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

Ebola se v Kongu šíří stovky kilometrů od dosavadního ohniska

V provincii Jižní Kivu na východě Konga byl potvrzen případ eboly, nemoc se tak objevila stovky kilometrů od dosavadního epicentra nákazy. Uvedla to ve čtvrtek povstalecká aliance, která oblast kontroluje, informovala agentura Reuters. Případ podle ní vyvolává obavy z dalšího šíření epidemie. Mladíci zapálili centrum pro léčbu eboly poté, co jim bylo odepřeno pohřbít tělo jejich blízkého.
včeraAktualizovánopřed 2 hhodinami

První týdny otcovství mění mužům zásadně mozek, popsali experti

Když žena přivede na svět dítě, změní ji to duševně i tělesně. Týká se to i změn v mozku, které už vědci opakovaně a docela detailně popsali. Ale oč lépe známé byly dopady rodičovství na ženy, o to méně se vědělo o tom, co dělá otcovství s mozkem mužů. Teď to popsali němečtí psychologové, kteří čerstvé otce prozkoumali celou řadou těch nejmodernějších přístrojů.
před 8 hhodinami

Španělsko prošlo nejhorší sezonou lesních požárů od roku 1995. Roli sehrálo i žhářství

Španělsko zažilo loni nejhorší sezonu lesních požárů od roku 1995. Oheň zničil 354 793 hektarů lesní půdy. Dokument Anatomie požáru se zaměřuje na požár u obce Molezuelas de la Carballeda v provincii Zamora, který byl loni v létě jedním z nejničivějších.
před 9 hhodinami

Turečtí vědci vypustili robotického archeologa, umí se potopit 300 metrů hluboko

Kam člověk nemůže, tam ho zastoupí robot. Tato praxe se začíná využívat v čím dál větším množství oborů – a nově také v podvodní archeologii. Stroj se totiž ponoří hlouběji než člověk a déle vydrží v podmínkách vysokého tlaku, nedostatku světla i vzduchu.
před 12 hhodinami

SpaceX míří na burzu a chce výrazně překonat saúdské těžaře

Americká firma SpaceX předložila americké Komisi pro cenné papíry a burzy (SEC) potřebný dokument pro vstup na burzu. V něm například uvádí, že v budoucnosti chce rozvíjet měsíční ekonomiku, infrastrukturu pro umělou inteligenci na oběžné dráze či osobní a nákladní přepravu na Měsíc a Mars. Firma podle dokumentu v prvním čtvrtletí letošního roku hospodařila s čistou ztrátou 4,28 miliardy dolarů (90 miliard korun). Meziročně ztrátu výrazně prohloubila z 528 milionů dolarů. Obrat společnost navýšila meziročně z necelých 4,1 na téměř 4,7 miliardy dolarů.
před 12 hhodinami

Nanoplasty mohou narušovat ochrannou vrstvu plic, ukazuje výzkum Akademie věd

Malé částečky umělých hmot, konkrétně takzvané ultrajemné polystyrenové nanoplasty, se mohou „zabudovávat“ do ochranné vrstvy plic, měnit její strukturu a oslabovat ochrannou funkci, popsali vědci z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského Akademie věd ČR ve spolupráci s kolegy z Polska a Slovinska.
před 13 hhodinami

Přepracované AI se v experimentu obracely k marxismu

Pokud výzkumníci vystavili umělé inteligence (AI) náročné práci, neustále jim zhoršovali podmínky a ještě jim vyhrožovali, že je nahradí pokročilejšími modely, začaly AI komunikovat podobně jako marxisté.
před 17 hhodinami

Ebola v Evropě není velkou hrozbou, ukazují zkušenosti

Pacient, který může mít ebolu a bude hospitalizovaný v Česku, může vyvolávat obavy. Ale zkušenosti naznačují, že kvalitní přijatá opatření i samotné vlastnosti viru dokáží šíření nemoci účinně zabránit.
20. 5. 2026
Načítání...