Nemrznoucí pentagon a podchlazené zlato

Vědcům z několika evropských institucí se podařilo najít odpověď na zdánlivě jednoduchou otázku: Proč voda v atmosféře může být podchlazená a nemrzne? A protože všechno souvisí se vším, vysvětlení přinese nové možnosti i ve fyzice růstu polovodičových nanovláken.

Vědcům z několika evropských institucí se podařilo najít odpověď na zdánlivě jednoduchou otázku: Proč voda v atmosféře může být podchlazená a nemrzne? A protože všechno souvisí se vším, vysvětlení přinese nové možnosti i ve fyzice růstu polovodičových nanovláken.

Překvapivé vysvětlení příčiny existence přechlazených kapalin publikovali vědci z Komise pro atomovou energii a energetické alternativy (CEA) Národního centra pro vědecký výzkum (CNRS) a Evropského zdroje synchrotronového záření (ESRF). Pojďte se s námi podívat, co je podstatou jejich objevu.

Proč někdy kape voda i při teplotě -42 ºC?
Vodní pára v mracích kondenzuje za přítomnosti tzv. kondenzačních jader (což mohou být např. částečky prachu, půdy, vulkanického popela) a tvoří kapky (9–100 µm), které se při teplotách nižších než 0 ºC mění v malé krystalky ledu. Vědcům ale dlouho vrtalo hlavou, jak je možné, že se to nestane vždycky, že v tzv. přechlazeném prostředí (chladnější než 0 °C) někdy zůstane voda v nerovnovážném (metastabilním) tekutém stavu a ledové krystalky se netvoří. Existence vodních kapek byla prokázaná v mracích do teploty -42 ºC.

Co je důležité pro krupobití i nanovlákna?
Nad podchlazenou kapalinou vrtěl hlavou už v roce 1724 Fahrenheit, ale dlouho neměli fyzikové úplně jasno. Pochopení přechodu mezi kapalnou a pevnou fází je důležité v mnoha případech, od předpovědi a možnosti zmenšení škod způsobených krupobitím až po technologické procesy – svařování, odlévání nebo růst polovodičových nanostruktur.
Nejslibnější byly hypotézy o tom, že vnitřní uspořádání tekutin je takového charakteru, že je neslučitelná s vytvořením pevné struktury.

Nezahrávejte si s pentagonem
Aby látka ztuhla, musí zaujímat takové vnitřní uspořádání, které jí dovolí opakováním stejného tvaru vyplnit beze zbytku celý prostor. Jako když stejné dílky stavebnice skládáte těsně vedle sebe. A jaký tvar dílků tohle dovoluje? Když si pro zjednodušení představíte dvourozměrný prostor, tak uvidíte, že můžete použít pravidelné trojúhelníky, čtverce, obdélníky, šestiúhelníky. S pětiúhelníky – pentagony – se vám to nepodaří. A skutečně se ukázalo, že podobně i v prostorovém uspořádání jsou tvary založené na pětiúhelníkovém uspořádání překážkou pro krystalizaci. Ať budete stavebnici z pětiúhelníků skládat pečlivě a systematicky nebo s ní budete nahodile třást, stejně ji zahodíte na koberec a půjdete se uklidnit. Nepůjde to.

Stejná pravidla pro vodu i pro zlato
Důkaz přineslo studium růstu nanovláken na modifikovaném křemíkovém povrchu. Výzkumníci pozorovali, že v první fázi zůstává v některých případech používaná slitina kov-polovodič tekutá i pod bodem tuhnutí a rozhodli se tento jev prozkoumat. Zaměřili se na chování Au-Si slitiny (slitiny zlata a křemíku) v kontaktu se specifickým upraveným křemíkovým povrchem. Použití tzv. Si(111) povrchu, kde povrchová vrstva indukovala pětiúhelníkové uspořádání atomů a umožnila existenci kapalného skupenství slitiny hluboko pod bodem tuhnutí, potvrdilo předchozí hypotézu. „To představuje první experimentální důkaz, že pentagonální uspořádání je počátkem podchlazení,“ konstatuje Tobias Schülli, vedoucí projektu, který působí v CEA a ESRF. Polovodivá nanovlákna jsou slibnými kandidáty pro elektronické přístroje budoucnosti, např. solární články, kde vědci pracují na integraci křemíkových nanovláken s cílem zvýšit jejich výkonnost.

Je základem světa geometrie?
Od starověku je známo, že existuje pouze pět pravidelných mnohostěnů, jejichž stěny jsou tvořeny pravidelnými n-úhelníky a v každém vrcholu se stýká stejný počet hran. Čtyřstěn (tetraedr), krychli (hexaedr), osmistěn (oktaedr), dvanáctistěn (ikosaedr) a dvacetistěn (dodekaedr). Platon na nich ve 4. stol. př. n. l. postavil své učení o podstatě hmotného světa, když čtyři z nich přiřadil jednotlivým živlům – zemi, vzduchu, ohni a vodě a dvanáctistěn jsoucnu, podstatě veškeré existence. Od té doby se tato tělesa nazývají platonská a byla a jsou stále předmětem zájmu. Leonardo da Vinci, který si s oblibou vyráběl dřevěné kostry mnohostěnů ilustroval knihu matematika Lucy Pacioliho(1445–1514) Divina proportione (Božská proporce), věnovanou pěti Platonovým tělesům, proporcím a zlatému řezu, univerzálnímu geometrickému poměru délek, projevujícím se kromě zmíněných těles i všude v přírodě – v anatomii rostlin, v chemii v krystalických strukturách a složení sloučenin, v astronomii, v polohách a drahách hvězd a planet. Obrazy a objekty, jejichž proporce se řídí pravidly zlatého řezu, vnímáme jako příjemné a dokonalé, i když vlastně nevíme proč.

Rubriky:  Technologie
Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Hladinu alkoholu ohlídá náramek

Hladinu alkoholu ohlídá náramek

Řízení pod vlivem alkoholu může být životu nebezpečné. Alkohol nejen zpomaluje...
Amazon získal patent na megadron

Amazon získal patent na megadron

V posledních letech se objevuje i v civilním sektoru stále častější použití...
Hybridní sterilita a vznik nových druhů

Hybridní sterilita a vznik nových...

Rozmanitost života už dle Darwinovy teorie vznikla rozmnožováním různých...
Mravenci jako zásobárna jedu

Mravenci jako zásobárna jedu

Malinkaté domácí mravence zná každý. Asi i díky knížkám o Ferdovi mravencovi....
Letitý pomocník proti zlodějům

Letitý pomocník proti zlodějům

Visací zámky se začaly používat již v dobách starověkého Říma jako ochrana přepravovaného zboží...
3D tisk zvládne už i žvýkačky

3D tisk zvládne už i žvýkačky

Technologie 3D tisku zažívá dnes nebývalý rozmach. Na speciálních tiskárnách si...
Jak se čte banán?

Jak se čte banán?

Kompletní genetickou informaci banánovníku se podařilo přečíst badatelům ze sedmi...
Česká kamera, která umí z pohybu očí detekovat nemoc

Česká kamera, která umí z pohybu...

Diagnóza vážných psychických a vývojových poruch i onemocnění, stejně jako účinný...
Nové zařízení vyčenichá nemoci z dechu

Nové zařízení vyčenichá nemoci z...

Diagnostikování i tak závažných nemocí, jak je rakovina, by mohlo být v...
Co lidé ještě zničí?

Co lidé ještě zničí?

Studie, která analyzuje ohrožení a vymírání rostlin a živočichů ve 22...

Nenechte si ujít další zajímavé články

VIDEO: Naštvaného řidiče Porsche čekalo překvapení!

VIDEO: Naštvaného řidiče Porsche...

Často se říká: „Tohle se může stát jen v...
Nemučte se v letadle! 7 tipů, jak ideálně přežít dlouhé dálkové lety

Nemučte se v letadle! 7 tipů, jak...

Dnešní dálkové lety už nejsou většinou tak nepohodlné...
Tajemství madame de Montespan: Účastnila se satanských obřadů?

Tajemství madame de Montespan:...

Ve vzduchu se vznáší příchuť krve. Muž v kápi drží...
VIDEO: V České Třebové spadla střecha haly, lidé stihli utéct

VIDEO: V České Třebové spadla...

Desítky lidí pozorovalo florbalový zápas...
Okouzlující vladařky: Posedlá svým vzhledem je ale jen Sissi!

Okouzlující vladařky: Posedlá...

Manželům je závidí celý kontinent. Které ženy z...
Neděle: Zmatek v kalendáři a stres u oběda!

Neděle: Zmatek v kalendáři a...

„Neděle, to je pohodička. Nic se neděje. Člověk...
Nejsem mrtev, spím: Pohádkář Andersen měl hrůzu z pohřbení zaživa!

Nejsem mrtev, spím: Pohádkář Andersen...

V innsbruckém hotelu se na podzim roku 1872 v...
Oázy pro motoristy v nouzi: Jak se vyvíjely benzínové stanice?

Oázy pro motoristy v nouzi: Jak se...

Ač se zásoby ropy ukryté pod zemí pomalu vyčerpávají,...
Zakladatel Poldi hutě: Zažívali jeho zaměstnanci v práci peklo?

Zakladatel Poldi hutě: Zažívali...

Přelom roku 1898/1899. Dvaapadesátiletý ředitel...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.