ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

АМОРФНЫЙ ЛЕД

Силонов В.М., Чубаров В.В.

Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, физический факультет, http://www.phys.msu.ru
119991 Москва, Российская Федерация
silonov_v@mail.ru

Поступила в редакцию 20.04.2015

Проведен анализ литературных данных по аморфным льдам. Отмечено полное отсутствие информации по аморфным льдам вблизи точки плавления. В результате исследований диффузного рассеяния рентгеновских лучей льдом, полученным из дистиллированной воды, авторами впервые было установлено наличие аморфной фазы льда вблизи точки плавления при нормальном давлении. Показано, что первые максимумы функции радиального распределения аморфного льда вблизи точки плавления близки по положению к первым радиусам координационных сфер гексагонального льда. Расщепление первого максимума функции радиального распределения объясняется увеличением межатомных расстояний между ближайшими атомами, лежащими на разных уровнях. В результате длительной регистрации перехода льда в равновесное состояние вблизи точки плавления подтверждается метастабильный характер аморфной фазы.

Ключевые слова: аморфный лед, диффузное рассеяние рентгеновских лучей

PACS:61.05.CP; 07.85.NC

Библиография – 35 ссылок

РЭНСИТ, 2015, 7(1):55-67 DOI: 10.17725/rensit.2015.07.055

ЛИТЕРАТУРА

Hobbs PV. Ice physics. Oxford, Clarendon press, 1974, 837 p.
Salzmann CG, Radaelli PG, Hallbrucker A, Mayer E and Finney JL. The Preparation and Structures of Hydrogen Ordered Phases of Ice. Science, 2006, 311:1758-1761.
Bernal JD, Fowler RH. A Theory of Water and Ionic Solution, with Particular Reference to Hydrogen and Hydroxyl Ions. J. Chem. Phys. 1933, 1:515-548.
Zheligovskaya EA, Malenkov CG. Crystalline water ice. Russian Chem.Rev., 2006, 75(1):57-76.
Angell CA, Shuppert J, Tucker JC. Anomalous properties of supercooled water. Heat capacity, expansivity, and proton magnetic resonance chemical shift from 0 to -38%. J. Phys. Chem., 1973, 77:3092.
Elsaesser MS, Winkel K, Mayer E, Loerting T. Reversibility and isotope effect of the calorimetric glass → liquid transition of low-density amorphous ice. Phys.Chem. Chem. Phys., 2010, 12:708.
Mishima O., Stanley E. The relationship between liquid, supercooled and glassy water. Nature, 1998, 396(26 November):329.
Morgan J, Warren BE. X-ray Analysis of the Structure of Water. J.Chem.Phys., 1938, 6:666.
Dowell LG, RinfretAP. Low-temperature forms of ice as studied by X-ray diffraction. Nature, 1960, 188:1144-1148.
Salzmann CG, Kohl I, Loerting T, Mayer E, Hallbrucker A. The low-temperature dynamics of recovered ice XII as studied bydifferential scanning calorimetry: a comparison with ice V. Phys. Chem. Chem. Phys., 2003, 5:3507.
Burton EF, Oliver WF. The Crystal Structure of Ice at Low Temperatures. Proc. R. Soc., 1935, A153:166-172.
Shallcross FV, Carpenter GB. X-ray Diffraction Study of the Cubic Phase of Ice. J. Chem. Phys., 1957, 26:782-784.
Beaumont RH, Chihara H, Morrison JA. Transitions between Different Forms of Ice. J. Chem. Phys., 1961, 34:1456-1457.
Olander DS, Rice SA. Preparation of Amorphous Solid Water. Proc. Nat. Acad.Sci., USA, 1972, 69(1):98-100.
Mayer E, Bruggeller P. Vitrification of pure liquid water by high pressure jet freezing. Nature, 1982, 298(19):715-718.
Jenniskens P, Banham SF, Blake DF, McCoustra MRS. Liquid water in the domain of cubic crystalline ice Ic. J.Chem.Phys., 1997, 107:1232.
Bowron DT, Finney JL, Hallbrucker A, Kohl I, Loerting T, Mayer E, Soper AK. The local and intermediate range structures of the five amorphous ices at 80K and ambient pressure: A Faber-Ziman and Bhatia-Thornton analysis. J. Chem. Phys., 2006, 125:194502.
Debenedetti PG. Supercooled and glassy water. J. Phys.: Condens. Matter, 2003, 15:R1669-R1726.
Katzoff S. X-ray Studies of the Molecular Arrangement in Liquids. J.Chem.Phys., 1934, 2:841.
Venkatesh CG, Rice SA, Narten AH. Amorphous Solid Water: An X-ray Diffraction Study. Science, 1974, 186:927-928.
Narten AH, Venkatesh CG, Rice SA. Diffraction pattern and structure of amorphous solid water at 10 and 77K. J. Chem. Phys., 1976, 64(3):1106-1121.
Mishima O, Calvert LD, Whalley E. ‘Melting ice’ I at 77K and 10 kbar: a new method of making amorphous solids. Nature, 1984, 310:393.
Bellissent-Funel M-C, Bosio L, Hallbrucker A, Mayer E, Sridi-Dorbez R. X-ray and neutron scattering studies of the structure of hyperquenched glassy water. J. Chem. Phys., 1992, 97:1282.
Loerting T, Salzmann C, Kohl I, Mayer E, Hallbrucker A. A second distinct structural “state” of high-density amorphous ice at 77K and 1 bar. Phys. Chem. Chem. Phys., 2001, 3:5355.
Loerting T, Giovambattista N. Amorphous ices: experiments and numerical simulations. J. Phys.: Condens. Matter, 2006, 18:R919–R977.
Loerting T, Winkel K, Seidl M, Bauer M, Mitterdorfer C, Handle PH, Salzmann CG, Mayer E, Finney JL, Bowron DT. How many amorphous ices are there? J. Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, 13:8783-8794.
Tulk CA, Benmore CJ, Urguidi J, Klug DD, Neuefeind J, Tomberli B, Egelstaff PA. Structural Studies of Several Distinct Metastable Forms of Amorphous Ice. Science, 2002, 297(5585):1320-1323.
Soper AK. Structural transformations in amorphous ice and supercooled water and their relevance to the phase diagram of water. J. Molecular Physics, 2010, 106:1-36.
Силонов ВМ, Чубаров ВВ. Низкотемпературная приставка к рентгеновскому дифрактометру для измерения интенсивности рассеяния рентгеновских лучей замороженными жидкостями. Препринт №11. МГУ, Физический факультет. М., Изд. МГУ, 2008, 7 с.
Иверонова ВИ, Кацнельсон АА. Ближний порядок в твердых растворах. М., 1977, 250 c.
Lonsdale DK. The Structure of Ice. Proc. Royl. Soc., 1958, 247:424-434.
Кривоглаз МА. Диффузное рассеяние рентгеновских лучей и нейтронов на флуктуационных неоднородностях в неидеальных кристаллах. Киев, 1984, 288 c.
Силонов ВМ, Чубаров ВВ. Диффузное рассеяние рентгеновских лучей льдом вблизи точки плавления. Вестник Моск. Ун-та. Сер. Физика, Астрономия, 2011, 4:48-52.
Силонов ВМ, Чубаров ВВ. Прецизионная низкотемпературная приставка к рентгеновскому дифрактомеру для измерения диффузного рассеяния рентгеновских лучей льдом. Препринт №2. МГУ, Физический факультет. М., Изд.МГУ, 2013, 7 c.
Силонов ВМ, Чубаров ВВ. Аморфизация льда вблизи точки плавления. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2014, 5:1-5.

Полнотекстовая электронная версия статьи – на вебсайтах http://elibrary.ru и http://rensit.ru/vypuski/article/187/7(1)-55-67.pdf