Záhada samoohřívacího polštářku

14. únor 2017

Hodí se lyžařům, myslivcům i členům polárních výprav. Polštářek, který po zmáčknutí malého plíšku ztvrdne a začne příjemně hřát. Jeho hřejivé kouzlo tkví v kapalině, která ovšem sama od sebe neví, jak ztuhnout.


Příspěvky Meteoru 11. 2. 2017
01:10 Proč je nebezpečné mazlit se s morčaty?
11:00 Jak fungují hřejivé pytlíky?
22:02 Bakterie, která miluje radioaktivitu
26:30 Pálení mrtvé hmoty otepluje planetu
37:50 Tužka a papír nahradí satelity
42:09 Byla skutečně objevena dinosauří DNA?
48:30 Slyšeli jste někdy kukuřici?

Je to k nevíře, ale za celou záhadou není nic složitého. Uvnitř pytlíku najdeme obyčejný roztok octanu sodného ve vodě. „Octan sodný je běžná sůl kyseliny octové, se kterou se můžeme potkat i v potravinách,“ uvedl host Meteoru Jan Havlík z Vysoké školy chemicko-technologické v Praze (VŠCHT). Bezvodý octan sodný je označován také jako E262 a používá se v potravinářském průmyslu jako regulátor kyselosti.

Výroba octanu sodného není složitá, poučený laik by to zvládl i v domácích podmínkách. „Potřebujeme k tomu roztok osmiprocentního octa a hydroxid sodný, který je obsažen třeba v tabletách, kterými se čistí záchody. Když do octa nasypeme potřebné množství hydroxidu, tak dojde k jeho neutralizaci. Z kyseliny a zásady nám vznikne sůl, a to je právě ten octan sodný,“ vysvětlil Jan Havlík.

Žíravý hydroxid sodný je možné nahradit bezpečnější jedlou sodou. Její výhoda je i v tom, že po smíchání s octem vytváří mimo octanu sodného také velké množství plynného oxidu uhličitého. Potřebné množství sody k neutralizaci tedy snadno poznáme podle toho, že roztok během jejího přidávání přestane náhle šumět.

Podivuhodné vlastnosti octanu sodného

„Zajímavou vlastností octanu sodného je to, že je ve svých krystalcích schopný vázat velké množství vody. Když máme roztok chloridu sodného, tzn. běžné kuchyňské soli, a necháme jej vykrystalizovat, tak po zahřátí získaných krystalků se s nimi nic nestane. Ale když zahřejeme octan sodný, tak se navázaná voda uvolní a on je schopen se v této vodě sám rozpustit,“ dodal Jan Havlík.

Logo

Tuto vlastnost mají i některé jiné chemické látky. Pro potřeby hřejivého polštářku byl však octan sodný vybrán proto, že se jedná o látku levnou, běžně dostupnou a netoxickou.

Teplota, při které začíná octan sodný uvolňovat navázanou vodu je přibližně 60°C. Pokud tedy ponoříme pytlík s pevným octanem sodným do horké vody, jeho bílé krystalky se během několika chvil přemění na průhlednou kapalinu.

Plíšek jako nápověda pro tuhnutí

„Kapalný octan sodný by se po ochlazení rád vrátil do krystalické podoby, ale bohužel neví, jak to udělat. Potřebuje k tomu vzor, aspoň malý krystalek, který by mu řekl, jak se má uspořádat. A k tomu právě slouží plíšek uvnitř sáčku,“ vysvětlil Jan Havlík.

V okamžiku, kdy plíšek v sáčku promáčkneme, uvolníme z jeho nitra mikroskopické krystalky. Ty poslouží jako určitý zárodek nebo šablona pro kapalinu, aby mohla krystalizovat.

Krystalky ve spižírně

Bez pomoci plíšku by octan sodný v polštářku nedokázal ztuhnout, přestože je třeba v běžné místnosti 20 stupňů Celsia, tedy teplota, při které by teoreticky ztuhnout měl. Jak je možné, že v pytlíku je octan sodný kapalný, zatímco na plíšku je pevný, a to v situaci, kdy všechno má stejnou teplotu?

„To je složitější. Krystalky jsou nesmírně malinkaté. Jsou schovány v drobných prasklinkách uvnitř plíšku, kde platí tak trochu jiné zákony a podmínky, než jsou v okolní kapalině. Můžeme zahřívat plíšek na 100 stupňů, ale drobné krystalky stále zůstanou, přestože okolní kapalina roztaje,“ řekl Jan Havlík.

Krystalky jsou tedy v plíšku schovány jako ve spižírně, aby nakrmily hladovou kapalinu, jakmile to bude potřeba. Krystalky jsou ukryté v plíšku v mikrometrových rýhách na jeho povrchu. „Mikrometr si můžeme představit jako tisícinu lidského vlasu nebo velikost lidské krvinky. V těchto rýhách jsou krystalky schované a poté, co plíšek zlomíme, znovu vyrostou. Jsou tam po celou dobu a lámáním se neopotřebovávají,“ dodal chemik.

Jako perpetuum mobile

Vypadá to tedy, že hřejivý polštářek může fungovat do nekonečna jako skutečné perpetuum mobile. Důležité ovšem je, že tento nekonečný „stroj“ nepracuje sám. Pytlíku musíme nejdříve dodat dostatek tepla „do zásoby“, aby nás pak mohl hřát, až to budeme potřebovat. Funguje to vlastně jako taková akumulátorová baterie - jen místo elektřiny si skladujeme teplo.

Je dobré vědět, že teplota, na kterou pytlík dosáhne, je vždycky stejná. Je úplně jedno, jestli je venku pět stupňů pod nulou nebo dvacet nad nulou. Pytlík se vždycky ohřeje na zhruba 50 až 60 stupňů. Jediný rozdíl je v tom, že nám vydrží déle hřát, když je venku teplo, než když mrzne. Část tepla se totiž spotřebuje na vlastní ohřátí pytlíku a teprve jeho zbytek je následně předáván do okolí.

„Vlastní ohřátí je teplota, při které by octan rád tvořil krystaly, což odpovídá těm 60 stupňům. Nad tuto teplotu se nemůže nikdy dostat, protože krystaly by začaly opět tát,“ uzavřel chemik Jan Havlík.

Tento i ostatní záznamy pořadu Meteor najdete v našem Archivu pořadů.

autoři: Petr Sobotka , Leona Matušková
Spustit audio

Více z pořadu

E-shop Českého rozhlasu

Víte, kde spočívá náš společný ukrytý poklad? Blíž, než si myslíte!

Jan Rosák, moderátor

slovo_nad_zlato.jpg

Slovo nad zlato

Koupit

Víte, jaký vztah mají politici a policisté? Kde se vzalo slovo Vánoce? Za jaké slovo vděčí Turci husitům? Že se mladým paním původně zapalovalo něco úplně jiného než lýtka? Že segedínský guláš nemá se Segedínem nic společného a že známe na den přesně vznik slova dálnice? Takových objevů je plná knížka Slovo nad zlato. Tvoří ji výběr z rozhovorů moderátora Jana Rosáka s dřívějším ředitelem Ústavu pro jazyk český docentem Karlem Olivou, které vysílal Český rozhlas Dvojka.