Nie taki lód zimny. Naukowcy odkryli jego nową formę
Zespół z Koreańskiego Instytutu Badań Standardów i Nauki opisał nową fazę lodu – Lód XXI. Materiał krystalizuje w temperaturze pokojowej, gdy woda jest poddana błyskawicznemu ściskaniu.
Większości wydaje się, że lód to lód - woda obniżona do temperatury zera stopni Celsjusza przy ciśnieniu atmosferycznym. W rzeczywistości jednak lód nie ma jednego układu molekularnego. Wręcz przeciwnie, istnieje 20 "faz" lodu, oznaczonych rzymskimi liczbami od I do XX. Koreańscy naukowcy jednak wytworzyli obecnie dwudziestą pierwszą fazę - lód XXI.
W badaniu opublikowanym w „Nature Materials” naukowcy wykorzystali kowadła diamentowe, by w 10 ms podnieść ciśnienie wody do 2 GPa, czyli ok. 20 tys. razy powyżej atmosferycznego. Dzięki temu lód tworzył się w warunkach pokojowych, ale o dużo większej gęstości cząsteczek.
Jak powstał ciepły lód Ice XXI
W ramach eksperymentu naukowcy wykorzystali diamentowe ogniwa kowadełkowe – powszechnie stosowane w materiałoznawstwie urządzenie do ściskania próbek pod ogromnym ciśnieniem. Celem było poddać wodę ciśnieniu 2 gigapaskali (20 000 razy wyższemu niż normalne ciśnienie atmosferyczne) w zaledwie 10 milisekund.
Naukowcy uzyskali w ten sposób rodzaj wody nazwanej "supersprężoną". Jest ona metastabilna, co oznacza, że utrzymuje się przez pewien czas, nawet gdy inny rodzaj lodu byłby bardziej stabilny. Z powodu ogromnego ciśnienia lód tworzy się w temperaturze pokojowej, ale jego cząsteczki są znacznie gęściej upakowane.
– Szybkie sprężanie wody pozwala jej pozostać w stanie ciekłym do wyższych ciśnień, gdzie powinna już skrystalizować się do lodu VI – wyjaśnił Geun Woo Lee.
Dopiero połowa sukcesu
Naukowcy muszą po sprężeniu wody również skrupulatnie udokumentować molekularną podróż wody w ciągu tych 10 milisekund. Specjalny laser - Europejski XFEL generuje błyski rentgenowskie, rejestrując obraz co mikrosekundę, czyli jedną milionową sekundy. W ten sposób powstaje ultranowoczesna kamera szybkoobrotowa, która pokazuje formowanie się fazy lodu w ruchu.
Następnie zespół wykorzystał linię wiązek P02.2 w źródle promieniowania PETRA III do przeprowadzenia eksperymentów dyfrakcyjnych, aby zrozumieć ogólną strukturę lodu XXI, który ma strukturę tetragonalną złożoną z dużych, powtarzalnych jednostek zwanych "komórkami elementarnymi", zawierających 152 cząsteczki wody.
