Čeští vědci prokázali, že pokud se voda nachází ve velmi malém ohraničeném prostoru, tuhne až při teplotě desítek stupňů pod nulou. Přispěli tak k dalšímu pochopení chování vody v závislosti na různých podmínkách.
Studii o experimentu publikoval prestižní časopis Americké chemické společnosti ACS Nano. Za Akademii věd ČR (AV) o tom ČTK informovala Markéta Růžičková v dnešní tiskové zprávě.
Na výzkumu pracoval tým vědců pod vedením Martina Kalbáče z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV a Jany Vejpravové a Jiřího Klimeše z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy. "Tento objev otevírá zcela nové možnosti studia chemických procesů v podchlazených kapalinách a fyzikálních vlastností kapalin v extrémním prostorovém omezení, které je typické například pro mezibuněčné prostory," řekla k potenciálu objevu Vejpravová.
Zatímco ke změně skupenství u čisté vody za normálního tlaku dochází při teplotě 0 °C, voda ve specifickém prostoru tuhne až při teplotě o 33 °C nižší.
Vědci úkaz objevili tak, že molekuly vody uzavřeli do extrémně malých, nepropustných výdutí grafenu na velmi hladkém povrchu oxidu křemičitého.
Grafen je podle vědců atomárně tenká, průhledná forma uhlíku. Jeho struktura se podobá grafitu. Tento tzv. dvojdimenzionální materiál má také některé zvláštní fyzikální vlastnosti - je to například jeden z nejpevnějších známých materiálů na světě, jehož elektrony se chovají, jako by neměly žádnou efektivní hmotnost a pohybovaly se téměř rychlostí světla.
"Volba tohoto materiálu se navíc ukázala jako velmi šťastná, neboť tento atomárně tenký krystal, složený z atomů uhlíku uspořádaných ve vzoru včelí plástve, posloužil nejen k uzavření vody, ale i k samotnému experimentálnímu důkazu, že voda zamrzá až při velmi nízké teplotě," vysvětlil Martin Kalbáč.
Struktura takto vzniklého "nanoledu" se podle vědců od běžného velmi liší. Normální led tvoří krystaly s tzv. hexagonální krystalovou strukturou, molekuly vody uvězněné mezi hladkým oxidem křemičitým a zvrásněným grafenem však vytvářejí krystalické jádro pouze ve středu výdutí. Molekuly vody v blízkosti grafenu jsou orientovány náhodně, to vede k tzv. amorfnímu uspořádání. Tvar grafenových výdutí také značně ovlivňuje podíl amorfního ledu a tím i proces tání.
Pro ověření experimentu vědci provedli simulace, při kterých sledovali rozpouštění ledu při vzrůstající teplotě a vliv rozpuštěné vody na grafen. Ukázalo se, že pro shodu s experimentální roztažností grafenu je třeba popsat atomy uhlíku pomocí kvantové mechaniky. Podle vědců tak nestačí uvažovat nad atomy jako bodovými částicemi, které se pohybují podle zákonů klasické fyziky, u nichž lze přesně určit jejich polohu. Musí být popsány jako kvantové částice. Je tedy možné mluvit jen o pravděpodobnosti jejich výskytu v daném bodě.
"Jelikož měl simulovaný systém téměř 100 000 atomů, činí tyto simulace jedny z největších, pro který byl tento kvantový popis kdy použit," uzavřel autor simulací Jiří Klimeš.
12. května 2024 11:58
NASA zveřejnila o úchvatnou simulaci. Ukazuje, co se stane, když spadnete do černé díry
Související
Havárie v Praze. Neteče voda ve čtyřech čtvrtích na severu města
Hrozí světu války o vodu? Miliardy lidí k ní nemají přístup, krize se stupňuje, varuje UNESCO
Voda , akademie věd , Vědci , nanotechnologie
Aktuálně se děje
včera
Padělatel vstupenek na MS v hokeji dopaden. Případů bude více, tvrdí policie
včera
Největší lesní požár v historii země se dostal k soudu. Muži hrozí 15 let
včera
Podporujme Ukrajinu, ale hledejme i řešení konfliktu, zdůraznil Pavel
včera
Počasí na 14 dní: Meteorologové už určili nejteplejší den příštího pracovního týdne
včera
U policie definitivně skončil muž, který napadal lidi před pražským barem
včera
Česká policie reagovala po atentátu na Fica. Rakušan promluvil o opatřeních
včera
Týdenní výhled filmů: Návrat Karla IV., demytizace Dubčeka a umělecký Indiana Jones
včera
Odbory ruší protivládní protest. Po atentátu na Fica nechtějí eskalovat situaci
včera
Zásah v sídle BIS. Na podatelně se objevila podezřelá zásilka
včera
Pellegrini: S Ficem jsem hovořil. Jeho stav je vážný, to nejtěžší má před sebou
včera
Požár průmyslové budovy v Kladně. Více než sto hasičů ho dostalo pod kontrolu
včera
Zelenskyj dorazil do boji zmítaného Charkova. Ukrajina zastavila ruský postup
včera
Kaliňák: Ficova zranění jsou rozsáhlá. Mnoho věcí se bude muset znovu naučit
včera
Atentát na Fica byl politicky motivovaný, tvrdí vnitro. Šéf kandidátky Hlasu dostal výhrůžky smrtí
včera
Poslední rozloučení s Vlastimilem Harapesem. Národní divadlo prozradilo podrobnosti
včera
Šestnáct žen obvinilo slavného kouzelníka Davida Copperfielda z obtěžování
včera
Barrandovský most nebude opravený už na konci léta. Praha musí změnit plány
včera
Fica zasáhly čtyři kulky. Je stabilizovaný, stále ale bojuje o život
včera
Izraelský tank střílel po vlastních vojácích. Pět jich zemřelo
včera
Jednání o míru na Ukrajině bez Ruska? Zbytečnost, žádný výsledek nebude, tvrdí Kreml
Plánovaný červnový summit, při kterém Švýcarsko doufá, že vydláždí cestu pro mírový proces, je podle Kremlu bez ruské účasti zbytečný. Uvedla to agentura Reuters.
Zdroj: Libor Novák