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

Stárnoucímu Česku dojdou mladí lidé, ukazují velká data

Během pouhých deseti let začne odcházet do důchodu silná generace Husákových dětí. Přinese to zásadní demografickou proměnu, která změní celou českou společnost. Nejenže bude méně lidí na to, aby vydělávali na penze stále rostoucí skupině, ale především bude potřeba mnohem více sociální péče pro seniory.
10. 1. 2026Aktualizovánopřed 17 hhodinami

První lidé lovili pomocí jedu už před 60 tisíci lety

Lidé druhu Homo sapiens na jihu Afriky používali už před šedesáti tisíci lety otrávené šípy. Dokázali to švédští vědci na základě nálezu takových zbraní na území dnešní Jihoafrické republiky. O nejstarším nálezu svého druhu informovali v článku, který zveřejnil odborný časopis Science Advances.
před 19 hhodinami

„Sedmé nebe“ je úplně nový druh vesmírného objektu

Galaxie, která selhala, respektive oblak temné hmoty z počátku vesmíru – tak astronomové popisují vzdálený kosmický objekt, který objevili. Dali mu název Cloud-9, což by se dalo do češtiny nejlépe přeložit jako „Sedmé nebe“.
11. 1. 2026

Čeští vědci navrhli řešení klimatické změny. Klíčem je kácení severských lesů

Vědci navrhli prozkoumat možnost ukládání uhlíku pomocí splavování masy vykácených stromů do Severního ledového oceánu z lesů, které rostou v povodí sibiřských veletoků Obu, Jeniseje a Leny a severoamerických řek Yukonu a Mackenzie. V této oblasti se nachází asi sto gigatun uhlíku, který je uložený ve dřevě stromů. Vykácením přibližně jednoho procenta těchto lesů a splavením kmenů do oceánu by bylo možné snížit množství emisí o jednu gigatunu, tedy desetinu emisí vypuštěných lidstvem za rok.
10. 1. 2026

Dvacet pod nulou, nebo jen pět? Předpovědi počasí na příští týden se silně liší

Úspěšnost předpovědí počasí se v posledních letech zásadně zlepšila. I tak se ale vyskytne situace, která představuje i pro nejmodernější předpovědní modely a zkušené meteorology značnou výzvu. Momentálně se týká příštího týdne.
9. 1. 2026

Genetická šifra mistra Leonarda. Vědci možná získali jeho DNA

Mezinárodní vědecký tým našel s pomocí velmi detailních analytických metod stopy DNA na kresbě připisované renesančnímu géniovi Leonardu da Vincimu. Mohly by patřit samotnému mistrovi a univerzálnímu učenci, k identifikaci jeho DNA ale ještě zbývá daleká cesta. O studii informoval časopis Science.
9. 1. 2026

NASA stahuje posádku Crew-11 zpět na Zemi kvůli zdravotnímu stavu astronauta

Americký Národní úřad pro letectví a vesmír (NASA) se rozhodl pro předčasný návrat čtyřčlenné posádky mise Crew-11 z Mezinárodní vesmírné stanice (ISS) na Zemi kvůli zdravotnímu problému astronauta. Napsala o tom agentura AP. Člena posádky, který je nyní ve vesmírné laboratoři na oběžné dráze ve stabilizovaném stavu, NASA kvůli ochraně soukromí pacienta nejmenovala a nesdělila podrobnosti o jeho zdravotním problému. Návrat americko-rusko-japonské posádky na Zemi se uskuteční v příštích dnech.
8. 1. 2026Aktualizováno9. 1. 2026

Emise z letecké dopravy lze snížit bez úbytku cestujících, navrhují vědci

Pro výrazný pokles skleníkových plynů z letecké dopravy by stačilo zavést jen několik jednoduchých pravidel, tvrdí švédská studie. Letecká doprava tvoří sice jen asi čtyři procenta celkových emisí skleníkových plynů v Evropské unii, představuje ale jeden z nejrychleji rostoucích zdrojů. Vědci nastiňují tři teoreticky jednoduché změny, kvůli kterým by lidé nemuseli omezovat četnost cestování.
8. 1. 2026
Načítání...