Vedci po prvýkrát skúmali nové skupenstvo vody, o ktorého existencii teoretizovali už 15 rokov
Výskumníci v rámci novej štúdie skúmali exotickú formu vody, ktorú označujeme ako "plastický ľad VII". Týmto sa vyznačuje.
Výskumníci z inštitútu Laue-Langevin v rámci nového výskumu skúmali exotické skupenstvá vody. Bežne sa stretávame s vodou v troch základných skupenstvách, v plynnom, tekutom a pevnom, no pri špeciálnych podmienkach môže mať voda oveľa viac skupenstiev.
Tieto ďalšie skupenstvá vznikajú pri vysokých teplotách a tlaku. Sú tak zvláštne, že ich výskumníci označujú ako exotické, informuje portál Neutrons for Society. Vďaka špičkovej technológii sa výskumníkom podarilo po prvýkrát v histórii pozorovať jedno z exotických skupenstiev vody, ktoré označujeme ako “plastický ľad VII”.
Ide o skupenstvo, o ktorom výskumníci teoretizovali viac ako 15-rokov dozadu. Toto skupenstvo predpovedali simulácie molekulárnej dynamiky. Tie vedcom naznačovali, že pri mimoriadne vysokej teplote a tlaku môže existovať skupenstvo vody, ktoré v sebe kombinuje vlastnosti pevnej a tekutej látky.
“V plastickom ľade molekuly vody vytvoria pevnú štvorcovú mriežku, no vyznačujú sa pikosekundovým rotačným pohybom, ktorý pripomína tekutú vodu,” vysvetľuje Livia Eleonora Bove, vedúca nového výskumu.
Výskum planét v Slnečnej sústave
Na výskum exotického skupenstva vody použili výskumníci nástroj QENS (Quasi-Elastic Neutron Scattering). Ide o nástroj, ktorý výskumníkom dáva možnosť preskúmať jedinečné vlastnosti exotického skupenstva vody. Vďaka tomuto prístroju dokázali výskumníci identifikovať tri špecifické skupenstvá, ktorými voda prešla keď sa menila teplota a tlak. Jedným zo skupenstiev bol plastický ľad.
Experimenty skúmajúce plastický ľad VII sa vykonali pri teplotách okolo 176-326 stupňov Celzia a pri tlakoch od 0,1 až do 6 gigapascalov, čo je približne 60-násobok bežného atmosférického tlaku. Ide o náročné podmienky, ktoré dokázali výskumníci vytvoriť len vďaka nedávnym technologickým pokrokom.
Neprehliadni
Výsledky experimentov naznačujú, že dynamické procesy plastického ľadu VII môžu byť ešte komplikovanejšie, ako simulácie prvotne predpokladali. Merania ukazujú odlišný mechanizmus molekulárnej rotácie, než výskumníci pôvodne predpokladali. Výskumníci sa v rámci meraní zamerali na prechod skupenstva medzi ľadom VII a plastickým ľadom VII.
“Prechod medzi skupenstvami je mimoriadne fascinujúci. Naznačuje totiž, že plastické skupenstvo môže byť predchodcom záhadného superionického skupenstva, čo považujeme za ďalšie hybridné exotické skupenstvo. Predpokladáme, že toto skupenstvo vzniká pri ešte vyšších teplotách a tlakoch,” tvrdí Bove.
Superionické skupenstvo je skupenstvo, kedy sa môže vodík voľne rozptýliť cez kyslíkovú kryštalickú štruktúru. Autori štúdie vysvetľujú, že plastické a superionické skupenstvá sú mimoriadne v záujme vedeckej komunity. Tieto exotické skupenstvá nám môžu pomôcť pochopiť internú štruktúru ľadových mesiacov ako Ganimédes alebo Callisto. Rovnako nám môže pomôcť pochopiť planéty Urán a Neptún. Predpokladá sa, že v útrobách týchto ľadových plynných planétach môžu dominovať práve exotické skupenstvá vody.
Metóda QENS, ktorú výskumníci v rámci štúdie použili, sa bežne v oblasti planetárnych vied nepoužíva. Napriek tomu dáva výskumníkom mimoriadne presné merania polohy a dynamiky vodíka v materiáli. Len nedávno zároveň výskumníci prišli na to, ako vykonať experimenty pod tlakom, ktorý už je relevantný pre výskum odlišných planét. Vďaka týmto pokrokom sme poodhalili viac o exotických fázach vody a zároveň výskumníci zistili aj to, že voda môže mať ešte viac exotických skupenstiev, ktoré sme ešte neodhalili.
Voda má viac skupenstiev, než bežne poznáme
V lete 2024 sa objavila štúdia, ktorá odhalila ďalšiu z foriem vody. Do dnešného dňa sa vedcom podarilo identifikovať viac ako 20 foriem ľadu, pričom ten najbežnejší, ľad, ktorý vytiahneme z mrazničky počas horúcich dní, označujeme ako “ľad I”. Výskumníkom sa však podarilo pozorovať takzvaný “ľad 0”. Ide o špecifické skupenstvo, ktoré môže predstavovať začiatok formácie ľadu v podchladenej vode.
Vznik ľadu blízko hladiny vody začína formáciou drobných kryštálov, ktoré majú štruktúru podobnú ľadu 0. V rámci práce si vedci všimli, že ľad 0 môže spôsobiť to, že kvapka vody zamrzne blízko svojho povrchu, nie vo svojom jadre. Nový objav pomáha vyriešiť dlhoročnú záhadu a mohol by pomôcť vedcom pochopiť, ako sa ľad naozaj formuje. Viac sa o ľade 0 dozvieš v tomto článku.
