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
Hrozí světu války o vodu? Miliardy lidí k ní nemají přístup, krize se stupňuje, varuje UNESCO
Voda v přírodních koupalištích je většinou vhodná ke koupání, platí ale i zákazy
Voda , akademie věd , Vědci , nanotechnologie
Aktuálně se děje
před 22 minutami
Kreml: Přístup Ukrajiny k raketám ATACMS válku nezmění
před 1 hodinou
Extrémní počasí spaluje Asii. Kvůli vedrům umírají desítky lidí
před 2 hodinami
Maďarsko převezme otěže EU. Szijjártó řekl, na co se během předsednictví zaměří
před 2 hodinami
Karel III. vzdoruje rakovině a nezapomíná na svou matku. Připomněl si ji v kostele
před 2 hodinami
Gazprom zažaloval v Rusku ČEZ, OMV a slovenský ZSE
před 3 hodinami
"Smrt režimu." Ruská žačka 10. třídy si má odpykat 3,5 roku vazby. Prokurátor požadoval pět let v trestanecké kolonii
před 3 hodinami
Černobyl po 38 letech od výbuchu není mrtvou zónou. Životu se v okolí daří
před 3 hodinami
Korupce na Ukrajině: Soud poslal do vazby jednoho z členů vlády
před 4 hodinami
Na Ještěd se vrátí lanovka. Město schválilo její novou podobu, bude delší
před 4 hodinami
Macron varuje: Evropa může "zemřít". Je nutná robustní obrana čelící ruské agresi
před 4 hodinami
EuroZprávy.cz pořádají podcast na téma války na Ukrajině a obranyschopnosti České republiky
před 4 hodinami
Daň z nemovitosti v roce 2024 vzrostla. Platební údaje už míří k poplatníkům
před 4 hodinami
Lipavský: Ruský imperialismus je největší hrozbou. Je v zájmu Evropy, aby se Ukrajina ubránila Rusku
před 5 hodinami
Kyjev: Ukrajinci v cizině sedí v restauracích, zatímco doma umíráme. Evropské státy začnou vracet brance do vlasti
před 6 hodinami
Důchody v květnu 2025 s jednou drobnou změnou. Peníze vám mohou přijít v jiném termínu
před 6 hodinami
Munice a rakety za miliardy. USA chystají další masivní balík pomoci Ukrajině
před 7 hodinami
Řecko odmítá tlak EU a NATO: Ukrajině nedáme ani Patrioty, ani S-300
před 7 hodinami
Izraelská invaze do Rafahu se blíží. Město opouští statisíce lidí
před 8 hodinami
Putin vyrazí poprvé od znovuzvolení na zahraniční cestu. Tentokrát si nevybral Bělorusko ani Turecko
před 8 hodinami
Školačky v Kutné Hoře rozrušila hodina s psycholožkou. Zasahovala záchranka
Neobvyklý incident se ve čtvrtek dopoledne stal na SOŠ a SOU řemesel v Kutné Hoře. Do školy museli přijet záchranáři kvůli kolapsu několika žákyň během intervence školní psycholožky ohledně špatných vztahů ve třídě.
Zdroj: Jan Hrabě