Fyzik Peter Ballo približuje ďalšie tri z viac ako šesťdesiatich anomálií vody.
Ilustračný obrázok Zdroj: iStockphoto.com
Voda je entita, ktorá v sebe ukrýva až 63 anomálií. Ľudia však o nich nemajú ani potuchy, aj keď sa s vodou na dennej báze stretávajú a neustále s ňou manipulujú. Profesor Peter Ballo z Ústavu jadrového a fyzikálneho inžinierstva na Fakulte elektrotechniky a informatiky Slovenskej technickej univerzity v Bratislave sa nezvyčajným vlastnostiam vody venuje už roky.
Pre portál Veda na dosah nedávno priblížil, prečo je dôležité povrchové napätie vody a pri akej teplote má voda najväčšiu hustotu. V druhej časti rozhovoru, ktorú na Veda na dosah vydávame symbolicky na Svetový deň monitorovania vody, sa dozviete, prečo sa voda pri mrznutí rozťahuje, na koľko spôsobov môže zamrznúť, čo je to polyamorfizmus a koľko amorfných štruktúr vody existuje.
Keď voda mrzne, rozťahuje sa
Všetci to dobre poznáme. Pred zimou vypúšťame hadice v záhradách a lejeme do áut nemrznúcu zmes, aby sa nepoškodil motor. Prečo sa mrznúca voda rozťahuje?
Je to dané tým, ako voda mrzne a mení sa na ľad. Molekuly vody sa v procese vytvárania ľadu musia presne orientovať, aby vytvárali takzvaný ľadový kryštál. Ide o veľmi komplikovaný proces, ktorý prebieha vďaka vodíkovým mostíkom. Usporiadanie molekúl vody v ľade sa následne prejaví nárastom objemu.
Procesu usporiadania molekúl mrznúcej vody pomôže tiež mechanické trasenie. Ak však zoberieme čistú vodu a zabezpečíme, aby sa v procese tuhnutia netriasla, môžeme ju podchladiť aj pod nula stupňov Celzia a zostane tekutá. Ide o mimoriadne nestabilný stav, pretože každý mechanický impulz zvonku spôsobí veľmi rýchlu zmenu skupenstvu vody – voda zamrzne. Na internete nájdete veľa videí, ktoré tento jav dokumentujú.
Tiež som to skúšal, musíte mať vo fľaši ale naozaj čistú vodu. V mrazničke to obvykle nefunguje, lebo v nej beží čerpadlo a to sa trochu trasie. Najlepšie je počkať si na tichý mráz, postaviť fľašu vody na terasu a keď ráno vyjdete, vidíte, že voda vo fľaši je stále tekutá. Potom ju zoberiete, začnete ju vylievať a ona hneď mrzne. Alebo do fľaše buchnete a pokiaľ nie je sklenená, lebo tá by vám pukla, voda v nej navidomoči stuhne. Vznikne tam totiž impulz, pri ktorom sa v malej časti dobre usporiadajú molekuly vody – ona už vie, ako to má urobiť – a keďže má dostatočne nízku teplotu, veľmi rýchlo zamrzne.
Môže zamrznúť až na osemnásť spôsobov
Vo vašom videu z roku 2021 uvádzate, že poznáme až 18 druhov ľadu, vznikajúcich pri rôznych usporiadaniach molekúl.
Áno. Bežný ľad, ktorý vidíme na Zemi, je hexagonálny. V malých póroch alebo vysokých vrstvách atmosféry sa nachádza zasa ľad kubický. To sú dva typy ľadu, ktoré bežne pozorujeme. Ostatné treba nejakým spôsobom chladiť a pripravovať. Stále sa hľadajú nové konfigurácie.
A to bolo práve to, čo ma kedysi hrozne zaujímalo. Venujem sa totiž hlavne počítačovým simuláciám, zameraným na stabilné usporiadania vody. Existuje isté podozrenie, že by sme mohli dokonca nájsť stabilné usporiadanie pevnej vody.
Pozrite si
To znamená, že by sme mali z vody stavebný materiál. Mohli by sme z nej stavať napríklad domy a keby sme stavbu už nepotrebovali, urobili by sme nejakú iniciáciu a dom by sa rozpustil.
Zatiaľ máme však len podozrenie, že by sa to mohlo dať. Ešte sme takú konfiguráciu nenašli. Momentálne nachádzame rozličné konfigurácie len pri nízkych teplotách. No už dlho sa o tom hovorí a bolo aj obdobie, keď sa na tom veľmi intenzívne pracovalo. Sám som simuloval, ako voda „funguje“.
Jediná známa polyamorfná substancia
Voda je jedinou známou substanciou, v prípade ktorej môžeme pozorovať polyamorfizmus.
Správne. Pri vode rozlišujeme tri typy amorfných štruktúr. Niekto by povedal, že stačí, keď zoberieme molekuly vody, zatrasieme nimi a čím viac nimi budeme triasť, tým vytvorí ľad lepšiu amorfnú štruktúru. Nie je to pravda. Amorfná štruktúra má totiž usporiadanie na malú vzdialenosť.
Modely molekúl vody. Zdroj: iStockphoto.com
Už dávno bola známa amorfná štruktúra vody, ktorá vznikala pomerne ľahko. Voda sa zmrazila na 90 kelvinov, teplotu kvapalného dusíka, a potom sa na ňu pôsobilo relatívne malým tlakom. Jednotlivé väzby sa zrútili a vznikla stabilná amorfná štruktúra. Teplota sa následne mohla zvýšiť a štruktúra zostávala stabilná. Dôležité je, že takýto ľad by plával, pretože je ľahší ako voda.
Neskôr sa ukázalo, že existuje tiež štruktúra, ktorá je ťažšia ako voda, a niekedy koncom 20. storočia sa zhodou okolností našla tretia, superťažká forma amorfnej štruktúry. To bolo veľké prekvapenie!
V tretej časti rozhovoru, ktorý zverejníme budúci týždeň, si povieme, čo je to Mpemba efekt a prečo sa voda vo fľaši deformuje do tvaru trojuholníka.
