凝胶样冰是迄今发现最轻的水

冰不止一种。

资料来源:谢尔·苏瓦迪·林德/盖蒂

人们从冰箱里取出的冰只是17种可能的冰形式之一，第18种冰离现实不远。一个研究小组发现了一种多孔、轻质的“气态冰”——气凝胶冰，它可以让人们更多地了解水在极端条件下是如何工作的。

在“普通冰”中，水在环境压力下冷却，其分子冻结成六角形固体晶体。但并不是所有的冰都会遵循这种六边形结构。压力和温度在分子水平上影响数百万种水的构型。六边形冰和大气层上方偶尔出现的立方体冰是地球上自然存在的这种冰的两种形式。其他的冰存在于外行星或者外行星的大气层中。

在大气压或更高的压力下，水分子会被压缩，然后以比常规冰更高的密度冻结成固态。然而，当气压降低时，水分子会变成密度更低、气体更多的轻质晶体，就像冰冷的棉花糖一样。

到目前为止，只有两种低密度冰是已知的:太空中的富勒烯(球形碳分子)密度相当于普通冰的80%；沸石冰模仿含矿物质的沸石，但水分子是积木，像乐高积木，是正常冰密度的50%和90%。但是以前没有发现更轻的冰结构。

“最近，我们刚刚发现了两种低密度冰，但我们不知道世界的范围。我们需要一张这个新世界的地图来进行实验性探索。”日本冈山大学的松本正和说。

他和他的团队发现了这种新型的冰，他们用分子“层层”游戏，移除并重组现有沸石冰的结构，使它们变得更轻。他们模拟了300多种不同的纳米级结构，并评估了这些结构在低压下的稳定性。这些气态冰在0开尔文时是稳定的，但是随着温度的升高会变得不稳定。

他们发现密度最低的气体冰可以通过配置水分子节点来作为模型，水分子节点就像珠子一样将大型气体宫殿的地板和天花板隔开。

松本认为，通过计算机建模可以找到更多类似的冰，但他说，由于低压和低温条件，在现实世界中很难制造超低密度的冰。

伦敦大学学院的克里斯托弗·萨尔兹曼说，这项工作帮助人们了解水分子是如何运动的。“它给了我们追求的目标。现在，这些研究人员已经预测到了这些惊人的结构，我们的下一步将是在现实世界中制造它们。”他说。(晋南)

阅读更多

新科学家网站相关报道