Эксперименты продемонстрировали, что при сжатии свыше 222 гигапаскалей структура твёрдой воды становится менее симметричной, чем у ранее исследованной фазы льда X
Физики выявили экспериментальные свидетельства перехода льда в новую структурную фазу при давлении выше 222 гигапаскалей — это примерно в 2,2 миллиона раз превышает атмосферное давление на уровне моря. В таких условиях твёрдая вода теряет кубическую симметрию своей кристаллической решётки. Эти результаты уточняют границы существования льда X — плотной фазы воды, в которой атомы формируют кубическую структуру.
Для достижения таких давлений учёные сжимали образцы воды между алмазными наковальнями. Структуру вещества исследовали с помощью синхротронной рентгеновской дифракции: рентгеновские лучи рассеиваются на упорядоченно расположенных атомах, и по полученной картине можно восстановить характеристики кристаллической решётки. Измерения проводились при комнатной температуре. До отметки около 222 гигапаскалей данные соответствовали льду X, но при дальнейшем сжатии на дифракционной картине появился дополнительный пик, а при 230 гигапаскалях разделение пиков стало очевидным.
Наблюдаемое изменение не может быть объяснено исключительно механическими напряжениями, возникающими из-за неравномерного сжатия образца. Такие напряжения могут расширять дифракционные пики и искажать картину, однако не объясняют появление новых отражений и стабильное расщепление пиков. Учёные также выяснили, можно ли объяснить эффект значительным перепадом давления внутри образца, но расчёты показали, что для этого потребовалась бы неправдоподобно большая разница в давлениях.
На основании экспериментальных данных пока невозможно однозначно установить точное строение новой фазы. Результаты согласуются с двумя вариантами кристаллической симметрии — орторомбической Pbcm и тетрагональной P42/nnm. Первый вариант более выгоден с энергетической точки зрения в теоретических расчётах, однако второй лучше описывает полученную дифракционную картину. Из-за крайне малых размеров образцов и ограничений рентгеновских измерений исследователям ещё не удалось окончательно определить структуру.
Переход представляет интерес тем, что при сжатии вещества часто стремятся к плотной и простой упаковке атомов, но экстремальные давления могут также приводить к снижению симметрии. В случае льда X изменение структуры сопровождается перестройкой расположения атомов кислорода и водорода. По расчетам, новая фаза обладает большей плотностью по сравнению с исходной, а изменения в связях между атомами могут влиять на характеристики воды при экстремальном сжатии.
Результаты имеют значение и для моделей планет, богатых водой. Данные с космического аппарата «Вояджер-2» и расчёты внутреннего строения Урана и Нептуна предполагают наличие в недрах этих планет обширных слоёв, содержащих воду, при давлениях, охватывающих диапазон, изученный в лаборатории. Кристаллическая структура вещества влияет на его плотность, электропроводность и теплопроводность, а значит, и на модели внутренней динамики планет и формирования их магнитных полей. При этом авторы подчеркивают: пока не установлено, сохраняется ли обнаруженная низкосимметричная фаза при высоких температурах, характерных для недр планет.
22 октября 2026, 18:49Наука и космосDarth SaharaВодяной лёдФазовые переходыИсточники:Communications Chemistry
Не пропускайте наши новостиДобавьте сайт в предпочитаемые источники, чтобы видеть нас чащеДобавить в Google
Источник