Ученые обнаружили странную новую форму льда, которая может изменить наше представление о воде

Ученые обнаружили странную новую форму льда, которая может изменить наше представление о воде

Ученые, перемешивая обычную замороженную воду в банке с шариками из ультрахолодной стали, обнаружили ранее неизвестную форму льда, которая ближе к жидкой воде, чем любой другой лед.

Это аморфный лед, форма, не встречающаяся в природе на Земле. Это потому, что его атомы организованы не в виде аккуратного повторяющегося кристаллического узора, а в хаотичном порядке, в атомном беспорядке.

Но аморфный лед, полученный в результате экспериментов команды, процесса, называемого шаровой мельницей, не похож ни на один аморфный лед, который когда-либо видели.

Аморфный лед обычно имеет низкую плотность, около 0,94 грамма на кубический сантиметр, или высокую плотность, начиная с 1,13 грамма на кубический сантиметр. Плотность нового льда составляет 1,06 грамма на кубический сантиметр, что невероятно близко к плотности воды — 1 грамм на кубический сантиметр.

Исследователи под руководством химика Александра Розу-Финсена, ранее работавшего в Университетском колледже Лондона в Великобритании, назвали новую форму аморфным льдом средней плотности (MDA).

«Вода — основа всей жизни. От нее зависит наше существование, мы запускаем космические миссии в поисках ее, но с научной точки зрения она плохо изучена», — говорит химик Кристоф Зальцманн из Университетского колледжа Лондона.

«Нам известно о 20 кристаллических формах льда, но ранее были обнаружены только два основных типа аморфного льда, известные как аморфные льды высокой плотности и низкой плотности. Между ними существует огромный разрыв в плотности, и принято считать, что внутри этого разрыва плотности льда не существует», — объясняет Зальцманн.

«Наше исследование показывает, что плотность MDA находится точно в пределах этого разрыва плотности, и это открытие может иметь далеко идущие последствия для нашего понимания жидкой воды и ее многочисленных аномалий».

Вода, не ходящая вокруг да около, просто странная. Поскольку он настолько вездесущ и необходим для нашего выживания, мы не склонны много думать об этом, но он не подчиняется тем же правилам, что и другие жидкости.

Это универсальный растворитель; то есть многие другие вещества растворяются в нем действительно легко. Его поверхностное натяжение необычно велико по сравнению с другими жидкостями, как и его температура кипения.

И его плотность в условиях охлаждения, пожалуй, самая странная из всех: по мере замерзания большинства жидкостей их плотность увеличивается. Вода делает обратное: она становится менее плотной, то есть водяной лед обычно менее плотный, чем вода. Вот почему кубики льда плавают в вашем напитке.

Но не весь лед создается одинаково. Здесь, на Земле, лед естественным образом принимает кристаллическую форму, а его атомы образуют повторяющийся шестиугольный узор. Вот почему снежинки имеют тенденцию быть шестиугольными. Однако в космическом пространстве, близком к вакууму, лед обычно аморфен, потому что атомы не сохраняют достаточно тепловой энергии, чтобы превратиться в кристаллическую структуру.

Разрыв плотности в аморфном льду был довольно фундаментальным для нашего понимания воды. Фактически, предыдущие исследования и моделирование показали, что разделение может означать, что вода существует как две отдельные жидкости при очень низких температурах, даже сосуществуя, как нефть и вода, а не смешиваясь, если условия были правильными. Эй, вода делала и более странные вещи.

Но затем Розу-Финсен и его коллеги получили в свои руки несколько стальных шаров. Шаровая мельница — это промышленный метод, используемый для измельчения или смешивания материалов. Исследователи использовали жидкий азот, чтобы охладить мельничный кувшин до -200 градусов по Цельсию (-328 градусов по Фаренгейту), добавили обычный водяной лед и встряхнули.

«Мы долго трясли лед как сумасшедшие и разрушили кристаллическую структуру», — объясняет Росу-Финсен . «Вместо того, чтобы закончить с более мелкими кусочками льда, мы поняли, что придумали совершенно новый вид вещей с некоторыми замечательными свойствами».

Что означают эти свойства, пока не совсем ясно. Исследователи предполагают, что MDA может быть «стекловидным» состоянием жидкой воды. Хотя аморфный лед не образуется в природе, существуют другие аморфные твердые тела; стекло является одним из них, и это просто твердая форма жидкого диоксида кремния. Но МДА также может быть просто сильно раскрошенным кристаллическим льдом.

Это говорит о том, что наши существующие модели воды необходимо пересмотреть, чтобы выяснить, какое место MDA занимает в общей картине. Но это уже дает надежду объяснить некоторые способы поведения водяного льда во Вселенной.

Исследователи экспериментировали, чтобы увидеть, что происходит, когда МДА перекристаллизуется, сжимается и нагревается. Они обнаружили, что этот процесс высвобождает удивительное количество энергии, предполагая, что MDA может играть роль в тектонической активности на покрытых льдом мирах, таких как спутник Юпитера Ганимед .

И это открытие демонстрирует потенциал для будущих экспериментов и изучения специфических свойств воды.

«Мы показали, что можно создать то, что выглядит как покадровая вода», — говорит химик Андреа Селла из Университетского колледжа Лондона.

«Это неожиданное и довольно удивительное открытие».


Подписывайтесь на «Гродно 24» в Дзен Новости и на наш канал в Дзен

Поделись публикацией

Самые популярные публикации


Следи за нами в социальных сетях