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

Nová varianta covidu „cikáda“ odolávající protilátkám se dostala už i do Česka

Nově se šířící varianta viru SARS-CoV-2 se liší od těch předchozích tolik, že by mohla snadněji unikat očkování i předchozímu překonání covidu. Upozorňují na ni experti ve více zemích včetně Česka. Pokud by se šířila dál, bylo by zřejmě potřeba změnit očkování.
před 19 hhodinami

VideoČeští experti zkoumají čínského robota Karla

Odborníci ze spolku Česká IT akademie zkoumají čínského humanoidního robota jménem Karel. Objevují, jak technologie funguje, i to, co všechno tito roboti dokážou o svých uživatelích zjistit. S čínskými technologiemi se totiž dlouhodobě spojují rizika spojená se sledováním i sběrem dat. Podle Ondřeje Chlupáčka z akcelerátoru S-tech Ventures je jedním z cílů zkoumání zjistit, jaké komponenty lze nahradit evropskými alternativami a jak by to bylo drahé či složité. Kromě toho odborníci učí Karla správně používat jeho ruce. V budoucnu by pak roboti mohli nahradit lidské pracovníky třeba ve zdravotnictví nebo průmyslu.
27. 3. 2026

Wikipedie omezila používání AI, povoluje už jen drobné úpravy a překlady

Otevřená internetová encyklopedie Wikipedie zakázala používání umělé inteligence při tvorbě nebo přepisování článků. Podle nových pravidel smí editoři používat jazykové modely, například ChatGPT, Google Gemini nebo DeepSeek, pouze výjimečně. Texty vytvořené těmito nástroji totiž často porušují základní zásady encyklopedie, zejména požadavek na ověření ze spolehlivých zdrojů.
27. 3. 2026

Vědci testují očkování proti fentanylu. Může zabránit vzniku „zombií“

Epidemie fentanylové závislosti se rozšířila už tak moc, že vědci hledají řešení, která by ještě nedávno nebyla ve hře. Jedním z nich by mohlo být například očkování, které „vypne“ v mozku centra, jež reagují na tuto drogu. Testování této vakcíny už začalo.
27. 3. 2026

Družice AMBIC bude očima Česka v kosmu. Má sledovat povodně, požáry či dopravu

Zástupci národního centra pro letectví a vesmír VZLU Aerospace a Evropské kosmické agentury (ESA) v pátek podepsali smlouvu, která zajistí vývoj družice AMBIC. Ta by v budoucnu měla pomoci mimo jiné při zvládání požárů a povodní nebo sledování situace na silnicích a železnicích.
27. 3. 2026

Blíží se „super El Niño“, predikují experti. Může přinést nejteplejší rok vůbec

Nová měření naznačují, že letos zřejmě převládne teplá fáze teploty oceánské vody, které se říká El Niño. To by mohlo mít závažné dopady na počasí ve velké části světa.
27. 3. 2026

Co se stane, když naklonujete klon? Vědci narazili na bariéru

Před jednatřiceti lety lidé poprvé viděli klon. Ovce Dolly byla první, ale nikoliv poslední, od té doby se tento proces používá běžně v mnoha oblastech vědy. Ve vzduchu ale stále visí jedna otázka: Dá se klonovat nekonečně, nebo existuje mez, kdy to přestává fungovat? Teď tuto hranici našli japonští biologové.
27. 3. 2026
Doporučujeme

Pes je nejlepším přítelem člověka o tisíce let déle, než se předpokládalo

Pes je nejlepším přítelem člověka už nejméně šestnáct tisíc let, prokázala dvojice studií, které vyšly tento týden v odborném žurnálu Nature. Vědci tak výrazně posunuli datum doby, kdy se psi prokazatelně vyskytovali s lidmi v Eurasii – a to přibližně o pět tisíc let směrem do minulosti.
26. 3. 2026
Načítání...