Článek
Na Zemi se přirozeně vyskytuje jediný led, a to hexagonální neboli šestihranný. Ať jde o drobné sněhové vločky, obrovské ledovce, zamrzlé hladiny zimních řek a rybníků, nebo kostky v nápojích, všechny mají stejnou hexagonální krystalovou strukturu.
Ledů je však mnohem více. Doposud bylo v laboratořích připraveno a charakterizováno přinejmenším 20 různých druhů krystalického ledu a několik dalších forem bez pravidelné struktury. Ke vzniku obvykle potřebují velmi nízké teploty, vysoké tlaky a extrémně rychlé mražení, tedy podmínky, které v přírodě nejsou.
Záhadné procesy ukryté v ledu
Zdánlivě obyčejné skupenství vody je tak pro odborníky v mnoha ohledech stále záhadou. Brněnští vědci ze skupiny Viléma Neděly z ústavu přístrojové techniky ve spolupráci s Thomasem Loertingem z Innsbrucké univerzity zkoumali vlastnosti slaných amorfních ledů, tedy ledů bez pravidelné krystalické struktury, které byly připraveny z roztoku obsahujícího chlorid cesný.
Tyto ledy vznikly extrémně rychlým zchlazením mikroskopických kapiček slaného roztoku na teplotu minus 196 stupňů Celsia nebo stlačením obyčejného ledu pod tlakem 1,6 gigapascalu.
Vědkyně Kamila Závacká z Ústavu přístrojové techniky AV ČR v innsbrucké laboratoři při přípravě amorfního ledu
„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,“ popsala Novinkám vědkyně Ľubica Vetráková.
Tato krystalizace z amorfního stavu za nízkých teplot se od běžného mrznutí kapaliny výrazně liší.
Struktura žil hydrátu chloridu cesného (bílá) v ledu (tmavošedá) zobrazená pomocí pokročilé environmentální elektronové mikroskopie při -50 °C
To je i důvod, proč vědci v takto připraveném ledu 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, protože na sebe neváže vodu.
K poznání pomohla speciální zobrazovací technika
A přesto tým vědců v takto speciálně připraveném ledu objevil hned několik druhů oněch hydrátů. Jejich existenci výzkumníci prokázali kombinací zobrazovacích metod diferenční skenovací kalorimetrie, rentgenové difrakce a pokročilé environmentální rastrovací elektronové mikroskopie (A-ESEM). Tuto jedinečnou zobrazovací metodu vytvořil tým Viléma Neděly před pěti lety.
Tým brněnských a innsbruckých vědců (zleva Johannes Bachler, Vilém Neděla a Thomas Loerting). Na monitoru počítače dole Ľubica Vetráková a vlevo nahoře Kamila Závacká.
„Právě díky špičkovým A-ESEM technologiím, díky nimž se nedávno podařilo unikátním způsobem zobrazit nanostrukturu povrchové vrstvy chromozomu, bylo možné neexistující hydráty poprvé vidět. K tomuto účelu byl mikroskop nově vybaven první testovací verzí unikátního cryo-držáku, který jsme vyvinuli,“ dodal Neděla.
Objev vědeckého týmu publikoval prestižní časopis ACS Physical Chemistry Au.
