Ūdens ledus atklāts ar kvadrātveida režģi

Pētnieki atklāj nezināmu ledus formu, eksperimentējot ar grafēnu

Kvadrātveida ledus zem elektronu mikroskopa © Ulmas Universitāte
lasīt skaļi

Neparasts ledus kristāla tips: pētnieki ir atklājuši iepriekš nezināmu ūdens ledus formu. Tas tiek izveidots zem spiediena īpaši šaurās vietās, kur ir ūdens atgrūdoši materiāli. Neparasta lieta par to: šī ledus kristāla režģī saites neveido sešstūrus, bet kvadrātus un skābekļa atomus atrodas tieši virs otra, kā ziņo pētnieki žurnālā "Daba".

Neatkarīgi no tā, vai tas ir sniegs, ledus gabaliņi stiklā vai sala ziedi pie loga - ikdienas dzīvē ūdens ledus sastopam daudzos veidos. Tomēr kristāla dzīvē aiz visiem tiem ir viena un tā pati sešstūra pamata struktūra. To piešķir leņķis, ko veido divi ūdeņraža atomi ūdens molekulā, un ūdeņraža saišu leņķi starp dažādām molekulām. Piemēram, tie padara ledus kristālus sešstūrainus.

Grafēna sviestmaize ar ūdens pildījumu

Bet noteiktā spiediena un temperatūras kombinācijā var veidoties arī citi ledus veidi - tagad ūdens ledus pazīst 17. Nesen atklātā 17. forma atgādina sīkus ledus būrus. Gerardo Algara-Siller no Ulmas universitātes un viņa kolēģi tagad ir īpaši meklējuši citu variantu, kas varētu rasties īpaši tad, ja rodas ūdens mikroskopiskās porās vai smalkajos kapilāros.

Lai modelētu šos apstākļus, pētnieki uz grafēna substrāta uzlika nelielu daudzumu ūdens un pārklāja to ar citu grafēna slāni, kura biezums bija tikai viens. "Lielākā daļa ūdens tika izspiesta, bet liela daļa iestrēga daudzās kabatās submikrometra lielumā, " ziņo zinātnieki. Šī ūdens struktūra tika analizēta ar caurlaidības elektronu mikroskopu (TEM).

Kvadrātveida ledus režģa struktūra: Ūdens molekulu skābekļa atomi tiek uzlikti režģī, ūdeņraža saitēm ir aptuveni 90 ° leņķis. © Ķīnas Zinātnes un tehnoloģijas universitāte

Sakrauta režģis

"Pat mūsu neapstrādātie dati parādīja, ka šis ūdens veido regulāru kvadrātveida režģi, " sacīja pētnieki. Lai arī temperatūra bija istabas temperatūrā, spiediens acīmredzot lika ūdenim veidot kristāla režģi un līdz ar to ledu. Dažās vietās šī režģis bija vienslāņains, citās - līdz trim molekulāriem slāņiem bija viens virs otra. Tas ļāva precīzāk analizēt šīs ledus formas trīsdimensiju struktūru. displejs

Rezultāts bija pārsteidzošs: "Attēli skaidri parāda, ka ūdens molekulas ir AA sakrautas blakus esošo slāņu skābekļa atomi atrodas tieši viens pret otru, " stāsta Algara-Sillere un viņa kolēģi. Tas ir pārsteidzoši, jo skābekļa atomiem molekulā ir tāds pats negatīvs daļējs lādiņš, un tāpēc tie viens otru atgrūž.

Taisns leņķis

Un vēl kaut kas neparasts: "Visās vaļīgajās ledus fāzēs saikne starp ūdens molekulām seko tā saucamajiem" ledus likumiem ", kas paredz ūdeņraža saišu tetraedrisko izvietojumu, " skaidro pētnieki. Divas ūdeņraža atomu saites ar skābekli veido gandrīz 105 ° leņķi viens ar otru, tādējādi izveidojot molekulas tipiski saliekto formu.

Jaunatklātajā ūdens ledus variantā abas ūdeņraža saites tomēr veido 90 ° leņķi - gan režģu slāņos, gan starp tiem, kā ziņo pētnieki. Tas ļauj tikai dīvainajam ledus režģa kvadrātveida izvietojumam un vienlaikus padara to ļoti blīvu. "Šīs kristāla režģa blīvums ir pusotru reizi grūtāks nekā parastais ūdens ledus, " saka Algara-Sillere un viņa kolēģi.

Pēc pētnieku domām, šī jaunatklātā ledus forma nav tikai laboratorijas artefakts, bet, iespējams, dabā izplatītāka. "Mēs sagaidām, ka normālos apstākļos tas būs bagātīgs hidrofobās nanokapilāros, " saka Algara-Siller un viņa kolēģi. Viņu modeļa simulācijas parādīja, ka šāds kvadrātveida ledus var rasties arī citu materiālu, izņemot grafēnu, starpsienās. (Daba, 12015; doi: 10.1038 / nature14295)

(Daba, 27.03.2015. - NPO)