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. Za Akademii věd ČR (AV) o tom ČTK informovala Markéta Růžičková v dnešní tiskové zprávě.
Na výzkumu pracoval tým vědců pod vedením Martina Kalbáče z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV 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.
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. Tento tzv. 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.
Struktura takto vzniklého "nanoledu" se podle vědců od běžného velmi liší. Normální led tvoří krystaly s tzv. hexagonální krystalovou strukturou, molekuly vody uvězněné mezi hladkým oxidem křemičitým a zvrásněným grafenem však vytvářejí krystalické jádro pouze ve středu výdutí. Molekuly vody v blízkosti grafenu jsou orientovány náhodně, to vede k tzv. amorfnímu uspořádání. Tvar grafenových výdutí také značně ovlivňuje podíl amorfního ledu a tím i proces tání.
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 100 000 atomů, činí tyto simulace jedny z největších, pro který byl tento kvantový popis kdy použit," uzavřel autor simulací Jiří Klimeš.
Související
Hrozí světu války o vodu? Miliardy lidí k ní nemají přístup, krize se stupňuje, varuje UNESCO
Voda v přírodních koupalištích je většinou vhodná ke koupání, platí ale i zákazy
Voda , akademie věd , Vědci , nanotechnologie
Aktuálně se děje
před 51 minutami
Spor o "sestřelený" bombardér: Letadlo útočilo na Dnipro a Kryvyj Rih, tvrdí Kyjev
před 1 hodinou
WHO objevila virus ptačí chřipky v mléce infikovaných zvířat
před 2 hodinami
Von der Leyenová: Rusko chce migrací destabilizovat Finsko
před 2 hodinami
Andrej Babiš a Monika Babišová se po 30 letech oficiálně rozcházejí
před 2 hodinami
Státy NATO Ukrajině dodají více prostředků protivzdušné obrany
před 3 hodinami
Opravdu Ukrajina sestřelila ruský bombardér? Média zpochybňují tvrzení Kyjeva
před 4 hodinami
USA údajně dostaly informaci o útoku na Írán na poslední chvíli
před 4 hodinami
Hnutí ANO zrušilo účast na jednání o reformě důchodů. Další rozhovory nemají smysl, reagoval Pavel
před 5 hodinami
Češi budou mít z čeho vybírat. Do eurovoleb míří 30 stran a hnutí
před 5 hodinami
Lavrov: Dali jsme Izraeli jasně najevo, že Írán nechce eskalaci napětí
před 5 hodinami
Soud s Trumpem: Tucet porotců rozhodne. Kdo jsou ti lidé?
před 6 hodinami
Vražda v Praze: Policie pokročila v případu napadení v autoservisu
před 6 hodinami
"Je pro nás důležitým symbolem." Ukrajina udělila nejvyšší státní vyznamenání Alainu Delonovi
před 6 hodinami
Pavla zklamalo Babišovo ANO. O změnách v důchodech už nechce jednat
před 7 hodinami
Počet obětí útoku ruské armády v Dněpropetrovsku roste. Zelenskyj žádá o akutní posílení protivzdušné obrany
před 7 hodinami
Počasí: Zima se vrátila do Česka. Meteorologové upřesnili platná varování
před 8 hodinami
Írán popřel zprávy o útoku Izraele. Za výbuchy stály drony z vnitrozemí
před 8 hodinami
CIA: Pokud Ukrajina nedostane peníze, letos válku s Ruskem prohraje
před 9 hodinami
Ukrajinská armáda sestřelila první ruský strategický bombardér
před 9 hodinami
Ukrajina zatápí Rusům. Oblasti ruší oslavy Dne vítězství
Nejméně pět ruských regionů se rozhodlo zrušit vojenské přehlídky k oslavě Dne vítězství, kterým si Rusko připomíná sovětské vítězství nad nacistickým Německem dne 9. května. Tato opatření jsou reakcí na hrozbu útoků z Ukrajiny, s níž Rusko vede více než dva roky válečný konflikt, informoval server The Moscow Times.
Zdroj: Libor Novák