Proč se tyhle kapky chovají jako živé?Veritasium

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.