Voda

1. Voda seminář z biologie pro maturanty 7. září 2004 9. září 2004

2. Voda • naše planeta je pokryta ze tří čtvrtin vodou – název Země je značně diskutabilní • život začal ve vodě a dodnes je prostředí každé buňky vzpomínkou na tyto doby • 70 – 95% hmotnosti buňky je voda • při pátrání po extraterrestrickém životu je první otázkou dotaz na přítomnost vody

3. Vodíkové vazby • každá molekula vody se může vázat max. ke čtyřem dalším molekulám vody • ve vodě 37OC teplé je neustále asi 15% všech molekul připojeno k čtyřem partnerům

4. Vodíkové vazby • každá vazba trvá asi jen jednu trilióntinu sekundy, ale ihned je vytvořena nová • koheze – vazba molekul vody mezi sebou • adheze – vazba molekuly vody k jiné látce (např. v cévách stromů k molekulám celulosy)

5. Transpiračně-kohezně-adhezní mechanismus transport vody nevyžaduje od stromu žádnou energii

6. Povrchové napětí • Povrchové napětí je způsobeno kohezí. • Voda má větší povrchové napětí než většina ostatních tekutin. • Díky povrchovému napětí můžeme např. „házet žabky“.

7. Mnoho živočichů po vodě kráčejí či se drží hladiny z jedné či druhé strany Povrchové napětí Bruslařka rodu Gerris a znakoplavka rodu Notonecta

8. Teplo • Teplo je druh energie. Vyjadřuje, jak se změní vnitřní energie, tj. součet pohybových a polohových energií částic tělesa, jestliže se toto těleso ochladí nebo zvýší svoji teplotu

9. Teplo a teplota • voda výrazně ovlivňuje klima planety díky své schopnosti absorbovat či uvolnit velké množství tepla • teplo je míra totální kvantity kinetické energie způsobené pohybem molekul hmoty • teplota je míra intenzity tepla způsobeného průměrnou kinetickou energií molekul. Pokud se průměrný pohyb molekul zintenzívní, teploměr ukáže zvýšenou teplotu

10. Teplo a teplota • teplo souvisí s teplotou, ale existuje mezi nimi významný rozdíl • např. plavec v La manchském průlivu má vyšší teplotu než voda, ale oceán díky svému objemu obsahuje mnohem víc tepla • kdykoli se dva objekty s různou teplotou setkají, teplo přechází z teplejšího objektu na studenější – molekuly studenějšího objektu získají kinetickou energii z teplejšího

11. Teplo a teplota • ledová kostka ochladí nápoj nikoli předáním chladu, nýbrž odebráním tepla • jednotkou teploty je 1 oC • jednotkou tepla je 1 joule či 1 kalorie • kalorie je množství tepelné energie, které je třeba přidat 1g vody, aby její teplota vzrostla o 1 stupeň Celsia • 1 kcal (kilokalorie) je množství tepelné energie potřebné k ohřevu 1 kg vody o 1oC

12. Jouly a kalorie • 1 joule = 0,239 cal • 1 cal = 4,184 joule

13. Specifické teplo (Měrná tepelná kapacita) • = množství tepla, které musí být získáno či ztraceno, když 1g látky změní teplotu o 1oC • specifické teplo vody je 1 cal/g/oC • ve srovnání s ostatními tekutinami, voda má neobvykle vysoké specifické teplo – etanol má např. pouze 0,6 cal/g/oC • železo má 0,1 cal/g/oC – proto je možno se spálit o hrnec, ve kterém se ohřívá doposud vlažná voda

14. Význam vysokého specifického tepla vody • oceány nakumulují velké množství tepla přes den a uvolňují jej v noci • oceány nakumulují velké množství tepla přes léto a uvolňují ho v zimě • pobřežní kraje (severní Francie, Belgie nebo např. okolí Bajkalu či antarktické ostrovy) mají mnohem mírnější zimy • voda na Zemi tak udržuje výkyvy teplot v rozmezích slučitelných se životem • podobně i těla organismů vzdorují dobře výkyvům teplot

15. Odpařování • skupenské teplo = teplo, které těleso příjme nebo odevzdá při změně svého skupenství. Jeho teplota se přitom nezmění. • voda má velké skupenské teplo – je třeba 580 cal, abychom způsobili odpaření 1g vody 25oC teplé (je to skoro dvakrát více než u etanolu) • mnoho sluneční energie pohltí oceány v rámci vypařování – jak potom vlhký tropický vzduch proudí k pólům, uvolňuje teplo v rámci své přeměny na déšť

16. Odpařování • při odpařování nejčastěji „ulétnou“ molekuly s nejvyšší kinetickou energií, čímž se povrch kapaliny ochlazuje díky velkému skupenskému teplu vody pocení účinně ochlazuje povrch těla

17. Led má menší hustotu než voda • při teplotě nad 4oC se voda chová jako jiné tekutiny – při zahřívání zvyšuje objem a při ochlazování svůj objem snižuje • voda začíná mrznout ve chvíli, kdy se její molekuly již pohybují tak pomalu, že nemohou přerušit vodíkové můstky • při 0oC je každá molekula poutaná max. čtyřmi vodíkovými můstky, které drží jednotlivé molekuly dalkeo od sebe

18. Led má menší hustotu než voda • v daném objemu ledu je o 10% molekul méně než ve stejném objemu vody

19. pokud led taje, molekuly vody se dostávají k sobě blíž. Nejvyšší hustotu má voda při 4oC, potom díky teplu se molekuly pohybují rychleji a voda nabývá na objemu

20. Život pod ledem • led funguje jako izolátor mezi chladným vzduchem a oceánem • pokud by měl led vyšší hustotu než voda a oceány by mrzly ode dna, život na Zemi by byl zřejmě nemožný • během léta by odtálo zřejmě jen několik desítek centimetrů věčně zamrzlého oceánu

21. Život pod ledem Korýš Euphausia ze skupiny Amphipoda, tzv. krill obývá v obrovských množstvích vody Antarktidy

22. Voda jako rozpouštědlo • voda je díky své polaritě velmi univerzální rozpouštědlo • obal molekul vody kolem rozpuštěné látky se nazývá hydratační obal

23. Kyselé deště • za normálních podmínek má déšť pH 5,6 – je tedy slabě kyselý. • jev je způsoben reakcí oxidu uhličitého a vody na kyselinu uhličitou • kyselé deště jsou definovány jako srážky s pH nižším než 5,6 • kyselé deště vznikají přítomností oxidů síry a dusíku v ovzduší, kde reakcí s vodou se tvoří velmi silné kyseliny

24. Kyselé deště • Hlavním zdrojem těchto oxidů je spalování fosilních paliv v továrnách a automobilech • zejména se jedná o elektrárny na fosilní paliva • vysoké tovární komíny způsobí přenos těchto oxidů větrem stovky kilometrů daleko • např. v západní Virginii byl naměřen déšť o pH 1,5 – což je pH žaludečních šťáv

25. Kyselé deště • efekt je nejhorší na jaře, kdy dochází k tání sněhu, který na svém povrchu nakumuloval přes zimu kyseliny • voda prvního tání má často pH kolem 3 a dostává se do jezer a tůní právě v době, kdy dochází k líhnutí jiker a dalších zranitelných forem života

26. Kyselé deště • kyselé deště rovněž z půdy vymývají ionty vápníku a hořčíku, které v půdě fungují jako pufry a jsou důležitými minerály pro výživu rostlin • se snížením pH dochází ke zvýšení rozpustnosti dalších prvků, jako např. hliníku, který se dostává do toxických koncentrací • nejvíce ohroženy jsou evropské lesy a některé oblasti USA

27. Kyselé deště

28. Kyselé deště

29. Příště: BIOPOLYMERY. hezký podzim přeje Orko