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

Paleontologové řeší 150 let starou záhadu – a objevují novou skupinu hmyzu

Křídlo nového druhu Okanagrion hobani z fosilního naleziště McAbee v Britské Kolumbii je samoobslužným hmyzem nového podřádu Cephalozygoptera. Kredit: Copyright Zootaxa, použitý v...

„Houboví duchové“ chrání pokožku, látku před toxiny a zářením

Houboví duchové vznikají extrakcí biologického materiálu z buněk hub. Uznání: Nathan Gianneschi lab / Northwestern University Inspirován houbou, novou formou syntetického melaninu, který působí...

Vezmeme 2D materiály pro rotaci

Ilustrace konceptu výpočetní techniky Spintronic. Vědci z Ústavu fyziky vysokého tlaku na univerzitě v Tskubě vyvíjejí nový tranzistor disulfidu molybdenu, který vytváří obraz rotace elektronů,...

Dva astronauti. Dva dny otevřených dveří. Dvě nádherné krajiny.

23. května 2012 Dva astronauti. Otevřeno dva dny. Dva úžasné výhledy na střechu světa. Astronauti z Mezinárodní vesmírné stanice (ISS) pořídili tyto fotografie Himálaje,...

Mars, P Plejády, Jupiter, Saturn a další vrcholy vzdušného dozoru v březnu 2021

Co se děje v březnu? Mars S přáteli v noci je pár skvělých planet zpět ... V prvním nebo tak nějakém březnovém týdnu uvidíte Mars...

Newsletter

Subscribe to stay updated.