Určite to poznáš, sadol si si za stôl s tvojím spolubývajúcim prípadne kamarátom, ktorý si dal dole tenisky po tom, ako ich mal celý deň obuté. Krátko na to si cítil spotené ponožky, ktorých pach zaplavil celú miestnosť. Prípadne, si bol v uzavretej miestnosti a niekto (a možno aj ty) si prdol. Ak si to bol ty, tak si rozmýšľal, cíti to osoba na druhej strane miestnosti alebo nie? Prípadne si na stole zbadal karafu s ružami a čakal si, kým ich ucítiš. Tých situácií, v ktorých si sa mohol ocitnúť, je ale oveľa viac.
Čo všetko ovplyvňuje šírenie pachov?
Nech si sa ocitol v jednej či onej situácii, tak si možno rozmýšľal nad tým, ako rýchlo sa šíria pachy. Odpoveď na túto otázku nie je tak jednoduchou, ako sa môže zdať. Pach sa totiž nešíri konštantnou rýchlosťou a je tam viacero premenných, ktoré ovplyvňujú jeho pohyb v miestnosti.
Začnime konvekciou. Tá vo fyzike označuje unášanie, resp. transport látky, napr. prúdenie molekúl vzduchom. Tento proces môže byť ovplyvnený teplotou, tlakom vzduchu a ďalšími faktormi prostredia. Napríklad, v teplom prostredí sa molekuly pohybujú rýchlejšie, čo umožňuje pachu šíriť sa rýchlejšie
Potom je tu proces známy ako difúzia, pri ktorom sa molekuly pachov rozptyľujú vo všetkých smeroch. Tento proces je pomalší a účinkuje na menšie vzdialenosti. Základná fyzika difúzie je založená na náhodnom pohybe molekúl, čo vedie k ich rozptylu od oblastí s vyššou koncentráciou k oblastiam s nižšou koncentráciou, až sa rozplynie natoľko, že ho nebudeš cítiť.
Advekcia je transport pachových molekúl vetrom. Tento proces je obzvlášť účinný v otvorených priestoroch, kde môžu veterné prúdy rýchlo presúvať pachy na veľké vzdialenosti.
Ako vznikajú pachy?
Rovnako dôležité je vysvetliť, ako vznikajú pachy. Pachy sú vo všeobecnosti prchavé chemické zlúčeniny, ktoré sa viažu na receptory v tvojej nosovej dutine. Inými slovami, vôňa sa nachádza v pachových zlúčeninách, ktoré tvoria vzduch okolo teba.
Niektoré chemické zlúčeniny sú viac prchavé ako iné. Znamená to, že zatiaľ čo jednu vôňu môžeš cítiť na desiatky či dokonca stovky metrov, tak iné zas len na pár metrov alebo ešte menej.
Zaujímavosťou je, že zatiaľ, čo ty nejaký typ pachu zacítiš len na pár metrov, tak napríklad pes, ten istý pach za rovnakých podmienok, môže cítiť na oveľa väčšiu vzdialenosť. Je to spôsobené koncentráciou molekúl, resp. ich množstvom, ktoré potrebuješ na to, aby si pach zachytil. Psovi stačí výrazne menej molekúl, lebo má násobne lepší čuch (teda viac receptorov v nosovej dutine). Len pre zaujímavosť, v ideálnych podmienkach pes dokáže cítiť pachy až na neuveriteľných 20 kilometrov.
Čo to teda znamená?
Pachy sa môžu šíriť rôznymi rýchlosťami v závislosti od ich molekulárnej hmotnosti a volatility. Napríklad ľahké molekuly, ako tie v niektorých parfumoch, sa šíria rýchlejšie ako ťažšie molekuly v potravinových arómach. To ale nie je jediná premenná.
Šírenie pachov je veľmi závislé na prostredí, v ktorom sa nachádzajú. V uzavretých priestoroch sa pachy šíria pomalšie kvôli menšiemu prúdeniu vzduchu. Naopak, v otvorených priestoroch s vetrom sa pachy môžu šíriť na veľké vzdialenosti a veľmi rýchlo. Takže určenie rýchlosti vône je trochu ako zisťovanie, ako rýchlo sa vzduch pohybuje…vo vzduchu. Môže sa preto zdať nemožné určiť, ako rýchlo sa šíri pach, ale nie je tomu celkom tak.
Ako rýchlo sa šíri smrad? – Grahamov zákon
Keď hovoríme o rýchlosti šírenia pachov, nemôžeme ignorovať Grahamov zákon, ktorý nám umožňuje približne odhadnúť relatívnu rýchlosť šírenia rôznych pachových zlúčenín. Tento zákon, ktorý sformuloval v polovici 19. storočia Thomas Graham, poskytuje základ na pochopenie, ako rýchlo sa môžu rôzne plyny šíriť, vysvetľuje web gizmodo.com.
Grahamov zákon nám hovorí, že rýchlosť efúzie (pozn. unikanie plynu malým otvorom) – teda rýchlosť, akou plyny prechádzajú cez otvor bez kolízií medzi molekulami – je nepriamo úmerná druhej odmocnine hmotnosti jeho jednotlivých častíc, teda molárnej hmotnosti. Hoci je efúzia technicky odlišná od difúzie, môžeme tento princíp použiť na odhad rýchlosti šírenia pachov.
Pozrime sa na dva konkrétne príklady pachových molekúl: geraniol a skatol. Geraniol má vôňu podobnú ruži a je často používaný v parfumoch, zatiaľ čo skatol je toxická zlúčenina nachádzajúca sa v fekáliách a považuje sa za hlavnú príčinu zápachu pri plynatosti.
Geraniol sa skladá z desiatich uhlíkových atómov, osemnástich vodíkových atómov a jedného kyslíkového atómu, čo mu dáva molárnu hmotnosť 154,25 gramov na mol. Na druhej strane, skatol má deväť uhlíkových atómov, deväť vodíkových atómov a jeden dusíkový atóm, s molárnou hmotnosťou 131,17 gramov na mol.
Podľa Grahamovho zákona je pomer rýchlosti efúzie geraniolu k rýchlosti efúzie skatolu rovný druhej odmocnine z pomeru molárnych hmotností skatolu a geraniolu. To znamená, že rýchlosť efúzie geraniolu je približne 92 % rýchlosti efúzie skatolu. Inými slovami, prd ucítiš rýchlejšie ako vôňu ruže.
