Bentuk es kristal baru yang diterjemahkan

Ilustrasi yang menunjukkan hubungan antara sel-sel unit es VI dan XIX dilihat dari sumbu mereka dan perbedaan pola difraksinya, dengan kode merah untuk es XIX dan biru untuk es VI. Kredit: Uni Innsbruck

Es adalah bahan yang sangat serbaguna. Dalam kepingan salju atau es batu, atom oksigen tersusun secara heksagonal. Bentuk es ini disebut es satu (es I). “Sebenarnya, bagaimanapun, ini bukanlah kristal yang benar-benar sempurna, tetapi sistem tidak teratur di mana molekul air secara acak diorientasikan ke arah spasial yang berbeda,” jelas Thomas Loerting dari Universitas Institut Kimia Fisik. ‘Innsbruck, Austria.

Termasuk es I, sejauh ini telah diketahui 18 bentuk kristal es, yang berbeda dalam susunan atomnya. Berbagai jenis es, yang dikenal sebagai polimorf, dibentuk sebagai fungsi tekanan dan suhu dan memiliki sifat yang sangat berbeda. Misalnya, titik lelehnya berbeda beberapa ratus derajat Celsius. “Ini sebanding dengan berlian dan grafit, keduanya terbuat dari karbon murni,” ahli kimia menjelaskan.

Variasi es

Ketika es konvensional I mendingin dengan tajam, atom hidrogen dapat tersusun secara periodik di samping atom oksigen jika percobaan dilakukan dengan benar. Di bawah minus 200 derajat Celcius, hal ini dapat menyebabkan pembentukan apa yang disebut es XI, di mana semua molekul air tersusun menurut pola tertentu. Bentuk es yang teratur ini berbeda dengan bentuk induk yang tidak teratur, terutama karena sifat listriknya.

Model Gel VI

Es Model VI, bola merah dan biru besar mewakili atom oksigen, atom hidrogen bola kecil. Kredit: Uni Innsbruck

Dalam penelitian ini, ahli kimia Innsbruck berurusan dengan bentuk induk es VI, yang terbentuk pada tekanan tinggi, misalnya di mantel bumi. Seperti es heksagonal, bentuk es bertekanan tinggi ini bukanlah kristal yang tertata seluruhnya. Lebih dari sepuluh tahun yang lalu, para peneliti di University of Innsbruck menghasilkan varian gel yang dipesan hidrogen ini, yang membuka jalan bagi buku teks seperti XV Ice.

Dengan mengubah proses pembuatannya, tiga tahun lalu, tim Thomas Loerting berhasil untuk pertama kalinya membuat formulir pesanan kedua untuk Es VI. Untuk melakukannya, para ilmuwan secara signifikan memperlambat proses pendinginan dan meningkatkan tekanan hingga sekitar 20 kbar. Hal ini memungkinkan mereka untuk menyusun atom hidrogen dengan cara kedua dalam jaringan oksigen dan menghasilkan es XIX. “Kami menemukan bukti jelas pada saat itu bahwa ini adalah varian baru yang dipesan, tetapi kami tidak dapat menjelaskan struktur kristal.” Sekarang timnya telah berhasil melakukan hal itu dengan menggunakan standar emas untuk penentuan struktur: difraksi neutron.

Struktur kristal terselesaikan

Untuk klarifikasi struktur kristal, kendala teknis yang penting harus diatasi. Dalam penelitian yang menggunakan difraksi neutron, hidrogen ringan dalam air perlu diganti dengan deuterium (“hidrogen berat”).

Thomas Loerting

Memantau sifat es dan salju: ahli kimia Thomas Loerting. Kredit: Uni Innsbruck

“Sayangnya, ini juga mengubah jangka waktu untuk melakukan pemesanan dalam proses pembuatan es,” kata Loerting. “Tapi gelar doktor pada saat itu, siswa Tobias Gasser memiliki ide penting untuk menambahkan beberapa persen air normal ke air berat, yang ternyata sangat mempercepat pesanan.”

Dengan es yang diperoleh, ilmuwan Innsbruck akhirnya dapat mengukur data neutron dari instrumen HRPD resolusi tinggi di Laboratorium Appleton Rutherford di Inggris dan menyelesaikan struktur kristal es secara menyeluruh. Untuk itu diperlukan penemuan struktur kristal terbaik dari beberapa ribu kandidat dari data yang diukur, seperti mencari jarum di tumpukan jerami. Sebuah kelompok peneliti Jepang mengkonfirmasi hasil Innsbruck dalam eksperimen lain di bawah kondisi tekanan yang berbeda. Kedua artikel tersebut telah diterbitkan bersama di Komunikasi tentang Alam.

Enam bentuk es ditemukan di Innsbruck

Meskipun es dan salju konvensional melimpah di Bumi, tidak ada bentuk lain yang ditemukan di permukaan planet kita kecuali di laboratorium penelitian. Namun, bentuk tekanan tinggi gel VI dan gel VII ditemukan sebagai inklusi dalam berlian dan oleh karena itu telah ditambahkan ke daftar mineral oleh International Mineralogical Association (IMA). Banyak jenis es air terbentuk dalam luasnya ruang di bawah kondisi tekanan dan suhu khusus. Mereka ditemukan, misalnya, di benda-benda angkasa seperti JupiterBulan Ganymede, yang ditutupi oleh lapisan berbagai jenis es.

Es XV dan Es XIX mewakili pasangan pertama saudara kandung fisika es yang jaringan oksigennya sama, tetapi pola urutan atom hidrogennya berbeda. “Ini juga berarti bahwa untuk pertama kalinya sekarang dimungkinkan untuk membuat transisi antara dua bentuk es yang teratur dalam eksperimen,” jelas Thomas Loerting. Sejak 1980-an, para peneliti di Universitas Innsbruck, Austria, kini bertanggung jawab atas penemuan empat bentuk es, baik kristal maupun amorf.

Referensi: 18 Februari 2021, Komunikasi tentang Alam.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21161-z

Pekerjaan penelitian saat ini dilakukan dalam kerangka Platform Penelitian Material dan Nanosciences dari Universitas Innsbruck dan mendapat dukungan finansial dari FWF Austrian Science Fund.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Skrining sinar-X mengidentifikasi obat yang menjanjikan untuk pengobatan COVID-19

Sebuah tim peneliti, termasuk ilmuwan MPSD, telah mengidentifikasi beberapa kandidat untuk melawan obat tersebut SARS-CoV-2 coronavirus menggunakan sumber cahaya sinar-X PETRA III di German...

Teori konspirasi memengaruhi perilaku kita – bahkan jika kita tidak mempercayainya!

Paling tidak karena COVID-19 pandemi, teori konspirasi lebih relevan dari sebelumnya. Mereka diberitakan dan didiskusikan di hampir semua media dan komunikasi. Tapi...

“Doodle Ringan” Nyata dalam Waktu Nyata

Para peneliti di Tokyo Metropolitan University telah merancang dan menerapkan algoritme yang disederhanakan untuk mengubah garis yang digambar secara bebas menjadi hologram pada CPU...

Teleskop Webb NASA menyertakan tabir surya seukuran lapangan tenis untuk perjalanan jutaan kilometer

Kedua wajah tabir surya James Webb Space Telescope dinaikkan secara vertikal untuk mempersiapkan pelipatan lapisan tabir surya. Kredit: NASA / Chris Gunn Insinyur bekerja...

Mineralogi Hangat Global Mengelola Pusat Perlindungan Kehidupan Batin

Tim lapangan DeMMO dari kiri ke kanan: Lily Momper, Brittany Kruger, dan Caitlin Casar mengambil sampel air yang meledak dari toilet DeMMO. Pendanaan:...

Newsletter

Subscribe to stay updated.