Voda může zamrzat i při nižších teplotách, než je nula, ukázal český výzkum

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.

Na výzkumu pracoval tým vědců pod vedením Martina Kalbáče z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd 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.

Voda stále překvapuje

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, tedy minerálu, který se dříve nazýval tuha. Tento takzvaný 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.

Kvantový nanoled

Struktura takto vzniklého „nanoledu“ se podle vědců od běžného velmi liší. Normální led tvoří krystaly s takzvanou hexagonální krystalovou strukturou, molekuly vody uvězněné mezi hladkým oxidem křemičitým a zvrásněným grafenem ale vytvářejí krystalické jádro pouze ve středu výdutí. Molekuly vody v blízkosti grafenu jsou orientovány náhodně, to vede k takzvanému amorfnímu uspořádání. Tvar grafenových výdutí také značně ovlivňuje podíl amorfního ledu a tím i proces tání. Právě to je příčinou, proč voda může zamrzat až při tak extrémně nízkých teplotách.

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 sto tisíc atomů, činí to tyto simulace jedněmi z největších, pro které byl tento kvantový popis kdy použit,“ uzavřel autor simulací Jiří Klimeš.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Vyvráceno. Přehled nejznámějších dezinformačních a konspiračních teorií o 11. září

Od teroristických útoků na Světové obchodní centrum uplynulo čtvrt století. Šlo o tak výjimečnou událost, že se kolem ní rozšířila celá řada konspiračních teorií a dezinformací. I po pětadvaceti letech se nepravdivá vysvětlení šíří po internetu a sociálních sítích. Tento článek uvádí na pravou míru ty nejrozšířenější.
před 2 hhodinami

Vědci z Akademie věd vytvořili nejmenší QR kód světa. Z jednotlivých atomů

Je víc než tisíckrát menší, než je šířka lidského vlasu, a téměř osmsetkrát menší než současný držitel Guinnessova rekordu. Okem je neviditelný, k jeho spatření ale nestačí ani většina normálních mikroskopů. Tak vypadá nejmenší QR kód na světě, který vytvořili vědci Benjamin Lowe a Oleksandr Stetsovych z Fyzikálního ústavu Akademie věd s Julianem Ceddiou z australské Monash University.
před 2 hhodinami

El Niño se potká s Indickooceánským dipólem. Meteorolog popisuje důsledky

V Tichém oceánu rychle sílí El Niño, které by se během letošního podzimu mělo stát vůbec nejsilnějším ve známé historii. Současně probíhá zajímavá změna o několik tisíc kilometrů západněji, v Indickém oceánu. Tam se rozvíjí kladná fáze takzvaného Indickooceánského dipólu. A souběh těchto dvou jevů může v následujících měsících výrazně ovlivnit počasí od Austrálie přes Indii a východní Afriku až po vzdálenější části světa.
před 3 hhodinami

Vzpomínky na 11. září jsou stále živé. A často nepravdivé, vysvětluje psycholog

Doba kolem roku 2000 patřila přes obavy spojené s přelomem milénia k těm nejklidnějším v dějinách lidstva. O to silnějším šokem byl teroristický útok na Světové obchodní centrum (WTC), který se odehrál před čtvrtstoletím, 11. září 2001. Vzpomínky lidí na tento den nevybledly ani po 25 letech.
před 4 hhodinami

Studie spojuje nadměrné noční osvětlení se změnami ve struktuře a funkci srdce

Podle studie zveřejněné v časopise European Heart Journal, oficiálním časopise Evropské kardiologické společnosti, je vystavení světlu v noci spojeno s významnými a potenciálně škodlivými změnami ve struktuře a funkci srdce.
před 21 hhodinami

Srpen byl celosvětově nejteplejším měsícem historie, uvedl Copernicus

Letošní srpen byl celosvětově nejteplejším měsícem historie, když vyrovnal rekord července 2023. Průměrná teplota vzduchu u zemského povrchu činila 16,96 stupně Celsia a byla o 0,85 stupně nad průměrem z let 1991 až 2020, uvedla ve čtvrtek služba Evropské unie pro sledování klimatu Copernicus. Letní období od června do srpna vyrovnalo rekord průměrné celosvětové teploty z roku 2024.
včera v 10:05

Na Pálavě se šíří invazní kaktus. Může vytlačovat původní rostliny

V Chráněné krajinné oblasti Pálava se šíří nepůvodní mrazuvzdorný kaktus – opuncie. Ochranáři ho po Děvíně a Tabulové letos zaznamenali v další tamní rezervaci, na Svatém kopečku u Mikulova. Severoamerická rostlina představuje hrozbu pro původní vzácné druhové složení pálavských stepí, informovali zástupci Správy CHKO Pálava na facebooku.
včera v 09:37

Estonští vědci odhalili nebezpečné výkyvy vody mezi Varenským jezerem a Černým mořem

V úzkém přístavním kanálu mezi Černým mořem a Varenským jezerem mohou vznikat nečekaně silné proudy a výrazné výkyvy hladiny, které ohrožují lodní dopravu a komplikují provoz přístavu. Příčiny tohoto jevu zkoumali vědci z Tallinské technické univerzity TalTech. Své závěry publikovali v odborném časopise Ocean Science.
9. 9. 2026

Evropský pohled

ČT24 každý den vybírá z obsahu publikovaného evropskými veřejnými médii, členy Eurovize.