Voda nie je len na pitie

V zime nás neraz potrápila poľadovica a námraza. Ako sa ľadu účinne zbaviť? Najčastejšie sa používa štrk a posypová soľ. Posypová soľ je chemická zlúčenina, ktorá sa nazýva chlorid sodný a jej vzorec je NaCl. Posypová soľ nie je chemicky čistá látka, ale obsahuje ďalšie zložky. Najčastejšie sa k chloridu sodnému pridáva chlorid vápenatý, ktorého vzorec je CaCl₂.

Látky v pevnom skupenstve

V pevnom skupenstve sú molekuly látky blízko pri sebe, ich vzájomné priťahovanie je silnejšie ako pri kvapalinách a plynoch. Pevné látky majú pravidelné vnútorné usporiadanie – voda vo forme ľadu alebo snehových vločiek je usporiadaná do kryštalickej mriežky. Voda sa vyskytuje v pevnom skupenstve až do teploty 0 °C. Pokiaľ je do vody pridaná soľ, mení sa vzájomná veľkosť medzimolekulových síl. Sily medzi molekulami sú slabšie a my pozorujeme, že ľad sa začína topiť pri nižšej teplote ako je 0 °C.

Soľ

Soľ sa na ľade nerozpúšťa, ale potrebuje ku svojmu rozpúšťaniu vodu. Potrebná voda vznikne kondenzáciou vodnej pary. Vodná para, ktorá je prítomna vo vzduchu, sa zráža na povrchu látok, ktoré majú nižšiu teplotu. Dochádza ku kondenzácii vody na povrchu ľadu. V takto vzniknutej vode sa začne rozpúšťať kryštalická soľ a tým vzniká veľmi nasýtený roztok soli. Pri rozpúšťaní sa medzi molekuly rozpúšťanej látky – ľadu a soli vtesnajú molekuly rozpúšťadla – vody a roztiahnu ich od seba. Tým sa oslabia ich vzájomné medzimolekulové sily a látka prejde z pevného do kvapalného skupenstva.

Roztok vody so soľou má nižšiu teplotu topenia ako voda samotná. Čistá voda sa topí i zamŕza pri teplote okolo 0 °C. Roztok soli vo vode pri teplote omnoho nižšej, až −21,2 °C, táto teplota závisí od koncentrácie soli v roztoku. Pretože teplota tuhnutia vzniknutého roztoku je omnoho nižšia ako teplota tuhnutia ľadu, zostáva roztok kvapalný aj pri teplotách pod 0 °C. V roztoku sa bude rozpúšťať ďalšia soľ a ďalší ľad až do tej doby, než sa rozpustí všetok ľad alebo až dôjde k takému nariedeniu roztoku, že pri danej teplote zmrzne. Aby sa ľad naďalej topil, musela by sa pridať ďalšia soľ. Čím viac mrzne, tým viac soli je potrebné. Pokiaľ je ale vonkajšia teplota naozaj nízka, nemá použitie soli na ošetrenie vozovky zmysel. Posyp ciest je z praktických dôvodov obmedzený do vonkajšej teploty okolo −7 °C.

Povrchové napätie

Ďalšou veľmi zaujímavou vlastnosťou kvapalín je vznik povrchového napätia. Ak položíme opatrne na voľný povrch vody tenkú ihlu alebo žiletku, pozorujeme, že sa povrch kvapaliny mierne prehne. Položené predmety sa nepotopia, hoci hustota látok, z ktorých sú predmety vyrobené, je väčšia ako hustota vody. V prírode sa dafnia pohybuje po hladine vody, aj keď hustota tela dafnie je väčšia. Ak sa pohne dafnia na iné miesto, prehnutie kvapaliny mizne. Kvapka, ktorá vzniká na konci málo pritiahnutého vodovodného kohútika, postupne rastie, potom sa vytvorí krčok a kvapka sa odtrhne. Kvapka sa nám javí ako malý pružný naplnený balónik. Uvedené príklady ukazujú, že voľný povrch kvapaliny sa chová obdobne ako tenká pružná blana. Pre vysvetlenie vlastností povrchu kvapaliny musíme uvažovať o pôsobení medzi molekulami kvapaliny.

Molekuly kvapaliny na seba vzájomne pôsobia príťažlivými silami. Vnútri kvapaliny sa sily vzájomne vyrušia. Ale pri povrchu kvapaliny je výslednica síl pôsobiaca na molekuly kvapaliny kolmá k voľnému povrchu kvapaliny a molekuly sú vťahované do kvapaliny. Molekuly plynu nad voľnou hladinou kvapaliny taktiež silovo pôsobia na molekuly kvapaliny pri voľnom povrchu, ale ich počet je výrazne menší, a preto aj ich silové pôsobenie je výrazne slabšie. Silu, ktorou sú molekuly vťahované do kvapaliny, je možné ovplyvniť teplotou kvapaliny, alebo pridaním povrchovo aktívnych látok.

Všeobecne platí, že čím je teplota kvapaliny vyššia, tým rýchlejší je tepelný pohyb molekúl a tým je sila medzi molekulami menšia. Povrchovo aktívne látky ovplyvňujú silu medzi molekulami. Po pridaní povrchovo aktívnej látky do vody, napr. saponátu, sa zmenší sila medzi molekulami a tým klesne pevnosť povrchovej vrstvy vody. Tieto javy sú využívané pri praní bielizne či umývaní riadu.

Voda patrí medzi kvapaliny, ktoré tzv. zmáčajú steny nádoby. Molekuly vody, ktoré sú na rozhraní nádoby a kvapaliny, sú priťahované väčšou silou k nádobe. Dochádza k zakriveniu voľného povrchu kvapaliny. Tvar hladiny vody v nádobe má tvar menisku.

Ak začneme do vody postupne vhadzovať malé čisté predmety, napr. kancelárske spinky alebo mince, vytlačí sa objem kvapaliny, ktorý zodpovedá objemu vhadzovaného predmetu. Vytlačený objem kvapaliny roztiahne povrchovú vrstvu kvapaliny a dôjde k tomu, že sa povrch kvapaliny začne prehýbať smerom nahor. Do nádoby môžeme vhadzovať mince tak dlho, kým ťahové napätie povrchovej blany napínané vytlačenou kvapalinou neprekročí hodnotu povrchového napätia danej kvapaliny a povrchová blana nepraskne a kvapalina nepretečie.