecné na následujícím obrázku — jde o hmyz, který využívá povrchové napětí k tomu, aby se udržel na vodní hladině. Ale díky těmto jevům také postupuje voda od kořenů k vrcholkům stromů i odchází slzy ze slzných kanálků do koutků očí.