Amorf is

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 18. november 2020; checks kræver 4 redigeringer .

Amorf is  er vand i tilstanden af ​​et fast amorft stof, hvori vandmolekyler er tilfældigt arrangeret, ligesom atomer i almindeligt glas. Oftest i naturen er is i en polykrystallinsk tilstand. Amorf is er anderledes ved, at den mangler en lang rækkefølge af krystalstrukturen .

Amorf is opnås ved ekstrem hurtig afkøling af flydende vand (med en hastighed på ca. 1.000.000 K pr. sekund), således at molekylerne ikke når at danne et krystalgitter .

Ligesom der er mange krystallinske former for is (på nuværende tidspunkt kendes atten modifikationer ), er der også forskellige former for amorf is, der hovedsageligt adskiller sig i tæthed .

Måder at opnå

Næsten ethvert krystallinsk stof kan overføres fra smelten til en metastabil amorf tilstand ved hurtig afkøling. Derfor er nøglen til at opnå amorf is afkølingshastigheden. Flydende vand skal afkøles til dets glasovergangstemperatur (ca. 136 K eller -137 °C) inden for et par millisekunder for at undgå spontan krystalkernedannelse.

Tryk er en anden vigtig faktor for at opnå amorf is. Ved at ændre trykket er det desuden muligt at forvandle en type amorf is til en anden.

Særlige kemikalier kan tilsættes til vand - kryobeskyttelsesmidler , som sænker dets frysepunkt og øger dets viskositet, hvilket forhindrer dannelsen af ​​krystaller. Glasovergang uden tilsætning af kryobeskyttelsesmidler opnås med meget hurtig afkøling. Disse metoder bruges i biologi til kryokonservering af celler og væv.

Varianter af amorf is

Amorf is findes i tre hovedformer: amorf is med lav densitet (LDA eller LDA), som dannes ved eller under atmosfærisk tryk, amorf is med høj densitet (HDA eller HDA) og amorf is med meget høj tæthed (ALOD eller VHDA).

Amorf is med lav tæthed

Når vanddamp blev aflejret på en kobberplade afkølet under 163 K, blev der for første gang opnået amorf is med en densitet på 0,93 g/cm³, også kendt som amorft fast vand, eller glasagtigt vand. Nu i laboratorier opnås ALNP ved samme metode ved temperaturer under 120 K. Naturligvis dannes sådan is i rummet på lignende måde på forskellige kolde overflader, for eksempel støvpartikler. Det antages, at denne is er ret almindelig for sammensætningen af ​​kometer og findes på de ydre planeter . [en]

Hvis du ændrer substrattemperaturen og aflejringshastigheden, kan du få is med en anden tæthed. Så ved 77 K og en aflejringshastighed på 10 mg i timen opnås is med en densitet på 0,94 g/cm³, og ved 10 K og en hastighed på 4 mg i timen, 1,1 g/cm³, og dens struktur, selvom blottet for langrækkende orden, viser sig at være meget vanskeligere end tidligere amorf is. Det er stadig ikke klart, om den samme modifikation af amorf is (med en densitet på 0,94 g/cm³) dannes under opvarmning af HDL og under aflejring fra damp, eller om de er forskellige.

Amorf is med høj tæthed

Amorf is med høj tæthed kan opnås ved at presse is I h ved temperaturer under ~140 K. Ved en temperatur på 77 K dannes HDL af almindelig naturis I h ved tryk på omkring 1,6 GPa [2] , og fra LDLP kl. tryk på omkring 0,5 GPa [3] . Ved en temperatur på 77 K og et tryk på 1 GPa er HDL-densiteten 1,3 g/cm³. Hvis trykket falder til atmosfærisk tryk, vil HDL-densiteten falde fra 1,3 g/cm³ til 1,17 g/cm³ [2] , men ved en temperatur på 77 K forbliver den i vilkårligt lang tid.

Hvis isen med høj densitet opvarmes ved normalt tryk, vil den ikke blive til den oprindelige is I h , men i stedet blive endnu en modifikation af amorf is, denne gang med en lav densitet, 0,94 g/cm³. Denne is vil ved yderligere opvarmning i området omkring 150 K krystallisere, men igen ikke til den oprindelige is I h , men vil påtage sig det kubiske system af is I c .

Amorf is med meget høj tæthed

HDL blev opdaget i 1996, da det blev opdaget, at hvis HDL opvarmes til 160 K ved et tryk i området fra 1 til 2 GPa, så bliver det tættere, og ved atmosfærisk tryk er dens massefylde 1,26 g/cm³ [4] [ 5] .

Nogle funktioner

Ansøgning

Amorf is bruges i nogle videnskabelige eksperimenter, især elektronkryomikroskopi , som gør det muligt at studere biologiske molekyler i en tilstand, der er tæt på deres naturlige tilstand i flydende vand [6] . biogene prøver, der indeholder vand, forglasses med kryogene væsker såsom flydende nitrogen eller flydende helium. Således kan den naturlige struktur af prøverne bevares uden at blive ændret af iskrystaller.

Links

Noter

  1. ↑ Estimering af vand-glas overgangstemperatur baseret på hyperquenched glasagtigt vand eksperimenter Arkiveret 24. juli 2008 på Wayback Machine of Science (registrering påkrævet).
  2. ↑ 1 2 O. Mishima og L. D. Calvert og E. Whalley, Nature 310, 393 (1984)
  3. ↑ O. Mishima, L. D. Calvert og E. Whalley, Nature 314, 76 (1985).
  4. ↑ O. Mishima, Nature, 384, 6069, s. 546-549 (1996).
  5. ↑ Loerting, T., Salzmann, C., Kohl, I., Mayer, E., Hallbrucker, A., En anden distinkt strukturel tilstand af HDA ved 77 K og 1 bar, PhysChemChemPhys 3:5355-5357. (2001).
  6. ↑ Dubochet, J., M. Adrian, JJ Chang, JC Homo, J. Lepault, A.W. McDowell og P. Schultz. Kryo-elektronmikroskopi af glaserede prøver. Q. Rev. Biofys. 21:129-228. (1988).
 Isfaser