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

Vaječníky po menopauze mohou pomáhat s imunitou, naznačuje studie

Když vědci zkoumali lidské vaječníky, zjistili, jak se v nich projevuje stárnutí. Aby zjistili víc, provedli několik experimentů na myších – u nich ověřili, že když přestanou vlivem věku fungovat, získají jiné funkce. Autoři nové studie věří, že u lidí by mohl proces fungovat podobně.
před 12 hhodinami

Teplotní rekordy v pátek ohlásily desítky stanic. Podívejte se

Česko v posledních dnech sevřely mimořádně vysoké teploty. V pátek padl první teplotní rekord už po jedenácté hodině dopoledne. Nejtepleji bylo stejně jako v několika předchozích dnech v Doksanech na Litoměřicku, kde naměřili 38,1 stupně Celsia. Rekordní hodnota pro 26. červen to ale pro tuto stanici není, v roce 2019 tam bylo ještě o osm desetin stupně tepleji. Rekordy pro 26. června padly na 66 ze 171 stanic, které měří více než 30 let, což představuje 39 procent.
včeraAktualizovánovčera v 19:15

Vlna veder je bezprecedentní. Před půl stoletím by nebyla možná, vinu nese změna klimatu

Téměř v polovině zkoumaných evropských měst už padly absolutní teplotní rekordy, anebo se tam očekává, že padnou. Podle nové analýzy má hlavní roli při současné vlně veder změna klimatu, další možné faktory vědci z Imperial College v Londýně vyloučili.
včera v 13:05

Zemřela historička Milena Flodrová, spoluzakladatelka Encyklopedie dějin Brna

V 91 letech ve čtvrtek zemřela historička Milena Flodrová, spoluzakladatelka internetové Encyklopedie dějin Brna. Patřila k nejvýznamnějším znalkyním historie moravské metropole. O jejím místopisu, osobnostech a památkách publikovala desítky knih i odborných článků.
včera v 12:18

Dusno jako v prádelně je stále častější

Klimatické změny způsobené člověkem jsou v současnosti hlavním faktorem nebezpečného vlhkého horka po celém světě, což zvyšuje zdravotní rizika pro stovky milionů lidí.
včera v 11:29

Nakažená základna přivedla americké letectvo zpět k očkování proti chřipce

V dubnu přestali američtí vojáci mít povinnost nechat se očkovat proti sezonní chřipce. Stačily dva měsíce a jedna základna letectva, kde virus vyřadil přes dvě stovky vojáků, aby letectvo tuto povinnost částečně vrátilo zpět.
včera v 11:01

Kvůli vzácným motýlům chtějí ochranáři vykoupit lokalitu v Českém středohoří

Ochránci přírody chtějí vykoupit více než tři hektary pozemků v Českém středohoří. Jde o lokalitu nad obcí Chouč nedaleko Bíliny. Důvodem je ochrana vzácných druhů denních i nočních motýlů a rostlin, které jsou na zdejší prostředí vázané. Podle ochránců je území cenné především tím, že zde přežívají druhy motýlů, které z jiných částí Čech a Moravy postupně mizí.
včera v 08:00

Novými drony dokáže Ukrajina útočit hluboko za frontou

Ukrajině se podařilo v posledním půlroce nasadit na frontě nové drony, jejichž schopnosti překvapit ruskou obranu zásadně vzrostly. Létají tak daleko a přesně, jako to dříve uměly jen drahé řízené střely. Drony se staly klíčovou součástí konfliktu, který před více než čtyřmi roky vyvolalo svou plnohodnotnou invazí Rusko.
25. 6. 2026
Načítání...