Sciencemag.cz
Doporučujeme
Ionty H3O+ jsou rychlejší než OH-, co z toho může vyplývat? Zajímavosti o těžké vodě.
Jak víme z učebnic chemie, v čisté vodě se v malé míře vyskytují ionty H3O+ a OH-. Na jejich chování se zaměřila studie vědců z New York University. Oba ionty prý mají rozdílnou pohyblivost, mj. i v důsledku toho, že s neutrálními molekulami vody jiným způsobem tvoří vodíkové vazby.
Zdálo by se, že iont OH- je menší, a bude proto pohyblivější (spíše se „procpe“ mezi dalšími molekulami, než že by se s nimi srážel). Jak dále uvidíme, selský rozum ale tentokrát nemá pravdu.
Počítačové modely prý každopádně ukazují, že mezi oběma ionty prý existují asymetrie, což by se mohlo dát využít i v elektrochemii, např. při generování vodíku. Nejsilněji se tato asymetrie má projevovat ve stavu, který je podivný i z jiných důvodů – při 4 ºC, kdy má voda maximální hustotu. Tehdy se jev podařilo prokázat i experimentálně, sledováním pomocí nukleární magnetické rezonance. Životnost a rychlost na sobě mají záviset negativně, tj. čím rychleji se iont pohybuje, tím má existovat kratší dobu. Výsledek: větší iont H3O+ se pohybuje rychleji a má menší životnost. Jak se zdá, hustotní anomálie a chování iontů spolu souvisí. A to i z toho důvodu, že těžká voda se chová podobně – má svou vlastní hustotní anomálii (maximální hustota při 11 ºC, jinak v průměru o 11 % vyšší hustota než H2O) a při ní také rozdílné chování obou iontů D3O+ a OD-.
Popsaný jev se kromě možného budoucího využití v elektrochemii může již uplatňovat v biologii – např. při reakcích organismů na extrémní chlad, extrémně kyselé prostředí…
Poznámky PH:
Když člověk začne pátrat, zjistí, že kromě H3O+ se v poslední době uvádí v kapalné vodě existence i dalších, těžších kationtů, tedy H3O+ x nH2O – i když vzhledem k vodíkovým můstkům i mezi neutrálními molekulami vody stejně asi ani jindy nemá úplně smysl mluvit o izolovaných molekulách…
Vzato kolem a kolem. Stabilita iontu H3O+ roste v kyselém prostředí, u OH- logicky naopak. Je-li iont H3O+ při 4 ºC méně stabilní než OH-, mohli bychom dokonce dojít k podivnému závěru, že tato voda je zásaditá (i když samozřejmě po zániku iontu H3O+ vznikne zase nový)…?
Ono „využití v elektrochemii“ působí ovšem velmi mlhavě, když čistá voda je stejně skoro nevodivá. Navíc když dáme do vody či jejího roztoku elektrody, stejně nedocílíme toho, aby se pohybovaly jen ionty H3O+, ale bude se to muset vyrovnávat, ne? Souvislost s biologií též vypadá jako dost vágní.
Mimochodem, těžká voda je méně reaktivní, je v ní tedy méně iontů H3O+ a OH- (D3O+ a OD-). Definujeme-li tedy pH podle koncentrace H+, je tedy mírně zásaditá. Ukázal by to lakmusový papírek? (Zdá se to být celé antiintuitivní, je přece „pořád neutrální“.)
PRL, DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.076001
Zdroj: Phys.org, Physical Review Letters a další
