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
Francií otřásá mohutný skandál: Třetina minerálních vod byla nelegálně upravena
Smrtící past uprostřed léta: Největší zákaz pití kohoutkové vody v historii je hrozbou pro celou Evropu
Voda , akademie věd , Vědci , nanotechnologie
Aktuálně se děje
před 13 minutami
Počasí naplnilo očekávání. Napadlo až 20 centimetrů sněhu, stále platí výstrahy
před 1 hodinou
Pavel popřál Babišově vládě úspěch, ale také ji varoval
před 1 hodinou
Babiš slíbil, že vláda bude řešit problémy lidí. Mír označil za povinnost vůči dětem
Aktualizováno před 2 hodinami
Tragédie při oslavách ve Švýcarsku. Desítky lidí nepřežily požár v baru
před 3 hodinami
Zemřel známý herec Pavel Nečas
před 3 hodinami
Rusové ukázali mapu údajného útoku na Putina. Trump udělal překvapivou věc
před 4 hodinami
Policie zhodnotila Silvestra v Česku. Dva lidé utrpěli těžká zranění
před 5 hodinami
Zelenskyj v novoroční řeči mluvil o mírové dohodě. Putin věří v ruský triumf
před 7 hodinami
Výhled počasí na leden. Meteorologové nastínili, jak v Česku bude
včera
Bartoška, Duka, Drábová. Česko letos přišlo o výrazné osobnosti
včera
Silvestrovský požár. Hasiči bojují s plameny, které zachvátily bývalý hotel Rabyně
včera
Sníh na Silvestra komplikuje dopravu v Česku. Platí výstraha
včera
Novinky v pražské MHD. Od Nového roku platí změny v přepravních podmínkách
včera
Rok nestability. Voliči ANO, SPD a Motoristů se dočkají nepříjemného vystřízlivění
včera
Rusové předložili údajný důkaz ukrajinského útoku na Putina
včera
Spanilá jízda skončila v příkopu. Opilý muž ukradl autobus, policie už ho obvinila
včera
Izrael stanovil nová pravidla pro humanitární organizace. Některé skončí
včera
Počasí aktuálně: Meteorologové upřesnili varování kvůli sněhu a větru
včera
Prokletí Kennedyových trvá. Vnučka prezidenta podlehla vážné nemoci
včera
Obchody na Silvestra otevřely. Lidé si musí dát pozor na zkrácenou provozní dobu
Poslední hodiny utíkají nejen z letošního roku, ale i z dnešní otevírací doby tuzemských obchodů. Provozovatelé přitom mohou mít otevřeno, jak chtějí, a nemusí se podřizovat jakémukoliv zákonu. To přijde až zítra. Přesto je na Silvestra otevřeno jen do podvečerních hodin.
Zdroj: Jan Hrabě