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
před 10 minutami
Izraelská armáda se chystá na evakuaci Rafáhu před plánovanou vojenskou ofenzívou
před 52 minutami
Americké jednotky v Iráku a Sýrii se staly terčem několika útoků
před 1 hodinou
Kupka s Početím je novým rekordmanem českých aukčních síní
před 1 hodinou
Kreml: Svět je na pokraji konfliktu mezi největšími jadernými velmocemi světa, může skončit katastrofou
před 2 hodinami
Bývalý kancléř Mynář čelí obžalobě kvůli dotaci na penzion v Osvětimanech
před 2 hodinami
Chladné počasí vydrží až do víkendu. Pak se vrátí oteplení
včera
Ruská armáda se snaží dobýt město Časiv Jar s až 25 000 vojáky
včera
Co bude s důchody? Pavel plánuje další jednání o důchodové reformě
včera
EU a NATO tlačí na Řecko a Španělsko: Dejte Ukrajině své Patrioty
včera
Kreml tvrdí, že obsadil další obec. Kyjev mlčí, ruské armádě se ale postup upřít nedá
včera
Kreml se vysmívá Západu? Americká pomoc situaci na Ukrajině nezmění, tvrdí
včera
Rusko zajistí svou bezpečnost, pokud v Polsku budou jaderné zbraně, varuje Kreml
včera
Situace na Ukrajině se bude jen zhoršovat, tvrdí rozvědka. Americká pomoc vývoj situace na frontě nezlepší
včera
Slovensko eviduje další útok medvěda, už jedenáctý za měsíc
včera
Írán zvedá varovný prst: Jaderný program máme k mírovým účelům, může se to ale změnit
včera
Scholzovi dochází trpělivost. Netanjahua varoval před eskalací situace v regionu
včera
Obrat na Ukrajině. Proti Rusku brzy zasáhnou modernější smrtící dalekonosné střely ATACMS
včera
Británie chce zastavit migraci, uprchlíky začne odvážet ze země. Sunak oznámil kdy
včera
Feri míří na tři roky do vězení, rozhodl odvolací soud
včera
Pavel navrhl dva kandidáty na ústavní soudce, je mezi nimi Jiří Přibáň
Prezident Petr Pavel v pondělí navrhl další dva kandidáty na ústavní soudce, kterými jsou Jiří Příbáň a Tomáš Langášek. Pavel už od loňského nástupu do funkce hlavy státu jmenoval celkem osm nových členů Ústavního soudu.
Zdroj: Jan Hrabě