Na-decode ang bagong mala-kristal na anyo ng yelo

Ang paglalarawan na nagpapakita ng ugnayan sa pagitan ng mga yunit ng mga yelo VI at XIX na mga cell kapag tiningnan ang kanilang mga palakol at ang mga pagkakaiba sa kanilang mga pattern ng pagdidipract, na may kulay na coding na pula para sa yelo XIX at asul para sa yelo VI. Kredito: Uni Innsbruck

Ang yelo ay isang napaka-maraming nalalaman na materyal. Sa mga snowflake o ice cubes, ang mga atom ng oxygen ay nakaayos nang hexagonally. Ang form na yelo na ito ay tinatawag na yelo (yelo I). “Mahigpit na nagsasalita, gayunpaman, ang mga ito ay hindi perpektong mga kristal, ngunit ang mga hindi maayos na sistema kung saan ang mga molekula ng tubig ay random na nakatuon sa iba’t ibang mga direksyon sa spatial,” paliwanag ni Thomas Loerting ng Institute of Physical Chemistry sa University of Innsbruck sa Austria.

Kasama ang ice I, 18 mala-kristal na anyo ng yelo ang kilala sa ngayon, na naiiba sa pag-aayos ng kanilang mga atomo. Iba’t ibang uri ng yelo, na kilala bilang polymorphs, form depende sa presyon at temperatura at may iba’t ibang mga katangian. Halimbawa, ang kanilang mga natutunaw na puntos ay nag-iiba sa pamamagitan ng ilang daang degree Celsius. “Maihahalintulad ito sa brilyante at grapayt, na gawa sa purong carbon,” paliwanag ng chemist.

Pagkakaiba-iba ng yelo

Kapag ang maginoo na yelo I ay pinalamig nang husto, ang mga atomo ng hydrogen ay maaaring isagawa pana-panahon bilang karagdagan sa mga atom ng oxygen, kung naisagawa nang tama ang eksperimento. Sa ibaba minus 200 degree Celsius, maaari itong humantong sa pagbuo ng tinatawag na yelo XI, kung saan ang lahat ng mga molekula ng tubig ay nakaayos ayon sa isang tukoy na pattern. Ang mga anyo ng yelo na nakaayos sa ganitong paraan ay naiiba sa mga hindi nababagabag na mga porma ng magulang, lalo na sa kanilang mga katangian sa kuryente.

Modelong yelo VI

Ang modelo ng yelo VI, ang malalaking pula at asul na mga sphere ay kumakatawan sa mga atom ng oxygen, maliit na spheres hydrogen atoms. Kredito: Uni Innsbruck

Sa kasalukuyang gawain, ang mga chemist ng Innsbruck ay nakikipag-usap sa pormang ina ng yelo VI, na nabuo sa ilalim ng mataas na presyon, halimbawa sa manta ng Daigdig. Tulad ng hexagonal na yelo, ang form na ito ng mataas na presyon ng yelo ay hindi isang kumpletong nakaayos na kristal. Higit sa 10 taon na ang nakalilipas, ang mga siyentista mula sa University of Innsbruck ay gumawa ng isang pagkakaiba-iba ng yelo na ito na may isang hydrogen na pag-aayos, na pumasok sa mga aklat bilang Ice XV.

Sa pamamagitan ng pagbabago ng proseso ng produksyon, ang koponan ni Thomas Loerting ay nagawang lumikha ng pangalawang inorder na form para sa ice VI sa kauna-unahang pagkakataon tatlong taon na ang nakalilipas. Ang mga siyentipiko ay makabuluhang pinabagal ang proseso ng paglamig at nadagdagan ang presyon ng tungkol sa 20 kbar. Pinapayagan silang ayusin ang mga hydrogen atoms sa pangalawang paraan sa oxygen lattice at gumawa ng ice XIX. “Sa panahong iyon, nakakita kami ng malinaw na katibayan na ito ay isang bagong order na variant, ngunit hindi namin nagawang linawin ang istrakturang kristal.” Ngayon ang kanyang koponan ay nagtagumpay sa paggawa nito lamang sa pamantayang ginto para sa pagpapasiya ng istraktura – neutron diffraction.

Nalutas ang istrakturang kristal

Upang maipaliwanag ang istrakturang kristal, kinakailangan upang mapagtagumpayan ang isang pangunahing teknikal na balakid. Sa pagsasaliksik sa neutron diffraction, kinakailangan upang palitan ang light hydrogen sa tubig ng deuterium (“mabigat na hydrogen”).

Thomas Loerting

Pagsubaybay sa mga katangian ng yelo at niyebe: chemist na si Thomas Loerting. Kredito: Uni Innsbruck

“Sa kasamaang palad, binabago din nito ang mga antas ng oras para sa pag-order sa proseso ng produksyon ng yelo,” sabi ni Loerting. “Ngunit ang mag-aaral ng Ph.D. na si Tobias Gasser ay may pangunahing ideya na magdagdag ng ilang porsyento ng normal na tubig sa mabibigat na tubig – na naging isang malaking bilis ng pag-order.”

Sa gayon nakuha ang yelo, sa wakas ay nasusukat ng mga siyentipiko ng Innsbruck ang neutron data sa isang mataas na resolusyon na instrumento ng HRPD sa Rutherford Appleton Laboratory sa Inglatera at maingat na nalutas ang istrakturang kristal ng yelo XIX. Kinakailangan nito ang paghanap ng pinakamahusay na istraktura ng kristal mula sa maraming libong mga kandidato mula sa sinusukat na data – katulad ng paghahanap ng isang karayom ​​sa isang haystack. Kinumpirma ng pangkat ng pagsasaliksik ng Hapon ang resulta mula sa Innsbruck sa isa pang eksperimento sa ilalim ng iba’t ibang mga kondisyon ng presyon. Ang parehong mga papel ay na-publish na magkasama sa Kalikasan ng komunikasyon.

Anim na anyo ng yelo na natuklasan sa Innsbruck

Habang maraming yelo at niyebe sa Earth, walang ibang mga form sa ibabaw ng ating planeta – maliban sa mga laboratoryo sa pananaliksik. Gayunpaman, ang mga form na may mataas na presyon ng yelo VI at yelo VII ay matatagpuan bilang mga pagsasama sa mga brilyante at samakatuwid ay naidagdag sa listahan ng mga mineral ng International Mineralogical Association (IMA). Maraming uri ng yelo sa tubig ang nabubuo sa lawak ng espasyo sa ilalim ng mga espesyal na presyon ng presyon at temperatura. Ang mga ito ay matatagpuan, halimbawa, sa mga celestial na katawan tulad ng JupiterAng buwan Ganymede, na sakop ng mga layer ng iba’t ibang mga pagkakaiba-iba ng yelo.

Ang Ice XV at Ice XIX ay kumakatawan sa unang pares ng kapatid sa physics ng yelo kung saan ang lattice ng oxygen ay pareho, ngunit ang pattern ng pag-aayos ng mga hydrogen atoms ay magkakaiba. “Nangangahulugan din ito na, sa kauna-unahang pagkakataon, posible na gawin ang paglipat sa pagitan ng dalawang inorder na mga form ng yelo sa mga eksperimento,” sabi ni Thomas Loerting. Mula noong 1980s, ang mga siyentipiko sa University of Innsbruck sa Austria ay responsable na ngayon sa pagtuklas ng apat na mala-kristal at dalawang walang malapad na anyo ng yelo.

Sanggunian: 18 Pebrero 2021, Kalikasan ng komunikasyon.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21161-z

Ang kasalukuyang gawain sa pagsasaliksik ay isinasagawa sa loob ng Research Platform para sa Mga Materyales at Nanosciences sa University of Innsbruck at suportado sa pananalapi ng Austrian Science Fund FWF.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang pag-iimbak ng nababagong enerhiya sa mga bato sa halip na mga baterya ng lithium

Kapag may labis na kuryente mula sa hangin o solar na enerhiya, sisingilin ang supply ng enerhiya. Ginagawa ito gamit ang isang sistema...

Ang Flat Pasta ay Pinagbuti Na Ang Morphs Sa Hugis Kapag Luto

Pinangunahan ng CMU Lab ang pagbuo ng pasta na humuhubog kapag luto na. Kredito: Carnegie Mellon University Ang mga flat-pack noodle ay lumilikha ng...

Mga debate sa mga Dalubhasa: Na-diagnose ba ang PTSD?

Ang ilang mga klinika ay nag-aalala na post-traumatic stress disorder (PTSD) ang diyagnosis ay nadagdagan sa buong lipunan ng Kanluran mula pa noong huling...

Ang ilaw ng Zap ay nagpapalit ng mga kulay at pattern ng mga bagay

Ang bagong sistema ay gumagamit ng ilaw na UV na inaasahang sa mga bagay na natatakpan ng isang tinain na pinapagana ng ilaw upang...

Oo, Maaari kang Magkaroon ng Higit sa 150 Mga Kaibigan

Ang mga indibidwal ay maaaring mapanatili ang matatag na mga pakikipag-ugnay sa lipunan na may halos 150 katao. Ito ay isang mungkahi na...

Newsletter

Subscribe to stay updated.