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

Africké kolonie tučňáků se za sotva dekádu zmenšily o 95 procent

Kde se ještě před dvěma dekádami rozléhalo kejhání desítek tisíc tučňáků, panuje dnes ticho. Ptáci většinou vyhladověli k smrti. Stalo se to poté, co u břehů Jižní Afriky, kde žili, zmizely sardinky.
před 16 hhodinami

Česko je na prahu chřipkové epidemie

Tuzemsko stojí podle hlavní hygieničky Barbory Mackové na prahu chřipkové epidemie. Podle dat za minulý týden přibylo v Česku od týdne předchozího nemocných asi o šestinu, roste zejména počet nemocných dětí ve školním věku. Mezi různými infekcemi dýchacích cest se zvýšil podíl chřipky, pacientů za týden přibylo skoro o třetinu, uvedl Státní zdravotní ústav (SZÚ).
včeraAktualizovánopřed 16 hhodinami

Británie a Španělsko kvůli nebývale silné chřipkové vlně doporučují roušky

Letos přišla do západní Evropy chřipková epidemie dříve a silněji než v minulých letech. Navíc ji tvoří kmen viru, který je spíše vzácnější, takže proti němu hůř chrání protilátky z očkování i prodělání nemoci v minulosti.
před 17 hhodinami

Večer ho přemalovali, ráno tam byl zas. Lennonova pomníku se komunisté báli

Místem jedněch z prvních protirežimních akcí v komunistickém Československu, které předznamenaly listopad 1989, byla i takzvaná Lennonova zeď. Ta v Praze na Velkopřevorském náměstí vznikla několik dnů poté, co se před 45 lety v New Yorku poblíž Central Parku ozvalo pět výstřelů. Duševně nemocný Mark Chapman tam 8. prosince 1980 před jedenáctou hodinou večer postřelil hudebníka Johna Lennona. Bývalý člen skupiny Beatles pak během několika minut zemřel. Po celém světě se následně zvedla mohutná vlna piety, která se přelila až do mírových happeningů.
před 21 hhodinami

Do Lužických hor se vrátily divoké kočky. Fotopasti ukázaly koťata

Vzácné kočky divoké už zase žijí v Lužických horách. Že se tam úspěšně usadily, prokazují nejen genetické analýzy z odebraných vzorků srsti a trusu, ale také fotopasti Hnutí Duha, které odhalily jejich mláďata.
před 22 hhodinami

Nanotyrannus nebyl jen mladý T. rex, definitivně potvrdili vědci

Vědci desetiletí debatovali o tom, zda masožravý dinosaurus Nanotyrannus nebyl ve skutečnosti jen mladým jedincem druhu Tyrannosaurus rex. Zdá se však, že během pěti týdnů byla tato záležitost definitivně vyřešena dvěma novými studiemi. Ty ukazují, že Nanotyrannus se od Tyranosaura rexe značně lišil.
před 23 hhodinami

Čeští vědci by si měli více věřit, zaznělo v Událostech, komentářích z ekonomiky

České start-upy i zavedené společnosti vyvíjejí špičkové technologie, se kterými jsou úspěšné v tuzemsku i na mezinárodním poli. Stát se je snaží motivovat přímo prostřednictvím různých dotací, ale i nepřímo skrze daňové odpočty na výzkum a vývoj. Navzdory tomu se česká ekonomika v takzvaném indexu inovativnosti spíše propadá. O příčinách poklesu a možnostech zlepšení v Událostech, komentářích z ekonomiky debatovali výzkumnice z Technické univerzity Liberec Markéta Hujerová, výkonná ředitelka Czechitas Senta Čermáková a hlavní ekonom ČSOB Jan Bureš. Debatou provázely Vanda Kofroňová a Tereza Gleichová.
7. 12. 2025

Vědci chtějí změnit jeden z nejnepříjemnějších zvuků na světě

Zvuk zubní vrtačky je tak nepříjemný, že může lidi od návštěvy dentisty odradit, upozorňují vědci. Hledají proto cestu, jak tento problém alespoň zmenšit.
7. 12. 2025
Načítání...