Возьмите воду. Добавьте хлорид натрия. Охладите и выжмите в соленый лед.

Mar 07, 2023

Реклама

Поддерживается

Созданные в лаборатории соединения, никогда ранее не встречавшиеся, могут существовать в природе на ледяных лунах во внешней Солнечной системе.

Отправь историю любому другу

Как подписчик, у вас есть 10 подарочных статей. давать каждый месяц. Любой может прочитать то, чем вы поделитесь.

Кеннет Чанг

Ученые обнаружили две новые формы соленого льда, которые, вероятно, не существуют в природе на Земле, но могут быть найдены на ледяных лунах дальше в Солнечной системе.

«Эти структуры не похожи ни на что, что было описано ранее», — сказал Батист Журно, исполняющий обязанности доцента кафедры наук о Земле и космосе в Вашингтонском университете.

В выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences от 20 февраля доктор Журно и его коллеги описывают две новые твердые ледяные комбинации двух наиболее распространенных веществ, встречающихся на Земле: воды и хлорида натрия, более известного как столовая кислота. соль.

Недавно обнаруженные кристаллы неожиданно образовались, когда соленая вода была охлаждена до низких температур и сжата до высокого давления.

На Земле много соленой воды — в конце концов, она заполняет океаны — и химикам давно известно, как она ведет себя в земных условиях. Лед на этой планете редко бывает соленым.

Действительно, хлорид натрия — каждая молекула состоит из одного атома натрия и одного атома хлора — часто рассматривается в первую очередь как антифриз, понижающий температуру замерзания воды. Поэтому его разносят по дорогам во время метелей. Когда соленая вода замерзает, образующиеся кристаллы льда состоят из чистой воды, а ионы натрия и хлорида вытесняются в оставшуюся жидкость.

При достаточно низких температурах остаточная сверхсоленая вода начинает затвердевать, образуя гидрогалит — твердый водосодержащий кристалл или гидрат. Гидрогалит состоит из двух молекул воды на каждый хлорид натрия.

За последние десятилетия учёные-планетологи обнаружили во внешней Солнечной системе множество миров, под ледяной коркой которых имеются океаны с жидкой водой. К ним относятся Европа и Ганимед, два спутника Юпитера, а также Титан и Энцелад, два спутника Сатурна. Доктор Журно хотел изучить роль соли в предотвращении замерзания океанов на этих мирах.

Чтобы воспроизвести эти условия, каплю соленой воды охлаждали до температуры минус 190 градусов по Фаренгейту и сжимали между двумя кусками алмаза до давления, в 25 000 раз превышающего обычные 14,7 фунтов на квадратный дюйм, которые воздух давит на нас на поверхности Земли. .

«Изначально мы провели эти эксперименты, потому что хотели изучить антифризное действие хлорида натрия и соли, поскольку предполагается, что он, вероятно, является наиболее распространенным растворенным веществом во внеземных океанах, как и в океанах Земли», — сказал доктор Журно. «Мы ожидали увидеть нечто похожее на то, что мы видим на Земле, а именно: соли будут выбрасываться изо льда по мере его роста».

Вместо этого антифриз замерз.

«У нас появился новый кристалл, который появился из ниоткуда, чего мы совсем не ожидали», — сказал доктор Журно. «Так что это было очень счастливо».

Кристаллы были крошечными, не более 1/250 дюйма в ширину, что примерно соответствует ширине человеческого волоса.

Отраженные от кристаллов рентгеновские лучи показали ученым, что они создали два новых гидрата. Кристаллическая структура одного из них состояла из двух молекул хлорида натрия на каждые 17 молекул воды. Он образовался при температуре около минус 100 градусов по Фаренгейту и давлении, в 5000 раз превышающем обычное атмосферное давление. При более высоких давлениях образовался еще один, менее соленый гидрат, в котором на каждую молекулу хлорида натрия приходится 13 молекул воды.

Ученые также увидели признаки третьей формы, но игольчатые кристаллы были слишком тонкими, чтобы изучить кристаллическую структуру. «Оно очень красивое, — сказал доктор Журно, — но оно настолько тонкое, что получить данные сложно».

Новые гидраты могут помочь объяснить загадку Европы. Наблюдения 2019 года с помощью космического телескопа «Хаббл» однозначно идентифицировали хлорид натрия в желтоватых полосах на поверхности Луны. Маловероятно, что он имеет форму зерен чистой соли, но другие наблюдения — цвета инфракрасного света, поглощаемого поверхностью и служащие для идентификации отпечатков конкретных соединений — не выявили убедительных признаков гидрогалита, известного гидрата соли.