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
Hrozí světu války o vodu? Miliardy lidí k ní nemají přístup, krize se stupňuje, varuje UNESCO
Voda v přírodních koupalištích je většinou vhodná ke koupání, platí ale i zákazy
Voda , akademie věd , Vědci , nanotechnologie
Aktuálně se děje
včera
RECENZE: Rivalové rozehrávají drama milostného trojúhelníku na tenisovém kurtu
včera
Odvolací soud zrušil odsuzující verdikt nad Weinsteinem
včera
Dvojí kvalita potravin? Nestlé čelí vážnému obvinění, má nadržovat bohatším zemím
včera
Bělorusko obvinilo Litvu z dronového útoku. Nesmysl, reaguje Vilnius
včera
Tragická střelba na pražské FF UK zasáhla 9000 lidí. O krizovou pomoc se staraly stovky lidí
včera
Nemáte děti? Na důchody zaplatíte víc, navrhují lidovci. Piráti jsou proti
včera
Střelec, který loni zabíjel u FF UK v Praze, nebyl duševně nemocný
včera
Rusko chce rozprášit Navalného tým. Advokátům, kteří neuprchli ze země, prodloužilo vazbu
včera
16letý chlapec slíbil věrnost Islámskému státu. Chtěl útočit během olympiády ve Francii
včera
Převáží zbraně mezi Ruskem a KLDR. Loď, na kterou USA uvalily sankce, kotví v čínském přístavu
včera
Letní počasí bude pořádně žhavé. Mohou padat teplotní rekordy, naznačují modely
včera
Macron vyzval k většímu zbrojení. Nemůžeme spoléhat na USA, Evropa je smrtelná, musí posílit obranu, prohlásil
včera
Španělsko se řítí do politické nejistoty. Pedro Sánchez zvažuje kvůli manželce rezignaci
včera
Změny počasí tvrdě dopadají na celou planetu. Jeden region ale trpí víc než jiné
včera
Inspekce obvinila policisty, kteří před pražským barem napadli několik lidí
včera
Ramzan Kadyrov je údajně nevyléčitelně nemocný. Jeho stav je prý beznadějný
včera
Na poslední rozloučení s Josefem Lauferem dorazili Soukup či Troška
včera
75 let od založení, 25 let od vstupu. V Česku proběhne největší akce NATO od summitu v roce 2002
včera
Mrazivé počasí na ústupu. Pod nulou bude v noci ještě dvakrát
včera
Mrtvá těla se svázanýma rukama? Bují podezření na válečné zločiny Izraele v Pásmu Gazy
Úřad vysokého komisaře OSN pro lidská práva (OHCHR) vyzval v úterý k mezinárodnímu vyšetření zpráv o masových hrobech v nemocnicích v Pásmu Gazy, které byly zničeny při obléhání izraelské armády. Podle OHCHR mohlo totiž dojít k páchání válečných zločinů.
Zdroj: Libor Novák