Nanoled? Čeští vědci provedli unikátní experiment s vodou, zaujal ve světě

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

Ilustrační fotografie.

Voda v přírodních koupalištích je většinou vhodná ke koupání, platí ale i zákazy

Kvalita vody ve většině českých přírodních koupališť v Česku, která kontrolují hygienici, je nadále dobrá a lidé se v nich mohou koupat. Stále ale platí také několik zákazů, například na Vysočině v rybníku Kachlička na Havlíčkobrodsku, v Plzni v jezírku Škodaland nebo v jihočeském kraji v nádrži Orlík u Podolska na Písecku. Zavřené zatím zůstává i přírodní koupaliště v Tanvaldu na Jablonecku, město už ho ale vyčistilo a znovu se napouští. Dnes hygienici v Karlovarském kraji vyhlásili zákaz koupání ve vodní nádrži Skalka.

Více souvisejících

Voda akademie věd Vědci nanotechnologie

Aktuálně se děje

před 22 minutami

před 1 hodinou

před 2 hodinami

před 2 hodinami

před 2 hodinami

ČEZ

Gazprom zažaloval v Rusku ČEZ, OMV a slovenský ZSE

Soudní dokumenty v Petrohradu potvrdily, že Kremlem ovládaný energetický gigant Gazprom podal žalobu proti české energetické společnosti ČEZ, rakouské OMV Gas Marketing & Trading a slovenské energetické skupině ZSE.

před 3 hodinami

před 3 hodinami

Černobylská jaderná elektrárna

Černobyl po 38 letech od výbuchu není mrtvou zónou. Životu se v okolí daří

Výbuch jaderné elektrárny Černobyl je vyjma shození atomových bomb za války dodnes největší jadernou katastrofou, se kterou se kdy lidstvo setkalo. Radioaktivní mrak po výbuchu, k němuž došlo 26. dubna 1986, zahalil celou Zemi a úřady byly nuceny evakuovat nejen nejbližší okolí elektrárny, ale i dvacetitisícové město Pripjať, dnes přezdívané jako město duchů. Nové výzkumy ale odhalují, že do radioaktivní zóny se postupně vrací život.  

před 3 hodinami

před 4 hodinami

před 4 hodinami

před 4 hodinami

před 4 hodinami

před 4 hodinami

před 5 hodinami

před 6 hodinami

před 6 hodinami

před 7 hodinami

před 7 hodinami

před 8 hodinami

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

Další zprávy