Obnovil novou křesťanskou formu temného ledu

Ilustrace zobrazující vztah mezi buňkami ledu VI a XIX jednotky se dívá na jejich osy c a variace jejich variačních vzorů s barevným kódováním pro led XIX a modrou pro led VI. Zápočet: Uni Innsbruck

Led je všestranný materiál. Ve sněhových vločkách nebo kostkách ledu jsou atomy kyslíku uspořádány šestihranně. Tato ledová forma se nazývá ledová (led I). „Přesně řečeno, nejde o opravdu dokonalé krystaly, ale o nekompatibilní systémy, ve kterých jsou molekuly vody uloženy v různých směrech ve vesmíru,“ vysvětluje Thomas Loerting z Ústavu fyzikální chemie na univerzitě v rakouském Innsbrucku.

Spolu s ledem I je dosud známo 18 forem ledových krystalů, které se liší uspořádáním jejich atomů. Různé druhy ledu, známé jako polymorfy, se tvoří v závislosti na tlaku a teplotě a mají různé vlastnosti. Například jejich teploty tání se liší o několik stovek stupňů Celsia. “Je to srovnatelné s diamantem a grafitem, které jsou vyrobeny z čistého uhlíku,” vysvětluje chemik.

Většina ledu

Pokud je obvyklý led I příliš chladný, lze atomy vodíku upravit tak, aby se samy upravily přidáním atomů kyslíku, pokud je experiment proveden správně. Při minus 200 stupňů Celsia to může vést k tvorbě takzvaného ledu XI, ve kterém jsou všechny molekuly vody uspořádány podle konkrétního vzoru. Takto uspořádané formy ledu se liší od nekonzistentních rodičovských forem, zejména těch elektrických.

Model Ice VI

Model ledu VI, velké červené a modré koule představují atomy kyslíku, malé koule atomy vodíku. Zápočet: Uni Innsbruck

V dnešní práci se chemici v Innsbrucku zabývají mateřskou formou ledu VI, vytvořeného pod vysokým tlakem, například zemským pláštěm. Stejně jako šestihranný led není ani tento vysokotlaký led ve formě plně nabitého krystalu. Před více než 10 lety vědci z univerzity v Innsbrucku vyrobili řadu ledů nabitých vodíkem, které obsahovaly knihy jako led XV.

Změnou výrobního procesu se týmu Thomase Loertinga před třemi lety podařilo poprvé vytvořit formulář druhého řádu pro led VI. Za tímto účelem vědci pomalu zpomalili proces chlazení a zvýšili tlak přibližně o 20 kbar. To jim umožňuje uspořádat atomy vodíku druhým způsobem v kyslíkové mřížce a vyrobit led XIX. „V té době jsme viděli jasný důkaz, že se jedná o nový řád, ale nedokázali jsme vysvětlit krystalovou strukturu.“ Nyní se jeho týmu podařilo využít tohoto zlatého standardu pro strukturní stanovení – neutronové difrakce.

Krystalová struktura je vyřešena

Pro objasnění krystalové struktury musí být překonána nezbytná technická bariéra. Při vyšetřování pomocí neutronové difrakce by měl být lehký vodík nahrazen deuteriovou vodou („těžký vodík“).

Thomas Loerting

Sledujte vlastnosti ledu a sněhu: chemik Thomas Loerting. Zápočet: Uni Innsbruck

“Podívejte, také to mění časové měřítka pro objednávání procesu výroby ledu,” řekl Loerting. “Ale Ph.D. Student Tobias Gasser kdysi měl důležitou myšlenku přidat do těžké vody určité procento normální vody – což usnadnilo objednávání. “

S takto získaným ledem vědci z Innsbrucku konečně změřili neutronová data o přístroji HRPD s vysokým rozlišením v Rutherford Appleton Laboratory v Anglii a zaměřili se na řešení krystalové struktury ledu XIX. Z naměřených dat je nutné najít nejlepší krystalovou strukturu z mnoha tisíc kandidátů – jako najít jehlu v kupce sena. Japonská výzkumná skupina potvrdila, že výsledkem Innsbrucku byl další experiment za různých tlakových podmínek. Oba příspěvky jsou nyní současně publikovány v Přirozená komunikace.

V Innsbrucku bylo objeveno šest forem ledu

Zatímco obvyklý led a sníh pokrývají Zemi, na povrchu naší planety nelze najít jiné formy než ve výzkumných laboratořích. Bylo však zjištěno, že vysokotlaké ledové formy VI a led VII jsou mezi diamanty běžné, a byly proto přidány do seznamu minerálů Mezinárodní mineralogickou asociací (IMA). Mnoho druhů ledové vody se tvoří ve většině prostoru za zvláštních tlakových a teplotních podmínek. Nacházejí se například v nebeských tělesech, jako jsou JupiterMěsíc Ganymede, pokrytý vrstvami různých odrůd ledu.

Led XV a led XIX představují první pár sourozenců fyziky ledu, kde je kyslíková mřížka stejná, ale vzor je odlišný v uspořádání atomů vodíku. „To také znamená, že je poprvé možné v experimentech poznat přechod mezi dvěma uspořádanými formami ledu,“ s potěšením hlásil Thomas Loerting. Od 80. let 20. století jsou nyní vědci na univerzitě v rakouském Innsbrucku zodpovědní za objevení čtyř krystalů i dvou typů jiných než led.

Odkaz: 18. února 2021, Přirozená komunikace.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21161-z

Současná výzkumná práce byla provedena v rámci Výzkumné platformy pro materiály a inovace na univerzitě v Innsbrucku a finančně podpořena Rakouským vědeckým fondem FWF.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Lipidy na membráně mozkových buněk jsou kvůli léčbě Alzheimerovy choroby většinou přehlíženy

Byly vytvořeny vazby mezi lipidovou nerovnováhou a onemocněním, kdy změny lipidů zvyšují tvorbu amyloidových plaků, což je rys Alzheimerovy choroby. Tato nerovnováha inspirovala...

Astrofyzici jsou překvapeni neočekávanými účinky černých děr mimo jejich vlastní galaxie

Umělecká kompozice supermasivní černé díry, která reguluje vývoj jejího prostředí. Autor obrázku: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC) a Dylan Nelson (Illustris-TNG) Ve středu téměř každé...

Největší australský dinosaurus – jižní titán – právě vstoupil do knih rekordů!

Australotitan cooperensis, „Southern Titan of the Cooper“. Fotografický kredit: Vlad Konstantinov, Scott Hocknull © Eromanga Natural History Museum Co je to basketbalové hřiště tak...

„Paralelní reaktory“ na bázi fotonických krystalových vláken odhalují kolektivní analogie hmotných a solitárních molekul

A. Schéma paralelních optických solitonových reaktorů založené na dutině prstencového vláknového laseru s režimem blokování. Časová optomechanická (OM) mříž umožněná fotonickými krystalovými...

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Newsletter

Subscribe to stay updated.