Не вся вода, лед-это то же самое. Молекулы, захваченные внутри, значительно изменяются в зависимости от давления и температуры, при которых они образуются.
Мы знали о 18 различных фазах льда, некоторые из которых происходят естественным путем, а некоторые наблюдаются только в лаборатории.
Три года назад группа исследователей изменила одну из существующих ледяных структур, превратив ее в форму, которую они назвали β-XV льдом. Теперь члены этой команды определили его точную кристаллическую структуру, ответив на вопросы о том, как он образуется, и дали ему обозначение ледник. Это открытие может помочь нам лучше понять, как лед образуется и ведет себя в чужой среде, которая очень отличается от Земной.
Лед, который вы видите в морозильной камере или падающий с неба в виде снежинок или градин, является самым распространенным природным льдом на Земле. Это называется лед I, и его атомы кислорода расположены в гексагональной сетке. Однако структура геометрически нарушена , и атомы водорода гораздо более неупорядочены.
Когда лед I охлаждается определенным образом, атомы водорода могут периодически упорядочиваться в дополнение к атомам кислорода. Вот как ученые в лаборатории могут создавать различные фазы льда, которые имеют гораздо более упорядоченные кристаллические решетки молекул, чем их неупорядоченные родительские формы.
Группа физиков-химиков из Университета Инсбрука в Австрии некоторое время работала с ледяной фазой VI . Это одна из форм льда, которые можно найти в природе, но только при очень высоких давлениях, в 10 000 раз превышающих атмосферное давление на уровне моря (около 1 гигапаскаля), таких как те, которые находятся в мантии Земли или обернуты вокруг ядра Земли. Спутник Сатурна Титан .
Как и Лед I, Лед VI относительно неупорядочен. Его упорядоченная по водороду форма, Лед XV, была открыта только около десяти лет назад . Он создается путем охлаждения льда до температуры ниже 130 К (-143 градуса Цельсия, -226 градусов по Фаренгейту) при давлении около 1 гигапаскаля.
Несколько лет назад, изменив этот процесс, исследователи создали еще одну фазу льда. Они замедлили охлаждение и установили его ниже 103 Кельвинов, а давление увеличили до 2 гигапаскалей. Это дало второе расположение молекул водорода, отличное от ice XV, которое они назвали ice β-XV.
Подтверждение того, что лед был отдельной фазой, было отдельным препятствием, требующим замены нормальной воды на "тяжелую". Обычный водород не имеет нейтронов в своем ядре. Тяжелая вода, с другой стороны, основана на дейтерии, форме водорода с одним нейтроном в ядре.
Чтобы определить порядок атомов в кристаллической решетке, ученым нужно рассеять нейтроны от ядер так, чтобы обычные атомы водорода не разрезали ее. "К сожалению, это также меняет временные рамки для заказа в процессе производства льда", - сказал физико-химик Томас Лоэртинг из Университета Инсбрука.
Но затем аспиранту Тобиасу Гассеру пришла в голову важная идея добавить несколько процентов обычной воды к тяжелой, что, как оказалось, значительно ускорило процесс заказа."
Это позволило команде получить нейтронные данные, необходимые для построения кристаллической структуры. Как они думали, он отличался от Ice XV, который дал ему официальное место как девятнадцатая известная фаза, Ice XIX.
Это делает парные связанные фазы первыми известными, имеющими ту же структуру решетки кислорода, но с другим расположением атомов водорода.
“Это также означает, что теперь впервые можно будет осуществить переход между двумя упорядоченными формами льда в экспериментах“, - сказал Лертинг.
Напомним, что ранее сообщалось, что физики нагрели воду до рекордной температуры.
