Доказано существование новой экзотической формы льда

МОСКВА, 18 фев — РИА Новости. Австрийские ученые впервые экспериментально доказали существование новой экзотической формы льда и описали его кристаллическую структуру. До сих пор было известно 18 кристаллических форм льда, которые различаются расположением атомов. Теперь из стало 19. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

В снежинках или кубиках льда из холодильника атомы кислорода расположены гексагонально. Эта форма льда называется лед I. По сути дела, на поверхности Земли никаких других форм льда и нет, хотя в лабораторных условиях, меняя температуру и давление, ученые получают и другие его кристаллические модификации, называемые полиморфами.

Эти модификации при одном и том же химическом составе обладают очень разными свойствами, так же как алмаз и графит, которые оба состоят из чистого углерода. Например, температуры плавления различных полиморфов льда различаются на несколько сотен градусов по Цельсию.

Многие разновидности водяного льда образуются на просторах космоса при особых условиях давления и температуры. Их можно найти, например, на таких небесных телах, как спутник Юпитера Ганимед, который покрыт слоями льда различных видов. Формы льда VI и льда VII, образующиеся под высоким давлением, находят в виде включений в алмазах и поэтому они были добавлены в качестве самостоятельных кристаллических образований в список минералов Международной минералогической ассоциации (IMA).

Химики из Института физической химии Университета Инсбрука в Австрии занимаются изучением экзотических кристаллических форм льда уже много лет.

"Строго говоря, это на самом деле не идеальные кристаллы, а неупорядоченные системы, в которых молекулы воды случайным образом ориентированы в разных пространственных направлениях", — приводятся в пресс-релизе университета слова руководителя исследования Томаса Лоэртинга (Thomas Loerting).

Например, если обычный лед I сильно охладить, атомы водорода могут периодически располагаться в дополнение к атомам кислорода. При температуре ниже 200 градусов Цельсия это при соблюдении определенных условий эксперимента может привести к образованию так называемого льда XI, в котором все молекулы воды упорядочены по определенной схеме.

Такие упорядоченные формы льда отличаются от неупорядоченных родительских форм, в частности, своими электрическими свойствам. Более десяти лет назад исследователи из Университета Инсбрука создали вариант льда, упорядоченного по водороду, который вошел в учебники как лед XV.

Позднее химики из Инсбрука взяли в качестве исходного материала лед VI, который образуется при высоком давлении и является не полностью упорядоченным кристаллом. Изменив условия кристаллизации — значительно замедлив процесс охлаждения и увеличив давление примерно до 20 килобар, авторы получили модификацию с иным расположение атомов водорода, которую назвали 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 Лоэртинг.

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.

"Очень похоже на поиск иголки в стоге сена", — говорит ученый.

Лед XV и лед XIX представляют собой первую родственную пару полиморфных разновидностей льда, у которых решетка кислорода одинакова, но порядок расположения атомов водорода отличается.