Відкрили нову форму льоду – XXI залишається твердою при кімнатній температурі – новини науки
Науковці стиснули воду між двома алмазами під надвисоким тиском.
Міжнародна команда вчених уперше створила абсолютно нову форму льоду, який залишається твердим при кімнатній температурі. Нову фазу, що отримала назву лід XXI, дослідники отримали шляхом надстискання води між двома алмазами, повідомляє LiveScience.
Лід XXI формується, коли молекули води піддаються екстремальному тиску — приблизно у 20 000 разів вищому, ніж звичайний атмосферний. За цих умов вода переходить у метастабільний стан — проміжний, ненадійний стан, що може стати нестабільним від найменшого порушення. Під час експерименту, результати якого опубліковані в журналі Nature Materials, дослідники спостерігали, як структура води змінюється зі стану високої щільності на дуже високу щільність.
Для виявлення нової фази льоду науковці використали Європейський рентгенівський лазер на вільних електронах (European x-ray free electron laser, XFEL) — найпотужніший у світі рентгенівський лазер. Прилад дозволив відстежувати структурні зміни у зразку в режимі реального часу — кожну одну мільйонну секунди.
“Завдяки унікальним рентгенівським імпульсам XFEL ми зафіксували численні шляхи кристалізації води, яку понад тисячу разів стискали та розтискали у динамічній алмазній комірці”, — пояснив співавтор дослідження Кин Ву Лі, дослідник Корейського інституту стандартів і науки (KRISS).
Відкриття стало можливим завдяки застосуванню алмазної комірки з ковадлом — пристрою, що дозволяє створювати екстремальні тиски за допомогою надтвердих алмазів. За таких умов молекули H₂O зближуються настільки, що утворюють щільну тверду структуру — нову форму кристалічного льоду.
“Наші результати свідчать, що може існувати більше високотемпературних метастабільних фаз льоду, ніж вважалося раніше. Це відкриває нові можливості для розуміння складу крижаних супутників і планет”, — зазначила співавторка дослідження Рейчел Хазбенд із Німецького дослідницького центру електронних синхротронів.
Лід XXI став 21-ю відомою фазою льоду, приєднавшись до вже відкритих форм, таких як тетрагональний лід XIX та суперіонний “зоряно-гарячий” лід, виявлений у лабораторних умовах раніше. Вода є унікальною речовиною, здатною існувати у десятках різних твердих станів — від кристалічних до аморфних — завдяки специфічній структурі своїх молекул, де атоми водню можуть замерзати у різних конфігураціях.
Попередні експерименти вивчали формування льоду при низьких температурах, коли молекули води рухаються повільніше. Натомість нове дослідження показало, що навіть за кімнатної температури, близько 22°C, вода може переходити у тверду форму під надвисоким тиском. Це може допомогти пояснити, як утворюються незвичні кристалічні структури води в умовах екстремального тиску на далеких планетах і місяцях Сонячної системи.
Нещодавно астрономи вперше підтвердили виявлення важкої води — H₂O з важким ізотопом дейтерію — у протопланетному диску навколо молодої зірки V883 Оріона, використовуючи телескоп ALMA. Виміряне співвідношення важкої води до звичайної збігається з показниками води, старшої за Сонячну систему, що є першим прямим доказом того, що вода може пережити процес формування зірок і планет.