Вода в мире чудовищных давлений и температурВода в мире чудовищных давлений и температур Лёд под чудовищным давлением: путешествие по фазовой карте воды Когда мы говорим о воде, перед глазами встаёт капля на стекле, лёд в стакане или пар над чайником. Мы знаем её в жидком, твёрдом и газообразном виде. Но стоит заглянуть на фазовую диаграмму воды — карту её состояний при разных температурах и давлениях — как привычный образ разрушается. Вообразите фазовую диаграмму воды как карту горного массива. Где-то внизу, на мягких холмах этой карты, притаилась тройная точка воды — тихая равнина, где встречаются три ручья: лёд, жидкость и пар. Здесь царит привычный нам порядок: снег тает, вода испаряется, пар снова оседает инеем. Но если начать путь вверх, в сторону всё больших давлений и температур, рельеф становится суров. Один маршрут ведёт к металлоподобным вершинам льда — там, под давлением миллионов и миллиардов атмосфер, лёд уплотняется до предела. Его структура становится строгой, кристаллической, подобной решётке металла, и учёные действительно называют его металлоподобным. Этот лёд с римским номером X (и даже XI, XII в иных вариантах) не имеет ничего общего с привычной хрупкостью замёрзшей воды. Другой маршрут ведёт к плато сверхкритической воды — странного состояния, где нет больше различий между паром и жидкостью. Там, в этом мареве, молекулы воды носятся в беспорядочном танце, размывая границы между агрегатными состояниями. Это состояние уже не жидкость, но и не пар. Это особая форма воды, которая встречается в недрах Юпитера, Сатурна, в сердцах ледяных гигантов. Так и соседствуют на фазовой карте два титана — металлический лёд и сверхкритическая вода. Их граница — это тонкая линия плавления, та самая «седловина», где твёрдое и «жидко-газообразное» состояния существуют в зыбком равновесии. Можно ли представить, что начав путь с простой воды и льда в тройной точке, мы, увеличивая давление и температуру, словно в гигантском прессе планетарного масштаба, доберёмся до этого соседства? Да, можно. В этом нет абсурда. Напротив — такова логика самой природы, запечатлённая в фазовой диаграмме. Учёные воспроизводят эти адские условия в лабораториях: алмазные наковальни, ударные волны, лазеры — всё это позволяет заглянуть в глубины планет и эпох. Фазовая карта воды — это не просто график из учебника. Это карта удивительного мира, где капля воды способна стать металлом, а пар — жидкостью без границ. И мы можем путешествовать по этой карте силой воображения и разума. Пояснение к тексту: На фазовой диаграмме воды при очень высоких давлениях (10 в (11и12 степени) Паскаль) и температурах около 1000 градусов по Kельвину, действительно сверхкритическая вода граничит твердой фазой, с льдом X (обозначаемым римской цифрой X). Почему так получается? 1. Причина в природе льда при экстремальных давлениях 2. В этих условиях лед — это не привычный нам лёд Ih (гексагональный лед), а плотный кристалл, больше похожий на структуру металлов. 3. Почему возможна граница с сверхкритической водой 4. Фазовая граница в этом месте — это линия плавления металлического льда в месте контакта со сверхкритическая жидкостью. Лёд X и "Сверхкритическая жидкость" могут сосуществовать в равновесии при такой температуре и огромном давлении. 4. Почему это не кажется странным физикам 5. Вывод: Вода, привычная для нас, при давлениях в миллионы атмосфер и температуре 1000 K ведет себя совершенно иначе, чем в наших земных условиях. 6. Где хорошо об этом написано Water: A Comprehensive Treatise под редакцией F. Franks И ряде научных статей по физике высоких давлений (например, работы Bridgman, Hemley, Mao). Дополнительные сведения:
© Copyright: Борис Вугман, 2025.
Другие статьи в литературном дневнике:
|
