Ученые открыли новую фазу льда

Как нам известно, вода может находиться в трех разнообразных агрегатных состояниях - газ, жидкость и лед. Последний является, пожалуй, самой интересной модификацией. Изучение структуры льда по сей день является актуальной темой в научном сообществе. Благодаря варьированию давлений, температур, скорости замерзания и разнообразных добавок ученые получают все новые и новые фазы льда.

Одним из открытий 2021 года, которое сделано группой ученых во главе с Томасом Лертингом с Инсбрукского университета (Австрия), является Лед-XIX. Это новая структура, полученная путем снижения скорости охлаждения одной из предыдущих модификаций льда.

Какие есть фазы льда?

Раньше мы писали о том, почему горячая вода замерзает быстрее, а сегодня сфокусируемся больше на самой физике льда и о предыстории получения его разнообразных форм.

Обычный лед, который мы можем наблюдать на замерзших лужах, в морозильной камере, ледниках - это кристаллический лед, который ученые называют лед I. У него есть две модификации: I_h и I_с.

Лед Ih - это самая распространенная на Земле фаза. Его решетка имеет гексагональное строение (те самые кластеры, о которых так много говорят). Благодаря такой структуре льда, его плотность ниже плотности воды, это не позволяет замерзать водоемам полностью, а, соответственно, и сохраняет жизнь на планете.

Лед Iс - это фаза, атомы в которой упорядочены в форме кристаллической решетки алмаза. Обычно такой тип льда получаются в лабораторных условиях при температурах от −80 до −123 °C (в зависимости от метода получения). При температуре от −73 °C и атмосферном давлении переходит в лед Ih. Эта модификация изредка встречается на Земле, и только в верхних слоях атмосферы.

Остальные фазы льда (II - XIX) могут быть получены исключительно искусственным путем вследствие увеличения давления и изменения температуры либо из воды, либо из других модификаций льда. Они отличаются кристаллической структурой, имеют разнообразную плотность и проявляют специфические свойства. Например, лёд XI является сегнетоэлектриком, а лед XVIII проявляет суперионные свойства.

Зачем изучают лед?

Главной целью изучения фазовых состояний льда является исследование наличия воды в космосе, так как на многих планетах и космических телах Солнечной системы давления и температуры сильно отличаются от Земных. Знание структурных особенностей льда позволяет точнее определять с помощью дистанционных методов наличие воды на объектах. На сегодняшний день лед выявлен на Марсе, на карликовой планете Церера и других малых космических телах, есть предположения о наличии его на поверхности Меркурия, а Уран и Нептун вообще считаются ледовыми гигантами. Поэтому детальное изучение разных форм льда дает возможность исследователям космоса строить математические модели для более детального изучения поверхности планет.