Anomálie vody

Co je to anomálie vody? Fyzikální jev; hustota vody v intervalu 0 °C až 4 °C roste, při teplotě 4 °C dosahuje maxima a se stoupající teplotou klesá; anomálie vody je předpokladem života ve vodě, protože povrchové vody zamrzají od hladiny směrem do hloubky. Které vlastnost částic vody nebo které částice způsobují anomálii vody? Nejde o nějaké nové síly, ale o to, že voda, tedy H2O, má zvláště příznivou strukturu pro tzv. vodíkové můstky. Atom vodíku je sice pro chemickou vazbu jednomocný, ale - tak trochu jako záletník - dokáže vedle toho navázat i vazbu další, zvanou vodíkový můstek. Taková vazba je o hodně slabší než chemická, ale zase mnohem silnější než obecná vzájemná přitažlivost molekul (van der Waalsovy síly, daná tím, že i neutrální molekuly mají víceméně pevná a těžká kladná jádra a kolem nich záporné obláčky, které se vzájemným odpuzováním mohou přesunout nesymetricky, tím vytvořit z molekul elektrické dipóly, a ty už na sebe silově působí). Fluor, prvek sousední ke kyslíku, to vodíku také "toleruje", ale tam se to projeví tím, že vedle jednoduchého fluorovodíku HF je velmi stabilní i dimer (HF)2. Molekuly vody se naproti tomu vodíkovými můstky dynamicky spřádají do jakýchsi "sítí", a proto je za normálních teplot voda kapalná, proto je tolik různých struktur ledu apod. Díky těmto "vnitřním propojením navíc", ne tak pevným, ale přesto výrazným, má voda anomálií mnoho: "obrácená roztažnost" mezi 0°C a 4°C, hustota ledu nižší než hustota kapaliny, klesání teploty tání ledu se zvyšujícím se tlakem, výrazně větší měrné teplo i skupenská tepla tání i varu než jiných kapalin apod. A především by měla být - podle své molekulové hmotnosti 18 - za obvyklých podmínek plynem, stejně jako fluorovodík, dvakrát těžší sulfan apod., a jak už bylo řečeno. Může mělký rybník zamrznout až na dno? Určitě může, ostatně v loužích se tak děje. Při mrznutí vody na led jde o to, že vodě odebíráte teplo, tím ji ochlazujete k teplotě tuhnutí, pak musíte odebírat skupenské teplo. Jakmile s mrazením postupujete od hladiny dále, musíte odebírané teplo transportovat přes již vzniklou vrstvu ledu. Určitě by to šlo v prvním přiblížení nasimulovat, například tak, že by se zanedbalo proudění vody a uvažoval jen jednodimenzionální sloupeček vody, kde teplo odebíráte z horní strany. Potřebné parametry vody i ledu jsou kupodivu ve standardních středoškolských tabulkách, zajímavé je, že tepelná vodivost ledu je skoro čtyřikrát větší než vody.