Vodní kámen, to je prevít

Jo jo, vodní kámen to je prevít. Vodní kámen nás trápí na vodovodních bateriích, umyvadlech, vanách, ve vodovodních potrubích a přístrojích, kterými protéká voda. Víte ale, co to vodní kámen je? 

Vodní kámen vzniká při uvolňování minerálů z vody. Voda, která se tlačí z podzemí na povrch Země, prochází různými vrstvami podloží. Mezi těmito vrstvami jsou také vrstvy vápence, které do prosakující vody uvolňují soli vápníku a hořčíku. Při zahřívání takovéto vody se odpařují pouze molekuly vody a ionty vápenatých a hořečnatých solí se usazují na stěnách hrnců, umyvadel, kuchyňských dřezů. Tyto usazeniny způsobují problémy nejen estetické, ale také funkční. 

Měkká voda pochází z vodních zdrojů z míst, ve kterých je málo těchto sloučenin (lesní studánky, rašeliniště). Také dešťová voda je měkká voda. Zkuste nachytat do kbelíku dešťovou vodu a poté si umyjte ruce mýdlem v dešťové vodě a ve vodě z vodovodního kohoutku.  Cítíte rozdíl? Měkká voda podstatně lépe rozpouští detergenty – tedy prací prášky, mýdla a gely – a tím se sníží jejich spotřeba. V měkké vodě se také zlepší smývání nečistot z povrchů předmětů. 

V dnešním pokusu se budeme snažit odlišit měkkou vodu od tvrdé vody.  Jedním ze způsobů, jak se dá určit, zda je vaše voda tvrdá nebo měkká, je pozorovat, jak moc vytváří mydliny. Zjistíte, že v měkké vodě se bude mýdlová pěna vytvářet o hodně snadněji. K experimentování budeme potřebovat dvě stejné půllitrové plastové láhve, trochu hořké (hořečnaté) soli, která se dá koupit v lékárně, saponát na mytí nádobí a vodu. 

Každou láhev naplňte asi do poloviny vodou. Do jedné z nich přidejte dvě čajové lžičky hořké soli. Tuto láhev uzavřete víčkem a sůl v ní důkladně rozpusťte (pár sekund s ní energicky třeste). Láhev otevřete a do obou lahví přidejte několik kapek saponátu na umývání nádobí. Na hrdla obou lahví našroubujte víčka a tento saponát v nich pořádně rozmíchejte. Postavte obě láhve na stůl, pozorujte vodu v každé z nich. Pění voda v obou lahvích stejně? Je nějaký způsob, jak tvrdou vodu změkčit? A co je třeba udělat, abychom „vyrobili“ z měkké vody tvrdou vodu?

Vypozorovali jste to samé co já? V láhvi s rozpuštěnou hořkou solí je méně bublinek než v láhvi s obyčejnou vodou, která nebyla solí obohacená. Rozpuštěním hořké soli ve vodě jste z vodovodní vody udělali vodu tvrdší. Pokud používáte na chatě, chalupě či u babičky vodu ze studny, pravděpodobně se bude jednat o tvrdou vodu. Budou v ní rozpuštěné minerály, které se nachází ve vrstvách, ve kterých je studna vykopaná nebo kterými protéká, než se do studny dostane. Minerály rozpuštěné ve vodě oddalují působení saponátů při smývání nečistot z rukou, nádobí, z prádla. Pokud máme tedy tvrdou vodu, je potřeba do ní přidat chemické látky, které vodu upravují, snižují její tvrdost.  Změkčování vody se provádí různými způsoby. Klasickou metodou je změkčování vody pomocí chemických látek (hydroxid vápenatý, uhličitan sodný). Tyto látky reagují s rozpuštěnými vápenatými a hořečnatými solemi a mění je na nerozpustné. Častým způsobem změkčování je použití tzv. iontoměničů. Stručně a jednoduše řečeno při protékání vody tímto iontoměničem dochází k odebírání hořečnatých a vápenatých iontů a dodávání iontů neškodných. Na trhu jsou k dostání také magnetické změkčovače vody, které se snaží zbavit vodu nevhodných iontů pomocí magnetického pole.

Pokud vás dnešní téma zaujalo, vyzkoušejte experimenty s různými druhy soli – jak se bude chovat saponát v roztoku kuchyňské soli nebo v různých solích do koupele. Víte, která minerálka obsahuje nejvíce minerálů a iontů? Porovnejte její chuť s jinými minerálními vodami. Jak bude bublinkovat saponát v minerálce?

Pozorujte, kreslete, zapisujte, mailujte. A hlavně se u pokusů dobře bavte!

Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby – i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy.

Za jak dlouho se utopí svíčka?

Představte si, že máte dvě stejně dlouhé svíčky. Jednu necháte hořet na desce stolu (nebo raději ne, bezpečnější asi bude postavit ji na talířek) a druhá hoří ponořená ve svislé poloze ve vodě tak, že nad hladinou vyčnívá přibližně půl centimetru svíčky.  Kdy zhasne svíčka ve vodě?

Otázka zřejmě není až taková těžká. Přece když nad hladinou vyčnívá půl centimetru svíčky, tak po odhoření tohoto půl centimetru plamen svíčky zaplaví voda. Ale pozor - známá pravda říká, že na jakoukoliv otázku existuje jednoduchá, logická, snadno pochopitelná, ale nesprávná odpověď. Bude lepší, když se přesvědčíme pokusem. Protože dnes budeme pracovat s hořícími svíčkami - a oheň jak známo je dobrý sluha, ale zlý pán - poproste někoho dospělého ze svého okolí o dohled.

K realizaci pokusu budeme potřebovat dvě stejné svíčky, zavařovací sklenici, připínáček, kousek drátu a zápalky. Nic, co byste doma nenašli. Sklenici naplníme vodou. Do spodní části svíčky zapíchneme připínáček a omotáme kolem něj drát. Připínáček s drátkem budou sloužit jako závaží, kterým zatížíme svíčku, aby stála ve sklenici, vznášela se ve svislé poloze, nepřevrátila se a nezahasila. Svíčku zapálíme a kromě doby hoření pozorujeme, jak se mění velikost ponořené části svíčky a její tvar.

Překvapivé je už porovnání začátku hoření svíčky ve vodě a hořící svíčky stojící na suchu vedle na stole. Plamen v plovoucí svíčce vypaluje vosk hlavně v blízkosti knotu a vytváří tak ve svíčce podstatně větší jamku, než je tomu u svíčky na suchu. Díky této prohlubni vosk nepřetéká přes okraje svíčky. Za vytvoření odlišného tvaru a hloubky prohlubně může okolní voda, která vosku odebírá teplo (voda je velmi dobrý tepelný vodič), a tak zabraňuje jeho rozehřátí až k okraji. Od určitého okamžiku dochází k ubývání vosku i po obvodu svíčky a hloubka prohlubně se již nemění. Postupně ubývá ponořené části svíčky, aniž by se měnila výška té části, která je nad hladinou. Plamen zhasne až v okamžiku, kdy se dno svíčky i s připínáčkem přiblíží ke dnu prohlubně. V tu chvíli dojde k propálení prohlubně a voda zalije plamen svíčky.

S postupujícím hořením svíčka zmenšuje svoji hmotnost, což má za následek zmenšení její tíhy. Zmenšování objemu svíčky ovlivní velikost vztlakové síly. Velikost vztlakové síly totiž podle Archimédova zákona závisí na objemu ponořené části tělesa (a na hustotě kapaliny). Postupně se tedy kousek po kousku zmenšuje výška ponořené části svíčky. Svíčka ubývá odspodu a nad hladinou je přibližně stejná její část, stejný půlcentimetr jako na začátku hoření.

Před chvílí jsem se zmínil o ochlazování svíčky ve vodě. Zajímavé by asi bylo srovnání doby hoření obou svíček. Za předpokladu, že se jedná opravdu o dvě stejné svíčky zapálené ve stejný okamžik, budou hořet stejně dlouhou dobu? Nebo některá z nich bude hořet zřetelně delší dobu. Nevím, jestli je můj předpoklad správný – nakonec můžete vše ověřit pokusem – je docela možné, že svíčka ve vodě, protože je ochlazovaná po celou dobu hoření, proto vyhoří zřetelně později.  

Na závěr ještě jedna praktická rada. Ne každá svíčka je k provedení pokusu vhodná. Lepší jsou kratší a silnější svíčky. K vyvážení tenkých a dlouhých svíček (např. vánočních) je třeba hodně trpělivosti. Nehledě na to, že tyto svíčky se také ve vodě rády převracejí. 

Pozorujte, kreslete, zapisujte, mailujte. A hlavně se u pokusů dobře bavte!

Žádný pokus nedělejte bez přítomnosti dospělé osoby – i zdánlivě velmi jednoduchý pokus může nadělat spoustu neplechy.