D I S C O V E R Y
 

Лед льду рознь

 

Запертые внутри льда молекулы значительно различаются в зависимости от давления и температуры, при которых они образуются. К настоящему времени нам известны три аморфных разновидности и 18 кристаллических модификаций льда, одни из которых возникают естественным образом, а другие наблюдаются только в лабораторных условиях.

Три года назад группа исследователей изменила одну из существующих ледяных структур, преобразовав ее в форму, которую они назвали льдом β-XV. Теперь члены этой команды определили его точную кристаллическую структуру, ответив на вопросы о том, как она образуется, и дали ей обозначение лед XIX.

Лед, который мы можем найти в морозилке, а также падающий с неба в виде снежинок и градин, является наиболее распространенным естественным льдом на Земле. Его обозначают как лед I, и его атомы кислорода расположены в гексагональной сетке. 

Структура этого льда в значительной степени неупорядочена, и в лабораториях ученые 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 фазой льда VI. Это тетрагональный кристаллический лед, который образуется при охлаждении воды до −3 °C и давлении 1,1 ГПа.

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 144 °C и давлении около 1,0 ГПа.

Несколько лет назад, изменив этот процесс, исследователи создали еще одну фазу льда. Они замедлили охлаждение и установили его ниже 116 °C, а давление повысили до 2,0 ГПа. Это произвело второе расположение молекул водорода, отличное от льда XV, который они назвали льдом β-XV.

Подтверждение того, что лед был отдельной структурой, было отдельным препятствием, требующим замены обычной воды на «тяжелую» воду. Обычный водород не имеет нейтронов в ядре. С другой стороны, тяжелая вода основана на дейтерии, форме водорода, в ядре которой находится один нейтрон. Чтобы определить порядок атомов в кристаллической решетке, ученым необходимо рассеять нейтроны от ядер, чтобы обычные атомы водорода не разрезали его.

«К сожалению, это также меняет временные рамки для упорядочения в процесс производства льда. Но тогда у аспиранта Тобиаса Гассера возникла решающая идея добавить несколько процентов обычной воды в тяжелую воду, что, как оказалось, значительно ускорило процесс упорядочения», — рассказал Томас Лоэртинг, соавтор исследования из Университета Инсбрука. 

Это позволило команде получить нейтронные данные, необходимые для построения новой кристаллической структуры. 



19-02-2021 | Просмотров: 271
 
Тэги: лёд
Комментарии Комментировать
 
Комментировать