struttura cristallina ghiaccio
Image by Simon from Pixabay

Non tutte le strutture di ghiaccio si formano nello steso modo. Ciò dipende dalla temperatura e dalla pressione in cui si forma. Finora erano conosciute 18 distinte fasi del ghiaccio, alcune avvenute naturalmente altre viste solo in laboratorio. Un team di ricercatori ha modificato una delle strutture di ghiaccio esistenti, trasformandola in una forma che hanno chiamato ghiaccio β-XV.

Ora il nuovo studio ha esaminato la sua struttura e hanno risposto ad alcune domande riguardanti la sua formazione e definendolo cosi come la 19esima struttura di ghiaccio esistente. L’obiettivo è quello di capire come queste strutture si formano in condizioni aliene diverse da quelle che si trovano sulla Terra.

 

Scoperta una nuova struttura cristallina di ghiaccio

Il ghiaccio nel congelatore, o che cade dal cielo come fiocchi di neve o chicchi di grandine, è il ghiaccio naturale più comune sulla Terra. Questo è chiamato ghiaccio I, e i suoi atomi di ossigeno sono disposti in una griglia esagonale. La struttura è geometricamente frustrata, con gli atomi di idrogeno molto più disordinati. Quando viene raffreddato in un certo modo, gli atomi di idrogeno possono periodicamente diventare ordinati, oltre agli atomi di ossigeno. È così che gli scienziati in un laboratorio possono creare diverse fasi di ghiaccio che hanno reticoli di molecole cristalline molto più ordinate rispetto alle loro forme madri disordinate.

Un team di chimici e fisici lavora da tempo con la fase ghiaccio VI. Questa è una delle forme di ghiaccio che si possono trovare in natura, ma solo a pressioni molto elevate 10.000 volte superiori alla pressione atmosferica a livello del mare, come quelle che si trovano nel mantello terrestre, o avvolte intorno al nucleo della luna di Saturno e di Titano. La sua forma ordinata dall’idrogeno è stata scoperta solo circa un decennio fa. Viene creato raffreddando il ghiaccio al di sotto dei 143 gradi Celsius a pressioni intorno a 1 gigapascal.

Modificando questo processo, i ricercatori hanno creato un’altra fase del ghiaccio. Hanno rallentato il raffreddamento aumentando la pressione a 2 gigapascal. Ciò ha prodotto una seconda disposizione di molecole di idrogeno che era distinta dal ghiaccio XV, che era ciò che hanno etichettato come ghiaccio β-XV. Convalidare che il ghiaccio fosse una fase separata era un ostacolo separato, che richiedeva che l’acqua normale fosse sostituita con acqua pesante. L’idrogeno normale non ha neutroni nel nucleo. L’acqua pesante è basata sul deuterio, una forma di idrogeno che ha un neutrone nel nucleo.

Per calcolare l’ordine degli atomi in un reticolo cristallino, gli scienziati devono disperdere i neutroni dai nuclei, quindi i normali atomi di idrogeno non lo taglieranno. Ciò ha permesso al team di ottenere i dati sui neutroni di cui avevano bisogno per ricostruire la struttura cristallina. Come pensavano, era distinto dal ghiaccio XV, guadagnandosi un posto ufficiale come la diciannovesima fase conosciuta, il ghiaccio XIX. Questo rende la coppia di fasi gemelle, la prima nota che ha la stessa struttura reticolare di ossigeno, ma con diverse disposizioni di atomi di idrogeno.

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