Русская Википедия:Суперионная вода
Суперио́нная вода́ (также называемая суперио́нный лёд, или Лёд XVIII)[1] — фазовое состояние воды, устойчивое при чрезвычайно высоких температурах и давлениях. Это состояние — одно из 19 известных кристаллических фаз льда.
В суперионной воде молекулы воды диссоциируют, ионы кислорода кристаллизуются в регулярную кристаллическую решётку, ионы водорода становятся подвижными относительно кислородной решётки[2].
Подвижность ионов водорода придаёт суперионной воде высокую электропроводность — почти такую же как у металлов, что превращает её в суперионный твёрдый электролит. Суперионная вода отличается от гипотетической ионной воды, которая представляет собой жидкую фазу состоящую из неупорядоченной смеси из ионов водорода и кислорода.
Свойства
В 2013 году предполагалось, что суперионный лёд может иметь две кристаллические структуры. Также предполагается, что при давлении выше 50 ГПа суперионный лёд приобретёт объёмно-центрированную кубическую структуру. При давлениях, превышающих 100 ГПа, прогнозируется, что кристаллическая структура перейдёт в более стабильную структуру с гранецентрированной кубической решёткой[3].
В 2018—2019 годах была измерена плотность суперионного льда, она оказалась почти в четыре раза больше плотности обычного льда[4].
Суперионной лёд имеет чёрный цвет[5][6].
История теории и экспериментов
Первое предсказание о существовании суперионной воды сделал Пьерфранко Демонтис моделированием классической молекулярной динамики в 1988 году.
Существование суперионной воды предполагалось на протяжении десятилетий, но только в 1990-х годах появились первые экспериментальные доказательства её образования. Первоначальные данные были получены оптическими измерениями нагретой лазером воды в ячейке с алмазными наковальнями[7] и оптических свойств воды, облучаемой очень мощными лазерами[5].
В 1999 году Карло Каваццони предположил, что аналогичное фазовое состояние возможно для аммиака и воды в условиях, подобных тем, которые существуют на Уране и Нептуне. В 2005 году Лоуренс Фрид возглавил команду Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, чтобы воссоздать условия формирования суперионной воды. Используя сжатие воды между алмазными наковальнями и перегрев её с помощью лазеров, они наблюдали сдвиги частоты, указывающие на фазовый переход. Команда также создала компьютерные модели показавшие, что они действительно создали суперионную воду. В 2013 году Хью Ф. Уилсон, Майкл Л. Вонг и Буркхард Милитцер из Калифорнийского университета в Беркли опубликовали статью, в которой предсказывалась структура гранецентрированной кубической решётки у суперионной воды, которая возникнет при более высоких давлениях.
Первые убедительные экспериментальные доказательства существования суперионной воды были получены Мариусом Миллотом и его коллегами из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) в 2018 году путём сжатия воды в ячейке с алмазными наковальнями, а затем облучением лазерным импульсом[8]. В более поздних экспериментах, проведённых той же командой исследователей, использовался рентгеноструктурный анализ капель воды, подвергавшихся воздействию мощного лазерного импульса, было обнаружено, что ионы кислорода суперионной воды кристаллизуются в гранецентрированной кубической решётке, названную льдом XVIII. Статья об этом была опубликована в журнале Nature[9].
Существование в ледяных гигантах
Ряд исследователей предполагает, что ледяные планеты-гиганты такие как Уран и Нептун могут содержать в недрах суперионную воду[10]. Хотя также есть и исследования, из которых следует, что некоторые другие химические элементы, особенно углерод, присутствующие в недрах ледяных гигантов, могут исключить образование суперионной воды[11].
Примечания
Шаблон:Фазы льда Шаблон:Снег и лёд
- ↑ Шаблон:Cite journal
- ↑ Weird water lurking inside giant planets, New Scientist, 01 September 2010, Magazine issue 2776.
- ↑ Phys.org, «New phase of water could dominate the interiors of Uranus and Neptune», Lisa Zyga, 25 April 2013
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ 5,0 5,1 Шаблон:Cite journal
- ↑ Шаблон:Cite magazine
- ↑ Шаблон:Cite journal
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Nanosecond X-ray diffraction of shock-compressed superionic water ice (Journal Article) | OSTI.GOV
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:Cite journal
