Podle dosavadních poznatků by vůbec neměly existovat. Řeč je o hydrátech chloridu cesného. Přesto vědkyně a vědci z Ústavu přístrojové techniky Akademie věd ve spolupráci s odborníky z Innsbrucké univerzity jejich existenci dokázali. Klíčem k přípravě je speciální způsob mražení.
Každá sněhová vločka je jiná – a přece mají něco společného. Všechny jsou šestiúhelníkové neboli hexagonální. Je to tím, že v přírodě má tuto krystalovou strukturu led vždycky, ať už se nachází v antarktických ledovcích, kostce ledu ve whisky, nebo na kluzišti hokejové haly. Jenže to neplatí v laboratořích.
Vědci dokázali vytvořit spoustu druhů ledu, nad nimiž by příroda spráskla ruce: takových podob existují asi dvě desítky, a další dokonce nemají strukturu žádnou, těm se říká amorfní. Mohou ale existovat jen za podmínek, které na Zemi nejsou: za extrémních teplot, tlaku nebo při bleskurychlém zmrazení. A teď to důležité: k čemu to celé je?
„Neexistující“ sloučenina ve zmrzlých solných roztocích
Jeden z těchto „exotických ledů“ zkoumali vědci z brněnského Ústavu přístrojové techniky Akademie věd. Věnovali se podskupině výše popsaných amorfních ledů, přičemž je zajímaly ty slané, které byly připravené z roztoku obsahujícího chlorid cesný.
V přírodě jsou nemožné proto, že vznikají extrémně rychlým zchlazením na 196 stupňů pod nulou. Na Zemi byla naměřená přirozeně nejnižší teplota na stanici Vostok „jen“ 89,2 pod nulou. Další možností vzniku tohoto ledu je stlačit ho při stejné teplotě pod tlakem 1,6 GPa – to je asi čtvrtina tlaku, při němž vznikají umělé diamanty.
„Při takovém zchlazení se ve vodě nevytvoří krystalky ledu, a voda tak zůstává zamrzlá v neuspořádané podobě typické pro kapalinu. Při následném ohřevu amorfního ledu se molekuly přeuspořádají a teprve tehdy vzniknou drobné ledové krystalky,“ vysvětluje Ľubica Vetráková, která se na experimentu podílela.
A právě v tomto ledu vědci objevili molekuly, které by podle dosavadních experimentálních výsledků a výpočtových modelů vůbec neměly existovat. Chlorid cesný je totiž jednou ze solí, jež kvůli nestabilitě hydrátů žádné hydráty netvoří – neváže na sebe vodu.
A přesto tým vědců z Brna a Innsbrucku v takto speciálně připraveném ledu objevil hned několik druhů těchto hydrátů. Povedlo se to díky kombinaci několika špičkových zobrazovacích metod, které vymyslel tým Viléma Neděly z Ústavu přístrojové techniky.
Uplatnění při výrobě léčiv
„Při mražení vodného roztoku jsou všechny látky rozpuštěné ve vodě vytěsněny do mezer mezi krystaly tvořícího se ledu. V tomto meziprostoru je velmi málo místa, takže se molekuly dostávají mnohem blíže k sobě – zvyšuje se lokální koncentrace látek a mění se i parametry prostředí, jako je pH či iontová síla. Reakce v tomto stísněném prostoru proto často probíhají jiným způsobem, než by probíhaly v kapalném roztoku,“ vysvětluje Vetráková.
Tento přístup by se dal podle jeho autorů využít k laboratorní přípravě mnoha dalších molekul, které se považují za nestabilní a jen složitě se dají získat běžnými metodami. Tvorba amorfního ledu a jeho následná krystalizace za nízkých teplot může nestabilním molekulám poskytnout vhodné podmínky pro jejich vznik a existenci. Tento přístup by se mohl uplatnit – a právě to je důležité pro budoucí praktické použití – například při výrobě některých léčiv.
Přestože se amorfní led v přírodě na Zemi nenajde, ve vesmíru je běžný. Obsahují ho například komety nebo mezihvězdný prach. Když se kometa přiblíží ke Slunci, amorfní led se mírně ohřeje a nastane krystalizace za nízkých teplot, při které můžou vzniknout vysoce metastabilní látky a vyvinout se nové, vědě neznámé druhy molekul.
Proto může být příprava nových molekul metodou krystalizace amorfního ledu za nízkých teplot klíčem k pochopení, jakým způsobem probíhají chemické reakce ve vesmíru. A protože některé hypotézy předpokládají, že život na Zemi přinesla právě kosmická tělesa, je možné, že se v tomto „absurdním“ ledu skrývá i odpověď na otázku původu života.
