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

V Číně odhalili naleziště nepopsatelných tvorů z hlubin času

Čínsko-britský výzkum v jihozápadní Číně objevil rozlehlé naleziště fosilií, které pomáhá mnohem lépe pochopit, jak vypadal život na Zemi v době před více než půl miliardou let. Objev podle autorů posunuje do vzdálenější minulosti vznik složitějších forem života.
před 3 hhodinami

Postižený papoušek se stal vládcem. Vymyslel totiž neporazitelný styl boje

Novozélandský papoušek, kterému dali vědci jméno Bruce, je takovou papouščí kombinací Stephena Hawkinga a Chucka Norrise. Přes vážné tělesné postižení dokáže díky své inteligenci v soubojích porazit jakéhokoliv nepřítele. Stal se tak dominantním samcem ve svém hejnu.
před 5 hhodinami

Vědci sledovali Hadí jeskyni v Ugandě. Epicentrum viru marburg navštěvují lidé

Virus marburg způsobuje jednu z nejobávanějších nemocí na světě. Její smrtnost je až 88 procent, velmi špatně se léčí a v podmínkách Afriky se poměrně dobře přenáší. Virus šíří kaloni, kteří se od lidí naštěstí drží dál, takže riziko nákazy není velké. Epidemiologové teď ale popsali nové riziko.
před 7 hhodinami

FBI prověřuje, jestli smrti či zmizení desítky vědců nejsou propojené

Nejméně deset vědců, kteří se ve Spojených státech zabývali výzkumem jaderných technologií, letectví a vesmíru, v posledních letech zemřelo nebo zmizelo. Federální úřad pro vyšetřování (FBI) se začal zabývat možnou spojitostí mezi jednotlivými případy. Výbor Sněmovny reprezentantů pro dohled vedený republikány tento týden oznámil, že spustí vlastní vyšetřování zpráv o úmrtích a zmizeních těchto osob, jež měly přístup k citlivým vědeckým informacím, píše web stanice CNN.
před 8 hhodinami

Archeologové objevili v Egyptě mumii. V břiše měla zašitou Iliadu

Španělští archeologové objevili v Egyptě papyrus s kopií Homérovy Iliady uvnitř mumie pohřbené před 1600 lety v římském období, uvedl server The Independent. Jedná se o první případ, kdy vědci objevili řecké literární dílo spojené s mumifikací. U mumií se běžně nalézaly spíše magické texty obsahující rituální praktiky psané v řečtině.
před 11 hhodinami

Ticho, pak lži. Československá média předstírala, že se v Černobylu nic nestalo

Televize, rozhlas i noviny byly v Československu roku 1986 plně ovládané vládou a tedy komunistickou stranou. Informace o tom, co se děje v Černobylu, tato média zpočátku neměla, ani později ale neinformovala pravdivě.
před 12 hhodinami

K údajně nebezpečně schopné AI Mythos získali přístup neznámí lidé, tvrdí Anthropic

Umělá inteligence (AI) Mythos od firmy Anthropic existuje teprve dva týdny. Ale už vyvolala svými údajnými schopnostmi obavy u bankéřů i odborníků na kybernetickou bezpečnost. Teď je zvýšila informace o tom, že se k uzavřenému modelu dostali i lidé, kteří se k němu dostat neměli.
včera v 18:08

Extrémní vedra ohrožují zemědělství i ekosystémy, varuje zpráva WMO a organizace OSN

Ekosystémy, zemědělství a živobytí více než miliardy lidí jsou ohrožené v důsledku stále častějších extrémních veder, varuje zpráva Světové meteorologické organizace (WMO) a Organizace OSN pro výživu a zemědělství (FAO) zveřejněná u příležitosti Dne Země. Upozorňuje, že následky veder silně trpí hospodářská zvířata i rostliny. V některých regionech světa přitom hrozí 250 dní nesnesitelných veder ročně, poznamenaly organizace.
včera v 17:16
Načítání...