Škoda je to preto, lebo práve na kolobehu vápnika sa dá veľmi pekne vysvetliť všeličo dôležité a zaujímavé z chémie. Keby sme si to pamätali, vedeli by sme z chémie viac, než o nej bežne vieme. A naopak, keby sme z chémie vedeli viac, než o nej bežne vieme, tak by sme si to asi zapamätali. No nič, skúsme si to pripomenúť.
Začnime tým kolobehom vody. Najviac vody je v moriach, časť z tej vody sa vyparí, vytvoria sa oblaky, ktoré buď zostanú nad morom, alebo ich vietor odnesie nad pevninu, z oblakov potom prší, voda na zemskom povrchu vytvára potoky a rieky a nimi sa dostáva späť do mora. Pre kolobeh vápnika je dôležité toto: v mori je voda slaná, vyparuje sa voda sladká, prší voda kyslá a v potokoch tečie voda tvrdá.
.kyslá voda
Keď sa voda vyparuje z mora, deje sa to tak, že z hladiny unikajú jednotlivé molekuly vody. Soli rozpustené vo vode z hladiny neunikajú, vyparuje sa naozaj len čistá voda.
Vodná para, tvorená jednotlivými molekulami vody, je neviditeľná a nijako nereaguje s inými chemickými látkami prítomnými vo vzduchu. Ak je však molekúl vody vo vzduchu dosť veľa, začnú sa spájať do kvapôčok, a tým sa všeličo zmení. Najviditeľnejšia zmena spočíva v tom, že vodu začneme vidieť. Ak vidíme stúpať paru z nádoby s horúcou vodou, nie je to v skutočnosti para, sú to už tie kvapôčky. To isté sa týka oblakov – tie tiež nie sú tvorené vodnými parami, ako sa mnohí domnievame, ale vodnými kvapôčkami, či dokonca kryštálikmi ľadu. Inou dôležitou zmenou sú chemické reakcie, ku ktorým dochádza v kvapôčkach. Keď sa molekuly oxidu uhličitého dostanú do vody v kvapalnom skupenstve, vznikne chemická reakcia, ktorá medzi oxidom uhličitým a vodou v plynnom skupenstve nevzniká. Chemická reakcia spočíva v tom, že molekula vody H2O sa spojí s molekulou oxidu uhličitého CO2 a spolu vytvoria molekulu H2CO3, ktorej hovoríme kyselina uhličitá. Napísané po chemicky to vyzerá takto:
H2O + CO2 " H2CO3
Táto nudne vyzerajúca chemická rovnica hovorí celkom zaujímavú vec, že dažďové kvapky sú síce slabou, ale predsa len kyselinou. (Poznámka: ak vzduch obsahuje vo zvýšenej miere oxidy síry a dusíka, vznikajú v dažďových kvapkách silnejšie kyseliny – siričitá, sírová a dusičná. Až v takom prípade hovoríme o kyslých dažďoch, ktoré predstavujú vážne ekologické nebezpečenstvo. Ale z čisto chemického hľadiska je každý dážď do istej miery kyslý.)
.vodný kameň
Kyseliny, ako všetci vieme, sú pomerne agresívne zlúčeniny. Slabá kyselina je agresívna len tak trošku, ale predsa. Do čoho sa pustí naša kyselina uhličitá, keď dopadne na zem a vsiakne do nej? Nuž, do všeličoho, pričom mimoriadne jej chutí napríklad vápenec.
Vápenec je z chemického hľadiska soľ, konkrétne uhličitan vápenatý (jeho chemický vzorec vyzerá takto: CaCO3). Táto soľ je vo vode nerozpustná, ale my už vieme, že dažďová voda nie je tak celkom voda – niektorými vlastnosťmi sa môžu dažďová a destilovaná voda významne líšiť. Jednou z týchto vlastností je práve rozpustnosť vápenca – ten sa v destilovanej vode nerozpúšťa, ale v dažďovej sa správa inak.
Dažďová voda, t.j. slabá kyselina uhličitá, rozpúšťa v sebe (niektoré) molekuly vápenca na dva ťuky. Prvým je chemická reakcia, v ktorej sa molekula kyseliny uhličitej H2CO3 spojí s molekulou uhličitanu vápenatého CaCO3 a vytvoria spolu molekulu takzvaného hydrouhličitanu vápenatého Ca(HCO3)2. Ten už vo vode rozpustný je, takže sa rozpustí (to je ten druhý ťuk).
Tak sa dostáva vápnik do vody, a tak sa dostáva aj z vody. Táto chemická reakcia totiž môže prebiehať obidvomi smermi – dve menšie molekuly sa môžu spojiť na jednu väčšiu, alebo sa môže tá väčšia rozložiť na dve menšie (ktorým smerom to prebieha, závisí od všeličoho, napríklad od teploty alebo od koncentrácií jednotlivých látok). Nerozpustný uhličitan sa teda môže v dažďovej vode zmeniť na rozpustný hydrouhličitan, a ten sa potom môže opäť zmeniť na nerozpustný uhličitan. Napísané po chemicky to vyzerá takto:
H2CO3 + CaCO3 D Ca(HCO3)2
Táto nudne vyzerajúca chemická rovnica zase hovorí celkom zaujímavú vec, že vápenec CaCO3 sa môže najprv v dažďovej vode (na dva ťuky) rozpustiť a potom sa z nej neskôr znova vyzrážať. Pri tom spätnom vyzrážaní vznikajú niekedy veľmi pekné veci, ako napríklad vápencové jaskyne so všetkými tými stalagmitmi, stalaktitmi a stalagnátmi, alebo menej pekné veci, ako je napríklad vodný kameň v záchodoch, kúpeľniach a varných kanviciach.
.tvrdá voda
Vode, z ktorej vzniká vodný kameň, hovoríme tvrdá voda. Ale nie je to pre ten kameň (hoci ten je tvrdý), ale pre niečo iné. Konkrétne pre fazuľu.
Fazuľa je potvora. Na to, aby poriadne zmäkla, nemožno ju variť len tak v hocijakej vode. Ak ju varíte vo vode z horskej bystriny, zostane pomerne tvrdá. A zrejme práve na základe tejto skutočnosti získala tvrdá voda svoje pomenovanie.
A prečo vlastne fazuľa varená v tvrdej vode dostatočne nezmäkne? Môže za to vápnik, ktorý sa tam dostal s vápencom. Atómy vápnika totiž celkom ochotne reagujú s takzvanými pektínmi, čo sú polysacharidy tvoriace základnú štruktúru bunkových stien rastlinných buniek. Výsledkom tejto reakcie je spevnenie spomínanej štruktúry, čo sa navonok prejaví ako nedostatočné zmäknutie.
Vápnik vo vode vie robiť aj všelijakú inú šarapatu. V tvrdej vode sa napríklad netvorí mydlová pena (namiesto nej sa tvorí taký nepekný biely kal) a zle sa v nej umýva či perie. Dôvodom je opäť chemická reakcia vápnika (prípadne horčíka, ktorý je v tvrdej vode tiež prítomný) s molekulami mydla.
Molekuly mydla sa skladajú z dvoch častí. Z hlavičky, ktorá má vodu rada, a z chvostíka, ktorý sa vody bojí. Keď sa takéto molekuly rozpustia vo vode, snažia sa usporiadať tak, aby boli chvostíky pred vodou chránené. To dosahujú tak, že hlavičky vytvoria dve súvislé vrstvy a chvostíky sa schovajú medzi tieto vrstvy. Každá takáto dvojvrstva hlavičiek s vnútri schovanými chvostíkmi predstavuje mydlovú blanku a veľa takýchto blaniek tvorí penu. To je tá zábavná časť mydlovej vody. Užitočná časť spočíva v tom, že chvostíky majú rady tuky, preto sa k nim rady prilepia a vďaka svojim hlavičkám urobia z nerozpustného tuku rozpustnú kombináciu tuk + mydlo.
Vápnik obe tieto veci – aj tú zábavnú, aj tú užitočnú – pokazí. Vďaka jeho reakcii s molekulami mydla sa mydlové molekuly pospájajú do inej štruktúry, vytvoria akúsi zrazeninu a už nefungujú tak, ako by sme chceli. Preto ak chceme používať tvrdú vodu na umývanie či pranie (a na mnoho iných účelov), musíme ju najprv zmäkčiť. Zmäkčovanie vody sa dosahuje pridaním nejakej látky, ktorá z vody vychytá vápnik a horčík, aby nerobili galibu.
Tak, to by bolo o kolobehu vápnika vo vode. Ale to nie je ani zďaleka všetko o kolobehu vápnika vo všeobecnosti. V ďalších pokračovaniach tejto série si povieme niečo o kolobehu vápnika v geológii, v stavebníctve, v živých organizmoch a v jednotlivých bunkách. Tak ako každý chemický prvok, aj vápnik je veľmi zaujímavý.
Začnime tým kolobehom vody. Najviac vody je v moriach, časť z tej vody sa vyparí, vytvoria sa oblaky, ktoré buď zostanú nad morom, alebo ich vietor odnesie nad pevninu, z oblakov potom prší, voda na zemskom povrchu vytvára potoky a rieky a nimi sa dostáva späť do mora. Pre kolobeh vápnika je dôležité toto: v mori je voda slaná, vyparuje sa voda sladká, prší voda kyslá a v potokoch tečie voda tvrdá.
.kyslá voda
Keď sa voda vyparuje z mora, deje sa to tak, že z hladiny unikajú jednotlivé molekuly vody. Soli rozpustené vo vode z hladiny neunikajú, vyparuje sa naozaj len čistá voda.
Vodná para, tvorená jednotlivými molekulami vody, je neviditeľná a nijako nereaguje s inými chemickými látkami prítomnými vo vzduchu. Ak je však molekúl vody vo vzduchu dosť veľa, začnú sa spájať do kvapôčok, a tým sa všeličo zmení. Najviditeľnejšia zmena spočíva v tom, že vodu začneme vidieť. Ak vidíme stúpať paru z nádoby s horúcou vodou, nie je to v skutočnosti para, sú to už tie kvapôčky. To isté sa týka oblakov – tie tiež nie sú tvorené vodnými parami, ako sa mnohí domnievame, ale vodnými kvapôčkami, či dokonca kryštálikmi ľadu. Inou dôležitou zmenou sú chemické reakcie, ku ktorým dochádza v kvapôčkach. Keď sa molekuly oxidu uhličitého dostanú do vody v kvapalnom skupenstve, vznikne chemická reakcia, ktorá medzi oxidom uhličitým a vodou v plynnom skupenstve nevzniká. Chemická reakcia spočíva v tom, že molekula vody H2O sa spojí s molekulou oxidu uhličitého CO2 a spolu vytvoria molekulu H2CO3, ktorej hovoríme kyselina uhličitá. Napísané po chemicky to vyzerá takto:
H2O + CO2 " H2CO3
Táto nudne vyzerajúca chemická rovnica hovorí celkom zaujímavú vec, že dažďové kvapky sú síce slabou, ale predsa len kyselinou. (Poznámka: ak vzduch obsahuje vo zvýšenej miere oxidy síry a dusíka, vznikajú v dažďových kvapkách silnejšie kyseliny – siričitá, sírová a dusičná. Až v takom prípade hovoríme o kyslých dažďoch, ktoré predstavujú vážne ekologické nebezpečenstvo. Ale z čisto chemického hľadiska je každý dážď do istej miery kyslý.)
.vodný kameň
Kyseliny, ako všetci vieme, sú pomerne agresívne zlúčeniny. Slabá kyselina je agresívna len tak trošku, ale predsa. Do čoho sa pustí naša kyselina uhličitá, keď dopadne na zem a vsiakne do nej? Nuž, do všeličoho, pričom mimoriadne jej chutí napríklad vápenec.
Vápenec je z chemického hľadiska soľ, konkrétne uhličitan vápenatý (jeho chemický vzorec vyzerá takto: CaCO3). Táto soľ je vo vode nerozpustná, ale my už vieme, že dažďová voda nie je tak celkom voda – niektorými vlastnosťmi sa môžu dažďová a destilovaná voda významne líšiť. Jednou z týchto vlastností je práve rozpustnosť vápenca – ten sa v destilovanej vode nerozpúšťa, ale v dažďovej sa správa inak.
Dažďová voda, t.j. slabá kyselina uhličitá, rozpúšťa v sebe (niektoré) molekuly vápenca na dva ťuky. Prvým je chemická reakcia, v ktorej sa molekula kyseliny uhličitej H2CO3 spojí s molekulou uhličitanu vápenatého CaCO3 a vytvoria spolu molekulu takzvaného hydrouhličitanu vápenatého Ca(HCO3)2. Ten už vo vode rozpustný je, takže sa rozpustí (to je ten druhý ťuk).
Tak sa dostáva vápnik do vody, a tak sa dostáva aj z vody. Táto chemická reakcia totiž môže prebiehať obidvomi smermi – dve menšie molekuly sa môžu spojiť na jednu väčšiu, alebo sa môže tá väčšia rozložiť na dve menšie (ktorým smerom to prebieha, závisí od všeličoho, napríklad od teploty alebo od koncentrácií jednotlivých látok). Nerozpustný uhličitan sa teda môže v dažďovej vode zmeniť na rozpustný hydrouhličitan, a ten sa potom môže opäť zmeniť na nerozpustný uhličitan. Napísané po chemicky to vyzerá takto:
H2CO3 + CaCO3 D Ca(HCO3)2
Táto nudne vyzerajúca chemická rovnica zase hovorí celkom zaujímavú vec, že vápenec CaCO3 sa môže najprv v dažďovej vode (na dva ťuky) rozpustiť a potom sa z nej neskôr znova vyzrážať. Pri tom spätnom vyzrážaní vznikajú niekedy veľmi pekné veci, ako napríklad vápencové jaskyne so všetkými tými stalagmitmi, stalaktitmi a stalagnátmi, alebo menej pekné veci, ako je napríklad vodný kameň v záchodoch, kúpeľniach a varných kanviciach.
.tvrdá voda
Vode, z ktorej vzniká vodný kameň, hovoríme tvrdá voda. Ale nie je to pre ten kameň (hoci ten je tvrdý), ale pre niečo iné. Konkrétne pre fazuľu.
Fazuľa je potvora. Na to, aby poriadne zmäkla, nemožno ju variť len tak v hocijakej vode. Ak ju varíte vo vode z horskej bystriny, zostane pomerne tvrdá. A zrejme práve na základe tejto skutočnosti získala tvrdá voda svoje pomenovanie.
A prečo vlastne fazuľa varená v tvrdej vode dostatočne nezmäkne? Môže za to vápnik, ktorý sa tam dostal s vápencom. Atómy vápnika totiž celkom ochotne reagujú s takzvanými pektínmi, čo sú polysacharidy tvoriace základnú štruktúru bunkových stien rastlinných buniek. Výsledkom tejto reakcie je spevnenie spomínanej štruktúry, čo sa navonok prejaví ako nedostatočné zmäknutie.
Vápnik vo vode vie robiť aj všelijakú inú šarapatu. V tvrdej vode sa napríklad netvorí mydlová pena (namiesto nej sa tvorí taký nepekný biely kal) a zle sa v nej umýva či perie. Dôvodom je opäť chemická reakcia vápnika (prípadne horčíka, ktorý je v tvrdej vode tiež prítomný) s molekulami mydla.
Molekuly mydla sa skladajú z dvoch častí. Z hlavičky, ktorá má vodu rada, a z chvostíka, ktorý sa vody bojí. Keď sa takéto molekuly rozpustia vo vode, snažia sa usporiadať tak, aby boli chvostíky pred vodou chránené. To dosahujú tak, že hlavičky vytvoria dve súvislé vrstvy a chvostíky sa schovajú medzi tieto vrstvy. Každá takáto dvojvrstva hlavičiek s vnútri schovanými chvostíkmi predstavuje mydlovú blanku a veľa takýchto blaniek tvorí penu. To je tá zábavná časť mydlovej vody. Užitočná časť spočíva v tom, že chvostíky majú rady tuky, preto sa k nim rady prilepia a vďaka svojim hlavičkám urobia z nerozpustného tuku rozpustnú kombináciu tuk + mydlo.
Vápnik obe tieto veci – aj tú zábavnú, aj tú užitočnú – pokazí. Vďaka jeho reakcii s molekulami mydla sa mydlové molekuly pospájajú do inej štruktúry, vytvoria akúsi zrazeninu a už nefungujú tak, ako by sme chceli. Preto ak chceme používať tvrdú vodu na umývanie či pranie (a na mnoho iných účelov), musíme ju najprv zmäkčiť. Zmäkčovanie vody sa dosahuje pridaním nejakej látky, ktorá z vody vychytá vápnik a horčík, aby nerobili galibu.
Tak, to by bolo o kolobehu vápnika vo vode. Ale to nie je ani zďaleka všetko o kolobehu vápnika vo všeobecnosti. V ďalších pokračovaniach tejto série si povieme niečo o kolobehu vápnika v geológii, v stavebníctve, v živých organizmoch a v jednotlivých bunkách. Tak ako každý chemický prvok, aj vápnik je veľmi zaujímavý.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.