Een vorm van ijs kan worden gevonden in de aardmantel, maar ook op grote manen en planeten bedekt met water.
De eigenschappen van ijs en het proces van zijn vorming zijn dat nietuniek en doet denken aan andere materialen. Dit betekent dat het verandert met veranderingen in temperatuur en druk. Koolstof functioneert volgens dezelfde logica, waaruit ofwel diamant of grafiet kan worden verkregen. Maar er zijn uitzonderingen, aangezien wetenschappers weten dat ijs meer dan twintig vaste vormen heeft.
In hun werk gebruikten natuurkundigen laserverwarming en een diamanten aambeeld om een nieuwe vorm van ijs te ontdekken.
IJs heeft meer dan twintig vaste vormen
Hoe kwamen de onderzoekers achter de nieuwe vorm van ijs?
Om te beginnen werd water in containers tussen twee diamanten geplaatst. Dit mechanisme wordt een diamanten aambeeldcel genoemd.
Het bestaat uit twee kegelvormige diamanten,tegenover elkaar gelegen over een gebied van 1 mm in diameter. Hiermee kun je een druk creëren van enkele miljoenen atmosfeer. Diamant is ook transparant, zodat het onderzochte monster op verschillende manieren kan worden bestudeerd. Wetenschappers hebben de druk gereproduceerd die in het centrum van onze planeet bestaat.
Daarna werd het ijs tussen de diamanten verwarmd met een laser. Het smolt gedeeltelijk en veranderde toen in een groot aantal kleine kristallen.
De wetenschappers verhoogden de druk en ontdekten dat het ijswas in de bekende kubieke vorm van Ice VII, en veranderde toen in een nieuwe, onontgonnen, tussenfase van Ice VIIT. Ze noemden het tetragonaal. Daarna belandde het ijs in een andere reeds bestudeerde fase, Ice X.
IJs VII is een kubieke fase van ijs met een ongeordende opstelling van waterstofatomen.
Ice X is een symmetrische fase waarin de protonen zijn geordend. Het kan worden verkregen bij een druk van 70 GPa.
Volgens de onderzoekers vestigden ze de aandacht op het feit dat de Ice X-vorm bij onverwacht lage druk tot stand kwam. Het bedroeg 300 duizend atmosfeer, niet 1 miljoen.
“In ons werk hebben we laten zien dat het mogelijk is omIce X-fase en gebruik niet een zo hoge druk als bedoeld. Dit is belangrijke informatie die we hebben gekregen dankzij ultranauwkeurige metingen”, zegt Ashkan Salamat, een natuurkundige van het UNLV-laboratorium.
Tijdens het werk gebruikten de onderzoekers ook een supercomputer om de herbedrading van verbindingen te simuleren en om te voorspellen waar een faseovergang zou plaatsvinden.
Wetenschappers verhoogden de druk en ontdekten dat het ijs zich in de bekende kubische vorm Ice VII bevond en vervolgens veranderde in een nieuw, onontgonnen en tussenstadium Ice VIIT
Heeft ijs vele vormen?
Ja, er zijn meer dan 20 vormen van ijs. We zullen niet alles noemen, maar de eerste zeven. Informatie over andere soorten is openbaar beschikbaar.
- Amorf ijs is ijs zonder kristallijne structuur waarin de watermoleculen willekeurig zijn gerangschikt. Het is als atomen in gewoon glas.
- Ice Ih is een regelmatig hexagonaal kristallijn ijs. Het omvat bijna al het bestaande ijs in de biosfeer.
- Ice Ic is een metastabiel kubisch kristallijn ijs. Het vormt zich bij -53°C: het kan bestaan bij temperaturen tot -33°C. Dit type ijs kan zich in de bovenste atmosfeer vormen.
- Ice II is een rhomboëdrische kristallijne vorm met een sterk geordende structuur. Dit type ijs kan worden verkregen uit het eerder genoemde Ice Ih door het te comprimeren bij -63°C tot -83°C.
- IJs III is tetragonaal kristallijn ijs en kan ontstaan bij temperaturen tot -23 °C en een druk tot 300 MPa.
- Ice IV is een metastabiele rhomboëdrische fase. Deze fase kan worden verkregen door amorf ijs geleidelijk te verhitten tot 810 MPa.
- IJs V is een monokliene kristallijne fase. Het ontstaat wanneer water wordt afgekoeld tot -20,15 °C en een druk van 500 MPa.
Waarom is er geen nieuwe ijsfase op aarde te vinden?
Volgens de auteurs is het onwaarschijnlijk dat er een nieuwe fase zal worden gevondenijs op aarde, omdat er geen geschikte omstandigheden zijn voor de creatie ervan. Maar de omstandigheden waaronder het wordt gevormd, bevinden zich in de mantel van onze planeet, maar ook op grote manen of op planeten met veel water.
Volgens de auteurs is het nauwelijks mogelijk om een nieuwe ijsfase op aarde te vinden, omdat er geen geschikte omstandigheden zijn om hier te ontstaan.
Waarom moeten we iets weten over de verschillende vormen van ijs?
Grote, waterrijke planeten bevinden zich ver van de aarde en maken geen deel uit van ons zonnestelsel. Dankzij de nieuwe informatie kunnen astronomen meer over deze objecten te weten komen.
Dit werk zal het begrip van wetenschappers over de samenstelling veranderenexoplaneten, zei Ashkan Salamat, een natuurkundige in het UNLV-lab. De auteurs suggereerden dat het bestuderen van een nieuwe vorm van ijs onderzoekers zou helpen meer te weten te komen over mogelijk buitenaards leven buiten ons zonnestelsel.
Lees verder:
"James Webb" nam de duidelijkste foto van een ster in de geschiedenis
Op een diepte van 8.000 meter hebben wetenschappers vreemde bacteriën gevonden: ze waren daar niet te zien
Wetenschappers stuiten op 1500 jaar oude archeologische anomalie