Myslíte si, že je destilovaná voda čistá? Ano? Tým vědců z rakouské Technische Universität Wien a jejich kolegové z americké Cornell University byli právem jiného mínění. Potřebovali na testy opravdu chemicky i fyzikálně čistou vodu, a tak si ji museli „vyrobit“.
Reklama
„Abychom se vyhnuli například vzdušným nečistotám, bylo nutné čistou vodu vyrobit ve vakuu,“ vysvětluje Ulrike Dieboldová z TU Wien. „Chtěli jsme vytvořit vodní kapku, která se nikdy nedostala do styku se vzduchem. Úkol byl ještě těžší kvůli tomu, že se kapky vody ve vakuu rychle vypaří bez ohledu na okolní teplotu.“
Nejčistší na světě
Bylo tedy nutné zkonstruovat takovou vakuovou komoru, do níž byla vpuštěna pára, vytvořená z tak čisté vody, jaké byli vědci zatím schopni dosáhnout. V komoře pak byl umístěn kovový hrot, jehož špičku vědci vychladili přibližně na -140 °C. Na něm se pára vysrážela a vytvořila jakýsi super čistý rampouch. Jakmile se led rozpustil, získali vědci kapku super čisté vody.
Letos v srpnu mohli experimentátoři z TU Wien oznámit, že vytvořili nejčistší vodu na světě.
Letos v srpnu tak mohli experimentátoři z TU Wien oznámit, že vytvořili nejčistší vodu na světě. To ovšem nebylo samoúčelné, protože voda byla určena k důležitému testu. Samočisticí povrchy, využívající tenkou vrstvu oxidu titaničitého (TiO2), se dovedou při dopadu slunečního světla samy zbavovat organických nečistot, například mastnoty nebo sazí, v posledních letech však odborníci museli konstatovat, že ne vždy takový samočisticí povrch funguje zcela podle předpokladů. A vědci chtěli zjistit proč.
Samočisticí povrchy
Princip samočisticích povrchů s TiO2 byl objeven v roce 1995. A první „samočisticí sklo“, které bylo dáno ke komerčnímu použití, začala vyrábět firma Pilkington v roce 2001. Oxid titaničitý má dobré optické a mechanické vlastnosti, navíc má i fotokatalytické schopnosti. To znamená, že znečišťující látky (především organického původu) například na skle dovede rozložit pomocí světla. Tento proces využívá skutečnosti, že TiO2 je polovodič, obsahující valenční pás zaplněný elektrony a za normálních podmínek elektrony neobsazený vodivostní pás.
Kromě znečistění dovede vrstva zabránit třeba jen zamlžení zrcadel ve vlhkém vzduchu.
V případě, že se molekuly znečisťující látky dostanou do kontaktu s TiO2, vytvoří vysoce reaktivní radikály reagující i s velkými molekulami, které se pak rozloží. Radikály představují silné oxidační činidlo, které působí především na organické látky. Pak většinou stačí – třeba v případě skla – povrch jen opláchnout. Vrstvu je možné nanést prakticky na jakýkoliv materiál a kromě skla se samočistících povrchů využívá například u keramických obkladů, polymerů, jako je polykarbonát, betonu nebo oceli. Kromě znečistění dovede taková vrstva zabránit třeba jen zamlžení zrcadel ve vlhkém vzduchu.
Může za to voda?
V přírodě samozřejmě taková věc, jako je skutečně čistý povrch, neexistuje. Už jen kontakt se vzduchem dostačuje k pokrytí jakéhokoliv materiálu tenkou vrstvou molekul. Bohužel, tato jakási molekulární nečistota dokáže významně měnit vlastnosti materiálu, který pokrývá. První domněnkou bylo, že touto nečistotou je samotná voda. To, že povrch z TiO2 rozkládá organické molekuly, je známé, známý je i princip, jak k tomu dochází.
Takto vznikala ze zamrzlého „krápníku“ kapka superčisté vody
Co ale když onou nečistotou je voda samotná? Má voda nějaký vliv na samočisticí povrch? „Čtyři laboratoře po celém světě zkoumaly tento jev a výsledkem byla čtyři různá vysvětlení,“ upozorňuje Ulrike Dieboldová. Aby se konečně v jejím týmu dozvěděli pravdu, vyrobili si k testování onu čistou vodu a pak ji nechali odkápnout ve vakuu na povrch z oxidu titaničitého, vyčištěného do atomární čistoty.
Rozhoduje vzduch
Při posledním pokusu se ukázalo, že znečištění, které mění vlastnosti povrchů z TiO2 smáčené normální vodou (déšť, užitková voda na mytí), je jedinou molekulu silná vrstva dvou organických kyselin, a to kyseliny octové (CH3COOH) a kyseliny mravenčí (CH2O2). To bylo do jisté míry překvapující, protože ve vzduchu se nachází pouze stopové množství těchto látek – jen několik molekul kyseliny na miliardu molekul vzduchu.
I stopové množství vzduchu, které by mohlo být považováno za bezvýznamné, je někdy rozhodující.
Ačkoli je mnoho dalších molekul ve vzduchu zastoupeno mnohonásobně víc, jen tyto dvě kyseliny tedy mění vlastnosti povrchu oxidu titaničitého. „Problém předchozích experimentů byl v tom, že ani voda ani oxid titaničitý nebyly nikdy vystaveny vzduchu,“ řekla k výsledku Ulrike Dieboldová. „Tento výsledek nám dokládá, jak pečliví musíme být při provádění experimentů tohoto druhu. Dokonce i stopové množství vzduchu, které by mohlo být považováno za bezvýznamné, je někdy rozhodující.“
foto: Shutterstock, zdroj: Live Science
