Sciencemag.cz
Doporučujeme
Uvnitř uhlíkových nanotrubiček se voda může chovat značně netypicky. Na rozměrech, které jsou jen o málo větší než samotné molekuly vody, podle vědců z MITu led neroztaje ani za teploty, kdy by se voda jinak vařila.
Pozorovaný rozdíl v teplotách skupenských přeměn je obrovský. Dosud se podařilo zaznamenat, že malé množství vody snižuje své teploty varu a tání asi o 10 stupňů (samozřejmě neuvažujeme změny tlaku); zde jde o posun nejen mnohem větší, ale překvapením je i to, že opačným směrem: bod tání roste. Jeho přesná hodnota se sice dala určit obtížně, byla ovšem minimálně 105 C a horní hranice je pak dokonce 151 C. Rozhodující vliv má přesná velikost trubičky – už jen změna průměru z 1,05 na 1,06 nanometrů bude znamenat rozdíl v bodu tání desítky stupňů. (Pro srovnání: Průměr molekuly vody se odhaduje na 0,4 nm.) V minulosti poskytovaly podobné experimenty dost rozporné výsledky, což ale může být dáno prostě tím, že autoři těchto pokusů nedokázali dostatečně přesně stanovit velikost uhlíkového či jiného srovnatelně miniaturního „reaktoru“. Mimochodem, uhlíkové nanotrubičky jsou hydrofobní, takže je trochu záhadou už to, že do takto malého prostoru (těsně k uhlíkovým stěnám) lze vodu vůbec dostat.
Michael Strano, Kumar Agrawal a jejich kolegové z MITu publikovali výsledky svého výzkumu v Nature Nanotechnology. Led stabilní při pokojové teplotě by podle nich mohl mít řadu praktických využití, například jako drátek fungující v roli vodiče protonů (? viz dále).
Zdroj: Phys.org
Poznámky PH:
Ono u vrstvičky tloušťky jediné molekuly zavřené navíc v uhlíkové nanotrubičce je ovšem trochu nadnesené mluvit o skupenství, ne? (Dejme tomu po naklonění voda z trubičky nevyteče, a proto ji prohlásíme za led? V experimentu se popisuje, že trubička byla na obou koncích otevřená.) Autoři výzkumu tvrdí, že skupenství (respektive chování) vody určují pomocí zobrazovací techniky zvané vibrační spektroskopie. Mimochodem se i vyhýbají přímo slovu led, protože ten odpovídá konkrétní krystalové struktuře. O ní těžko v nanotrubičce mluvit, takže raději používají výraz ice-like.
Ad protonová vodivost ledu, uvádí se, že funguje prostřednictvím Grothussova mechanismu, kdy proton nebo protonová díra difunduje (dokonce se používá výraz „tuneluje“) přes vodíkové vazby. (Logicky by to ale přece mělo jít lépe v kapalné vodě než ve vodě pevné; jinde se uvádí, že Grothussův mechanismus se týká pouze kapalin. U pevných látek protony přes polymery či keramiku pronikají skrz póry, v tomto případě se ale do trubičky už opravdu nic dalšího nevejde…? A ještě jiné zdroje zase zmiňují protonovou vodivost u skla. Jaká výhoda z hlediska protonové vodivosti každopádně může být v tom, je-li v nanotrubičce je voda v pevném skupenství?)
Hydrofobní sice jsou, ale zde asi platí dvě pravidla. Casimirův jev, tedy ten platí pro dvě plochy velmi blízko u sebe, ale například pro grafen oxid to platí. Tam navíc pomáhá přítomnost síry z původní oxidace. Ta na sebe váže vodu. A u nanotrubiček to bude asi také kapilární síla, která bude působit…