Naši chemici objevují tajemství nemrznoucí vody na povrchu pevných látek
Chemici Přírodovědecké fakulty Ostravské univerzity (PřF OU) se spojili s německými kolegy z univerzity v Lipsku. Společně řeší otázky spjaté s nemrznoucí vodou na povrchu pevných látek.
Gabriela Zelenková z katedry chemie Přf OU se před časem s kolegy pustila do měření vzorků pro polské partnery. To jim nakonec otevřelo téma zkoumání nemrznoucí vody na povrchu pevných látek. Tedy jevu, který si většina z nás neuvědomuje, protože má vodu za absolutně mrznoucí kapalinu. Skutečnost je ale jiná. Na povrchu pevných látek totiž přes jakýkoliv pokles teplot zůstává vrstva, která nikdy nezmrzne. V nadsázce si to můžeme představit, jako když stoupneme na led a pod botami se nám vytvoří malá vrstva kapalné vody, která umožňuje tolik oblíbené klouzání. U tohoto příkladu je to primárně způsobeno tlakem, samotný princip u pevných látek je ovšem podobný, protože ta titěrná vrstva, která nikdy nezmrzne, je všudypřítomná.
Právě interakci krystalů ledu s pevnými látkami a tomu, jak množství kyslíku ovlivňuje tloušťku vrstvy nemrznoucí vody výzkumníci katedry chemie věnovali nedávný článek, ve kterém popsali svá zjištění. Jak se záhy ukázalo, jejich práce měla zajímavou odezvu v Německu. V mailu totiž Zelenková po pár dnech našla zprávu od profesora Rusta Valiullina z univerzity v německém Lipsku. „Troufám si tvrdit, že náš článek změnil pohled na nemrznoucí vodu. Do té doby většina kolegů zastávala názor, že tloušťka nemrznoucí vody na povrchu uhlíku je konstantních 0,8 nanometrů. My jsme vyzkoušeli materiály s odlišnou povrchovou chemií a potvrdili jsme, že se tloušťka v závislosti na povrchové chemii mění. I tak mě ale zpráva od pana profesora trochu zaskočila. Nakonec jsme si ale vyměnili pár mailů, ze kterých jsme s kolegy vyčetli, že nás zajímá stejná věc. Na jedné online schůzce jsme se prakticky dohodli, že se pustíme do společného výzkumu. Poslali jsme vzorky a s kolegy jsme se vypravili přímo do Lipska. A bylo to hodně inspirativní setkání, které nám otevřelo spoustu dalších rovin našeho výzkumu,“ popisuje začátek zajímavé spolupráce Gabriela Zelenková s tím, že nemrznoucí voda je pro ně klíčová zejména v rámci zkoumání porozity pevných látek.
Tým profesora Valiullina využívá k měření vrstvy nemrznoucí vody metodu NMR (nukleární magnetické rezonance), která pracuje s relaxací molekuly vody po vystavení magnetické rezonanci, tým ostravských chemiků pro změnu využívá metody termoporometrie. „Využíváme drobné hliníkové vzorkovnice, do nichž dáme vzorek uhlíku a zakapeme jej potřebným množstvím vody. Poté to celé zavíčkujeme, nechá se to stabilizovat, v diferenčním skenovacím kalorimetru (DSC) zmrazíme na mínus 90 stupňů Celsia, poté postupně ohříváme a měříme, kolik je potřeba tepla na rozmrazení. Když víme, kolik vody jsme použili a máme data o tom, kolik tepla se spotřebovalo na rozmrazení celého vzorku, můžeme určit i množství nemrznoucí vody ve vzorku,“ popisuje Zelenková.
Po dohodě s německými partnery teď mají ostravští chemici připravit ideální vzorek vhodný i pro využití metody NMR. Následně pak i s využitím přístrojů v Lipsku budou u tohoto vzorku porovnávat množství nemrznoucí vody s využitím obou metod měření. „Experiment, s nímž počítáme teď, bude mnohem komplexnější. Věříme, že díky diferenčnímu skenovacímu kalorimetru (DSC) můžeme získat mnohem více údajů o chování nemrznoucí vody a zároveň dostaneme relevantnější data pro srovnání obou metod měření nemrznoucí vrstvy,“ naznačuje vedoucí katedry chemie docent Václav Slovák.
V současnosti v laboratořích katedry chemie probíhají kontrolní měření, za pár měsíců by pak mohl jet některý z výzkumníků přímo do Lipska. Společný výzkum by mohl trvat zhruba dva roky.
Zveřejněno / aktualizováno: 04. 07. 2022
