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 6 minutami
Zelenskyj popřel spekulace, že chce vyhlásit termín voleb nebo referendum o mírové dohodě
před 19 minutami
Vonnová má za sebou tři operace. Její otec má o její budoucnosti jasno
před 1 hodinou
Bílý dům smazal Vanceův příspěvek na sociálních sítích
před 2 hodinami
Netanjahu opět míří za Trumpem. Už se s ním setkal vícekrát než jakýkoliv jiný lídr
před 3 hodinami
Ideologie ustupuje, prim hrají peníze. Ukrajinci, kteří zrazují svou vlast, končí na dlouhé roky ve vězení
před 4 hodinami
Olympijský debut na jedničku. Vinklárková nejlepší Češkou ve vytrvalostním závodě, vyhrála Simonová
Aktualizováno před 4 hodinami
Tragická střelba v Kanadě. Terčem se stala škola, devět mrtvých
před 5 hodinami
Epidemické šíření chřipky v Česku. Odborníci vyhlížejí snižování aktivity
před 5 hodinami
Babiš v Rakousku a na Slovensku. S Ficem a Stockerem řešil evropské priority
před 6 hodinami
Extrémní počasí ve Španělsku. Padají rekordy, zemi trápí povodně
před 7 hodinami
Dobrá zpráva z Milána. Sáblíková se rozhodla nastoupit do příštího závodu
před 7 hodinami
Zapsaly se do historie. Ženy, které obětovaly život pro vědu
před 8 hodinami
Fiala prozradil, jak bude pokračovat jeho politická kariéra
před 9 hodinami
Klempíř se s umělci na ničem neshodl. Cibulka a Jagelka s ním uzavřeli sázku
před 10 hodinami
Pavel odhalil svůj program na Mnichovské konferenci. Jede tam i Macinka
před 10 hodinami
Napadení v Chrudimi. Osoby se znaly, kriminalisté vyšetřují případ jako vraždu
před 11 hodinami
Trump před lety mluvil s policií o Epsteinovi, odhalil dokument FBI
před 12 hodinami
Poslední rozloučení s Brejchovou má termín. Bude bez státních poct
před 12 hodinami
Lyžařskou kombinaci vyhrály Rakušanky, vrátila se Vlhová. V boulích se představil Kroupa
před 14 hodinami
K zimnímu počasí patří sníh. Meteorologové řekli, jaká je aktuální situace
Meteorologická zima pokračuje až do konce února, ale sníh se z nížin vytratil již v posledních dnech. Na horách se ale místy drží desítky centimetrů sněhové pokrývky. Další nadílky se na některých místech v Česku dočkáme snad o víkendu.
Zdroj: Jan Hrabě