Исследование: Встряхивание обычного льда (очень твердого) превратило его в аморфный лед средней плотности

Новое исследование показывает, как много ученым еще предстоит узнать о такой простой молекуле, как вода. Встряхнутая и охлажденная — но не перемешанная — обычная замороженная вода превращается в нечто иное: недавно открытую форму льда, состоящую из нагромождения молекул с уникальными свойствами, сообщает «nytimes».

«Это совершенно неожиданно и очень удивительно», — сказал Кристоф Зальцманн, профессор химии в Университетском колледже Лондона в Англии и автор статьи, в которой описывался лед.

Вода — это простая молекула, которая тщательно изучалась учеными на протяжении веков: два атома водорода, выступающие под углом 120 градусов в V-образной форме из центрального атома кислорода.

Новое открытие еще раз показывает, что вода, молекула, без которой, как известно, не может существовать жизнь, все еще скрывает научные сюрпризы, которые еще предстоит раскрыть. В этом эксперименте использовалось относительно простое, недорогое оборудование, чтобы выявить форму льда, которая может существовать в других местах Солнечной системы и во всей Вселенной.

В повседневной жизни мы сталкиваемся с тремя формами воды: парообразным газом, таким как пар, проточной жидкой водой и твердым, скользким льдом. Лед в нашей повседневной жизни состоит из молекул воды, выстроенных в шестиугольный узор, и эти шестиугольные решетки аккуратно складываются друг на друга. Шестиугольная структура не плотно упакована, поэтому лед менее плотный, чем жидкая вода и плавает.

При перестановках температуры и давления за пределами того, что обычно происходит на Земле, молекулы воды могут быть вытеснены в другие кристаллические структуры. Ученые теперь знают о 20 кристаллических формах воды.

Кроме того, исследователи также задокументировали два типа льда с беспорядочными молекулами, которые они называют аморфными материалами. Поскольку один из аморфных льдов плотнее воды, он известен как аморфный лед высокой плотности; другой, с плотностью меньшей, чем у воды, представляет собой аморфный лед низкой плотности. Аморфные льды не встречаются на Земле, но они могут быть распространены в космическом пространстве, в кометах, межзвездных облаках и ледяных мирах, таких как Европа, спутник Юпитера.

Существует даже тип воды, которая является как жидкой, так и твердой. В 2018 году ученые объявили о создании «суперионной воды», которая была одновременно твердой и жидкой.

Ученые хотели изучить очень крошечные кристаллы льда, потому что крошечные кусочки чего-то иногда обладают свойствами, сильно отличающимися от более крупных кусочков того же материала.

Водяной лед сначала охлаждали жидким азотом до минус 320 градусов по Фаренгейту, а затем помещали в контейнер вместе со стальными шариками. Затем машина встряхивала ледяные и стальные шарики, все еще охлажденные при сверххолодных температурах, взад и вперед со скоростью 20 раз в секунду, измельчая лед на крошечные кусочки, процесс, известный как шаровое фрезерование.

Процесс очень напоминает высокотехнологичный коктейльный шейкер.

Затем доктор Розу-Финсен открыл контейнер.
Белый материал внутри выглядел так, как можно было бы ожидать от разбитого льда, но он был преобразован.

Материал теперь был плотнее, и большая часть кристаллической структуры была разрушена, производя аморфный материал. Плотность, однако, не соответствовала уже известным аморфным льдам высокой и низкой плотности.

Интересно, что он оказался между ними; действительно, она была почти точно такой же плотности, как и жидкая вода. До сих пор все твердые формы льда, кристаллические или аморфные, были либо значительно плотнее, либо менее плотными, чем жидкая вода.

Исследователи назвали его аморфным льдом средней плотности.

Стук стальных шариков оказывал на кристаллы льда силу сдвига, достаточную, чтобы выбить молекулы воды из их кристаллических положений, позволяя им быть упакованными более плотно.

Полученные результаты могут быть полезны планетологам. Температура падает в пределах того, что находится на Европе, и Юпитер оказывает огромные приливные силы на ледяную океанскую луну, которая будет тщательно изучена НАСА и европейскими орбитальными аппаратами.