Фізики відкрили абсолютно нову форму льоду
Маніпулюючи з величезним тиском і наднизькими температурами, дослідники отримали унікальну конфігурацію атомів в кристалічній решітці льоду, тим самим створивши раніше невідому форму.
Про це розповідає сайт Цікавості.
Не весь водяний лід однаковий. Замкнені всередині нього молекули значно різняться в залежності від тиску і температури, при яких вони утворюються. Науці були відомі 18 різних фаз льоду, одні з яких виникають природним чином, а інші спостерігаються тільки в лабораторних умовах.
Три роки тому група дослідників змінила одну з уже існуючих крижаних структур, перетворивши її в форму, яку вони назвали льодом ?-XV. Нещодавно члени цієї команди визначили його точну кристалічну структуру, відповівши на питання про те, як вона утворюється, і дали їй позначення лід XIX.
Це відкриття може допомогти нам краще зрозуміти, як лід утворюється і поводиться в інопланетних умовах, які сильно відрізняються від земних.
Лід, який ви бачите в морозильній камері або падаючим з неба у вигляді градин, є найбільш поширеним природним льодом на Землі. Він називається лід I, і атоми кисню всередині нього розташовані в гексагональній сітці. Однак структура геометрично порушена, атоми водню набагато більш невпорядковані.
Коли лід I охолоджується певним чином, атоми водню можуть періодично впорядковуватися на додаток до атомів кисню. Так вчені в лабораторії можуть створювати різні фази льоду, які мають набагато більш впорядковані кристалічні решітки молекул, ніж їх «батьківські» форми.
Група фізиків-хіміків з Університету Інсбрука в Австрії деякий час працювала з фазою льоду VI. Це одна з форм речовини, яку можна зустріти в природі, але тільки при дуже високому тиску, який в 10000 разів перевищує атмосферний тиск на рівні моря (близько 1 гігапаскаля). Такі умови можна зустріти в мантії Землі або на Титані.
Як і лід I, лід VI відносно невпорядковані. Його більш витончена форма, лід XV, була відкрита лише близько десяти років тому. Вона створюється шляхом охолодження льоду до температури нижче -143 градусів за Цельсієм при тиску близько 1 гігапаскаля.
Кілька років тому, змінивши цей процес, дослідники створили ще одну фазу льоду. Вони сповільнили охолодження і встановили його на позначці -170 за Цельсієм, а тиск підвищили до 2 гігапаскалів. Ці заходи змусили молекули водню розташуватися в унікальному порядку, який був названий льодом ?-XV.
Підтвердження того, що цей лід був саме окремою фазою, було окремою перешкодою, що вимагає заміни звичайної води на «важку». У звичайного водню в ядрі немає нейтронів, а важка вода заснована на дейтерії – ізотопі водню, в ядрі якого знаходиться один нейтрон.
Вчені виявили новий механізм швидкого утворення атмосферних частинок
Німецькі фізики запропонували нову теорію темної матерії
Щоб визначити порядок атомів в кристалічній решітці, вченим необхідно розсіяти нейтрони від ядер, щоб звичайні атоми водню не заважали процесу. «На жаль, це також змінює часові рамки процесу виробництва льоду», – пояснив хімік Томас Лоертінг з Університету Інсбрука. Однак вчені знайшли вихід із ситуації, додавши кілька відсотків звичайної води у важку воду, що, як виявилося, значно прискорило процес аналізу.
Це дозволило команді отримати нейтронні дані, необхідні для побудови кристалічної структури. Як вони і думали, новий лід відрізнявся від льоду XV, що дало дослідникам право офіційно назвати його дев’ятнадцятою фазою – лід XIX.
Тепер у вчених є перша в світі пара різних форм льоду, у яких в решітці збігається положення атомів кисню, але не водню. У майбутньому вони хочуть спробувати здійснити перехід з однієї фази в іншу, який може мати місце у віддалених куточках космосу.
