Led VII - Ice VII

Led VII je krychlový krystal druh led. Může být vytvořen z kapalné vody nad 3 GPa (30 000 atmosfér) snížením jeho teploty na pokojovou teplotu nebo dekompresí těžká voda (D.2Ó) led VI pod 95 K. Obyčejný vodní led je známý jako led jáh, (v Bridgman nomenklatura). Různé druhy ledu, od led II na led XVIII, byly vytvořeny v laboratoři při různých teplotách a tlacích. Led VII je metastabilní v širokém rozmezí teplot a tlaků a transformuje se na nízkou hustotu amorfní led (LDA) nad 120 K (-153 ° C).[1] Led VII má a trojitý bod s kapalnou vodou a ledem VI při 355 K a 2,216 GPa, přičemž linka tavení se rozprostírá alespoň na 715 K (442 ° C) a 10 GPa.[2] Led VII lze vytvořit během nanosekund rychlou kompresí rázovými vlnami.[3][4] Lze jej také vytvořit zvýšením tlaku na led VI při teplotě okolí.[5]

Jako většina fází ledu (včetně led jáh ), vodík polohy atomů jsou neuspořádané.[6] Kromě toho kyslík atomy jsou neuspořádané na více místech.[7][8][9] Struktura ledu VII zahrnuje a vodíková vazba framework ve formě dvou vzájemně se prostupujících (ale nelepených) dílčích mřížek.[7] Vodíkové vazby procházejí středem vodních hexamerů, a proto nespojují dvě mřížky. Led VII má hustotu asi 1,65 g cm−3 (při 2,5 GPa a 25 ° C (77 ° F; 298 K)),[10] což je méně než dvojnásobek kubický led hustota, protože vzdálenosti O – O v rámci sítě jsou o 8% delší (při 0,1 MPa), což umožňuje vzájemnou penetraci. Kubická jednotka má délku strany 3,3501 Å (pro D2O, při 2,6 GPa a 22 ° C (72 ° F; 295 K)) a obsahuje dvě molekuly vody.[8]

Led VII je jediná neuspořádaná fáze ledu, kterou lze objednat jednoduchým chlazením,[5][11] a tvoří se (objednané) led VIII pod 273 K až ~ 8 GPa. Nad tímto tlakem teplota přechodu VII – VIII rychle klesá a dosahuje ~ 0 K při ~ 60 GPa.[12] Led VII má tedy největší stabilizační pole ze všech molekulárních fází ledu. Kubické kyslíkové dílčí mřížky, které tvoří páteř struktury ledu VII, přetrvávají na tlaky alespoň 128 GPa;[13] tento tlak je podstatně vyšší než tlak, při kterém voda zcela ztrácí svůj molekulární charakter a formuje se led X. Ve vysokotlakých ledech dominuje protonová difúze (pohyb protonů kolem kyslíkové mřížky) molekulární difúzi, což je účinek, který byl měřen přímo.[14]

Přirozený výskyt

Vědci předpokládají, že led VII může zahrnovat oceánské dno Evropa stejně jako extrasolární planety (jako Gliese 436 b, a Gliese 1214 b ), které jsou z velké části vyrobeny z vody.[15][16]

V roce 2018 byl identifikován led VII inkluze nachází se v přírodních diamantech. Díky této ukázce, že v přírodě existuje led VII, Mezinárodní mineralogická asociace řádně klasifikovaný led VII jako odlišný minerální.[17] Led VII byl pravděpodobně vytvořen, když voda zachycená uvnitř diamantů udržela vysoký tlak hlubiny plášť díky síle a tuhosti diamantové mřížky, ale ochlazen na povrchové teploty, vytváří požadované prostředí vysokého tlaku bez vysoké teploty.[18]

Reference

  1. ^ S. Klotz, J. M. Besson, G. Hamel, R. J. Nelmes, J. S. Loveday a W. G. Marshall, Metastable ice VII při nízké teplotě a tlaku okolí, Nature 398 (1999) 681–684.
  2. ^ „IAPWS, Uvolnění tlaku podél křivek tání a sublimace běžné vodní látky, 1993“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 06.10.2008. Citováno 2008-02-22.
  3. ^ Dolan, D; Gupta, Y (2004). „Nanosekundové zmrazení vody při vícenásobné kompresi rázových vln: optický přenos a zobrazovací měření“. J. Chem. Phys. 121 (18): 9050–9057. Bibcode:2004JChPh.121.9050D. doi:10.1063/1.1805499. PMID  15527371.
  4. ^ Myint, P; Benedict, L; Belof, J (2017). "Volné energetické modely pro led VII a kapalnou vodu odvozené ze vztahů tlaku, entropie a tepelné kapacity". J. Chem. Phys. 147 (8): 084505. Bibcode:2017JChPh.147h4505M. doi:10.1063/1.4989582. OSTI  1377687. PMID  28863506.
  5. ^ A b Johari, G. P .; Lavergne, A. & Whalley, E. (1974), "Dielektrické vlastnosti ledu VII a VIII a fázová hranice mezi ledem VI a VII", Journal of Chemical Physics, 61 (10): 4292, Bibcode:1974JChPh..61,4292J, doi:10.1063/1.1681733
  6. ^ Petrenko, V. F .; Whitworth, R. W. (2002), Fyzika ledu, New York: Oxford University Press.
  7. ^ A b Kuhs, W. F .; Finney, J. L .; Vettier, C. & Bliss, D. V. (1984), „Struktura a uspořádání vodíku v ledech VI, VII a VIII pomocí neutronové práškové difrakce“, Journal of Chemical Physics, 81 (8): 3612–3623, Bibcode:1984JChPh..81,3612K, doi:10.1063/1.448109.
  8. ^ A b Jorgensen, J. D .; Worlton, T. G. (1985 / sub> O ice VII z difrakce neutronového prášku in situ), Journal of Chemical Physics, 83 (1): 329–333, Bibcode:1985JChPh..83..329J, doi:10.1063/1.449867 https://zenodo.org/record/1232091 Zkontrolujte hodnoty data v: | rok = (Pomoc); Chybějící nebo prázdný | název = (Pomoc).
  9. ^ Nelmes, R. J .; Loveday, J. S .; Marshall, W. G .; et al. (1998), „Multisite Disordered Structure of Ice VII to 20 GPa“, Dopisy o fyzické kontrole, 81 (13): 2719–2722, Bibcode:1998PhRvL..81.2719N, doi:10.1103 / PhysRevLett.81.2719.
  10. ^ D. Eisenberg a W. Kauzmann, Struktura a vlastnosti vody (Oxford University Press, Londýn, 1969); (b) Dodekaedrický intersticiální model je popsán v L. Pauling, Struktura vody, In Hydrogen bonding, Ed. D. Hadzi a H. W. Thompson (Pergamon Press Ltd, London, 1959), s. 1–6.
  11. ^ Poznámka: led Ih se teoreticky transformuje na protonově uspořádané led XI na geologických časových harmonogramech, ale v praxi je nutné přidat malé množství KOH katalyzátoru.
  12. ^ Pruzan, Ph .; Chervin, J. C. & Canny, B. (1993), „Stabilitní doména ledové VIII protonem uspořádané fáze při velmi vysokém tlaku a nízké teplotě“, Journal of Chemical Physics, 99 (12): 9842–9846, Bibcode:1993JChPh..99.9842P, doi:10.1063/1.465467.
  13. ^ Hemley, R. J .; Jephcoat, A. P .; Mao, H. K.; et al. (1987), "Statická komprese H2O-led na 128 GPa (1,28 Mbar) ", Příroda, 330 (6150): 737–740, Bibcode:1987Natur.330..737H, doi:10.1038 / 330737a0, S2CID  4265919.
  14. ^ Katoh, E. (15. února 2002). „Protonická difúze ve vysokotlakém ledu VII“. Věda. 29=5558 (5558): 1264–1266. Bibcode:2002Sci ... 295.1264K. doi:10.1126 / science.1067746. PMID  11847334. S2CID  38999963.
  15. ^ University of Lutych (2007, 16. května). Astronomové detekují stín vodního světa před nedalekou hvězdou. ScienceDaily. Citováno 3. ledna 2010, z „Archivovaná kopie“. Archivováno od původního dne 2017-08-21. Citováno 2018-04-22.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  16. ^ David A. Aguilar (16. 12. 2009). „Astronomové najdou superzemě pomocí amatérské, běžné technologie“. Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Archivováno z původního 13. dubna 2012. Citováno 23. ledna 2010.
  17. ^ Sid Perkins (08.03.2018). „Kapsy vody mohou ležet hluboko pod povrchem Země“. Věda. Archivováno od originálu 8. března 2018. Citováno 8. března, 2018.
  18. ^ Netburn, Deborah. „Co našli vědci uvěznění v diamantu: druh ledu, který na Zemi není znám“. latimes.com. Archivováno z původního dne 12. března 2018. Citováno 12. března 2018.

externí odkazy