中密度无定形冰结构和密度类似于液态水

冰MDA

来源:©迈克尔·戴维斯

在普通冰我h(左),H2O分子形成一个六角晶格;中密度无定形冰(右)的结构更像液态水

水越来越陌生。冰已知的多种形式,伦敦大学学院(UCL)研究人员,英国,已经添加了多一个。1新阶段特别复杂,因为它不是水晶但非晶态,类似的密度水本身,看起来更像一个冻结的液体状态的快照。与水的奇特的扩张时,冻结成普通冰(表示我冰h,六角结构)。发现一只猫扔在鸽子的传统观点液态水是如何与它的冷冻形态。

似乎已经荒谬挥霍自然给看似简单的H2O分子至少22方式安排本身在固态,这取决于温度和压力条件。改变这些参数改变了不计其数的平衡(由于分子间键)和熵(由于订购)与不同的配置,但有关那许多可能性表明一个非常微妙的平衡的因素。这千变万化的本质在于水几乎是独一无二的倾向形成高度相互关联的三维氢键网络——四个键为每个分子(或者更多,如果一个氢键分叉在单个位点)。氢键是一种赢得向左反应,但通过创建本地排序,熵的损失。更重要的是,由于氢键的分子保持在手臂的长度,可以这么说,他们牺牲无方向性的提供的有利的能量分子之间的范德华吸引力。当水结冰冰我h,结果是那么优美有序排列的分子形成六元环,但网络有很多空空间的中心,占降低密度。挤压固体和空的空间可能会填满,通过弯曲氢键(削弱)或更深刻的重组整个晶格。

竞争的力量

这种平衡的因素部分占生物分子水合作用的复杂性,那里的水可能在微妙的方式重组几何和化学生物分子所施加的限制条件。支持高和低密度的因素之间的平衡也反映在两个之前所知的存在无定形形式的冰,由冻结的化合物以非标准方式——例如,通过蒸汽沉积的水到寒冷的表面。其中之一,想象力被称为低密度非晶态(LDA)冰,反映了氢键的主导地位的“社会距离”影响,在高密度无定形冰()注重科技进步,压力鼓励更亲密的分子的方法。现在广泛的怀疑这两种形式的冰是两个截然不同的液相的同行(高-低密度液体,高密度脂蛋白和低密度脂蛋白),生的一个类似的竞争因素,可能存在的高过冷区域水的相图。

这种平衡的因素部分占生物分子水合作用的复杂性,那里的水可能在微妙的方式重组几何和化学生物分子所施加的限制条件。支持高和低密度的因素之间的平衡也反映在两个之前所知的存在无定形形式的冰,由冻结的化合物以非标准方式——例如,通过蒸汽沉积的水到寒冷的表面。其中之一,想象力被称为低密度非晶态(LDA)冰,反映了氢键的主导地位的“社会距离”影响,在高密度无定形冰()注重科技进步,压力鼓励更亲密的分子的方法。现在广泛的怀疑这两种形式的冰是两个截然不同的液相的同行(高-低密度液体,高密度脂蛋白和低密度脂蛋白),生的一个类似的竞争因素,可能存在的高过冷区域水的相图。这个地区是很难访问实验,但是实验和计算研究现在支持的概念之间的一阶相变(突然)高密度脂蛋白和低密度脂蛋白,结束在这样一个临界点之间传统的液态和气态阶段。2 - 5

介质密度无定形冰

来源:©Christoph Salzmann

创建MDA冰,研究人员使用球磨机磨碎普通冰

这个整洁的故事可能需要修改-或更多的光新发现Christoph Salzmann和他的同事们在伦敦大学学院。他们发现,球磨我的冰h-研磨和搅拌钢轴承在77 k将逐渐转化为一种新形式的无定形冰密度为1.06克/厘米3、中级和LDA和注重科技进步之间非常接近的液体水本身。研究人员表明,这是一个真正的新阶段,显然我重复剪切形成的冰h我可以recrystallisedh(通过defect-ridden形式)当温暖——大量放热过程。他们称之为新阶段中密度无定形冰(MDA)。

MDA与水之间的关系是什么?可能没有,MDA可能只是一种严重扰乱我h与液体。密度的相似性可能只是巧合。或者它可能是一个真正的冻结的液体形式,与流行的观点相反,水不能冻结,没有找到一个新的住宿的各种因素决定其结构。密度和结构(从计算机模拟和推断的特点是第一个锋利的x射线衍射峰)的MDA看起来类似于液体。这可能会是MDA代表一个真正的玻璃态的液态水只能亚稳态相对于和LDA注重科技进步。

在任何情况下,MDA由剪切可能结冰的寒冷的内部结冰的巨型气体行星像木星的卫星,在正常的冰在非常低的温度下饱受地球的引力影响。如果是这样,巨大的能量释放,如果MDA recrystallises可能影响行星内部的能源预算。的:所有的特性,它是宇宙中无处不在的,所以它的怪癖经常有宽,甚至宇宙的意义。

引用

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