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

Českem se dál šíří žloutenka. Většina Čechů si nemyje správně ruce, upozorňuje SZÚ

Víme, co pijeme? Vědce znepokojil nový objev, čistírny vody v jednom případě nedokáží zničit viry a bakterie
Voda , akademie věd , Vědci , nanotechnologie
Aktuálně se děje
včera

Policie odhalila pravdu o Čechovi v ruské armádě. Muž žádá o pomoc
včera

Do ligy se vrací Martin Hašek s Pavlem Hoftychem. Budou sportovními řediteli
včera

Měsíc se v noci netradičně zbarví. Příčinu hledejte v Severní Americe
včera

Slunečné a teplejší počasí. Týden vyvrcholí tropy a dalšími bouřkami
včera

Charles Dickens zemřel před 155 lety. Spisovatelův život provázely úspěchy i skandály
včera

Další velký koncert v Praze. Využijte metro, žádá město fanoušky Imagine Dragons
včera

Češi budou proti Chorvatsku oslabeni. Ivan Hašek nemůže počítat s Hložkem
včera

Ludvík prozradil, jak snáší vazbu. Na svobodu nemůže, rozhodl soud
včera

Proč čelí Ukrajina nejtvrdším útokům od začátku války. Není to jen odplata, Rusko posílá vzkaz
včera

Nacisté před 83 lety vyvraždili Lidice. Na naše kruté dědictví ale zapomínáme
včera

Jak porazit extrémní počasí? Macron řekl, kdo je náš největší spojenec
včera

Zveřejníme tajemství o izraelských jaderných zbraních, vyhrožuje Írán EU
včera

Evropská komise: Demokracie v Evropské unii přestává pro polovinu obyvatelstva fungovat
včera

Los Angeles se bouří. Trumpovu Národní gardu v ulicích nechce
včera

Chyba v e-shopu Reebok: Zboží za zlomek ceny, teď nad objednávkami visí otazník
včera

Kam se poděl Obama? USA přenechal Trumpovi, odvahu proměnil v apatii
včera

Putin schválil změnu strategie: Chce přeměnit Rusko v námořní velmoc
včera

Trump měl hájit zájmy všech Američanů. Nedělá to, proto se Kalifornie ozvala
včera

"To nestačí, jsou to jen obyčejné útoky." Ruští prováleční blogeři požadují za operaci Pavučina masivní odvetu
včera
Největší noční útok války: Rusko zasáhlo západní Ukrajinu, Polsko vyslalo do vzduchu stíhačky
Ruská armáda v noci na dnešek provedla rozsáhlý vzdušný útok na Ukrajinu, který podle ukrajinského letectva představuje dosud největší noční bombardování od začátku války v únoru 2022. Terčem útoků se staly především centrální a západní části Ukrajiny, tedy regiony, které byly dosud relativně ušetřeny pravidelných útoků. Tato eskalace vyvolala vážné obavy i v sousedních zemích — Polsko a další spojenci NATO v reakci na situaci okamžitě aktivovali své vzdušné síly.
Zdroj: Libor Novák