Superionisk vand (også kaldet superionisk is , eller Ice XVIII ) [1] er en fasetilstand af vand, der er stabil ved ekstremt høje temperaturer og tryk. Denne tilstand er en af de 19 kendte krystallinske faser af is .
I superionisk vand dissocierer vandmolekyler, oxygenioner krystalliserer til et regulært krystalgitter, hydrogenioner bliver mobile i forhold til oxygengitteret [2] .
Mobiliteten af hydrogenioner giver superionisk vand en høj elektrisk ledningsevne - næsten den samme som metallers , hvilket gør det til en superionisk fast elektrolyt. Superionisk vand er forskelligt fra hypotetisk ionisk vand, som er en flydende fase, der består af en uordnet blanding af brint- og oxygenioner.
I 2013 blev det foreslået, at superionisk is kunne have to krystalstrukturer. Det antages også, at ved tryk over 50 GPa vil superionisk is få en kropscentreret kubisk struktur . Ved tryk over 100 GPa forudsiges krystalstrukturen at forvandle sig til en mere stabil struktur med et fladecentreret kubisk gitter [3] .
Tætheden af superionisk is opnået i 2018-2019 viste sig at være næsten fire gange større end almindelig is [4] .
Den første forudsigelse af eksistensen af superionisk vand blev lavet af Pierfranco Demontis ved at modellere klassisk molekylær dynamik i 1988.
Eksistensen af superionisk vand har været spekuleret i årtier, men det var først i 1990'erne, at de første eksperimentelle beviser for dets dannelse dukkede op. Indledende data blev opnået ved optiske målinger af laseropvarmet vand i en diamantamboltcelle [5] og de optiske egenskaber af vand bestrålet med meget kraftige lasere [6] .
I 1999 foreslog Carlo Cavazzoni, at en lignende fasetilstand er mulig for ammoniak og vand under forhold svarende til dem på Uranus og Neptun. I 2005 ledede Lawrence Freed et hold ved Lawrence Livermore National Laboratory for at genskabe betingelserne for dannelsen af superionisk vand. Ved at komprimere vand mellem diamantambolte og overophede det med lasere, observerede de frekvensskift, der indikerer en faseovergang. Holdet skabte også computermodeller, der viser, at de faktisk havde skabt superionisk vand. I 2013 offentliggjorde Hugh F. Wilson, Michael L. Wong og Burkhard Militzer fra University of California i Berkeley et papir, der forudsagde FCC-strukturen af superionisk vand, der ville forekomme ved højere tryk.
Det første overbevisende eksperimentelle bevis for eksistensen af superionisk vand blev opnået af Marius Millot og kolleger ved Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) i 2018 ved at komprimere vand i en diamantamboltcelle og derefter bestråle det med en laserpuls [7] . I senere eksperimenter udført af det samme team af forskere, ved hjælp af røntgendiffraktionsanalyse af vanddråber udsat for en kraftig laserpuls, blev det fundet, at iltioner af superionisk vand krystalliserer i et ansigtscentreret kubisk gitter kaldet is XVIII. En artikel om dette blev publiceret i tidsskriftet Nature [8] .
En række forskere foreslår, at isgigantiske planeter som Uranus og Neptun kan indeholde superionisk vand i deres dybder [9] . Selvom der også er undersøgelser, der tyder på, at nogle andre kemiske grundstoffer, især kulstof, der findes i isgiganternes indre, kan udelukke dannelsen af superionisk vand [10] .
| Isfaser | ||
|---|---|---|
| Sne og is | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Sne | |||||
| Sne naturlige formationer | |||||
| Overførsel af sne | |||||
| Is | |||||
| Is naturlige formationer | |||||
| Isdække |
| ||||
| Videnskabelige discipliner | |||||