Три года назад химики нашли доказательства существования новой разновидности льда. К тому времени было известно 18 видов кристаллического льда. Теперь команда сообщает об выяснении кристаллической структуры XIX с помощью дифракции нейтронов.
До сих пор было известно 18 кристаллических форм льда, которые различаются расположением атомов. Однако, строго говоря, это на самом деле не идеальные кристаллы, а неупорядоченные системы, в которых молекулы воды случайным образом ориентированы в разных пространственных направлениях. Типы льда, известные как полиморфы, образуются в зависимости от давления и температуры и обладают очень разными свойствами. Например, их температуры плавления различаются на несколько сотен градусов по Цельсию. Ученые сравнивают виды льда с алмазом и графитом, оба из которых сделаны из чистого углерода.
Теперь их стало 19. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
В снежинках или кубиках льда из холодильника атомы кислорода расположены гексагонально. Эта форма называется лед I. На поверхности Земли других форм льда нет, хотя в лабораторных условиях, меняя температуру и давление, ученые получают и другие его кристаллические модификации — полиморфы.
Формы льда VI и льда VII под высоким давлением обнаруживаются в виде включений в алмазах и поэтому были добавлены в список минералов Международной минералогической ассоциацией (IMA). Многие разновидности водяного льда образуются на просторах космоса при особых условиях давления и температуры. Они встречаются, например, на небесных телах, таких как спутник Юпитера Ганимед, который покрыт слоями льда различных видов.
Изменив условия кристаллизации льда VI, а именно замедлив процесс охлаждения и увеличив давление примерно до 20 килобар, авторы получили модификацию с новым расположением атомов водорода — лед XIX.
«В то время мы нашли четкие доказательства того, что это — новый упорядоченный вариант, но мы не смогли тогда выяснить его кристаллическую структуру», — объясняет руководитель исследования Томас Лоэртинг (Thomas Loerting).
В текущем исследовании авторам удалось это сделать, причем с помощью метода нейтронной дифракции, который считается золотым стандартом определения кристаллической структуры. Для этого среди результатов нескольких тысяч измерений потребовалось найти лучший вариант структуры.
Лед XV и лед XIX представляют собой первую родственную пару полиморфных разновидностей льда, у которых решетка кислорода одинакова, но порядок расположения атомов водорода отличается.
Читать далее
Создана первая точная карта мира. Что не так со всеми остальными?
Ученые впервые зафиксировали, как вокруг звезд малой массы формируются планеты