北京時(shí)間 3 月 12 日消息，目前，科學(xué)家確定了第 19 種形式的水冰物質(zhì)，這種稀有冰的奇異四面晶體現(xiàn)被稱為 “冰 19”，是在超低溫和超高壓條件下形成的。
冰 19 僅存在于實(shí)驗(yàn)室，但研究人員表示，該物質(zhì)揭曉了更多關(guān)于其他形式的冰，這些冰可以在地幔深處以及非常寒冷的行星和衛(wèi)星表面獲得。該項(xiàng)研究負(fù)責(zé)人、奧地利因斯布魯克大學(xué)物理化學(xué)教授托馬斯 · 洛爾汀稱，要對一種新冰形式進(jìn)行命名，我們需要確切說明它的晶體結(jié)構(gòu)，這意味著要找出最簡單的晶體重復(fù)結(jié)構(gòu)，所有原子位于該結(jié)構(gòu)何處位置，以及該晶體結(jié)構(gòu)對稱性是什么樣的？只有了解以上全部情況，我們才能對該冰晶體命名，現(xiàn)在我們將它命名為冰 19。
2 月 18 日，洛爾汀和同事在《自然通訊雜志》上發(fā)表研究報(bào)告描述了這種新形式冰結(jié)構(gòu)，與此同時(shí)，日本研究人員也進(jìn)行研究證實(shí)了該發(fā)現(xiàn)。
新冰形式
幾乎每個(gè)人都熟悉美麗的六面雪花，它們反映了形成水冰晶體中氧子的六邊形排列，但規(guī)則的六面冰晶——“冰 1”，實(shí)際上僅是多種冰形態(tài)之一，它被稱為多晶型，直到近期，人們才正式確認(rèn)了 18 種不同形態(tài)的水冰，盡管在地球上僅有六面冰是常見的，雖然冰看起來很簡單，但它是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。例如：在六面冰晶水分子中，僅有氧原子能形成六面冰晶結(jié)構(gòu)，這使 “冰 1”在冰術(shù)語中成為 “無序”或者 “被破壞”的冰晶，這種無序冰的特性之一是它們在壓力下可以變形，這就是冰川流動的原因。
相比之下，冰的其他幾種形態(tài)中的氫原子也有自己的晶體模式，它們被稱為 “氫序”或者 H 序，與無序冰晶不同的是，H 序非常脆，會碎裂，而不是變形。
這是冰 6 的模型，紅色和藍(lán)色的大球體代表氧原子，小球體代表氫原子。
在這些條件下，最新發(fā)現(xiàn)的冰 19 形式上是 “H 序”冰晶，事實(shí)上，這是一種無序冰的 H 序形式，也被稱為 “冰 6”，它存在隨機(jī)類型的氫原子，冰 6 還有另一種 H 序多形性——“冰 15”，它的氫原子排列完全不同。
洛爾汀說：“冰 6、冰 15 和冰 19 在密度方面都非常相似，因?yàn)樗鼈児蚕硐嗤难踉泳W(wǎng)絡(luò)，但它們在氫原子的位置上卻不相同，這是首次發(fā)現(xiàn)冰的多晶型之間存在這樣的關(guān)系，它可以使實(shí)驗(yàn)結(jié)果在兩種形態(tài)之間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換?！?/p>
晶體結(jié)構(gòu)
洛爾汀的研究團(tuán)隊(duì)在 3 年前的實(shí)驗(yàn)中首次制造出冰 19，通過將冰 15 冷卻降低至零下 170 攝氏度，并將壓力大幅提高至 2 吉帕斯卡。但他們對冰晶結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)一無所知，直到他們能夠通過一種叫做中子衍射的過程進(jìn)行分析，該過程可以通過反射中子流來揭示材料的原子結(jié)構(gòu)，并檢查由此產(chǎn)生的衍射圖樣。
在正常情況下，中子衍射需要用含有額外中子的重水，來取代樣本中的水，但洛爾汀表示，純重水不適合冰 19 實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樗鼉鼋Y(jié)的速度要慢很多，這一突破是在重水中加入一小部分普通輕水，產(chǎn)生的水可以迅速凍結(jié)，但仍然允許中子衍射。
洛爾汀解釋稱，水冰結(jié)構(gòu)是研究氫鍵自然屬性的關(guān)鍵，這一點(diǎn)我們還沒有完全理解，這對于了解宇宙天體也是至關(guān)重要的，例如：體積龐大的冰巨星天王星和海王星，以及木衛(wèi)二、木衛(wèi)一和木衛(wèi)三，在這里或?qū)l(fā)現(xiàn)其他冰晶形態(tài)。
在天體物理學(xué)中，洞察冰相的密度和屬性，理解這些地外天體的冰地?；蛘弑说慕Y(jié)構(gòu)特征，是非常有趣的事情。
當(dāng)前還有許多冰的多晶型結(jié)構(gòu)，冰 19 將成為奧地利因斯布魯克大學(xué)自上世紀(jì) 80 年代以來發(fā)現(xiàn)的第 6 種冰多晶型，洛爾汀希望和研究團(tuán)隊(duì)未來能發(fā)現(xiàn)新的水冰形式，他說：“尋找冰 20 的競賽現(xiàn)已拉開帷幕，我希望我的研究小組能夠發(fā)表最新發(fā)現(xiàn)！”
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