Команда британських хіміків змолола у кульовому млині звичайну кригу за температури 77 кельвінів та отримала нову форму аморфної криги. Так називають лід, що на відміну від кристалічної криги Iₕ, не має впорядкованої молекулярної структури. Відкрита форма виявилася стабільною за атмосферного тиску до позначки в 1,1 гігапаскаля. Вчені дали їй назву аморфна крига середньої густини. Результатами своїх експериментів науковці поділилися у журналі Science.
Млин, яким користувалися вчені, щоб отримати нову форму криги. Christoph Salzmann
Яка буває крига?
На фазовій діаграмі води можна знайти близько 20 кристалічних її форм, а також дві аморфні фази, що характеризуються відсутністю порядку в розташуванні молекул. Останні поділяють на два види: аморфну кригу високої та низької густини. За атмосферного тиску і температури в 77 кельвінів перша володіє густини в 1,13 грама на сантиметр кубічний, а друга — 0,94 грама на кубічний сантиметр. При цьому, вони відомі ще з минулого століття, а жодних аморфних форм криги за цей час у проміжку густини між ними знайти не вдалося.
Однак цікавість вчених не зникає, адже саме аморфна крига, як вважається, є найпоширенішою у Всесвіті. І у своїй роботі хіміки з Університетського коледжу Лондона змогли знайти невідому раніше форму аморфної криги.
Як отримали нову кригу?
У своїх експериментах вчені використали популярний для дослідження аморфних форм матеріалів метод з використанням кульового млина. З його допомогою аморфізація відбувається через взаємодію з кулями, які впливають на кристали силами стискання та зсуву, вносячи дефекти. Для криги раніше цей метод не використовували, тож у своїй роботі хіміки стали першими, хто вирішив змолоти звичайний лід Ih у такому млині. Для цього його охолодили до температури рідкого гелію — 77 кельвінів — додали в кригу кульки з неіржавної сталі, а потім трусили їх разом. За 80 циклів такого подрібнення вчені отримали зразок, аналіз якого вказав, що їм вдалося добути нову аморфну форму льоду.
Схема-ілюстрація того, що відбувається з кристалами криги при зіткненні з кульками у млині, а також схема розмелювання льоду. Alexander Rosu-Finsen et al. / Science, 2022
Що це за крига?
Загальний вигляд отриманого у млині льоду являє собою крупні шматки щільно утрамбованого порошку, густину якого вчені оцінили в 1,06 грама на кубічний сантиметр. Це значення знаходиться якраз у проміжку між вже відомою аморфною кригою низької та високої густини, тож науковці дали новій формі назву аморфна крига середньої густини. Порівняння дифракційних характеристик всіх трьох форм вказують, що відкрита хіміками крига має унікальну структуру. За підвищення тиску (і за постійної температури в 77 кельвінів), після позначки у 1,1 гігапаскаля, крига починає переходити в аморфну кригу високої густини.
Зображення отриманої криги в оптичний мікроскоп на мідній підложці. Стрілками позначено домішки кристалічної криги. Alexander Rosu-Finsen et al. / Science, 2022
Змелювання таким самим способом інших фаз льоду (II, IX та V) нових форм вченим не принесло, що може говорити про те, що саме «звичайна» крига lₕ особливо піддається аморфізації.
Крижана наука
🪡Фізикам вдалося виростити крижану нитку, що може гнутися (і повертати форму)
🪄Також вчені змусили крижинку «левітувати» над поверхнею, піддавши її ефекту Ляйденфроста
🏆А французькі фізики розкрили секрет дзену каменів, що відрощують собі на кризі ніжки