Kristal ais

The kristal ais Mereka sentiasa menjadi objek kajian oleh saintis memandangkan bentuknya yang pelik dan menarik. Jika kita melihatnya di bawah mikroskop, kita dapat melihat bahawa mereka mempunyai bentuk geometri yang menakjubkan dan sangat mengejutkan mengapa bentuk geometri ini dihasilkan secara semula jadi.

Dalam artikel ini kami akan memberitahu anda apakah kesimpulan pelbagai kajian yang berkaitan dengan kristal ais dan apa yang telah ditemui sehingga kini.

pembentukan hablur ais

Bentuk yang sangat simetri adalah disebabkan oleh pertumbuhan takungan, di mana air dimendapkan terus pada hablur ais dan menyejat. Bergantung pada suhu dan kelembapan persekitaran, hablur ais boleh terbentuk daripada prisma heksagon awal dalam banyak cara simetri. Bentuk kristal ais yang mungkin adalah berbentuk kolumnar, berbentuk jarum, berbentuk plat, dan dendritik. Jika kristal berhijrah ke kawasan dengan keadaan persekitaran yang berbeza, mod pertumbuhan mungkin berubah dan kristal akhir mungkin menunjukkan mod bercampur.

Hablur ais cenderung jatuh dengan paksi panjangnya dijajarkan secara mendatar, dan dengan itu boleh dilihat pada radar cuaca polarimetrik dengan nilai pantulan pembezaan yang dipertingkatkan (positif). Pemuatan kristal ais boleh menyebabkan penjajaran selain mendatar. Radar cuaca terpolarisasi juga boleh mengesan kristal ais yang dicas dengan baik. Suhu dan kelembapan menentukan banyak bentuk kristal yang berbeza. Kristal ais bertanggungjawab untuk beberapa manifestasi optik atmosfera.

Awan beku diperbuat daripada kristal ais, terutamanya awan cirrus dan kabus beku. Hablur ais di troposfera menyebabkan langit biru menjadi putih sedikit, yang boleh menjadi tanda hadapan (dan hujan) yang semakin dekat apabila udara lembap naik dan membeku menjadi hablur ais.

Pada suhu dan tekanan biasa, molekul air berbentuk V dan dua atom hidrogen terikat pada atom oksigen pada sudut 105°. Hablur ais biasa adalah simetri dan heksagon

Apabila dimampatkan di antara dua lapisan graphene, hablur ais segi empat sama terbentuk pada suhu bilik. Bahan tersebut adalah fasa kristal ais baharu yang bergabung dengan 17 ais lain. Penyelidikan itu menyusuli daripada penemuan awal bahawa wap air dan air cecair boleh melalui kepingan graphene oksida berlamina, tidak seperti molekul yang lebih kecil seperti helium. Kesan ini dianggap didorong oleh daya van der Waals, yang boleh melibatkan tekanan melebihi 10.000 atmosfera.

kajian tentang hablur ais

Simulasi yang dijalankan pada superkomputer MareNostrum di Barcelona oleh penyelidik dari CSIC dan Universiti Complutense Madrid telah mengesahkan bahawa kunci pertumbuhan aneh kristal ais terletak pada struktur permukaannya.

Permukaan ais boleh berada dalam tiga keadaan berbeza, dengan tahap gangguan yang berbeza-beza. Petikan dari satu ke yang lain mencipta perubahan mendadak dalam kadar pertumbuhan apabila suhu meningkat dan menerangkan cara yang berbeza (diratakan, heksagon, atau kedua-duanya) daripada hablur ais atau salji di atmosfera.

Kunci kepada perubahan dan pertumbuhan kristal khusus ini ialah struktur permukaannya. Kajian yang dijalankan oleh penyelidik Luis González MacDowell dari Universiti Complutense Madrid (UCM), Eva Noya dari Institut Kimia Fizikal Rocca Solano (IQFR) Pesuruhjaya Tinggi Penyelidikan Saintifik dan Pablo Llombart dari kedua-dua institusi menunjukkan perkara ini. . Artikel itu diterbitkan dalam jurnal Science Advances.

"Sebab perubahan ini menjadi misteri sehingga kini, " kata González MacDowell, mengingatkan bahawa penyelidik Jepun Ukichiro Nakaya menemui pada tahun 1930-an kristal ais terkecil, dipanggil habuk berlian, berbentuk seperti prisma heksagon. Prisma ini boleh rata, seperti lozenge, atau memanjang, seperti pensel atau prisma heksagon, dan boleh berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain pada suhu tertentu.

Simulasi

Para penyelidik memerhatikan bahawa pada suhu rendah, permukaan ais licin dan agak teratur. Apabila molekul wap berlanggar dengan permukaan, mereka tidak dapat mencari tempat untuk tergesa-gesa masuk dan cepat menyejat, yang menjadikan pertumbuhan kristal sangat perlahan.

Tetapi pada suhu yang lebih tinggi, permukaan ais menjadi lebih tidak teratur, dengan banyak langkah. Molekul wap boleh mencari tempatnya dengan mudah di tangga dan kristal berkembang dengan cepat.

"Kami memerhatikan bahawa perubahan ini tidak beransur-ansur, tetapi berlaku disebabkan oleh peralihan yang sangat spesifik yang dipanggil peralihan topologi. Tetapi apa yang menjadikan ais lebih luar biasa ialah secara tiba-tiba, apabila kulit luar kristal cair, permukaannya lebih licin dan berantakan lagi," kata Noah.

Apabila ia menjadi sangat licin semula, pertumbuhan kristal menjadi sangat perlahan pada bahagian kristal itu, tetapi tidak pada bahagian lain. Tiba-tiba ada yang tumbuh dengan cepat, yang lain tumbuh perlahan, dan bentuk kristal berubah, seperti yang diperhatikan oleh Nakatani dalam eksperimen lebih daripada 90 tahun yang lalu.

Simulasi dalam MareNostrum

Memandangkan ais merupakan bahan kompleks yang perlu dikaji menggunakan teknik eksperimen kerana penyejatannya yang cepat, simulasi telah dijalankan selama lapan bulan pada komputer terbesar di Sepanyol, MareNostrum (BSC-CNS).

“Kerja pengiraan telah membolehkan kami menentukan laluan setiap molekul air yang membentuk kristal; tetapi sudah tentu, untuk membentuk kristal kecil, kita memerlukan ratusan ribu molekul, jadi jumlah pengiraan yang diperlukan untuk melakukan kajian ini adalah sangat besar. kata Llombart Say.

González MacDowell membuat kesimpulan bahawa keputusan ini "sangat menarik, tetapi penyelidikan saintifik sentiasa perlu disahkan oleh pengiraan dan pengesahan baharu. Walaupun berhati-hati ini, kami gembira kerana usaha kami telah membuahkan hasil dalam bentuk hasil yang menarik, kerana ia memerlukan banyak percubaan yang tidak berjaya untuk mendapatkan pembiayaan.”

Di samping itu, ahli kimia mengingatkan bahawa kristal salji atmosfera memainkan peranan penting dalam pemanasan global: "Untuk memahami kesan terhadap perubahan iklim, kita perlu memahami bentuk dan kadar pertumbuhannya. Jadi pemahaman kami yang lebih baik membolehkan kami meletakkan satu lagi bahagian dalam teka-teki berjuta-juta dolar."

Saya berharap dengan maklumat ini anda boleh mengetahui lebih lanjut tentang kristal ais dan ciri-cirinya.