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

Agenti OpenAI napadli kromě webu Hugging Face další čtyři platformy

Dva autonomní agenti společnosti OpenAI pohánění jejími pokročilými modely umělé inteligence (AI) napadli při testování kromě webu Hugging Face další čtyři platformy. Využili je mimo jiné ke kopírování programového kódu nebo k jeho testování, nepřekročili prý ale rámec toho, co by udělal běžný uživatel. S odkazem na sdělení OpenAI o tom informuje agentura AFP.
před 3 hhodinami

Sirotčí černá díra si pochutnala na osamělé hvězdě

Bliknutí v naprosté temnotě naznačovalo, že se stalo něco výjimečného. Detailní analýza ukázala, že šlo o jedinečné pozorování takzvané sirotčí černé díry, která pohltila hvězdu na samém okraji velmi vzdálené galaxie.
před 4 hhodinami

Španělsko čeká první úplné zatmění po více než století. Takto prožívalo ta poslední

Úplné zatmění Slunce nebylo na Pyrenejském poloostrově pozorováno od roku 1905 a na Kanárských ostrovech od roku 1959. Před více než sto lety bylo za centrum pozorování považováno město Burgos v severním Španělsku. Letos jím bude Guadalajara, která leží severovýchodně od Madridu.
před 4 hhodinami

VideoNapůl pes, napůl liška. Vědci zintenzivnili výzkum záhadné šelmy

Pes krátkouchý patří k jedné z nejhůř popsaných psovitých šelem světa. Je dokonale adaptovaný na svůj domov, hluboké pralesy v Amazonii, ale kvůli jejich ohrožení těžbou i klimatickou změnou i on stále rychleji mizí. Bolivijští biologové teď nasadili několik týmů na jeho výzkum, nejčastěji se ale setkávají s tím, že už v dané oblasti tento tvor vůbec nežije. Přesto se už podařilo vědcům zachytit přibližně šest set interakcí s ním. Doufají, že se tak o tvorovi dozví víc a získají informace potřebné pro jeho ochranu.
před 8 hhodinami

Archeologové našli v Litoměřicích hrob starý přes šest tisíc let

Archeologové objevili v Litoměřicích doklad neolitického osídlení Dómského pahorku. Na dohled od biskupské rezidence našli hrob starý přes šest tisíc let s kosterními pozůstatky patnáctiletého chlapce, zbytky domu, ale také svatební prstýnek z 12. století a další cenné předměty. O nálezech informovalo litoměřické biskupství.
před 10 hhodinami

Zpomalte vývoj AI, volají zaměstnanci předních technologických firem

Více než 1100 zaměstnanců předních technologických firem vyzvalo americkou vládu, aby podpořila mezinárodní spolupráci na vytvoření nástrojů, které by umožnily řídit tempo vývoje nejpokročilejší umělé inteligence (AI). Podle nich se vývoj zrychluje natolik, že současné bezpečnostní a regulační mechanismy nemusejí udržet krok, uvedla agentura Reuters.
před 10 hhodinami

Evropu přiklopí tepelná kupole, opět přijdou rizikové čtyřicítky

Přelom července a srpna přinese do Evropy nejen poslední třetinu léta, ale hlavně další velmi silnou vlnu veder s extrémními teplotami a celou řadou rizik. Její příčinou bude opět takzvaný omega blog, který vytlačí ze severní Afriky nad evropský kontinent teplý vzduch. Důsledkem bude už čtvrtá vlna veder této sezony, při níž se nad Středomořím i střední Evropou usadí teplotní kupole.
před 10 hhodinami

Včasné vyšetření a testování nádoru může snížit úmrtí na rakovinu plic

Počet úmrtí na rakovinu plic může podle českých lékařů snížit včasný záchyt při vyšetřování lidí bez příznaků v takzvaném screeningu a podrobnější genetické testování nádorů. Uvedli to na tiskové konferenci České pneumologické a ftizeologické společnosti České lékařské společnosti Jana Evangelisty Purkyně.
včera v 14:43

Evropský pohled

ČT24 každý den vybírá z obsahu publikovaného evropskými veřejnými médii, členy Eurovize.