Pro život nezbytná, ale nepředvídatelná. Vědci objevili kritický bod ve vodě
Foto: Univerzita POSTECH, Tiskový zdroj Jižní KoreaVoda, která je nezbytnou součástí pro život na Zemi, se ve srovnání s jinými látkami umí chovat velmi podivně.
Ve světě vědy existuje mnoho teorií, které ale bez důkazů nemají žádnou váhu. Proto je svět experimentální fyziky tolik důležitý. Dokázat, že se látky v určitém bodě chovají jinak je důležitým krokem nejen pro budoucí osídlování vesmíru. Představte si jiné vědce, kteří pátrají po vodě na jiných planetách. Co když tam je, ale právě prošla kritickým bodem?
Jak vědci ze Stockholmské univerzity z Jižní Koreji zjistili, chování vody je za určitých podmínek zcela opačné než u jiných kapalin, které známe. Hustota, měrná tepelná kapacita, viskozita a stlačitelnost vody reagují na změny tlaku a teploty podivným způsobem.
Veškerá hmota, kterou kdy vědci testovali, se při ochlazování smršťuje, což vede ke zvýšení její hustoty. Dalo by se tedy očekávat, že voda bude mít v bodě mrazu vysokou hustotu. Když se ale podíváte na sklenici, ve které je zmrzlá voda, vše je vzhůru nohama. Jak všichni víme, když voda zmrzne led plave na hladině. Voda je překvapivě v kapalném stavu nejhustší při 4 °Celsia. Teprve za těchto podmínek zůstává na dně, ať už je ve sklenici nebo volně v oceánu.
Pokud vodu začneme ochlazovat pod 4 stupně C, teprve pak se začne znovu rozpínat. Pokud čistou vodu, kde je rychlost krystalizace nízká, dále ochlazujete pod 0 stupňů, dále se rozpíná. A co je ještě zajímavější, rozpínání se s nižší teplotou dokonce zrychluje.
Podivné chování vody a kritický bod
S ochlazováním vody se mnoho dalších jejich vlastností, jako je stlačitelnost a tepelná kapacita, stává stále podivnějšími. Vědci pomocí rentgenových laserů byli schopni určit existenci kritického bodu v podchlazené vodě při teplotě okolo -63 °C a tlaku 1000 atmosfér.
Zvláštní bylo, že kritický bod byli vědci schopni prokázat nepředstavitelně rychle. Stačilo provést rentgenové vyšetření předtím, než se voda přeměnila na led. V tu chvíli mohli pozorovat, jak přechod kapalina-kapalina mizí a vzniká nový kritický stav. Po celá desetiletí vědci spekulovali o existenci různých teorií, které měly tyto pozoruhodné vlastnosti vysvětlit. Jednou z nich byla existence kritického bodu. Nyní vědci zjistili, že takový bod opravdu existuje.
Voda je jedinečná, protože může existovat ve dvou kapalných makroskopických fázích, které mají různé způsoby vazby molekul vody při nízké teplotě a vysokém tlaku. Když teplota stoupá a tlak klesá, vzniká stav, kdy rozdíl mezi dvěma kapalnými fázemi mizí a je přítomna pouze jedna fáze. Je to bod velké nestability, který způsobuje fluktuace ve velké teplotní a tlakové oblasti až do okolních podmínek. Voda kolísá mezi dvěma kapalnými skupenstvími a jejich směsmi, jako by se nemohla rozhodnout. Právě tyto fluktuace dávají vodě její neobvyklé vlastnosti. Stav za kritickým bodem se nazývá superkritický a v tomto stavu se nachází okolní voda.
Kritickému bodu nelze uniknout
Dalším pozoruhodným zjištěním je, že jakmile voda vstoupí do kritického bodu, dynamika systému se zpomaluje. Vypadá to, že kritickému bodu nelze uniknou. Pokud do něj jednou vstoupíte, ocitnete se v bodě, který lze téměř srovnat se způsobem jako vstup do černé díry .
Je úžasné, jak se tak rozsáhle studovaný stav vody jako je amorfní led, stal vstupní bránou do kritické oblasti.
Je fascinující, že voda je za normálních podmínek jedinou kapalinou, bez níž by neexistoval život a zároveň je kapalinou, která má svůj kritický bod. Je to čistá náhoda, nebo existují nějaké zásadní vlastnosti, které bychom mohli v budoucnu díky vody získat?
Vědci studující fyziku vody se nyní můžou shodnout na modelu, že voda má kritický bod v podchlazeném režimu. Další fází bude najít důsledky těchto zjištění pro význam vody ve fyzikálních, chemických, biologických, geologických a klimatických procesech.
Zdroj: autor vědecké studie Anders Nilsson; Stockholmská univerzita v Jižní Koreji; https://www.su.se/english/divisions/department-of-physics/news/articles/2026-03-27-experimental-discovery-of-a-new-critical-point-in-water; vědecká studie DOI 10.1126/science.aec0018