Proč se tyhle kapky chovají jako živé?

Sledujte, co se stane, když nakapu několik kapek potravinového
barviva na toto sklíčko. Některé se k sobě
přibližují a splývají, a jiné se odpuzují
a pronásledují se. Vypadá to skoro
jako nějaké mikroorganismy. Ale proč? Jestli si to chcete vyzkoušet, budete potřebovat potravinové
barvivo a pipetou si ho naředíte.

Pak musíte 30 sekund
nahřívat podložní sklíčko v plameni. Nechte ho vychladnout a pak na něj
nakapejte kapičky o různých koncentracích. Zjistíte, že kapky s podobnou
koncentrací se přibližují a splývají a kapky s různou
koncentrací se pronásledují. Na sklíčko si můžete
nakreslit okraje popisovačem, který zanechá hydrofóbní linky
a vytvoří kapkám závodní dráhu. Nebo se můžete přesvědčit, že se kapky
přitahují navzdory hydrofóbním linkám.

Jak je toho pouhá voda
s barvivem schopná? Je to díky vypařování. Všechny kapky se neustále vypařují
a kolem nich se tvoří obláček páry. Rychlost vypařování je závislá
na vlhkosti v okolí kapky. Čím je nižší vlhkost vzduchu,
tím rychleji se voda vypařuje. Když jsou dvě kapky blízko sebe, vlhkost mezi nimi
je vyšší než vlhkost kolem. Proto se voda na přivrácené straně
odpařuje pomaleji než na druhé straně.

To je pak tlačí k sobě. Rozdílné vypařování
tedy kapky přibližuje k sobě, to ale není všechno. Potravinové barvivo se v zásadě skládá
ze dvou látek, z vody a propylenglykolu. Tyto dvě látky
jsou snadno mísitelné, ale mají různé vlastnosti. Voda se například snadněji
vypařuje, protože je lehčí, a má také vyšší povrchové
napětí díky vodíkovým vazbám.

To je důležité, protože rozdíly
povrchového napětí vedou k zajímavým jevům. Například když nasypu na vodní hladinu
pepř, který mi umožní zviditelnit pohyb, a pak přímo doprostřed
ukápnu trochu mýdla, vidíte, že se voda náhle vzdaluje. Je to tím, že mýdlo má nižší
povrchové napětí než voda. Představte si to
jako tahání za provaz. Než jsem přidal mýdlo, všechny
molekuly se k sobě přitahovaly stejnoměrně. Když jsem doprostřed
přidal molekuly mýdla, molekuly vody kolem se vzájemně
přitahovaly více než mýdlo uprostřed.

Proto se odtáhli ke krajům,
pryč od rozpínajícího se mýdla. Tomuto pohybu se říká
Marangoniho efekt. Něco podobného se děje
i s našimi kapkami barviva. Kapky s podobnou koncentrací
se díky vypařování přibližují a splývají. Kapky s různou koncentrací
se také přiblíží, ale nedokážou splynout. Voda v kapce s nižší koncentrací se totiž odtahuje od kapky
s vyšším obsahem propylenglykolu.

Stejně jako se voda
odtahuje od mýdla. Rozdíly ve vypařování
pak ženou obě kapky vpřed. Je fascinující sledovat tyto kapky a přemýšlet o tom,
jak se podobají živým organismům. Živé organismy vyhledávají
molekuly, například potravu, a tomuto procesu
se říká chemotaxe. Chování těchto kapek
je tomu ale velmi podobné. Označuje se proto také
někdy jako umělá chemotaxe.

Že přitom vypadají jako živé, není podle mě
ani tak překvapující. Koneckonců evoluce začala
přirozeným sklonem molekul spojovat se, rozpadat se
a vzájemně se přitahovat a odpuzovat. Pak po miliardách let
zdokonalování díky přírodnímu výběru vytvořila evoluce organismy, jejichž využívání těchto přirozených
vlastností molekul se zdá zázračné. A tomu říkáme život.

Překlad: Zarwan
www.videacesky.cz Zkoušel jsem to i na sklíčkách,
které neprošly plamenem, ale nedařilo se mi kapky rozhýbat. Vložením sklíčka do plamene se totiž
vytváří povrch s vysokou energií. To znamená, že plamen porušuje některé
vazby na povrchu sklíčka a když pak na něj dáte kapku, tyto rozvolněné vazby
pak odpuzují molekuly vody z kapek, což následně usnadňuje
vypařování těchto molekul.

Ale jak se zrovna stalo,
některá sklíčka popraskají. Měli byste proto být velmi opatrní,
jestli to budete zkoušet doma. Když sklo zahřejete,
rychle se roztáhne, a když se pak zase ochlazuje a smršťuje,
vytváří se pnutí, které může sklo rozbít.