ICT2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Vzdělávací oblast dle RVP:Člověk a příroda Okruh dle RVP:Fyzika Tematická oblast:Fyzika Název vzdělávacího materiálu:Anomálie vody Kód vzdělávacího materiálu:ICT2-16-ErF Ročník:2. ročník čtyřletého gymnázia nebo 4. ročník šestiletého gymnázia Datum vytvoření vzdělávacího materiálu: Jméno autora:Mgr. Jiří Erlebach Název šablony:

Anomálie vody Uveďte několik případů, kdy se voda (ač nejběžnější kapalina) chová odlišně od běžného chování kapalin a jak se tyto vlastnosti konkrétně projevují. Co se stane s uzavřenou plastovou lahví zcela naplněnou vodou, dáme-li ji přes noc na mráz nebo do mrazničky? …a další otázky a odpovědi v následné prezentaci…

Anomálie ἄνομος (nezákonný, nepravidelný) – odchylka od normálu, výjiměčnost… Voda vykazuje velké množství (zejména termodynamických) anomálií (nebo alespoň zajímavých vlastností): z běžné zkušenosti známe všechna skupenství vody (led, vodu, vodní páru) voda má extrémně vysokou měrnou tepelnou kapacitu (4180 J.kg –1.K –1 ) => velice dobře absorbuje teplo, nesnadno se zahřívá/chladne voda má extrémně vysoké hodnoty skupenského tepla tání/tuhnutí a vypařování/kondenzace voda má výrazně vyšší teplotu varu než látky srovnatelné chemické struktury (+100 °C u H 2 O oproti –60 °C u H 2 S apod.) – důsledek existence vodíkových vazeb mezi molekulami vody voda i led jsou poměrně špatnými tepelnými vodiči => při nedostatku proudění si jednotlivé vrstvy vody poměrně dobře udržují svoji teplotu; led izoluje vodu pod sebou od vnějšího chladu a brání dalšímu zamrzání Hlavní teplotní anomálií vody je ale fakt, že: voda při tuhnutí zvětšuje svůj objem (led je lehčí než voda a plave na hladině) její hustota neklesá plynule v závislosti na teplotě, ale dosahuje maxima při +4 °C (+3,98 °C)

Teplotně-objemová anomálie vody Běžné kapaliny (drtivá většina): při poklesu teploty zmenšují svůj objem (jako důsledek zmenšujících se vzdáleností mezi molekulami) => hustota vlivem rostoucí teploty klesá => teplejší kapalina stoupá podle Archimédova zákona vzhůru, tj. u hladiny je nejteplejší, u dna nejchladnější zamrzají ode dna směrem k hladině (tj. od nejchladnějšího místa) Voda je anomální: hustota při ochlazování roste jen po teplotu +4 °C, při nižších teplotách je opět menší => nejvyšší hustota je při +4 °C led vzniklý zmrznutím vody má větší objem než původní kapalná voda (asi o 8 %) Oba jevy mají společný fyzikálně- chemický základ: vodíkové můstky mezi molekulami. vodíkové můstky

Molekula vody má dipólový charakter – atom kyslíku s vyšší elektronegativitou než atomy vodíku k sobě částečně přitahuje elektrony chemické vazby => na atomech kyslíku vzniká parciální záporný náboj a na atomech vodíku parciální kladný náboj. vodíkový můstek není skutečná chemická vazba, jedná se jen o velice slabé, za normálních teplot naprosto nevýrazné působení. přitažlivé elektrostatické síly mezi H+ a O– jednotlivých molekul jsou nejintenzivnější při teplotě 4°C => molekuly vody jsou u sebe nejblíže jpg Důsledky teplotně-objemové anomálie vody pro jevy v přírodě: při teplotě +4 °C má voda největší hustotu, tj. klesá ke dnu => u dna v dostatečně hlubokých vodních nádržích je vždy teplota alespoň +4 °C => možnost přežití vodních živočichů voda zamrzá od hladiny, led funguje jako tepelný izolant a brání dalšímu poklesu teploty vody pod ním Vodíkový můstek

Závěrečné opakovací úkoly 1.Jaké jevy by nastávaly při postupném ochlazování vody za situace, kdyby voda nevykazovala efekt teplotně-objemové anomálie (tj. chovala by se jako ostatní kapaliny)? 2.Jak by se toto chování projevilo v přírodě, např. při schopnosti přežívání vodních živočichů v zimním období? 3.Jaké negativní důsledky má teplotně-objemová anomálie vody, např. při tuhnutí vody a vzniku ledu? Sami si zvolte další náměty doplňující informace k danému tématu

Použité informační zdroje (1)BARTUŠKA, K., SVOBODA, E. Fyzika pro gymnázia – Molekulová fyzika a termika. Praha: Prometheus, (2)BUREŠ, J. conVERTER [online]. Dostupné na URL: (3)HTML, Fyzika [online]. Dostupné na URL: (4)MIKULČÁK, J. a kol. Matematické, fyzikální a chemické tabulky pro střední školy. Praha: Prometheus, (5)OSEL (Objective Source E- Learning). Internetový časopis pro popularizaci vědy [online]. Dostupné na URL: (6)SVOBODA, E. a kol. Přehled středoškolské fyziky. Praha: SPN, (7)Technika kolem nás. Internetový portál [online]. Dostupné na URL: (8)Wikipedia. Internetová encyklopedie [online]. Dostupné na URL: