Международная группа ученых под руководством химиков из Университета штата Огайо смогла получить лед с рекордно высокой долей кубической структуры. Такой вид льда считается метастабильным и практически не встречается в природе. Предположительно, явление гало отчасти обусловлено образованием льда с такой структурой в атмосфере. Исследование опубликовано в журнале Journal of Physical Chemistry Letters.

Лед существует в различных модификациях: аморфных и кристаллических. Обычно вода образует лед с гексагональной структурой, который принято называть Ih. Но существует и кубическая модификация льда Ic. Она метастабильна, то есть устойчива в довольно узких условиях, и при нагревании переходит в форму Ih. В реальности две эти структуры сосуществуют, и получить лед, полностью состоящий из структуры Ic еще никому не удавалось. Предыдущий рекорд был поставлен в 2014 году, тогда содержание кубической модификации составило около 73 процентов.

Теперь же химикам удалось увеличить этот показатель практически до 80 процентов. Чтобы добиться этого, исследователи пропускали газообразную смесь азота и воды через узкое сопло. Благодаря такой конструкции ученым удалось достичь сверхбыстрого охлаждения. Скорость вылета смеси из сопла увеличивалась в десятки раз и превышала скорость звука. Поскольку сопло расширялось, газ очень быстро увеличивался в объеме, а, следовательно, практически мгновенно охлаждался. В результате образовывались переохлажденные капли воды, которые кристаллизовались за примерно одну миллионную долю секунды.

Схема кристаллизации водно-азотной смеси. При прохождении через узкую часть сопла смесь ускоряется и расширяется, за счет чего происходит сверхбыстрое охлаждение. Andrew J. Amaya et al. / Journal of Physical Chemistry Letters, 2017

Исследователи изучили полученные кристаллы размером около 10 нанометров с помощью рентгеновской дифракции. Выяснилось, что степень кубичности, которую можно считать эквивалентной доле кубической структуры, составила 0.78 ± 0.05.

Ученые надеются, что их исследование поможет исследователям, которые занимаются моделированием взаимодействия солнечных лучей с атмосферой, которое в свою очередь необходимо для понимания процессов изменения климата.

В прошлом году американские исследователи с помощью моделирования предсказали существование рекордно легкой формы льда с плотностью менее 0,6 грамм на кубический сантиметр, по сравнению с более чем 0,9 у обычного льда.

Автор: Григорий Копиев