Reklama

Odkryto zupełnie nową fazę lodu

​Nie każdy lód wodny jest taki sam. Układ cząsteczek tworzących kryształy jest inny w zależności od ciśnienia i temperatury, w jakich się tworzy. Naukowcy znają 18 różnych faz lodu - niektóre występują naturalnie, a inne tylko w warunkach laboratoryjnych. Teraz potwierdzili występowanie dziewiętnastej fazy.

Trzy lata temu zespół badaczy zmodyfikował jedną z istniejących struktur lodu, przekształcając ją w formę, która została nazwana lodem β-XV. Teraz członkowie tego zespołu określili jego dokładną strukturę krystaliczną, odpowiadając na pytania, jak powstaje, i nadając mu nazwę lodu XIX.

Odkrycie to może pomóc nam lepiej zrozumieć, w jaki sposób lód tworzy się i zachowuje w obcych warunkach, bardzo różnych od tych występujących na Ziemi.

Lód, który widzimy w zamrażarce lub spadający z nieba w postaci płatków śniegu czy gradu, jest najbardziej powszechnym naturalnym lodem na Ziemi. Nazywany jest on lodem I, a jego atomy tlenu ułożone są w sześciokątną siatkę. Ale występujące w nim atomy wodoru są znacznie bardziej nieuporządkowane.

Kiedy lód I jest schładzany w odpowiedni sposób, atomy wodoru mogą zostać okresowo uporządkowane. W ten sposób naukowcy w laboratorium mogą tworzyć różne fazy lodu, które mają znacznie bardziej uporządkowane sieci cząsteczek krystalicznych niż ich nieuporządkowane formy macierzyste.

Zespół chemików fizycznych z Uniwersytetu w Innsbrucku pracuje już od jakiegoś czasu nad fazą lodu VI. Jest to jedna z postaci lodu, którą można znaleźć w przyrodzie, ale tylko pod bardzo wysokim ciśnieniem, 10 000 razy wyższym niż ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza (około 1 gigapaskala), takim jak to występujące w płaszczu Ziemi, lub owiniętym wokół jądra księżyca Saturna - Tytana.

Podobnie jak lód I, lód VI jest stosunkowo nieuporządkowany. Jego uporządkowana wodorowo forma - lód XV - została odkryta dopiero około dekady temu. Powstaje on poprzez schłodzenie lodu do temperatury poniżej -143oC przy ciśnieniu około 1 gigapaskala.

Kilka lat temu, poprzez zmianę tego procesu, badacze stworzyli inną fazę lodu. Spowolnili schładzanie i jeszcze bardziej obniżyli temperaturę, a ciśnienie zwiększyli do 2 gigapaskali. W ten sposób powstał drugi układ cząsteczek wodoru, różniący się od lodu XV, który nazwano lodem β-XV.

Reklama

Potwierdzenie, że lód ten był oddzielną fazą, stanowiło osobną przeszkodę, wymagającą zastąpienia normalnej wody tzw. ciężką wodą. "Normalny" wodór nie ma neutronów w jądrze, ale ciężka woda jest oparta na deuterze - formie wodoru, która ma jeden neutron w jądrze.

Aby określić kolejność atomów w sieci krystalicznej, naukowcy muszą rozpraszać neutrony z jąder, więc nie da się tego zrobić ze zwykłymi atomami wodoru. 

- Niestety, znacznie wydłuża to również czas porządkowania lodu. Doktorant Tobias Gasser wpadł na pomysł, aby do ciężkiej wody dodać kilka procent zwykłej wody, co znacznie przyspieszyło właściwy proces - powiedział Thomas Loerting, chemik z Uniwersytetu w Innsbrucku.

Pozwoliło to naukowcom uzyskać dane neutronowe, których potrzebowali, aby poskładać strukturę kryształu. Jak przypuszczano, różniła się ona od lodu XV, zyskując oficjalne miejsce jako dziewiętnasta znana faza - lód XIX.

Lód XV i lód XIX to pierwsze znane fazy, które mają taką samą strukturę sieci tlenu, ale różnią się układem atomów wodoru. To rodzaj chemicznego rodzeństwa, którego nie obserwowaliśmy wcześniej.

INTERIA.PL
Dowiedz się więcej na temat: lód | fizyka | chemia

Reklama

Reklama

Reklama

Reklama

Reklama

Strona główna INTERIA.PL

Polecamy

Rekomendacje