stringtranslate.com

Лед VII

Кристаллическая структура льда VII. Красные атомы — это кислород, а розовые атомы — водород. Изображение создано с помощью CrystalMaker®.

Лед VII представляет собой кубическую кристаллическую форму льда . Его можно образовать из жидкой воды с давлением выше 3 ГПа (30 000 атмосфер) путем понижения ее температуры до комнатной или путем разгерметизации тяжеловодного (D 2 O) льда VI ниже 95 К. (Различные типы льда, от льда II до льда XVIII , были созданы в лаборатории при различных температурах и давлениях.Обычный водяной лед известен как лед Ih в номенклатуре Бриджмена .) Лед VII метастабилен в широком диапазоне температур и давлений и превращается в аморфный лед низкой плотности (LDA). ) выше 120 К (-153 °С). [1] Лед VII имеет тройную точку с жидкой водой и льдом VI при 355 К и 2,216 ГПа, с линией плавления, простирающейся как минимум до 715 К (442 ° C) и 10 ГПа. [2] Лед VII может образоваться за наносекунды путем быстрого сжатия ударными волнами. [3] [4] Его также можно создать за счет увеличения давления на лед VI при температуре окружающей среды. [5] При давлении около 5 ГПа Ice VII становится тетрагональным Ice VII t . [6]

Как и в большинстве фаз льда (включая лед I h ), положения атомов водорода неупорядочены. [7] Кроме того, атомы кислорода разупорядочены по нескольким узлам. [8] [9] [10] Структура льда VII включает каркас водородных связей в виде двух взаимопроникающих (но несвязанных) подрешеток. [8] Водородные связи проходят через центр гексамеров воды и, таким образом, не соединяют две решетки. Лед VII имеет плотность около 1,65 г см -3 (при 2,5 ГПа и 25 ° C (77 ° F; 298 K)), [11] что более чем в два раза превышает кубическую плотность льда , чем внутрисетевая плотность O – O. расстояния увеличены на 8% (при 0,1 МПа), чтобы обеспечить взаимопроникновение. Кубическая элементарная ячейка имеет длину стороны 3,3501 Å (для D 2 O, при 2,6 ГПа и 22 °C (72 °F; 295 К)) и содержит две молекулы воды. [9]

Лед VII — единственная неупорядоченная фаза льда, которую можно упорядочить простым охлаждением [5] [12] , и он образует (упорядоченный) лед VIII при температуре ниже 273 К до ~ 8 ГПа. Выше этого давления температура перехода VII–VIII быстро падает, достигая 0 К при ~60 ГПа. [13] Таким образом, лед VII имеет самое большое поле стабильности среди всех молекулярных фаз льда. Кубические кислородные подрешетки, составляющие основу структуры льда VII, сохраняются до давлений не менее 128 ГПа; [14] это давление существенно выше, чем то, при котором вода полностью теряет свой молекулярный характер, образуя лед X . Во льдах высокого давления протонная диффузия (движение протонов вокруг кислородной решетки) доминирует над молекулярной диффузией, и этот эффект был измерен напрямую. [15]

Естественное явление

Ученые предполагают, что лед VII может включать дно океана Европы , а также внесолнечные планеты (такие как Глизе 436 b и Глизе 1214 b ), которые в основном состоят из воды. [16] [17]

В 2018 году лед VII был идентифицирован среди включений , обнаруженных в природных алмазах . [18] Благодаря этой демонстрации того, что лед VII существует в природе, Международная минералогическая ассоциация должным образом классифицировала лед VII как отдельный минерал . [19] Лед VII предположительно образовался, когда вода, попавшая внутрь алмазов, сохраняла высокое давление глубокой мантии благодаря прочности и жесткости алмазной решетки, но охлаждалась до поверхностных температур, создавая необходимую среду высокого давления без высоких температур. температура. [20]

Рекомендации

  1. ^ С. Клотц, Дж. М. Бессон, Г. Хамель, Р. Дж. Нельмс, Дж. С. Лавдей и В. Г. Маршалл, Метастабильный лед VII при низкой температуре и давлении окружающей среды, Nature 398 (1999) 681–684.
  2. ^ «IAPWS, Влияние давления вдоль кривых плавления и сублимации обычного водного вещества, 1993» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 6 октября 2008 г. Проверено 22 февраля 2008 г.
  3. ^ Долан, Д; Гупта, Ю (2004). «Наносекундное замерзание воды при многократном ударно-волновом сжатии: измерения оптической передачи и визуализации». Дж. Хим. Физ . 121 (18): 9050–9057. Бибкод : 2004JChPh.121.9050D. дои : 10.1063/1.1805499. ПМИД  15527371.
  4. ^ Мьинт, П; Бенедикт, Л; Белоф, Дж (2017). «Модели свободной энергии для льда VII и жидкой воды, полученные на основе соотношений давления, энтропии и теплоемкости». Дж. Хим. Физ . 147 (8): 084505. Бибкод : 2017ЖЧФ.147х4505М. дои : 10.1063/1.4989582 . ОСТИ  1377687. ПМИД  28863506.
  5. ^ Аб Джохари, врач общей практики; Лавернь А. и Уолли Э. (1974), «Диэлектрические свойства льда VII и VIII и фазовая граница между льдом VI и VII», Журнал химической физики , 61 (10): 4292, Бибкод : 1974JChPh..61.4292 Дж, дои : 10.1063/1.1681733
  6. ^ Гранде, Закари М.; и другие. (2022). «Переходы симметрии, вызванные давлением, в плотном льду H2O». АПС Физика . 105 (10): 104109. Бибкод : 2022PhRvB.105j4109G. doi : 10.1103/PhysRevB.105.104109. S2CID  247530544.
  7. ^ Петренко, В.Ф.; Уитворт, Р.В. (2002), Физика льда , Нью-Йорк: Oxford University Press..
  8. ^ Аб Кухс, WF; Финни, Дж.Л.; Веттье, К. и Блисс, Д.В. (1984), «Структура и упорядочение водорода во льдах VI, VII и VIII по данным дифракции нейтронов на порошке», Journal of Chemical Physics , 81 (8): 3612–3623, Bibcode : 1984JChPh.. 81.3612К, дои : 10.1063/1.448109.
  9. ^ Аб Йоргенсен, доктор юридических наук; Уорлтон, Т.Г. (1985), «Неупорядоченная структура льда D2O VII по данным порошковой дифракции нейтронов in situ», Journal of Chemical Physics , 83 (1): 329–333, Бибкод : 1985JChPh..83..329J, doi : 10.1063/ 1,449867.
  10. ^ Нельмес, Р.Дж.; Лавдей, Дж.С.; Маршалл, РГ; и другие. (1998), «Многоучастковая неупорядоченная структура льда VII до 20 ГПа», Physical Review Letters , 81 (13): 2719–2722, Бибкод : 1998PhRvL..81.2719N, doi : 10.1103/PhysRevLett.81.2719.
  11. ^ Д. Айзенберг и В. Каузманн, Структура и свойства воды (Oxford University Press, Лондон, 1969); (б) Додекаэдрическая межузельная модель описана в книге Л. Полинга «Структура воды», «Водородная связь», под ред. Д. Хадзи и Х.В. Томпсон ( Pergamon Press Ltd, Лондон, 1959), стр. 1–6.
  12. ^ Примечание: лед I h теоретически превращается в протонно-упорядоченный лед XI в геологических масштабах времени, но на практике необходимо добавлять небольшие количества катализатора КОН.
  13. ^ Прузан, доктор философии; Червин Дж. К. и Кэнни Б. (1993), «Область стабильности протонно-упорядоченной фазы льда VIII при очень высоком давлении и низкой температуре», Journal of Chemical Physics , 99 (12): 9842–9846, Bibcode : 1993JChPh. .99.9842P, дои : 10.1063/1.465467.
  14. ^ Хемли, Р.Дж.; Джефкоат, AP; Мао, Гонконг; и другие. (1987), «Статическое сжатие льда H2O до 128 ГПа (1,28 Мбар)», Nature , 330 (6150): 737–740, Bibcode : 1987Natur.330..737H, doi : 10.1038/330737a0, S2CID  4265919.
  15. ^ Като, Э. (15 февраля 2002 г.). «Диффузия протонов во льду высокого давления VII». Наука . 29=5558 (5558): 1264–1266. Бибкод : 2002Sci...295.1264K. дои : 10.1126/science.1067746. PMID  11847334. S2CID  38999963.
  16. ↑ Льежский университет (16 мая 2007 г.). Астрономы обнаружили тень водного мира перед ближайшей звездой. ScienceDaily. Получено 3 января 2010 г. из статьи «Астрономы обнаружили тень водного мира перед ближайшей звездой». Архивировано из оригинала 21 августа 2017 г. Проверено 22 апреля 2018 г.
  17. ^ Дэвид А. Агилар (16 декабря 2009 г.). «Астрономы нашли суперземлю, используя любительские готовые технологии». Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики. Архивировано из оригинала 7 апреля 2012 года . Проверено 23 января 2010 г.
  18. ^ О. Чаунер; С Хуан; Э. Гринберг; В.Б. Прокопенко; К. Ма; Г. Р. Россман; А. Х. Шен; Д. Чжан; М. Ньювилл; А. Ланциротти; К. Тейт (2018). «Включения Ice-VII в алмазах: свидетельства наличия водной жидкости в глубокой мантии Земли». Наука . 359 (6380): 1136–1139. Бибкод : 2018Sci...359.1136T. дои : 10.1126/science.aao3030 . PMID  29590042. S2CID  206662912.
  19. ^ Сид Перкинс (08 марта 2018 г.). «Карманы с водой могут лежать глубоко под поверхностью Земли». Наука . Архивировано из оригинала 8 марта 2018 года . Проверено 8 марта 2018 г.
  20. ^ Нетберн, Дебора. «То, что ученые нашли в алмазе: тип льда, неизвестный на Земле». Лос-Анджелес Таймс . Архивировано из оригинала 12 марта 2018 года . Проверено 12 марта 2018 г.

Внешние ссылки