Новости химической науки > «Космический» лед ведет себя необычно

Исследователи определили, что «космический» лед, полученный замораживанием смеси метанола и воды, расширяется при приложении внешнего давления и сжимается при нагревании, демонстрируя поведение, противоположное большинству твердых тел.

Доминик Фортес (Dominic Fortes)из Университетского Колледжа из Лондона заинтересовался внутренней структурой ледяных спутников планет-гигантов, как, например, Энцелад. Существует предположение, что в этих космических объектах находятся подледные жидкие резервуары с водой. Однако изучение свойств системы метанол-вода привело к совершенно неожиданным результатам – замороженная смесь воды с метанолом расширялась при приложении внешнего давления и сжималась при нагревании.

Океаны ледяных спутников рассматриваются как вероятные зоны, в которых может образоваться внеземная жизнь. Однако для полного понимания химических процессов, протекающих в этих подледных океанах и условия в них необходимо выяснить, как ведет себя лед, из которых состоит поверхность этих небесных тел, при различных давлениях и температурах.

Кристаллы твердой смеси метанол-вода при сжатии в одном направлении начинают расширяться в другом, почти как портативная подставка под бутыли с вином. (Рисунок из Science, 2011, 331,742 (DOI: 10.1126/science.1198640))

Фортес решил изучить свойства моногидрата метанола, это было обусловлено тем, что исследователи предполагают, что на холодных лунах планет-гигантов также присутствует метанол. Это предположение основано на том, что в кометном веществе (предполагается, что кометы представляют собой остатки от формирования планет) содержатся малые молекулы, в том числе и метанол.

Определив кристаллическую структуру модельной смеси, Фортес изучил влияние давления и температуры на ее свойства. Первоначально исследователь предположил, что по одному из направлений кристаллы обладают более деформируемой структурой благодаря тому, что при увеличении давления происходит переход кристаллов в другую полиморфную модификацию, но не связывал это с отрицательным характером линейной сжимаемости.

Фортес предположил, что отрицательная линейная сжимаемость [negative linear compressability (NLT)], при которой наблюдается расширение объекта при приложении давления обусловлен строением кристаллической решетки моногидрата метанола.

Арно Мармье (Arnaud Marmier) из Университета Эксетера отмечает, что моногидрат метанола – не первое вещество, для которого одновременно наблюдается NLT и отрицательное термическое расширение [negative thermal expansion (NTE)]. Мармье не надеется, что замерзший моногидрат метанола найдет применение в качестве материала, поскольку он слишком непрочен, однако Фортес надеется, что результаты его исследования привлекут и внимание спечиалистов по новым материалам.

Источник: Science, 2011, 331,742 (DOI: 10.1126/science.1198640)

метки статьи: #космохимия, #кристаллохимия, #физическая химия