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

Zpomalte vývoj AI, volají experti i majitelé firem. Není důvod, míní Trump a Čína

Zatímco většina velkých amerických firem, které se věnují umělým inteligencím (AI), začala volat po zpomalení kvůli rostoucím obavám z budoucího vývoje, americký prezident Donald Trump se více obává Číny, která se snaží dosáhnout pokroku v tomto oboru bez ohledu na možné následky.
před 2 hhodinami

AI mění včasné odhalování srdečních onemocnění

Umělá inteligence (AI) se stále výrazněji prosazuje v kardiologii a otevírá nové možnosti včasného odhalování kardiovaskulárních onemocnění. Algoritmy dokážou z elektrokardiogramu, rentgenového snímku hrudníku, mamografu nebo dokonce z obyčejné fotografie obličeje rozpoznat skryté známky onemocnění a odhadnout riziko, kterému může člověk v následujících letech čelit. Tyto poznatky zazněly na kongresu ESC 2026, celoevropském setkání Evropské kardiologické společnosti, které se konalo od 28. do 31. srpna v Mnichově.
před 5 hhodinami

Čtvrtina patnáctiletých v Česku nepochopí ani text návodů či smluv, říká expertka

Patnáctiletí čeští studenti měli ve výsledcích velké srovnávací studie výrazně horší výsledky než před třemi roky. V oblasti čtenářské gramotnosti jako by ztratili celý rok vzdělávání. Jak je to možné, co jsou příčiny a kudy z toho ven? V rozhovoru odpovídá expertka na vzdělávání Veronika Laufková.
před 5 hhodinami

Řepka nezvládá horko. Při 32 stupních má problém, popsali brněnští vědci

Vysoké teploty narušují přirozené dozrávání semen řepky. Semena vystavená horku totiž častěji praskají. Vědcům z výzkumného centra CEITEC Masarykovy univerzity v Brně se podařilo mechanismus lépe objasnit a tím otevřít možnosti, jak se pokusit tento problém řešit.
před 6 hhodinami

V jezeře Milada se objevil invazní rak červený. Poprvé v tuzemsku

V jezeře Milada nedaleko Ústí nad Labem se objevili invazní raci červení. Jde o první výskyt tohoto druhu v Česku, informoval Tomáš Görner z Agentury ochrany přírody a krajiny (AOPK). Tento druh je přenašečem račího moru. Přírodovědci chtějí udělat podrobnější průzkum, aby zjistili, jak velká populace raků červených v Miladě žije.
před 7 hhodinami

V Severní Dakotě vědci poprvé objevili sérii stop dospělého Tyrannosaura rexe

V americkém státě Severní Dakota vědci objevili první známou souvislou sérii stop dospělého Tyrannosaura rexe, jednoho z největších suchozemských predátorů, kteří kdy žili. Čtyři tříprsté otisky jsou staré zhruba 66,5 milionu let. O objevu informoval list The Guardian.
včera v 12:52

Šéf Anthropicu vyzval firmy, aby zpomalily vývoj AI. Apel podpořil i Musk

Generální ředitel americké společnosti Anthropic Dario Amodei vyzval firmy zabývající se umělou inteligencí (AI), aby zpomalily tempo, jakým rozšiřují schopnosti svých modelů. Nastínil přitom tříkrokový rámec, jehož cílem je regulovat rychlost vývoje a získat více času na řízení souvisejících rizik. Krok reaguje na rostoucí obavy ze zneužití umělé inteligence, informovala v sobotu v podvečer SELČ agentura Reuters.
včera v 00:26

Čeští vědci prozkoumali možnosti genetické úpravy lidských embryí

Odborný vědecký časopis Nature zveřejnil studii, na které se podíleli i čeští vědci. Přinesli v ní přelomové poznatky o možnostech opravy genetických chorob v raném embryonálním vývoji.
11. 9. 2026

Evropský pohled

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