Рейтинг@Mail.ru
Поиск
x
Фотоконкурс «Дикая природа России»
Наука

Подтверждена новая кристаллическая структура льда

National Geographic Россия
18 февраля 2021
_-.jpg
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. 

рекомендации
Волки

Какие привычки достались собакам от диких предков?

Звезда

Судоремонт по-якутски: лед и пламя

Информация

Стоунхендж и каменные лабиринты России и Скандинавии

Планета Земля

Бытовая техника для тех, кто заботится о планете

None