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
Poradíme, kde se v Česku vykoupat. Kvalita vody se zhoršuje kvůli počasí
Francií otřásá mohutný skandál: Třetina minerálních vod byla nelegálně upravena
Voda , akademie věd , Vědci , nanotechnologie
Aktuálně se děje
před 13 minutami
České oscarové hlasování je v plném proudu. Šanci má pět filmů
před 2 hodinami
Důchodci a valorizační oznámení. Úřad připomněl svůj aktuální postup
před 3 hodinami
Knížáka posmrtně rehabilitovali. Za minulého režimu strávil měsíce ve vazbě
před 4 hodinami
V Česku dochází lék na rakovinu prsu. Ministerstvo přišlo s neotřelým řešením
před 4 hodinami
V NATO nikdy nebudeme, míní bývalý šéf ukrajinské armády Zalužnyj
před 6 hodinami
Česká diplomacie přesouvá své síly. Jeden konzulát zanikne, jiný vznikne
před 6 hodinami
Policie objasnila pomníček. V případu vraždy z roku 2010 pomohly vzorky DNA
před 7 hodinami
Doživotí. Němci odsoudili Afghánce, který loni vraždil v Mnichově
před 8 hodinami
Ukrajinské sankce opět zafungovaly. Dvě ruské rafinérie schytaly úder
před 9 hodinami
Ebolu v Kongu se nedaří zastavit. Šéf WHO se o tom přesvědčil osobně
před 10 hodinami
Tropické počasí stále sužuje jižní Moravu. Meteorologové avizují další vedra
před 10 hodinami
Policie vyšetřuje násilný čin na Valašsku. Zadržela podezřelého
před 11 hodinami
Írán hlásí zásadní pokrok. S Ománem se dohodl na režimu v Hormuzském průlivu
před 12 hodinami
Policie našla tělo pohřešovaného při pátrání na jezeře Most
před 13 hodinami
Turek poprvé reagoval na zahájení trestního řízení. Nadále věří ve svou nevinu
před 13 hodinami
Moravský teplotní rekord se měnil potřetí za tři dny. Ve Strážnici bylo 41 stupňů
včera
Trumpův mírový plán pro Gazu kolabuje. Netanjahu jej nepodepsal
včera
Ukrajinská armáda provedla čtyřicetidenní dronovou kampaň s cílem přinutit Kreml k mírovým jednáním
včera
Na německém letišti našli dron s výbušninou. Policie nasadila robota
včera
Počet mrtvých po ruském útoku stoupá. Ukrajině chybí interceptory
Rozsáhlý noční útok ruských bezpilotních letounů a balistických střel si v ukrajinském hlavním městě a jeho okolí vyžádal sedmnáct lidských životů. Další oběti na životech a desítky zraněných hlásí také regiony Charkiv a Doněck, přičemž celková bilance dosavadních střetů vzrostla na nejméně dvacet jedna mrtvých.
Zdroj: Libor Novák