Chemie na GJN

Nyní je čas, abychom se podrobněji seznámili s dvěma důležitými směsmi – vodou a vzduchem. Pojem voda by se správně měl používat jen pro chemicky čistou látku, tedy jen pro látku složenou z molekul H₂O, ale jak se brzy dozvíme, většinou pod pojmem voda míníme vodné roztoky solí.

Otázka k zamyšlení 7: Existuje na zemi voda jako chemicky čistá látka? Pokud ano, jaká to je?

Pokud budeme uvažovat veškerou vodu na planetě, hovoříme o hydrosféře . Tři čtvrtiny zemského povrchu jsou tvořeny vodou a to zejména vodou slanou (mořskou) . Jako nejslanější se udává Mrtvé moře (které jako na potvoru není moře, ale jezero), které ve 100 ml vody obsahuje 35,8 g solí a jedná se tedy prakticky o nasycený roztok. Slanost ostatních „opravdových“ moří a oceánů je přibližně desetkrát nižší. Sladká voda , teda ta, která obsahuje oproti mořské vodě výrazně méně solí, se dělí na povrchové vody (dešťová, potoky, řeky) a podzemní vody. Povrchové vody obsahují malé množství rozpuštěných látek (často se hovoří o vodě měkké), zatímco podzemní vody jich obsahují velké množství (voda tvrdá). Později si povíme o tvrdé vodě trochu více, činí nám totiž nemalé problémy (vodní kámen, snižuje účinnost pracích prášků apod.). Dále existují další pojmy, které asi nepotřebují blíže vysvětlovat: minerální voda, pitná voda, užitková voda, odpadní voda….je jich opravdu hodně. Za zmínku ale určitě stojí destilovaná voda , jedna z nejčistších forem vody, která se průmyslově používá. Tato voda se připravuje opakovanou destilací a čištěním přes speciální filtry, které odstraní zbytkové ionty.

Otázka k zamyšlení 8: Jaké znáte další „sféry“?

Množství vody obsažené v živých organismech se pohybuje mezi 60 a 80 %, u člověka je to přibližně 75%. Proto je pro zdraví velmi důležité dodržovat pitný režim. Naše těla jsou tak stavěná. Biologický význam vody je nepopsatelný. Kdybychom chtěli odpovědět na otázku, v jakých pro přírodu důležitých procesech se voda vyskytuje. Nejpřesnější odpověď by pravděpodobně byla, že ve všech. Na tomto místě ale zmíníme zvláštní vlastnost vody, která se nazývá anomálie vody . Napadlo vás někdy, jak je možné, že ryby přežijí zimu? Teploty jsou hluboko pod nulou, rybník je zamrzlý, bruslí se na něm a ryby to přesto přežijí. Vysvětlení spočívá právě ve zvláštním chování vody mezi 0 a 4 °C. Pokud budeme vodu zahřívat z teploty 0 °C až na 4 °C, bude se postupně zmenšovat její objem. To je zvláštní. U drtivé většiny ostatních látek objem s teplotou roste. Důsledkem tohoto jevu je, že 4 °C voda bude mít nejvyšší hustotu a v našem rybníce klesne ke dnu. A právě u dna se v zimě zdržují ryby a jen občas připlavou k hladině, kde je proražená do ledu díra nebo je zde nezamrzlý přítok, aby se nadechly. Druhá veledůležitá vlastnost vody je tvorba vodíkových vazeb (postaru vodíkových můstků). Podstatu této interakce si vysvětlíme později. Nyní si jen řekneme, že bez vodíkových vazeb by život na této planetě nebyl vůbec možný. Zařizují totiž například, že je voda za normálních podmínek kapalinou, spojují jednotlivá vláka DNA (v této molekule je zapsán kompletní genetický kód, je to taková kuchařka, jak připravit člověka) nebo stabilizují bílkoviny (látky, které tvoří například hlavní složku svalů).

Tak to bychom měli úvod a teď se pustíme trošku více do chemie. Mezi základní fyzikálně - chemické vlastnosti vody patří její teplota varu t_v(H₂O) = 100 °C a teplota tání t_t(H₂O) = 0 °C. Obě teploty platí pro tzv. normální tlak, což je 101325 Pa.

S tlaky a teplotami je trošku problém. Jako standardní tlak je dle IUPAC ( International Union of Pure and Applied Chemistry , Mezinárodní unie pro čistou a užitou chemii ) stanovena hodnota 100 000 Pa. Do roku 1982 to však byla hodnota 101 325 Pa, která odpovídá jedné atmosféře (1 atm). Druhou zmíněnou hodnotu proto stále naleznete v celé řadě i nových učebnic a v mnoha fyzikálně-chemických tabulkách. Proto normální teplota varu látky je teplota varu při normálním tlaku (101 325 Pa), zatímco standardní teplota varu látku je teplota varu při standardním tlaku (100 000 Pa). Je to zmatek. Obyčejným smrtelníkům je to celkem jedno, ale pro odborné výpočty je to velký rozdíl. Proto je vždy důležité ověřit si, jak to v daném zdroji, ze kterého čerpáte informace, vlastně je.

Molekula vody.

Dále se o vodě říká, že je základní polární rozpouštědlo. Co to ale znamená? Molekula vody je lomená a znázorněná na obrázku. Úhel HOH je 104,45°. Později se budeme učit, že atom kyslíku si v porovnání s vodíkem mnohem snadněji přitahuje elektrony, které mezi nimi tvoří vazbu. Důsledkem tohoto přitahování je, že atom kyslíku nese malý záporný náboj (záporné vazebné elektrony jsou k němu blíž) a atomy vodíku nesou malé kladné náboje (elektrony jim „odtáhl“ kyslík). Máme tedy molekulu vody, která má kladnou a zápornou část – dva póly, molekula je polární. V chemii platí pravidlo, že podobné se rozpouští v podobném . Polární voda bude tedy dobře rozpouštět polární látky a iontové látky jako jsou soli, kde jsou náboje již jasně rozděleny mezi kationy a aniony. Rozpouštění kuchyňské soli, chloridu sodného NaCl, je znázorněno na obrázku. Na krystal NaCl naráží molekuly vody. Záporné kyslíky vody se přitahují ke kladným kationům sodíku, kladné vodíky vody pak k záporným chloridovým anionům. Po určité době molekuly vody obklopí jednotlivé ionty a úplně je od sebe oddělí. Sůl je rozpuštěná.

Rozpuštění soli, velmi polární látky, ve vodě tedy v polárním rozpouštědle.

Odpověď 7: Voda se na Zemi jako chemicky čistá látka prakticky nevyskytuje, nicméně se dá průmyslově vyrobit. Ve většině vody jsou buď rozpuštěné různé ionty, třeba všudy přítomné ionty sodíku Na⁺, nebo vzdušný oxid uhličitý CO₂. Jedna z nejčistších forem vody na planetě jsou proto sněhové vločky.

Odpověď 8: Je jich celá řada. Třeba….

Atmosféra – plynný obal Země či jiného tělesa.

Biosféra – veškerý život na planetě.

Hemisféra – obecně polokoule. Mozek je tvořen dvěma hemisférami.

Litosféra – je pevný obal Země, který se skládá ze zemské kůry a nejsvrchnějších vrstev zemského pláště.

Pedosféra – je půdní obal Země.