Proč je voda “mokrá”?

Letní blog na osvěžení. Zamysleli jste se někdy nad tím, proč se nám zdá voda mokrá - a jiné tekutiny ne? (délka blogu 8 min.)

Voda je … mokrá

Zdálo by se, že je to naprostá samozřejmost. Pocit na kůži, namočené vodou, vnímáme jako “mokro”. Žádná jiná tekutina přitom tento pocit nezprostředkovává. Proč právě voda a proč právě “mokro”? 

Hned na počátku musím zmínit, že ultimativní vysvětlení tohoto jevu zatím neexistuje. Možná přijdete na jiné a pádnější argumenty. Všeobecně se má za to, že voda způsobuje na lidské kůži určité efekty. Vzruchy jsou pak přenášeny do mozku, který je vyhodnocuje a vyvozuje z nich závěry. Je to podobné jako s vnímáním barev. Nikdo nezaručí, že “zelená” barva jakou vidíte vy, je přesně stejná “zelená” jakou vidí někdo jiný. Jsme ale zvyklí dané barvě říkat “zelená” (světlá, tmavá, teplá, studená, apod.) takže se většina zdravé populace Evropy shoduje na stejném vjemu. Někteří lidé, postižení nesprávným viděním barev, mohou mít problémy takový vjem odlišit od ostatních barev - typická je například porucha rozlišení červené a zelené. 

Podobně jako je to s barvami, učíme se vnímat “mokro” už v batolecím věku, tvrdí vědci. Celý život si pak “pamatujeme” pocit, který vyvolává na kůži voda. Na rozdíl od barevného vnímání - ale nemáme žádné senzory, které by mohly “mokro” zprostředkovávat. Jak je tedy možné, že víme, že máme mokrou ruku - tedy ruku, namočenou vodou? Když ji namočíme do oleje, pocit mokra se nedostaví. Stejně tak se nedostaví při politím etanolem nebo jinou tekutinou. Voda, zdá  se, je v tomto jedinečná. 

Pokus o vysvětlení - může za to... chemie?

Voda je opravdu jedinečná tekutina - pokud ji srovnáváme s etanolem, olejem nebo jinou, málo exotickou a poměrně hodně rozšířenou látkou, používanou v běžném životě. Voda smáčí povrchy jinak, než olej nebo alkoholy. 

Pokud tedy jen ona vyvolává pocit mokra, jedná se tu nejspíše o efekty, za které může… chemie. Voda například stéká po kůži a vytváří malé kapky, zatímco olej nebo alkohol kůži smáčí kompletně. 

Molekuly vody jsou silně polární. To znamená, že se v molekule vytváří oblasti s kladným a záporným nábojem. 

Na horním obrázku je znázorněno, jak vypadá situace molekul vody v praxi. Na atom kyslíku se ve vodě váží dva atomy vodíku. Díky určité specifické vlastnosti kyslíku se pak v molekule rozdělují elektrické náboje jednotlivých komponent nerovnoměrně. Jev nese název polarita. 

Polarita se vysvětluje schopností kyslíku přitahovat náboj atomů vodíku. V jednom z předchozích blogů jsem to vysvětlila na příkladu hypotetického atomového hotelu. 

Princip atomového hotelu

Atomy chemických prvků si můžeme představit jako hotely. Jejich sklepy jsou obsazeny příslušnými nukleony - protony a neutrony, ze kterých se skládají atomová jádra. Tma jim vůbec nevadí, naopak, žijí si ve svém vlastním mrňavém světě, ve kterém panují zákony, které my obyčejní lidé vůbec nevnímáme (například tzv. silná a slabá interakce). Elektrony, které jsou také součástí atomu, vyvažují kladný náboj jádra a starají se o to, aby byl atom celkově neutrální. Elektrony nemohou do sklepa, obsazují tedy pokoje v různých patrech hotelu.

Každý atomový hotel je postaven podle stejného stavebního plánu. Jednotlivá patra mají různý počet pokojů - a všechny jsou dvoulůžkové. Elektrony obsazují patro za patrem. V posledním, nejvyšším patře se pak zbylé elektrony usazují v pokojích pokud možno jednom.

Ty, které získaly pokoj jen pro sebe, jsou nejprve nadšené ze spousty místa, časem se ale (jak jinak) začnou nudit. Hledají si proto partnery - a nacházejí je v elektronech, které trpí stejným problémem v jiném hotelu. Začínají spolu komunikovat, telefonují si a dokonce se snad i vzájemně navštěvují. Vznikne tak … chemická vazba mezi dvěma prvky.

V případě vody, která se skládá z jednoho atomu kyslíku a dvou atomů vodíku, se spojí dva nešťastné elektrony ve vrchním patře kyslíku - s dvěma osamělými kolegy, které se nudí ve dvou atomech vodíku.

Tím ale vzájemná interakce nekončí. Pořád tu ještě máme sklepení, plná kladných nábojů protonů. A kladné náboje, jak je známo, rády přitahují záporné náboje. Ne že by se snad mohlo stát, že se cizí elektrony dostanou až k nim do sklepa... určitá interakce přesto nastává. 

V případě vodíku (který má jen jeden proton a jeden elektron) je dokonce situace dost kritická. Jeho jediný elektron vodíku totiž odešel na párty, kterou pořádá atom kyslíku. To, čemu říkáme proton - pak zůstane v atomu vodíku nezdravě osamělý. Touží teď po elektronu a je mu už jedno, který to je. Vezme za vděk i elektronem, který mu třeba jen mává z okna jiného atomárního hotelu.

Osamělý proton ve sklepě vodíkového hotelu a soucitné elektrony, které na něj mávají z jiného hotelu, sice netvoří žádnou chemickou vazbu, přesto jsou ale schopné ze své fyzikální lásky (elektromagnetické síly) “přenášet skály” jinými slovy natočit nebo přemístit molekulu vody tak, aby si byli navzájem co nejblíže. Tomuto vztahu pak chemik říká “vodíkový můstek”.

Jsou to právě vodíkové můstky, kdo by mohl vnést do záhady trochu světla. Je totiž dobře možné, že voda reaguje s naší kůží díky efektům, které má na svědomí tvorba vodíkových můstků mezi molekulami vody a kůží. Může docházet k různým změnám, například k přesunu iontů. Naše nervy pak vnímají tyto nepatrné proměny a přenášejí je do mozku, kde jsou vyhodnocovány jako “pocit mokra”. Voda je navíc (v případě, že jsou v ní rozpuštěné různé chemické soli) vodičem - může tedy vést elektrický proud - což by mohla být další možnost, jak ovlivnit nervy, nacházející se pod kůží. 

K vytvoření pocitu mokra možná také přispívá základní charakteristika tekutiny. Je to poměrně vysoká hustota (oleje nebo alkoholy mají hustotu menší než voda) a přitom daleko nižší viskozita, tedy schopnost stékat po kůži, než jakou vykazuje například olej. 

Co se týká alkoholů, ty mohou také vyvolávat změny v kůži. Jedná se ale o změny jiného charakteru. Alkoholy mohou rozpouštět ochrannou tukovou vrstvu kůže. Vzhledem k tomu, že se v naší přírodě čisté alkoholy nevyskytují, nemáme na takové vzruchy vyvinuté žádné speciální receptory. 

Ty mimochodem nemáme ani pro změny, vznikající na kůži díky vodíkovým můstkům… 

align="justify"