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

Grónsko je klíčové pro Trumpovu kolosální Zlatou kopuli

Americký prezident Donald Trump a další představitelé jeho administrativy tvrdí, že získání Grónska je zásadní pro úspěšné dokončení projektu Golden Dome (Zlatá kopule). Tento vesmírný protiraketový štít nové generace má ochránit Spojené státy před stále vyspělejšími protivníky, píše server BBC News.
před 22 mminutami

Dánští archeologové objevili obří středověkou loď-hrad. Uvezla stovky tun nákladu

Objev masivní obchodní lodi u kodaňského pobřeží pomáhá vyprávět nejenom její příběh, ale také vrhá nové světlo na středověký obchod, život námořníků a také na to, jak se tyto lodi stavěly.
před 2 hhodinami

Obavy z budoucnosti mladí Číňané rozptylují pomocí AI věštců

Mladí Číňané se zamilovali do věštění. Pohled do budoucna jim už ale nenabízí kartářky, prognostici nebo tvůrci horoskopů, ale stále častěji umělé inteligence, především domácího původu.
včera v 09:00

Studie: Nejsou důkazy o spojitosti paracetamolu v těhotenství s autismem u dětí

Nová rozsáhlá studie nenašla žádné důkazy o tom, že by užívání paracetamolu v těhotenství zvyšovalo riziko autismu, ADHD a vývojové poruchy intelektu. Studii zveřejnil odborný časopis The Lancet. Těhotné ženy od užívání paracetamolu v loňském roce zrazoval americký prezident Donald Trump, který lék proti horečce a bolesti spojil s rizikem autismu u dětí.
včera v 08:44

Írán odpojil internet v panice, Starlink rušit nedokáže

Teherán odpojil internet během protestů v panice a o přístup k síti přišlo dočasně i ministerstvo zahraničí. Píše to list Financial Times s odkazem na experty. Odříznutí Íránci se navzdory hrozbě represí pokoušejí komunikovat se světem přes Starlink. Íránské úřady se marně snaží rušit signál, a tak zabavují lidem antény.
16. 1. 2026

Cítí se opuštěni elitami, sjednoceni hněvem. Co lidi spojuje v krizích, ukázal český výzkum

Co mají společného spory o roušky během covidu a hádky o pomoc Ukrajině v diskuzích na facebooku? Výzkum českých vědkyň ukazuje, že lidé v časech krize sdílejí opakující se příběhy na základě modelu „my dole“ proti „těm nahoře“. Může to na sociálních sítích posílit sounáležitost mezi lidmi, ale současně takové chování rozděluje společnost ještě víc a vytváří pocity nedůvěry vůči elitám, hlavně těm politickým a mediálním.
16. 1. 2026

Jaký bude rok 2026? Velká předpověď naznačuje vysoké teploty

Letošní rok by se mohl zařadit k těm dosud nejteplejším. Naznačují to predikce na základě analýzy historických dat a sledování dlouhodobého vývoje. Důležitou roli mají mít jevy El Niňo a La Niňa. Dosud nejteplejší byl rok 2024, ten loňský se stal třetím nejteplejším od počátku pozorování.
16. 1. 2026

Mikroplastů je tolik, že kontaminují výzkumy o množství mikroplastů

Mikroplastů je už na Zemi tolik, že se nedá pořádně říct, jak moc jich je – tak se dají shrnout výsledky několika studií, které vyšly v poslední době. Na základě důkladných analýz jejich autoři zpochybňují předchozí výzkumy, které popisovaly, kolik mikroplastů (a nanoplastů) se nachází v lidských tkáních.
16. 1. 2026
Načítání...