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

Vědci objevili pět tisíc let zamrzlou bakterii. Odolá desítce moderních antibiotik

Objev bakterie odolné proti celé řadě moderních antibiotik v uzavřeném rumunském ekosystému zamrzlé jeskyně podle vědců vyvolává obavy, aby se tyto vlastnosti nepřenesly na jiné mikroorganismy. Současně ale nabízí naději pro nové léky.
před 19 hhodinami

Téměř to skončilo tragédií jako Challenger. NASA popsala problémy Starlineru

Americká vesmírná agentura NASA zkritizovala problémy mise kosmické lodi Starliner, kvůli nimž musela její posádka zůstat na Mezinárodní vesmírné stanici místo plánovaných osmi dní celé tři měsíce.
20. 2. 2026

Výzkum brněnské vědkyně ukazuje, jak zásadní je mezinárodní spolupráce

Tak náročný výzkum, jako je hledání léků proti rakovině, se nedá nikde dělat izolovaně, už jen kvůli tomu, jak drahý je. Proto se stále více vědců spojuje v mezinárodních organizacích. Jednou z nich je platforma canSERV, podporovaná EU, která propojuje vědce s výzkumnými službami a infrastrukturami a která má urychlit objevy a zlepšit péči o pacienty. Podílí se na ní i brněnská vědkyně Pavla Bouchalová.
20. 2. 2026

Mráz ze Sibiře před sedmdesáti lety sevřel Evropu

Únor před sedmdesáti lety přinesl výjimečně chladné teploty. Tehdy sevřel sibiřský mráz většinu Evropy, včetně tuzemska. Chlad, který přišel z ruské části Arktidy, způsobil kontinentu spoustu problémů.
20. 2. 2026

Vědci poprvé změřili znečištění vracející se rakety

Vědcům se poprvé podařilo změřit znečistění, které tvoří rakety a jiná obdobná tělesa při sestupu do atmosféry. Popsali to experti z Leibnizova ústavu fyziky atmosféry v odborném časopise Communications Earth & Environment. Vědci díky laserovému zařízení LiDAR zaznamenali lithiový oblak ve výšce 96 kilometrů nad zemským povrchem, který podle nich vznikl návratem části rakety Falcon 9 společnosti SpaceX.
20. 2. 2026

V Evropě se šíří bakterie odolávající antibiotikům. Přenáší se jídlem

Nové údaje evropských agentur pro zdraví a bezpečnost potravin ukazují, že u bakterií přenášených potravinami stále roste jejich odolnost vůči běžně používaným antibiotikům. To podle expertů ohrožuje léčbu řady onemocnění a může to způsobit spoustu zdravotních problémů, z nichž některé skončí smrtí.
20. 2. 2026

Na Slovensku objevili dva nové druhy minerálů

Objevit neznámý druh minerálů není úplně výjimečné, ale ve zdejším regionu to zase tak časté není. Teď se to podařilo slovenským vědcům, kteří popsali rovnou dva druhy najednou.
19. 2. 2026

V tělech volně žijících ryb se vyskytují antidepresiva, popsali jihočeští vědci

Vědci zjistili, že u jiker a následně i ryb se vyskytují psychoaktivní léky, které do vody unikají z odpadů. Na projektu mezinárodního týmu spolupracovali i zástupci Jihočeské univerzity (JU). Výzkum se konal na dvou místech na českých tocích. Psychoaktivní léky, které se používají například proti depresím, pak mohou negativně ovlivnit vývoj ryb.
19. 2. 2026
Načítání...