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.
Související
Víme, co pijeme? Vědce znepokojil nový objev, čistírny vody v jednom případě nedokáží zničit viry a bakterie
Havárie v Praze. Neteče voda ve čtyřech čtvrtích na severu města
Voda , akademie věd , Vědci , nanotechnologie
Aktuálně se děje
před 1 hodinou
Rok od tragédie, která změnila život mnoha lidem. Česko si připomíná nejhorší masovou střelbu v historii
Aktualizováno před 9 hodinami
OBRAZEM: Česko si připomnělo oběti tragédie na FF UK. Naší společností otřásla, říká Fiala
včera
Kate a William dojali Brity vánoční pohlednicí. Zachycuje klíčový moment tohoto roku
včera
Česká hymna poprvé zazněla před 190 lety. V Tylově Fidlovačce
včera
Policii znepokojuje, co se děje na D1 před Brnem. Ukázala záběry nebezpečných nehod
včera
Nobelova cena pro Trumpa? Při splnění jednoho předpokladu může být kandidátem
včera
Zlatý měsíc českých dálnic završen. Otevřelo se 28 nových kilometrů na D3
včera
Pavel kondoloval Steinmeierovi. Připomněl tragickou střelbu na FF UK
včera
Fico tvrdí, že mu Zelenskyj nabídl půlmiliardu eur za souhlas s Ukrajinou v NATO
včera
Z mírumilovného trhu se stalo místo hrůzného činu. Scholz promluvil v Magdeburgu
včera
Vymyslel si muže se zbraní a zaměstnal policii. Hrozí mu tři roky vězení
včera
Počasí do Vánoc. Meteorologové slibují až 40 centimetrů nového sněhu
včera
Volby by jasně vyhrálo hnutí ANO. Poslance by měli komunisté či Motoristé
včera
Němci zjišťují pravdu o útočníkovi z Magdeburgu. Tíhl k AfD a kritizoval islám
včera
V Česku bezprostřední riziko nehrozí, říká Rakušan po útoku na trzích v Německu
včera
Zimní počasí je zpět. Do Česka se o víkendu vrátí sníh
Aktualizováno 20. prosince 2024 22:35
Mimořádná zpráva Teroristický útok v Magdeburgu: Do davu lidí najelo auto, 2 mrtví a až 80 zraněných. Incident zachytila kamera
20. prosince 2024 22:32
Přesně osm let po berlínském masakru. Magdeburg je vyvrcholením dlouhodobých hrozeb v Německu
20. prosince 2024 21:43
Prezident Pavel telefonicky hovořil se Zelenským
20. prosince 2024 20:03
Deset zemí EU včetně Česka předložilo návrh nových sankcí proti Rusku
Deset členských zemí Evropské unie, mezi nimiž nechybí Česká republika a Polsko, předložilo návrh nového sankčního balíčku proti Rusku.
Zdroj: Libor Novák