Voda není jen na pití

V zimě nás nejednou potrápila ledovka a námraza. Jak se ledu účinně zbavit? Nejčastěji se používá štěrk a posypová sůl. Posypová sůl je chemická sloučenina, která se nazývá chlorid sodný a jeho vzorec je NaCl. Posypová sůl není chemicky čistá látka, ale obsahuje další složky. Nejčastěji se k chloridu sodnému přidává chlorid vápenatý, jehož vzorec je CaCl₂.

Látky v pevném skupenství

V pevném skupenství jsou molekuly látky blízko u sebe, jejich vzájemné přitahování je silnější než u kapalin a plynů. Pevné látky mají pravidelné vnitřní uspořádání – voda ve formě ledu nebo sněhových vloček je uspořádaná do krystalické mřížky. Voda se vyskytuje v pevném skupenství až do teploty 0 °C. Pokud je do vody přidána sůl, mění se vzájemná velikost mezimolekulárních sil. Síly mezi molekulami jsou slabší a my pozorujeme, že led začíná tát při nižší teplotě, než je 0°C.

Sůl

Sůl se na ledu nerozpouští, ale potřebuje ke svému rozpouštění vodu. Potřebná voda vznikne kondenzací vodní páry. Vodní pára, která je obsažena ve vzduchu, se sráží na povrchu látek, které mají nižší teplotu. Dochází ke kondenzaci vody na povrchu ledu. V takto vzniklé vodě se začne rozpouštět krystalická sůl a tím vzniká velmi nasycený roztok soli. Při rozpouštění se mezi molekuly rozpouštěné látky – ledu a soli vtěsnají molekuly rozpouštědla – vody a roztáhnou je od sebe. Tím se oslabí jejich vzájemné mezimolekulární síly a látka přejde z pevného do kapalného skupenství.

Roztok vody se solí má nižší teplotu tání než voda samotná. Čistá voda taje i zamrzá při teplotě okolo 0 °C. Roztok soli ve vodě při teplotě mnohem nižší, až −21,2 °C, tato teplota závisí od koncentrace soli v  roztoku. Protože teplota tuhnutí vzniklého roztoku je mnohem nižší než teplota tuhnutí ledu, zůstává roztok kapalný i při teplotách pod 0 °C. V roztoku se bude rozpouštět další sůl a další led až do té doby, než se rozpustí všechen led nebo až dojde k takovému naředění roztoku, že při dané teplotě zmrzne. Aby led nadále tál, musela by se přidat další sůl. Čím více mrzne, tím více soli je potřeba. Pokud je ale venkovní teplota opravdu nízká, nemá použití soli na ošetření vozovky smysl. Posyp cest je z praktických důvodů omezen pro venkovní teploty okolo −7 °C.

Povrchové napětí

Další velmi zajímavou vlastností kapalin je vznik povrchového napětí. Když na volný povrch vody opatrně položíme tenkou jehlu nebo žiletku, pozorujeme, že se povrch kapaliny mírně prohne. Položené předměty se nepotopí, přestože hustota látek, ze kterých jsou vyrobeny, je větší než hustota vody. V přírodě se dafnie pohybuje po hladině vody, i když hustota jejího těla je větší. Pokud se dafnie pohne na jiné místo, prohnutí kapaliny zmizí. Kapka, která vzniká na konci málo utaženého vodovodního kohoutku, postupně roste, poté se vytvoří krček a kapka se odtrhne. Kapka se nám jeví jako malý pružný naplněný balónek. Uvedené příklady ukazují, že volný povrch kapaliny se chová obdobně jako tenká pružná blána. Pro vysvětlení vlastností povrchu kapaliny musíme uvažovat o působení mezi molekulami kapaliny.

Molekuly kapaliny na sebe vzájemně působí přitažlivými silami.Uvnitř kapaliny se síly vzájemně vyruší. Avšak u povrchu kapaliny je výslednice sil působících na molekuly kapaliny kolmá k volnému povrchu kapaliny a molekuly jsou vtahovány do kapaliny. Molekuly plynu nad volnou hladinou kapaliny taktéž působí silově na molekuly kapaliny u volného povrchu, jejich počet je ale výrazně menší, a proto také jejich silové působení je výrazně slabší. Sílu, kterou jsou molekuly do kapaliny vtahovány, je možné ovlivnit teplotou ka­ paliny, nebo přidáním povrchově aktivních látek.

Všeobecně platí, že čím je teplota kapaliny vyšší, tím rychlejší je tepelný pohyb mo­ lekul a tím je síla mezi molekulami menší. Povrchově aktivní látky ovlivňují sílu mezi molekulami. Po přidání povrchově aktivní látky do vody, např. saponátu, se zmenší síla mezi molekulami a tím klesne pevnost povrchové vrstvy vody. Tyto jevy jsou využívány při praní prádla nebo umývání nádobí.

Voda patří mezi kapaliny, které tzv. smáčejí stěny nádoby. Molekuly vody, které jsou na rozhraní nádoby a  kapaliny, jsou přitahovány větší silou k  nádobě. Dochází k  zakřivení volného povrchu kapaliny. Tvar hladiny vody v nádobě má tvar menisku.

Pokud začneme do vody postupně vhazovat malé čisté předměty, např. kancelářské sponky nebo mince, vytlačí se objem kapaliny, který zodpovídá objemu vhazovaného předmětu. Vytlačený objem kapaliny roztáhne povrchovou vrstvu kapaliny a dojde k tomu, že se povrch kapaliny začne prohýbat směrem nahoru. Do nádoby můžeme vhazovat mince tak dlouho, dokud tahové napětí povrchové blány napínané vytlačenou kapalinou nepřekročí hodnotu povrchového napětí dané kapaliny a povrchová blána nepraskne a kapalina nepřeteče.