Гелеобразный лед — самая легкая форма воды

Кубики льда, которые вы достаете из своего морозильника, является лишь одним из 17 видов льда, известных ученым на сегодняшний день. Но в данный момент ученые в из университета Окаямы, Япония, ведут работы, нацеленные на получение еще одной, 18-й формы льда, которая станет самой легкой формой воды на сегодняшний день. Изучение образцов «аэрольда», своего рода ледяного аэрогеля, позволит ученым выяснить некоторые тонкости поведения воды, помещенной в чрезвычайные условия окружающей среды.

Нормальный лед получается при охлаждении воды в условиях нормального атмосферного давления, при этом молекулы воды формируют кристаллическую решетку с шестигранной ячейкой. Однако, уровень давления и скорость изменения температуры могут заставить молекулы воды формировать отличную от шестигранной кристаллическую решетку, в атмосфере Земли достаточно часто формируется так называемый кубический лед. А в атмосферах других планет могут формироваться и еще более экзотические формы льда.

При повышении давления в момент замораживания образуется лед с плотностью, превышающей плотность нормального льда. Естественно, что при понижении давления начинает формироваться менее плотный лед, структура которого напоминает «ледяную сахарную вату». В настоящее время ученым были известны лишь две формы льда с малой плотностью, которые имеют плотность в 50 и 90 процентов от плотности нормального льда.

Японские ученые произвели ряд вычислений, в которых использовалось более 300 видов наноструктур, состоящих из молекул воды, которые могут формироваться в условиях низкого давления. Согласно полученным результатам, все кристаллы такого льда сохраняют свою стабильность лишь при температуре, приближающейся к температуре абсолютного нуля, при повышении температуры кристаллы утрачивают стабильность, что приводит к изменению их структуры. Наименее плотная форма льда имеет структуру, узлы которой связаны достаточно длинными «палками» из молекул воды. Между узлами присутствует большое пустое пространство, заполняемое воздухом, что и определяет крайне малую плотность такого материала в целом.

Японские исследователи утверждают, что компьютерное моделирование позволит найти бесчисленное количество форм льда. Однако, получение образцов такого льда связано со многими трудностями из-за малого давления и крайне низких температур, при которых может формироваться и существовать такой лед. «Наши расчеты дали нам цель для дальнейших исследований. В скором времени мы рассчитаем весь необходимый ряд условий окружающей среды и попытаемся получить первые образцы новых форм льда, изучение которых поможет нам понять поведение молекул воды в экстремальных условиях».