Nanotrubičky mění tvar vody  
Nanotrubičky z uhlíku a nitridu bóru dělají zajímavé kejkle s vodou. Z normálně amorfního chuchvalce molekul vody se uvnitř nanotrubičkek s vhodnými rozměry stává 2D led, v němž jsou molekuly vody ztopořené jako přímky.
Voda uvnitř nanotrubiček. Vlevo uhlíková, vpravo z nitridu bóru. Kredit: Multiscale Materials Laboratory.
Voda uvnitř nanotrubiček. Vlevo uhlíková, vpravo z nitridu bóru. Kredit: Multiscale Materials Laboratory.

Nanotechnologie jsou svými rozměry blízké molekulám. Takže ani není zvláštní, že mohou ovlivnit tvar molekul i jejich vlastnosti. Nedávno to zjistili na Riceho univerzitě, když jejich tým vyrobil nanotrubičky tak, aby pasovaly na molekuly vody. Když mají nanotrubičky tu správnou velikost, tak tak se molekuly vody, které za normálních okolností nejsou rovné, pěkně narovnaly do podoby nanotyčky. Jejich výzkum zveřejnil časopis Langmuir.

 

Rouzbeh Shahsavari. Kredit: Jeff Fitlow/Rice University.
Rouzbeh Shahsavari. Kredit: Jeff Fitlow/Rice University.

Voda vděčí za své mimořádné chemické a fyzikální vlastnosti právě tomu, že její molekuly mají pozoruhodnou geometrii. Atomy vodíku a kyslíku v molekule vody totiž nejsou uspořádané lineárně, tedy v přímce, ale chemické vazby mezi těmito atomy svírají úhel cca 105°. Geometrie molekuly a polarita vazeb mezi atomy vodíku a kyslíku vede k dobré rozpustnosti polárních a iontových látek ve vodě, a také ke slavné hustotní anomálii vody, která spočívá v tom, že voda má nejvyšší hustotu při teplotě 3,98 °C. Vodní led tudíž plave na hladině. Což je mezi materiály naprosto výjimečné.

 

Rouzbeh Shahsavari a jeho tým vlastně využili molekuly vody, aby na nich demonstrovali svoji teorii, podle které jsou slabé van der Waalsovy síly mezi vnitřním povrchem nanotrubiček a molekulami vody ve skutečnosti dost silné na to, aby srovnaly atomy vodíku a kyslíku do latě. Uvnitř nanotrubičky vznikne z vody materiál, který Shahsavari nazývá „dvojrozměrným ledem“. 2D led je totiž „zmrzlý“ bez ohledu na okolní teplotu.

 

Geometrie molekuly vody. Kredit: Paddy / Wikimedia Commons.
Geometrie molekuly vody. Kredit: Paddy / Wikimedia Commons.

Odborníci již dlouho vědí, že molekuly vody v těsných prostorech nabývají zajímavé strukturní vlastnosti. Shahsavari a spol. si s tím ale důkladně pohráli. Postavili modelové nanotrubičky z uhlíku a nitridu bóru, u nichž bylo možné měnit průměr. Molekuly vody mají průměr asi 3 angströmy (1 angström odpovídá 0,1 nanometru). Badatelé testovali jejich parametry v nanotrubičkách o průměru 8 až 12 angströmů. Experimenty ukázaly, že pro „narovnání“ molekul vody jsou nejlepší nanotrubičky o průměrech, které jsou zhruba uprostřed mezi těmito hodnotami. V takovém případě mají nanotrubičky největší vliv interakce mezi van der Waalsovými silami a molekulami vody, což vede ke vzniku 2D ledu.

 

Když jsou nanotrubičky příliš úzké, tak se dovnitř podle Shahsavariho vejde na šířku pouze jedna molekula vody, takže není co řešit. A když jsou nanotrubičky moc široké, tak voda zůstává v podobě amorfního shluku molekul, jako obvykle. Když se ale šířka nanotrubiček přiblíží k 10 angströmům, plus mínus cca 2 angströmy, tak se voda začne měnit ve 2D led. Úplně nejsilnější interakce mezi van der Waalsovými silami a molekulami vody vědci nalezli v nanotrubičkách z nitridu bóru o průměru 10,5 angströmu. Podle Shahsavariho to vyplývá z polarizace atomů v těchto nanotrubičkách.

 

Proč si vlastně hrát s nanotrubičkami a vodou? Shahsavari je přesvědčen, že by nanotrubičkový 2D vodní led mohl nalézt uplatnění v molekulárních strojcích nebo v nanokapilárách. Rovněž by se mohl podílet na aplikaci pár molekul vody či nějaké jiné látky do živých buněk, prostřednictvím nanobrček.

Literatura
Rice University 24. 8. 2018, Langmuir online 23. 8. 2018.

Datum: 25.08.2018
Tisk článku

Smädná voda - Križka Teodor
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 188 Kč
cena: 177 Kč
Smädná voda
Križka Teodor
Související články:

Nanotrubičky novým zázračným hnojivem?     Autor: Stanislav Mihulka (28.10.2009)
Na superbakterie platí nanotrubičky s enzymem     Autor: Josef Pazdera (24.08.2010)
Čištění vody houbou z uhlíkových nanotrubiček     Autor: Stanislav Mihulka (30.01.2014)
Pohár z nanotrubiček se sám plní vodou i na poušti     Autor: Josef Pazdera (14.06.2014)



Diskuze:

Radim Polášek,2018-08-26 10:40:11

Jestli se v nanotrubičkách molekuly vody narovnají, je to proti optimálnímu energeticky nejnižšímu stavu této molekuly, který je v souladu s volnými vazebními orbitaly molekul kyslíku a vodíku a na nich obíhajícími vazebními elektrony právě onen tvar s úhlem 104,45 stupnů.
Neboli tímto narovnáním navýší molekuly vody svůj energetický stav, což znamená, dle zákona zachování energie, že někde jinde musí být energie odebrána.
Napadají mě pouze dvě možnosti.
Buď se do těch nanotrubiček voda dostane a narovná se tam "sama", respektive se tam dostane díky tepelnému pohybu molekul vody, v tomto případě bude ta energie odebrána odtud a pokud bude těch nanotrubiček a molekul vody dost, reakční hmota měřitelně sníží svou teplotu.
Nebo se tam ty molekuly vody musí nacpat nějakým procesem, potom potřebná energie k navýšení energetické hladiny "narovnaných" molekul vody dodá tento "nacpávací" proces.

Odpovědět


Pouhým pohledem na obr.1 je vidno zříti, že podvodnými rómskými šmejdy nabízená zázračná topořivá voda uvnitř nánotrubiček se neztopoří do maximální (nepřekonatelné) potence a zcela se nenarovná, alebrž zůstává zalomenější než zalomený hřídel.

Josef Hrncirik,2018-08-26 16:26:30

Červené kuličky jsou atomy kyslíku ve vodě v krásném zákrytu, vazby k bílým kuličkám (vodíkům) mají svůj vazebný úhel cca 105° a ani málo neleží v přímce.
Do přímky šmejdi pomocí dlouhotrvajících výpočtů i s negativními fonony přinutili seřadit za sebe molekuly vody atomy nevybočených vodíků.
Proč ty Trubky nazývají vedle sebe násilím seřazené vlákna vody nánotrubkami, nikdo neví. Možná proto, že voda přitéká trubkami.
Vodu však do C či BN nánotrubek nervali a tak ani netuší, jaký tlak je k tomu zapotřebí.
Ani nesimulovali rozdíl energií vody makro a nánotrubkové, Trubci!
Na závěr jednorozměrné vlákna Trubky nazvaly dvojdimenzionální led na vnitřním povrchu
?jednodimenzionálního nanovlákna C či BN nánotrubky (CNT či BNNT).
Vodu do cca jednodimenzionálních nánotrubiček nejrůznějších průměru a struktur spirál nasimulovali přímo v nasimulovaných nánotrubičkách.
Simulanti.
Je toho 30 stran confused confined water. Přílohy (supplements) k těmto rychle uvařeným ledům zatím nejsou k dispozici.

Odpovědět


Pro masochisty je to na : 10.1021/acs.langmuir.8b00856

Josef Hrncirik,2018-08-26 18:21:47

treiler: s.8; ř.8: "Do malé cely (železné panny) průměru 10ˇA (160 atomů C bylo nas(imulováno) 24 H2O; přísný režim mohl být změkčen celou až 15ˇA (240 C). Hustotu uložení a délku si vypočítejte, jsou tajné. Furt se tam počítají elektronické bandy a kladné i negativné bandy fononů. Pro zmatení nepřátel je uváděn formální kladný až záporný van der Waalsovský tlak adheze.

Odpovědět


Nánobrčka jsou zakázána. Do buňky přes ně bude proudit mrtvá voda přes mrtvý led bezpečnou rychlostí i při tlakovém rozdílu 1 GPa

Josef Hrncirik,2018-08-26 18:30:40

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace