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

Ptačí chřipka je v Česku. Odpovědi na deset základních otázek

Do Česka se vrátila ptačí chřipka, podle Státní veterinární správy se vyskytla na Třebíčsku. Proč se šíří právě na podzim, může se přenést na člověka a proč se v Evropě proti ní neočkuje? Přečtěte si základní informace o této nakažlivé nemoci.
před 12 hhodinami

Sicílie bojuje proti ohnivým mravencům. Jejich bodnutí může zabít i člověka

Smrtící mravenec ohnivý dorazil k evropským břehům už před několika lety a jeho vpád se zatím nepodařilo zastavit. Ohniví mravenci druhu Solenopsis invicta jsou jedním z nejinvaznějších druhů a kontrolovat jejich populaci je velmi nákladné. V Evropě byl jejich výskyt potvrzen zatím na Sicílii a italské úřady se rozhodly jednat. Příliš mnoho možností ale nemají.
před 16 hhodinami

Kanada přišla o status země bez spalniček. Klesla proočkovanost

Kanada už nepatří mezi země, které vymýtily na svém území spalničky, píší agentury AP a AFP s odvoláním na tamní ministerstvo zdravotnictví. Tento status země ztratila kvůli šířící se nákaze tohoto vysoce infekčního onemocnění. Počet nakažených roste kvůli poklesu proočkovanosti mezi dětmi v Severní i Jižní Americe.
před 17 hhodinami

Komunisté nutili disidenty k vystěhování. Vědci teď zkoumají traumata jejich dětí

Ponížení, ztráta domova a hlavně vlastní rodiny – takové pocity zažívaly oběti komunistické akce Asanace. Jejím cílem bylo donutit k vystěhování do zahraničí nepohodlné disidenty, převážně signatáře Charty 77. Příslušníci StB je postupně cílenou šikanou i násilím donutili opustit Československo. Trauma z nedobrovolného odchodu i z nesnadných začátků v nové zemi se přitom často dotklo i jejich dětí. Přenos tohoto traumatu – který se v současnosti dle odborníků může podobat i pocitům Ukrajinců prchajících ze své země – zkoumal tým vědců z Národního ústavu duševního zdraví.
před 21 hhodinami

Příliš horko na život. Vlny veder zabíjejí v amazonských jezerech delfíny

Teploty vody v amazonském jezeře, kde žijí ohrožení kytovci, stouply během vln veder o deset stupňů. Zvířata nebyla schopná se tomu přizpůsobit a zemřela, stejně jako spousta ryb.
10. 11. 2025

Chybí silné důkazy, že by paracetamol v těhotenství způsoboval autismus, říkají vědci

Paracetamol podle expertů zůstává i nadále nejlepším způsobem, jak se vypořádat se silnou horečkou v těhotenství. Nejsou totiž podle nich silné důkazy, že by způsoboval autismus u dětí. Zjistili ale také, proč se mohlo podle některých výzkumů zdát, že by mohla existovat souvislost mezi jeho užívání těhotnými a vznikem neurovývojových poruch.
10. 11. 2025

Evropští astronauti by mohli v kosmu jíst hmyz. Startuje nový výzkum

Hmyz je natolik rozšířenou potravinou, že o něj projevila zájem – zatím jen v rámci studie – také Evropská kosmická agentura (ESA). Ta chce zkoumat, jestli by se nedal využít zejména na delších misích, kde astronauti potřebují dostatek kvalitních zdrojů energie.
10. 11. 2025

MAPA: Silniční síť Římské říše byla výrazně delší, než se myslelo

Cesty využívané v antickém Římě měřily nejméně 299 tisíc kilometrů, což je zhruba o 100 tisíc kilometrů více, než uváděly předchozí práce archeologů a historiků, vyplývá z výzkumu, který tento týden zveřejnil vědecký časopis Nature. Ani toto číslo ale zřejmě není konečné, říká jeden z autorů, český vědec Adam Pažout z Autonomní univerzity v Barceloně. Mimo území Itálie pak často neplatí, že všechny cesty vedly do Říma.
10. 11. 2025
Načítání...