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 1 hodinou
Francie posílá na Blízký východ letadlovou loď. Britské stíhačky začaly sestřelovat íránské drony
před 2 hodinami
Írán už nemá žádné námořnictvo, letectvo ani radary, prohlásil Trump
před 3 hodinami
Španělsko je příšerný spojenec, prohlásil Trump. Kvůli Íránu s ním přerušil všechny obchodní styky
před 5 hodinami
Trump nastínil nejhorší možný scénář pro Írán
před 6 hodinami
Izraelská armáda vyslala jednotky na území Libanonu
před 6 hodinami
Macinka si za zády Pavla listoval v Rudém právu. Někdo mi to dal, vysvětlil
Aktualizováno před 7 hodinami
Policie zasahuje na ministerstvu životního prostředí
před 7 hodinami
Válka v Íránu se začíná propisovat do cen ropy a plynu. Zdražit mohou i potraviny
před 8 hodinami
Neziskovky nahrazují roli státu v péči o zranitelné, připomněl Pavel poslancům
před 8 hodinami
Macinka by měl vážit slova. Češi mají problém se dostat domů a neváhají kritizovat
před 8 hodinami
Válka se brzy přelije i do Evropy, důsledky pocítí každý člověk na Zemi, varuje Írán
před 9 hodinami
Petr Pavel dorazil do Sněmovny. Řešit se má Írán i kontrola hospodaření České televize a rozhlasu
před 10 hodinami
Hizballáh nás podvedl, zuří libanonská vláda. Naštvaní jsou i obyčejní lidé
před 11 hodinami
Izraelská armáda podnikla cílené údery na vládní čtvrť v Teheránu, zasáhla prezidentskou kancelář
před 12 hodinami
Ceny ropy a zemního plynu kvůli válce na Blízkém východě dál prudce rostou
před 12 hodinami
Odvrácená strana bombardování: Útoky podněcují Íránce, aby se semkli proti Západu
před 13 hodinami
Žádné sirény ani poplach. Íránský útok na operační středisko přišel bez varování, v jeho troskách umírali lidé
před 14 hodinami
Nejdříve Venezuela, pak Írán. Jak velkou ránu Trump zasadil Putinovi?
před 15 hodinami
Izrael zahájil rozsáhlé údery na Teherán a Bejrút. Munici máme neomezenou, válčit můžeme navěky, vzkázal Trump
před 16 hodinami
Výhled počasí do konce března. Meteorologové řekli, co máme čekat
Březen je prvním měsícem meteorologického jara a počasí by tomu mělo v následujících dnech a týdnech odpovídat. Na horách se očekává obleva, v nížinách už bude přes den většinou přes 10 stupňů. Vyplývá to z měsíčního výhledu Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ).
Zdroj: Jan Hrabě