Szuperionos víz

A szuperionos víz (más néven szuperionos jég , vagy Ice XVIII ) [1]  a víz olyan fázisállapota, amely rendkívül magas hőmérsékleten és nyomáson stabil. Ez az állapot a jég 19 ismert kristályos fázisának egyike .

A szuperionos vízben a vízmolekulák disszociálnak, az oxigénionok szabályos kristályrácsba kristályosodnak, a hidrogénionok mozgékonyak lesznek az oxigénrácshoz képest [2] .

A hidrogénionok mobilitása nagy elektromos vezetőképességet ad a szuperionos víznek - majdnem ugyanolyan, mint a fémeké , ami szuperionos szilárd elektrolittá alakítja. A szuperionos víz különbözik a hipotetikus ionos víztől, amely hidrogén- és oxigénionok rendezetlen keverékéből álló folyékony fázis.

Tulajdonságok

2013-ban felmerült, hogy a szuperionos jégnek két kristályszerkezete lehet. Azt is feltételezik, hogy 50 GPa feletti nyomáson a szuperionos jég testközpontú köbös szerkezetet vesz fel . 100 GPa - t meghaladó nyomáson a kristályszerkezet várhatóan egy stabilabb szerkezetté alakul át, amelynek felülete középpontjában van köbös rács [3] .

A 2018–2019-ben nyert szuperionos jég sűrűsége csaknem négyszerese a közönséges jégnek [4] .

Elmélettörténet és kísérletezés

A szuperionos víz létezésére vonatkozó első jóslatot Pierfranco Demontis tette a klasszikus molekuláris dinamika modellezésével 1988-ban.

A szuperionos víz létezését évtizedek óta feltételezik, de csak az 1990-es években jelentek meg az első kísérleti bizonyítékok kialakulására. A kezdeti adatokat gyémánt üllőcellában lézerrel melegített víz optikai mérésével [5] és a nagyon erős lézerekkel besugárzott víz optikai tulajdonságaival [6] nyertük .

1999-ben Carlo Cavazzoni azt javasolta, hogy az ammónia és a víz hasonló fázisállapota az Uránuszon és a Neptunuszhoz hasonló körülmények között lehetséges. 2005-ben Lawrence Freed egy csapatot vezetett a Lawrence Livermore National Laboratoryban , hogy újra megteremtse a szuperionos víz kialakulásának feltételeit. A vizet gyémánt üllők között összenyomva és lézerekkel túlhevítve megfigyelték a fázisátalakulásra utaló frekvenciaeltolódásokat. A csapat számítógépes modelleket is készített , amelyek azt mutatják, hogy valóban szuperionos vizet hoztak létre. 2013-ban Hugh F. Wilson, Michael L. Wong és Burkhard Militzer, a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem munkatársai publikáltak egy tanulmányt, amely megjósolta a szuperionos víz FCC-struktúráját, amely magasabb nyomáson fog fellépni.

Az első meggyőző kísérleti bizonyítékot a szuperionos víz létezésére Marius Millot és munkatársai a Lawrence Livermore National Laboratory-ban (LLNL) szerezték 2018-ban úgy, hogy egy gyémánt üllőcellában vizet préseltek, majd lézerimpulzussal besugározták [7] . Ugyanennek a kutatócsoportnak a későbbi kísérletei során, erős lézerimpulzusnak kitett vízcseppek röntgendiffrakciós analízisével azt találták, hogy a szuperionos víz oxigénionjai egy arcközpontú köbös rácsban, az úgynevezett jég XVIII. Erről cikk jelent meg a Nature folyóiratban [8] .

Létezés a jégóriásokban

Számos kutató azt sugallja, hogy a jégóriás bolygók , például az Uránusz és a Neptunusz szuperionos vizet tartalmazhatnak a mélységükben [9] . Bár vannak olyan tanulmányok is, amelyek azt sugallják, hogy a jégóriások belsejében jelen lévő más kémiai elemek, különösen a szén, kizárhatják a szuperionos víz képződését [10] .

Jegyzetek

  1. ↑ Millot, Marius; Coppari, Federica; Rygg, J. Ryan; Correa Barrios, Antonio; Hamel, Sebastien; Swift, Damian C.; Eggert, Jon H. (2019. május 8.). „Sokk-sűrített szuperionos vízjég nanoszekundumos röntgendiffrakciója ” természet _ _ ]. 569 (7755): 251-255. DOI : 10.1038/s41586-019-1114-6 . PMID  31068720 .
  2. ↑ Furcsa víz rejtőzik az óriásbolygók belsejében , New Scientist, 2010. szeptember 1., Magazin 2776. szám.
  3. ↑ Phys.org, "A víz új fázisa uralhatja az Uránusz és a Neptunusz belsejét" , Lisa Zyga, 2013. április 25.
  4. ↑ A jég „egzotikus” formája szilárd és  folyékony formában egyaránt . Rochesteri Egyetem.
  5. ↑ Goncsarov, Alekszandr F.; et al. (2005). „A víz dinamikus ionizálása extrém körülmények között” (PDF) . Phys. Fordulat. Lett. [ angol ] ]. 94 (12): 125508. doi : 10.1103 /PhysRevLett.94.125508 . PMID  15903935 .
  6. ↑ Millot, Marius; et al. (2018. február 5.). „Kísérleti bizonyíték szuperionos vízjégre lökésnyomással ” természet fizika_ _ ]. 14 (3): 297-302. Bibcode : 2018NatPh..14..297M . DOI : 10.1038/s41567-017-0017-4 . OSTI  1542614 .
  7. ↑ A szuperionos jég és az Uránusz és a Neptunusz rejtelmei . Letöltve: 2021. június 3.
  8. ↑ Sokk által sűrített szuperionos vízjég nanoszekundumos röntgendiffrakciója (folyóiratcikk) | OSTI.GOV
  9. ↑ Charlie Osolin. Közügyi Iroda: Az óriásbolygókon talált bizarr vízállapot újraalkotása . Llnl.gov. Letöltve: 2010. december 24.
  10. ↑ Chau, Ricky; Hamel, Sebastien; Nellis, William J. (2011). „Kémiai folyamatok az Uránusz mély belsejében”. Nat. kommun. 2 . Cikkszám: 203. DOI : 10.1038/ncomms1198 . PMID21343921  _ _
 Jégfázisok