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

Nejdřív nevěřili, že ji vyprostí. Experti popsali záchranu relikvie z betonu

Přes šestnáct hodin trvalo restaurátorům Blance Valchářové a Michalu Velíškovi lebku svaté Zdislavy vyprostit z betonu, do kterého ji zalil zloděj. Relikvii ukradl z baziliky v Jablonném v Podještědí na Liberecku v úterý 12. května večer a chtěl ji pohřbít do řeky. V tom mu zabránil rychlý zásah policie. Očištěnou a zrestaurovanou lebku v sobotu restaurátoři předali arcibiskupovi Stanislavu Přibylovi při hlavní mši na Zdislavské pouti v Jablonném.
před 8 hhodinami

Na Mostecku vědci vysazují trávu s výhřevností uhlí

Travinu, která je schopna rychle růst i na kontaminovaných a na živiny chudých půdách, vysazuje tým vědců v okolí bývalého lomu ČSA na Mostecku. Z ozdobnice obrovské lze získat biomasu, která má výhřevnost srovnatelnou s hnědým uhlím.
před 15 hhodinami

Raketa společnosti Blue Origin explodovala při testu na startovací rampě

Raketa New Glenn společnosti Blue Origin miliardáře Jeffa Bezose explodovala při testu na startovací rampě, informují tiskové agentury. Veškerý personál je v bezpečí, ujistil Bezos s tím, že je ještě příliš brzy na zjištění, co se pokazilo. K výbuchu došlo ještě na startovací rampě, což je podle experta pro firmu o to závažnější.
29. 5. 2026Aktualizováno29. 5. 2026

Hurikánová sezona bude letos zřejmě slabší, stoupá hrozba tajfunů

S červnem začíná hurikánová sezona v Atlantiku. Oblast tropického oceánu, která je klíčová pro vývoj hurikánů, je teď sice nadprůměrně teplá, přesto meteorologové z amerického NOAA (Národního úřadu pro oceány a atmosféru) letos očekávají spíše klidnější průběh. Silné by naopak mohly být tajfuny v Pacifiku.
29. 5. 2026

AI pomohla rozluštit vatikánskou Borgovu šifru i další staré texty

Umělá inteligence (AI) pomáhá historikům odhalovat tajemství stovky let starých šifer ukrytých v archivech a knihovnách po celém světě. Díky novým algoritmům se daří rozluštit staré texty, které byly dosud nečitelné, a nahlédnout tak do světa tajných lékařských receptů, milostných dopisů i politických intrik, píše britská stanice BBC.
29. 5. 2026

Evropa se otepluje dvakrát rychleji než průměr světa. Současná vedra jsou dokladem

V Evropě tento týden padly teplotní rekordy mimo jiné ve Velké Británii, Irsku a Francii. Za horkem, které se obvykle vyskytuje až na vrcholu léta, stojí takzvaná „teplotní kopule“ teplého vzduchu ze severní Afriky, která se ocitla uvězněná pod tlakovou výší nad západní Evropou. A vliv má i fakt, že Evropa se otepluje výrazně rychleji než zbytek planety – každá další vlna veder je tak vzhledem k tomuto vyššímu základu intenzivnější.
29. 5. 2026

Komáři se umí naučit, že repelent znamená večeři, naznačuje studie

Skupina francouzských vědců popsala v odborném časopise Journal of Experimental Biology, že komáři přenášející žlutou zimnici se mohou naučit spojovat vůni nejpoužívanějšího repelentu s potravou. To znamená, že by mohli být ochotnější sát krev lidí, kteří repelent používají.
28. 5. 2026

V Brně ukazují pravěké rytiny a nové nálezy

Moravské zemské muzeum vystavilo v Pavilonu Anthropos nejvýznamnější nálezy svých archeologů z posledních deseti let. Dominuje rytina mamuta a koně na říčním valounu stará až patnáct tisíc let.
28. 5. 2026
Načítání...