澳洲科学家创造了一种全新的冰,既不会漂浮也不会下沉

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科学家们创造了一种全新的冰,它既不会漂浮也不会下沉,而且比任何其他类型的冰都更像液态水。

它甚至可以通过深入了解塑造土星和木星卫星海洋的过程,提供地球以外生命的线索,一些科学家认为这些地方可能存在地外生物。

新形式的冰是无定形的,这意味着不同于分子以规则模式排列的普通结晶冰,它的分子处于杂乱无章的形式,类似于液体。

研究人员认为,由于木星等气态巨行星。

这些行星及其冰冷的海洋所提供的条件几乎可以复制伦敦大学学院 (UCL) 和剑桥大学的科学家所使用的条件在他们的新实验中。

奇怪:科学家们创造了一种既不漂浮也不下沉的全新冰——而且比任何其他种类的水都更像液态水

奇怪:科学家创造了一种全新的冰既不漂浮也不下沉——而且比其他任何一种都更像液态水

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新的冰的形式是无定形的,这意味着与分子以规则模式排列的普通结晶冰不同,它具有杂乱无章的分子,类似于液体

理论是,如果这种冰确实存在于那里,也许在冰盖的裂缝中,它可能会对潜在的外星生命产生影响。

这是因为新型冰的特性之一是它在产生时储存了大量能量,同时在破坏时释放大量能量。

如何会结冰吗?

水由两个氢原子和一个氧原子组成。

但是,由于这些分子中电子分布不均匀,氢原子带微弱的正电荷,而氧原子带负电荷。

这赋予液态水许多不寻常的特性,但也会影响它结冰时的晶体结构。

一旦温度降至水的冰点以下,分子上的电荷使其形成开放的晶格结构,这就是水结冰时会膨胀的原因。

它的光滑性是由于压力或摩擦引起的一层薄薄的冰融化,减少表面的牵引力。

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这种能量爆发对构造在这些卫星上的运作方式以及可能对地外生物的影响产生连锁反应。

资深作者伦敦大学学院的 Christoph Salzmann 教授说:“水是所有生命的基础。”

'我们的存在依赖于它,我们发起太空任务寻找

'我们知道冰有 20 种结晶形式,但只有两种主要类型的无定形冰之前已经发现了冰,被称为高密度和低密度无定形冰。

'它们之间存在巨大的密度差距,公认的智慧已经'

那是因为液态水的密度位于中间,因此科学家认为冰不可能形成rm.

但研究人员发现,他们实验中产生的冰的密度恰好介于其他两种已知形式的无定形冰之间,几乎与液态水。

他们将这种新的 goldilocks 型冰命名为中密度无定形冰 (MDA)。

在他们的实验中,伦敦大学学院和剑桥大学的研究人员使用了一种称为球磨的过程——在冷却至 -200 摄氏度的罐子中将普通冰与钢球一起剧烈摇晃。

这个过程产生了一种新型的无定形冰,而不是最终得到小块的普通冰。

合著者 Andrea Sella 教授伦敦大学学院的,说:'我们已经证明可以创造出看起来像定格动画的水。这是一个意想不到的惊人发现。'

在分子水平上:新类型与普通的结晶冰(右)相比,冰的分子结构与液态水(左)非常相似

在分子水平上:与普通的结晶冰(右)相比,新型冰在分子结构上与液态水(左)非常相似

它可以通过深入了解塑造土星和木星卫星海洋的过程,掌握地球以外生命的线索,一些科学家认为这些地方可能存在地外生物。图为土星最大的卫星 Titan

它可以通过深入了解地球以外的生命提供线索塑造土星和木星卫星海洋的过程,一些科学家认为那里可能存在地外生物。图为土星最大的卫星土卫六

研究人员认为,由于木星等气态巨行星所施加的潮汐力,普通冰在外太阳系的冰卫星中可能会受到剪切力。图为木星的冰卫星欧罗巴

研究人员认为,普通的冰在木卫二的冰卫星中可能会受到剪切力由于木星等气态巨行星施加的潮汐力,太阳系外。图为木星的冰冷卫星欧罗巴

Salzmann 教授补充说:“我们的研究表明MDA 的密度恰好在这个密度间隙内。

'这一发现可能对我们了解液态水及其许多异常现象产生深远影响。'< /p>

剑桥大学 Yusuf Hamied 化学系的主要作者 Angelos Michaelides 教授说:“一般来说,无定形冰据说是地球上最丰富的水形式universe。

'现在开始了解其中有多少是 MDA 以及 MDA 在地球物理上的活跃程度。'

的研究已发表在《科学》杂志上。

冰的其他 19 种形式是什么?

冰 Ih - 普通六角形结晶冰.生物圈中几乎所有的冰都是冰 Ih,只有少量冰 Ic 除外。

冰 Ic - 冰的亚稳立方晶体变体.氧原子排列成金刚石结构。它在 130 到 220 K 之间的温度下产生,当它转变为冰 Ih 时可以存在高达 240 K。它可能偶尔出现在高层大气中。

冰 II - 具有高度有序结构的菱面体结晶形式。由冰 Ih 在 190–210 K 的温度下压缩形成。加热时,它会转变为冰 III。

冰 III - 四方结晶冰, 通过在 300 MPa 下将水冷却至 250 K 而形成。高压相的密度最低。密度比水大。

Ice IV - 亚稳态菱面体相。它可以通过在810 MPa的压力下缓慢加热高密度无定形冰而形成。如果没有成核剂,它不容易形成。

Ice V - 单斜晶相。通过在 500 MPa 下将水冷却至 253 K 形成。所有相中结构最复杂的。

冰 VI - 四方晶相。通过在 1.1 GPa 下将水冷却至 270 K 形成。表现出德拜弛豫。

冰 VII - 立方相。氢原子的位置是无序的。表现出德拜弛豫。氢键形成两个相互贯穿的晶格。

冰 VIII - 冰 VII 的更有序版本,其中氢原子占据固定位置。它由冰 VII 形成,将其冷却到 5 °C (278 K) 以下。

冰 IX - 四方相。由冰 III 从 208 K 冷却到 165 K 逐渐形成,稳定在 140 K 以下,压力在 200 MPa 和 400 MPa 之间。它的密度为1.16 g/cm3,略高于普通冰。

Ice X - 质子有序对称冰。在大约 70 GPa 下形成。

Ice XI - 六角冰的正交低温平衡形式。它是铁电的。 Ice XI 被认为是 Ice Ih 最稳定的配置。自然转化过程非常缓慢,已经在 100 到 10,000 年的南极冰层中发现了冰 XI。该研究表明,冰 XI 形成的温度为 −36 °C (240 K)。

冰 XII - 四方、亚稳态、致密的结晶相.它在冰 V 和冰 VI 的相空间中观察到。它可以通过在 810 MPa 下将高密度无定形冰从 77 K 加热到约 183 K 来制备。它在 127 K 时的密度为 1.3 g cm−3(即密度大约是水的 1.3 倍)。

冰 XIII - 单斜晶相.在 500 MPa 下将水冷却至 130 K 以下而形成。冰 V 的质子有序形式。

冰 XIV - 正交晶相。在 1.2 GPa 下形成于 118 K 以下。冰 XII 的质子有序形式。

冰 XV - 冰 VI 的质子有序形式,通过在 1.1 时将水冷却至约 80–108 K 而形成GPa。

冰 XVI - 水的密度最低的结晶形式,在拓扑上等同于 sII 笼形水合物的空结构。

冰 XVIII - 一种水,也称为超离子水或超离子冰,其中氧离子形成晶体结构,而氢离子自由移动。

冰 XIX - 另一种质子有序形式的冰 VI,通过在大约 2 GPa 下将水冷却至大约 100 K 而形成。


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