@ 2016.02.17 , 12:20

最低密度冰:水的第18种晶形

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科学家计算出一种新型冰的分子形式,它或许是人类所知的最低密度的冰。这种冰并不天然存在于地球,如果它能够被合成出来,那么将成为水的第18种已知晶形。不过,它只会被命名为“冰XVII”(冰十七)。除了实验化学界,谁还能想到冰有这么多种形式呢?

内布拉斯加林肯大学的化学家Xiao Cheng Zeng表示,他们进行了大量计算,试图探究这是否不仅是一种低密度的冰、而且是最低密度的冰。许多人对预测冰的新形式非常感兴趣。为此,研究人员使用计算算法和分子模拟来预测冰的这种新分子形式。如果它能够被人工合成出来,那么其密度将比当前的记录持有者轻上25%——目前的最低密度冰由欧洲研究人员于2014年制成。

科学家通过模拟来确定使水冻成这种新形式需要什么样的极端压力和温度范围。它的结构是一种笼形物,即分子环环相扣形成笼子般的结构。人们曾经认为,只有当“客分子”处于内部时,这种笼形结构才能维持结构完整性;但如今,科学家计算出,即便客分子不处于内部、而处于边缘地带,笼子同样能够维持稳定。

当然了,“冰十七”的合成仍旧不易。根据研究人员的计算,只有处于向外扩张的极高压强下时,水分子才能形成这种结构——具体压强数值取决于温度。在-23.3摄氏度时,压强需要超过太平洋最深海沟处的压强。温度越低,所需压强越大。当温度达-273.3摄氏度时,其所需压强等同于你在海平面上被困于300架大型喷气式客机下时所感受到的压强。

接下来,在此等压强下,研究人员需要将客分子抽成真空,以合成此冰。如若成功,这便是美国自二战以来所制造出的第一种冰。

水和冰永远都很有趣,因为它们和人类、和生命息息相关。低密度的天然冰能够保护底下的水;如果它们的密度再大一些,水就会从底部结冰,那么便没有任何生物可以存活。所以,大自然母亲的组合很完美。

本文译自 sciencealert,由译者 蛋花 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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