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
Slovensko varuje před vodou z Česka. Laboratorní rozbor v ní odhalil žíravinu
OBRAZEM: Orlík na historickém minimu. Voda ustoupila a ukázala tajemství dna
Voda , akademie věd , Vědci , nanotechnologie
Aktuálně se děje
před 34 minutami
Zelenskyj: Putin se nehodlá spokojit s částí Ukrajiny, chce ji celou
před 1 hodinou
Modely umělé inteligence mezi sebou začaly komunikovat v novém jazyce. Vědci mu nerozumí
před 2 hodinami
Vztahy s USA jsou zničené. Kanada kvůli Trumpovi usiluje o pevnější vazby s EU
před 2 hodinami
Saúdská Arábie sestřelila dron vyslaný na Mekku, útočili zřejmě jemenští povstalci
před 3 hodinami
CNN: Rusko zřejmě pomáhá Íránu útočit na americké základny
včera
Kinetická, manipulační, nebo protidružicová? Experti řeší, jakou zbraň mohly USA umístit na oběžnou dráhu
včera
Další tvrdá prohra. Trumpovo jméno na Kennedyho centrum nesmí, rozhodl soud
včera
Slovensko varuje před vodou z Česka. Laboratorní rozbor v ní odhalil žíravinu
včera
Konec nevyžádaných fotek. Ministerstvo navrhuje za posílání snímků intimních partií až rok vězení
včera
Představy o budoucnosti tříští státy EU. Očekává se zásadní projev von der Leyenové
včera
Dánská vláda obvinila ruskou válečnou loď ze střelby světlic na armádní vrtulník
včera
Proč cena ropy opět roste? Na vině je z části i Saúdská Arábie
včera
Bratříčkování Ruska s KLDR pokračuje. Země poprvé propojila silnice
včera
Ve světě kvůli extrémnímu počasí vznikají nové hrozby, varuje WMO
včera
Trump pobouřil Demokraty i Republikány. Kongres na něj útočí za přístup k regulaci AI
včera
V pražské ÚVN zasahuje vojenská policie, zadržela několik lidí
včera
Američané poprvé přiznali, že mají zbraně ve vesmíru
včera
Policie potvrdila informace ohledně závažného zločinu na Semilsku
včera
Pavel a Babiš se konečně znovu sešli. Řešil se projev pro Valné shromáždění OSN
včera
Trump utrpěl těžkou porážku. Soud mu zamítl úpravu volebních pravidel
Nejvyšší soud Spojených států zamítl plán prezidenta Donalda Trumpa na úpravu pravidel pro zasílání korespondenčních volebních lístků. Většina soudců zablokovala opatření, které by Poštovní službě USA dalo možnost zadržet miliony volebních lístků. Volební úředníci i zástupci států varovali, že by takový krok vedl k chaosu a hromadnému odepření volebního práva před nadcházejícími kongresovými volbami.
Zdroj: Libor Novák