Открыта ранее неизвестная форма льда



Когда лед I охлаждается определенным образом, атомы водорода могут периодически упорядочиваться в дополнение к атомам кислорода. Так ученые в лаборатории могут создавать различные фазы льда, которые имеют гораздо более упорядоченные кристаллические решетки молекул, чем их «родительские» формы.

Группа физиков-химиков из Университета Инсбрука в Австрии некоторое время работала с фазой льда VI. Это одна из форм вещества, которую можно встретить в природе, но только при очень высоком давлении, в 10000 раз превышающим атмосферное давление на уровне моря (около 1 гигапаскаль). Такие условия можно встретить в мантии Земли или на Титане.

Как и лед I, лед VI относительно неупорядочен. Его более изящная форма, лед XV, была открыта только около десяти лет назад. Она создается путем охлаждения льда до температуры ниже -143 градусов по Цельсию при давлении около 1 гигапаскаль.

Несколько лет назад, изменив этот процесс, исследователи создали еще одну фазу льда. Они замедлили охлаждение и установили его на отметке -170 по Цельсию, а давление повысили до 2 гигапаскалей. Эти меры заставили молекулы водорода расположиться в уникальном порядке, который был назван льдом β-XV.

Подтверждение того, что этот лед был именно отдельной фазой, было отдельным препятствием, требующим замены обычной воды на «тяжелую». У обычного водорода в ядре нет нейтронов, а тяжелая вода основана на дейтерии — изотопе водорода, в ядре которого находится один нейтрон.

Чтобы определить порядок атомов в кристаллической решетке, ученым необходимо рассеять нейтроны от ядер, чтобы обычные атомы водорода не мешали процессу. «К сожалению, это также меняет временные рамки процесса производства льда», — пояснил химик Томас Лоэртинг из Университета Инсбрука. Однако ученые нашли выход из ситуации, добавив несколько процентов обычной воды в тяжелую воду, что, как оказалось, значительно ускорило процесс анализа.

Это позволило команде получить нейтронные данные, необходимые для построения кристаллической структуры. Как они и думали, новый лед отличался от льда XV, что дало исследователям право официально назвать его девятнадцатой фазой — лед XIX.

Теперь у ученых есть первая в мире пара разных форм льда, у которых в решетке совпадает положение атомов кислорода, но не водорода. В будущем они хотят попытаться осуществить переход из одной фазы в другую, какой может иметь место в отдаленных уголках космоса.



Источник

Поделиться

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *