Study challenges hydrogen-ordered ice hypothesis — ABC Chemicals

Ученые спорят, указывает ли эндотерм на новую фазу льда или глубокое стеклообразное состояние

Лед очаровывал и расстраивал ученых на протяжении веков, и два недавних исследования подтверждают, что это вряд ли прекратится в ближайшее время. В начале прошлого года Томас Лоертинг и его коллеги из Университета Инсбрука, Австрия, сообщили, что обнаружили упорядочение водорода в легированных кислотой образцах льда VI, охлажденных под высоким давлением.1 Команда утверждает, что их результаты указывают на новую фазу льда, временно назвав его льдом β-XV. Однако Кристоф Зальцманн из Университетского колледжа Лондона, Великобритания, и его коллеги говорят, что команда Лоертинга преувеличила результаты и вместо этого нашла пример льда в глубоком стекловидном состоянии, еще раз иллюстрируя, насколько запутана химия воды.2 

Лед может принимать различные формы, и в настоящее время известно 17 кристаллических фаз. Некоторые из этих фаз содержат атомы водорода в упорядоченной форме, а некоторые содержат атомы водорода в неупорядоченной форме. Со времени открытия льда VI, неупорядоченной фазы водорода, было высказано предположение, что существует 45 различных симметрий конфигураций этого типа льда. Еще в 2009 году Зальцманну и его группе удалось приготовить водородную упорядоченную форму льда VI, которую они назвали льдом XV, используя метод кислотного легирования, который медленно охлаждает образец при атмосферном давлении.3

Лоертинг и его группа сделали то же самое, что и Зальцманн, но использовали более высокое давление — они видели эндотермы при низкой температуре. Эндотерм указывает на то, что окружающая среда поглощает тепло. Лертинг связывал эту низкотемпературную эндотерму с фазовым переходом новой водородно-упорядоченной фазы льда VI; Говорят, что фаза более упорядочена и термодинамически устойчива, чем лед XV, поэтому отличается от нее. «Все эти результаты ясно показывают, что это нужно заказывать», — комментирует Лоертинг. Он говорит, что дальнейшая работа, включая нейтронографические исследования с использованием дейтерированных образцов, может подтвердить кристаллическую структуру этой новой фазы. И после предварительных исследований с дейтерированными образцами, которые были оставлены на длительное время реакции, группа пришла к выводу, что они обнаружили нечто отличное от ранее приготовленного льда XV. Они планируют получить больше результатов в будущем.

Study challenges hydrogen-ordered ice hypothesis - ABC Chemicals

Команда Зальцмана провела собственные исследования характеристик, чтобы подтвердить выводы Лоертинга. Они приготовили и охладили при высоком давлении дейтерированный образец льда VI, легированный кислотой, который показал, что нейтронограмма этого образца согласуется с тем, что он представляет собой глубокое стеклообразное состояние льда VI, а не кристаллическую структуру. Глубокое стеклообразное состояние представляет собой состояние стекла с низкой энтальпией и характеризуется очень медленной динамикой релаксации. Это «очень хороший пример [глубокого стекловидного состояния]», — комментирует Зальцманн. «Мы показали, что система на самом деле намного сложнее». Поскольку Лертинг не включил результаты нейтронографии в свои исследования — золотой стандарт в характеристике кристаллов — Зальцманн говорит, что их первоначальные выводы неверны и не полностью подтверждаются. ‘[D2«Работа» действительно укрепила нашу интерпретацию происходящего », — добавляет Зальцманн.

Study challenges hydrogen-ordered ice hypothesis - ABC Chemicals

Деннис Клуг, исследователь по физике льда в Национальном исследовательском совете в Канаде, говорит, что «противоречие между этими двумя исследованиями демонстрирует очень высокий интерес и важность в понимании свойств структур воды и водяного льда». Он объясняет, что обе команды внесли значительный вклад в поле; Работа Зальцмана показывает, что для полного определения новой структуры требуется значительное количество данных, в то время как Лоертинг открыл идею о том, что возможны другие ледяные структуры со стабильными локальными упорядоченными областями, которые не полностью совместимы с ограничениями кристаллической структуры. «Поиск новых ледяных структур обязательно будет продолжен».

Ссылки

1 ТМ Гассер и другие, Химреагент Sci, 2018, 9, 4224 (DOI: 10.1039 / c8sc00135a) (Эта статья является открытым доступом.)

2 А Розу-Финсен и К.Г. Зальцманн, Химреагент Sci, 2019, 10, 515 (DOI: 10.1039 / c8sc03647k) (Эта статья является открытым доступом.)

3 КГ Зальцманн и другие, Phys. Преподобный Летт, 2009, 103105701 (DOI: 10.1103 / PhysRevLett.103.105701)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *