Новая форма льда неожиданно обнаружена во время эксперимента

Реклама

Поддерживается

Исследование показывает, как много ученым еще предстоит узнать о такой простой молекуле, как вода.

Отправь историю любому другу

Как подписчик, у вас есть 10 подарочных статей. давать каждый месяц. Любой может прочитать то, чем вы поделитесь.

Кеннет Чанг

Встряхнутая и охлажденная, но не перемешанная, обычная замороженная вода превращается в нечто иное: недавно открытую форму льда, состоящую из смеси молекул с уникальными свойствами.

«Это совершенно неожиданно и очень удивительно», — сказал Кристоф Зальцманн, профессор химии Университетского колледжа Лондона в Англии и автор статьи, опубликованной в четверг в журнале Science, в которой описывается лед.

Вода — это простая молекула, которую ученые пристально изучали на протяжении веков: два атома водорода, отходящие под углом 104,5 градуса в V-образной форме от центрального атома кислорода.

Новое открытие еще раз показывает, что вода, молекула, без которой жизнь, как известно, не может существовать, все еще скрывает научные сюрпризы, которые еще предстоит раскрыть. В этом эксперименте использовалось относительно простое и недорогое оборудование, чтобы выявить форму льда, которая могла существовать где угодно в Солнечной системе и по всей Вселенной.

В повседневной жизни мы сталкиваемся с тремя формами воды: парообразным газом, похожим на пар, текущей жидкой водой и твердым, скользким льдом. Лед нашей повседневной жизни состоит из молекул воды, выстроенных в шестиугольном порядке, и эти шестиугольные решетки аккуратно накладываются друг на друга. Шестиугольная структура не плотно упакована, поэтому лед менее плотен, чем жидкая вода, и плавает.

При изменениях температуры и давления, выходящих за рамки того, что обычно происходит на Земле, молекулы воды могут проникать в другие кристаллические структуры. Сейчас ученым известно 20 кристаллических форм воды. Двадцатая форма льда была обнаружена в прошлом году.

Кроме того, исследователи также зарегистрировали два типа льда со смешанными молекулами, которые они называют аморфными материалами. Поскольку один из аморфных льдов плотнее воды, он известен как аморфный лед высокой плотности; другой, с плотностью меньшей, чем у воды, представляет собой аморфный лед малой плотности. Аморфные льды не встречаются на Земле, но они могут быть распространены в космическом пространстве, в кометах, межзвездных облаках и ледяных мирах, таких как Европа, спутник Юпитера.

Существует даже вода, которая бывает одновременно жидкой и твердой. В 2018 году ученые заявили о создании «суперионной воды», которая была одновременно твердой и жидкой.

Доктор Зальцманн и его коллеги не стремились пополнить каталог водяного льда. Вместо этого они хотели изучить очень маленькие кристаллы льда, потому что крошечные кусочки чего-то иногда обладают свойствами, сильно отличающимися от более крупных кусочков того же материала.

Поэтому Александр Розу-Финсен, научный сотрудник исследовательской группы доктора Зальцмана и ведущий автор научной статьи, начал крушить лед. Водяной лед сначала охладили в жидком азоте до минус 320 градусов по Фаренгейту, а затем поместили в контейнер вместе со стальными шариками. Затем машина потрясла лед и стальные шарики, все еще охлажденные при сверхнизких температурах, вперед и назад со скоростью 20 раз в секунду, измельчая лед на крошечные кусочки. Этот процесс известен как шаровая мельница.

Думайте об этом как о высокотехнологичном шейкере для коктейлей.

Затем доктор Розу-Финсен открыла контейнер.

«И вот, произошло нечто совершенно неожиданное», — сказал доктор Розу-Финсен, который сейчас является заместителем редактора журнала Nature Reviews Chemistry.

Белый материал внутри выглядел так, как и следовало ожидать от разбитого льда, но он был преобразован.

Материал теперь стал более плотным, и большая часть кристаллической структуры была разрушена, образуя аморфный материал. Однако плотность не соответствовала уже известным аморфным льдам высокой и низкой плотности. Как ни странно, это было нечто среднее; действительно, ее плотность была почти такой же, как у жидкой воды. До сих пор все твердые формы льда, кристаллические или аморфные, были либо значительно более плотными, либо менее плотными, чем жидкая вода.