所有水冰并非平等。在某些条件下,其整齐的结晶晶格分子陷入混乱,直到它类似于无定形固体(例如玻璃和塑料)的结构无所不知。
我们认为我们对这是如何工作有一个粗略的想法,但是现在有一个新的观察结果为一组研究人员带来了严重的循环。
一种特殊类型的无定形冰是首先在1980年代发现:当我们在极端温度下将水冷冻到冰中时形成,并将冰置于巨大的压力下。假设由此产生的无定形结构与液态水有关 - 例如,您可以将水冷冻到无定形的冰中,然后再次“融化”它 - 但是科学家不再那么确定了。
为了研究高密度无定形冰,橡树岭国家实验室的科学家反而意外地创造了一系列形式的结晶冰。
“如果我们实验的数据是真的,”加拿大国家研究委员会的材料科学家丹尼斯·克鲁格(Dennis Klug),“这意味着无定形冰与液态水无关,而是两个晶体之间的中断变化,这是与广泛接受的理论的主要偏离。”
记录划痕。
那真的发生了什么?该团队计划随着温度升高,研究无定形冰的变化。预计无序分子会随着无定形冰“融化”回到晶体形式中的有序晶格结构。
但是首先,他们必须生产无定形的冰。他们冻结了一个三毫米的球重水,在氢核中具有额外的中子。这个方便的功能启用中子散射分析。
然后,他们将球体的温度降低到100.15开尔文(-173摄氏度),同时逐渐将压力升至海平面的28,000倍地球大气压。
但是当他们开始看分子结构时,他们发现冰通过四种晶体形式依次转变。它始于冰ih- 那是正常的冰,带有六角形结构 - 然后移动冰ix和冰XV,然后冰十三。
“我总是通过在低温下压缩冰来制作许多样品,”克鲁格说。 “我以前从未见过这种压力温度的路径会导致一系列类似的晶体形式。”
该团队的第一个想法是水样被污染了。因此,他们又有了一个新鲜的样本。再说一次,还有另一个新鲜的样本。再一次,再一次。
每次,他们都会看到同一件事。 ICE IH,ICE IX,ICE XV和ICE XIII,甚至没有一点无形的冰。
因此,研究团队本身就研究了实验 - 并找到了答案。通过缓慢增加压力,并在较低的压力点收集数据,该团队做了以前研究以前从未实现的事情。
较慢的压力增加使冰结构可以放松并订购冰IX,而不是直接跳过它。数据收集使他们能够找到它。
因此,这很整洁,但确实带来了一些问题 - 不仅是上述液态水协会。
人们认为低密度水和高密度水之间的相变是在所谓的第二关键点。这可以解释超冷水的一些奇怪行为,科学家一直在寻找它,在晶体阶段之间。
除了这项研究表明,“第二个关键点可能甚至不存在”,除了橡树岭国家实验室的材料科学家克里斯·杜克(Chris Tulk)。
这实际上非常令人兴奋。它给了科学家一些新的和出乎意料的咀嚼 - 实际上可以改变我们理解动态的方式诡异的和美妙的水。
该研究已发表在自然。