Mnoho z nás zná jev, kdy běžná voda, zejména ta, která obsahuje nečistoty a minerály, zmrzne a změní se na led a stane se zakalenou a neprůhlednou. Deionizovaná voda má však zvláštnost-zůstává průhledná i po zamrznutí. Ale proč?
Nejprve je třeba zjistit, co je deionizovaná voda. Je to voda, ze které jsou odstraněny ionty a molekuly jiných látek, což umožňuje minimalizovat vliv nečistot na vlastnosti vody. Deionizovaná voda, očištěná od minerálů a nečistot, je dielektrická a neobsahuje žádné volné ionty.
V deionizované vodě tedy chybí částice, které by mohly ovlivnit proces tuhnutí, jako jsou soli nebo nečistoty. Díky absenci těchto částic může deionizovaná voda zamrznout rovnoměrně a bez inkluzí, což jí zajišťuje průhlednost i po zamrznutí.
Proč deionizovaná voda zamrzá?
Deionizovaná voda, neboli voda, ze které jsou odstraněny všechny minerální soli a ionty, má však některé zvláštnosti. Tato voda je zbavena nečistot a nečistot a její složení zůstává čisté.
Když voda zmrzne, obvykle se vytvoří krystalická struktura, která odráží světlo a činí LED neprůhledným. Kvůli nedostatku minerálů a dalších nečistot však může deionizovaná voda tvořit průhlednější ledové krystaly.
Minerály a nečistoty v běžné vodě ovlivňují tvorbu krystalové struktury a jsou schopny vytvářet malé vzduchové bubliny v ledu. Tyto bubliny lámou světlo a dodávají ledu bělavou barvu.
Povaha průhlednosti deionizované vody v zamrzlém stavu je tedy spojena s jejím vyčištěným složením a nedostatkem nečistot, které jsou obvykle přítomny v běžné vodě.
Struktura molekul
Molekuly vody se skládají ze dvou atomů vodíku (H) a jednoho atomu kyslíku (O) Spojených kovalentními vazbami. Voda má polární strukturu, což znamená, že elektrony v molekule jsou rozloženy nerovnoměrně a vytvářejí malý rozdíl nábojů.
Každý atom vodíku v molekule vody tvoří kovalentní vazbu s atomem kyslíku. Atomy vodíku kombinují své elektrony s elektrony kyslíku, což vytváří tvar molekuly vody a dává jí úhlovou strukturu.
Struktura molekuly vody je důležitá při tvorbě ledu. Při zamrznutí deionizované vody jsou molekuly umístěny v mřížce, kde mezi sebou tvoří mnoho krystalických vazeb. Tyto vazby dodávají ledu průhlednost, protože rozptylují světlo málo a umožňují mu pronikat ledovou strukturou.
| Atom | Náboj |
|---|---|
| Kyslík | Negativní |
| Vodík | Pozitivní |
Elektrostatická interakce mezi kladně nabitými atomy vodíku jedné molekuly s záporně nabitými atomy kyslíku sousedních molekul vede k tvorbě vodíkových vazeb. Tyto vazby jsou slabé, ale ve velkém množství poskytují strukturální integritu ledu a umožňují jeho zmrazení průhledné.
Nedostatek nečistot
Ionty a nečistoty přítomné v běžné pitné vodě mohou ovlivnit její strukturu a vlastnosti, když zmrznou. Například přítomnost kovových iontů nebo minerálních solí může vytvářet překážky pro tvorbu ledových buněk, což vede k jeho zakalenosti a neprůhlednosti.
V případě deionizované vody dochází k odstranění těchto nečistot, což zajišťuje její průhlednost při zamrznutí. Voda bez nečistot tvoří pravidelné, jasně strukturované ledové krystaly, které odrážejí světlo a dodávají mu průhlednost.
Deionizovaná voda je široce používána pro vědecké a průmyslové účely, jako jsou laboratoře a výroba elektroniky. Průhlednost zmrzlé deionizované vody je jednou z jejích cenných vlastností, která umožňuje její použití v určitých technologických procesech a studiích.
| Nečistota | Průhlednost v zamrzlé vodě |
|---|---|
| Kovové ionty | Zákal a neprůhlednost |
| Minerální sůl | Zákal a neprůhlednost |
| Organická látka | Zákal a neprůhlednost |
| Deionizovaná voda | Transparentnost |
Nízká koncentrace iontů
Ionty ve vodě mají náboj a jsou schopny interagovat s jinými molekulami a ionty a vytvářet různé chemické sloučeniny. Právě tyto sloučeniny dodávají vodě vlastnosti, jako je barevnost nebo zákal. Když ionty zmrznou do ledu, což ovlivňuje jeho optické vlastnosti.
Voda s vysokou koncentrací iontů obvykle obsahuje mnoho různých minerálních sloučenin, jako jsou soli nebo kovové ionty. Tyto sloučeniny interagují s ledovými krystaly a způsobují rozptyl světla, díky kterému je led zakalený nebo bílý.
V deionizované vodě je však koncentrace iontů extrémně nízká, takže během tuhnutí ionty nevstupují do interakce s ledovými krystaly. Díky tomu zůstává LED vytvořený z deionizované vody průhledný.
Tento jev je široce používán ve vědeckém výzkumu a v průmyslu. Čirý LED z deionizované vody, který neobsahuje interagující ionty, umožňuje různé optické experimenty a výrobní procesy.
Nízká koncentrace iontů v deionizované vodě je tedy hlavním důvodem, proč zamrzá.
Vliv na fázový přechod
K přeměně vody z kapalného stavu na pevné dochází, když je dosaženo fázového přechodu zvaného zmrazení. Během tohoto procesu, molekuly vody tvoří uspořádanou krystalovou mřížku, což vede k tvorbě ledu.
Deionizace vody, ve které se odstraňují všechny ionty a minerály, má zvláště pozitivní vliv na fázový přechod. Bez přítomnosti těchto nečistot voda nevytváří nečistoty, které by mohly narušit krystalickou strukturu ledu. Když voda zmrzne, tato krystalická struktura umožňuje průchod světla s minimálním rozptylem.
Průhlednost deionizované vody při zamrzání je tedy způsobena její čistotou a nedostatkem nečistot, které ovlivňují optické vlastnosti ledu.