Is III

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 6 augusti 2015; kontroller kräver 6 redigeringar .

Ice III  är en tetragonal kristallin variant av vattenis . Kan erhållas genom att kyla vatten till -23°C (250 K ) och ett tryck på 300 MPa . Dess densitet är större än vatten, men den är den minst täta av alla typer av is i högtryckszonen (1,16 g/cm³ vid ett tryck på 350 MPa ). Densiteten för vätskefasen vid samma tryck är ca 1,12 g/cm³.

Vid 350 MPa tryck är densiteten för is III 1,16 g/cm³. Den statiska permittiviteten är 117.

Enligt Bridgman -nomenklaturen avser vanlig vattenis is I h . Under laboratorieförhållanden (vid olika temperaturer och tryck) skapades olika modifieringar av is : från is II till is XIX.

Upptäcktshistorik

Högtrycks-ismodifieringar upptäcktes först av Bridgman , som 1912 byggde ett fasdiagram av vatten. Utforska vatten vid olika temperaturer och tryck, förutom vanlig is, avslöjade han ytterligare 6 av dess strukturella modifieringar, som han betecknade som is II - is VII [1] .

Fram till 1960-talet var kristallstrukturen för ismodifieringar inte klar. 1960 avslöjade B. Camb (Barclay Camb) och Datta (Datta) med röntgendiffraktionsanalys tetragonal symmetri i is III, liknande kiseloxid SiO 2 .

Får

Ice III är den lättast att få tag på och tillgänglig för forskning av högtrycksis. Det erhölls först från vanlig is vid en temperatur av -22 °C (trippelpunktstemperatur is Ih - is III - vatten) genom att öka trycket till 210 MPa [1] .

Det är möjligt att erhålla is III från vatten vid ett tryck på 210–350 MPa med dess långsamma (ca 0,5 °C/min) kylning till en temperatur under trippelpunkten (−22 °C).

För forskning kyls is III, efter att ha hållits i en halvtimme vid -40 °C, snabbt med flytande kväve till en temperatur under -175 °C. Vid denna temperatur är is III metastabil, den behåller sin struktur när trycket sjunker till atmosfärstryck, även om dessa tryck och temperaturer motsvarar is II (över 200 MPa) och vanlig is (under 200 MPa) i fasdiagrammet.

Ice III är instabil mot röntgenstrålning och sönderdelas snabbt vid hög bestrålningsintensitet, vilket skapar svårigheter för röntgendiffraktionsanalys.

Fysiska egenskaper

Kristallstruktur

Ice III har ett tetragonalt kristallgitter (P4 1 2 1 2). Vid atmosfärstryck och en temperatur på −175 °C är gitterparametrarna a = 6,73 ± 0,01 Å och c = 6,83 ± 0,01 Å, den genomsnittliga längden av vätebindningar är 2,775 Å [1] .

I motsats till det vanliga tetragonala gittret har is III en störd kristallstruktur. I genomsnitt har varje molekyl 3,2 vätebundna grannar istället för 4, men det finns fortfarande 2-3 icke-vätebundna grannmolekyler på ett avstånd av cirka 3,6 Å.

Trippelpunkter i fasdiagrammet

Tabellen visar tryck- och temperaturvärdena vid trippelpunkterna för vanligt och tungt vatten [2] .

Faser H2O _ _ D2O _ _
P, MPa T, °C P, MPa T, °C
III Ih OCH 209,9 −21.985 202 −18.8
III Ih II 212,9 −34,7 225 -31,0
III II V 344,3 −24.3 347 −21.5
III V OCH 350,1 −16.986 348 −14,5

Smältpunkt

I [3] presenteras matematiska modeller av beroendet av smälttemperaturen för olika modifieringar av is på tryck. Is III smälter i temperaturområdet 251,165 K (−21,985 °C) - 256,164 K (−16,986 °C), medan de uppmätta tryckvärdena varierar från 209,9 till 350,1 MPa med ett fel på ±3 %. För att harmonisera smältmodellerna för is Ih och is III antogs för trippelpunkten III—Ih—Liquid ett tryck på 258,566 MPa (avvikelse från experimentvärdet på 0,64%). Med detta antagande uttrycks tryckets beroende av temperaturen på smältlinjen med följande formel:

ursprungliga formel

I den ursprungliga artikeln anges formeln som

var

För experimentvärdet vid trippelpunkten (P = 209,9 MPa) blir formeln

Från den sista formeln får vi följande beroende av smältpunkten på tryck:

där 209,9 < P < 350,1 MPa.

I alla formler mäts temperatur i K, tryck - i MPa.

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 3 Kamb, B. and Prakash, A. Structure of ice III  // Acta Crystallographica Sektion B. - 1968. - Vol. 24, nr 10 . - P. 1317-1327.
  2. ↑ Chaplin, Martin. Vattenfasdiagram . Vattenstruktur och vetenskap (11 augusti 2009). Datum för åtkomst: 27 januari 2010. Arkiverad från originalet den 27 mars 2012.
  3. ↑ IAPWS, Släpp på trycket längs smältningen och sublimeringskurvorna för vanligt vattenämne Arkiverad 6 oktober 2008 på Wayback Machine , (1993); PW Bridgman, Vatten, i flytande och fem fasta former, under tryck, Proc. Am. Acad. Arts Sci. 47 (1912) 439-558.

Länkar

 Isfaser