Es IV adalah fase es bertekanan tinggi yang metastabil. Itu terbentuk ketika air cair dikompresi dengan kekuatan yang sangat besar.
Persiapan
Beberapa reagen nukleasi organik telah diusulkan untuk mengkristalkan es IV secara selektif dari air cair,[1] tetapi bahkan dengan reagen semacam itu, kristalisasi es IV dari air cair sangat sulit dan tampaknya merupakan peristiwa acak.
Pada tahun 2001, Salzmann dan rekan kerjanya melaporkan metode yang benar-benar baru untuk menyiapkan es IV secara berulang;[2] ketika es amorf berdensitas tinggi (high-density amorphous ice, HDA) dipanaskan pada laju 0,4 K/menit dan tekanan 0,81 GPa, es IV mengkristal pada suhu sekitar 165 K. Yang mengatur produk kristalisasi adalah laju pemanasan; pemanasan cepat (lebih dari 10 K/menit) menghasilkan pembentukan fase tunggal es XII.
Struktur kristal
Struktur kristal es IV dijelaskan oleh Engelhardt dan Kamb pada tahun 1981 dengan difraksi sinar-X kristal tunggal bersuhu rendah.[3] Strukturnya dijelaskan oleh sel satuan rombohedral dengan grup ruang R-3c. Geometri hidrogen telah diperkirakan tak teratur sama sekali karena spektrum IR[4] dan Raman[5] hanya terdiri dari puncak yang luas, dan sifat tak teratur dikonfirmasi oleh studi difraksi serbuk neutron oleh Lobban (1998)[6] dan Klotz dkk. (2003).[7] Selain itu, perbedaan entropi antara es VI (fase tak teratu) dan es IV sangatlah kecil menurut pengukuran Bridgman.[8]
Keruntuhan Engelhardt−Kamb(EKC)
Pada tahun 1981, Engelhardt dan Kamb menyebutkan dalam makalah bahwa struktur es IV dapat diturunkan dari struktur es Ic dengan memotong dan membentuk beberapa ikatan hidrogen dan menambahkan distorsi struktural halus. Shephard dkk.[9] memampatkan fase ambien NH4F, bahan isostruktur es, untuk mendapatkan NH4F II, yang jaringan ikatan hidrogennya mirip dengan es IV. Karena kompresi es Ih menghasilkan pembentukan es amorf berdensitas tinggi (HDA), bukan es IV, mereka mengklaim bahwa konversi es I yang diinduksi kompresi menjadi es IV adalah penting, menamainya "keruntuhan Engelhardt−Kamb" (Engelhardt−Kamb collapse, EKC). Mereka berpendapat bahwa alasan mengapa kita tidak dapat memperoleh es IV langsung dari es Ih adalah karena es Ih tak teratur dengan hidrogen; jika atom oksigen disusun dalam struktur es IV, ikatan hidrogen mungkin tidak terbentuk karena ketidakcocokan donor-akseptor.
Pencarian pasangan es IV yang teratur dengan hidrogen
Seperti yang telah dibahas di atas, es IV adalah fase yang tak teratur dengan hidrogen. Bagaimanpun, pasangannya yang teratur belum pernah dilaporkan. Salzmann dkk. (2011)[10] melaporkan termogram DSC dari es IV yang didoping HCl menemukan fitur endotermik pada suhu sekitar 120 K. Sepuluh tahun kemudian, Rosu-Finsen dan Salzmann (2021)[11] melaporkan data DSC yang lebih rinci di mana fitur endotermik menjadi lebih besar karena sampel dipadamkan kembali pada tekanan yang lebih tinggi. Mereka mengusulkan tiga skenario untuk menjelaskan hasil eksperimen: keteraturan dengan hidrogen yang lemah, transisi kaca orientasional, dan distorsi mekanis.
Referensi
- ↑ Evans, L. F. (1967), "Selective Nucleation of the High‐Pressure Ices", Journal of Applied Physics, 38 (12), AIP Publishing: 4930–4932, doi:10.1063/1.1709255
- ↑ Salzmann, C. G., Loerting, T., Kohl, I., Mayer, E., Hallbrucker, A. (2002), "Pure Ice IV from High-Density Amorphous Ice", The Journal of Physical Chemistry B, 106 (22), American Chemical Society (ACS): 5587–5590, doi:10.1021/jp014391v
- ↑ Engelhardt, H., Kamb, B. (1981), "Structure of ice IV, a metastable high‐pressure phase", The Journal of Chemical Physics, 75 (12), AIP Publishing: 5887–5899, doi:10.1063/1.442040
- ↑ Engelhardt, H., Whalley, E. (1979), "The infrared spectrum of ice IV in the range 4000–400 cm−1", The Journal of Chemical Physics, 71 (10), AIP Publishing: 4050–4051, doi:10.1063/1.438173
- ↑ Salzmann, C. G., Kohl, I., Loerting, T., Mayer, E., Hallbrucker, A. (2003), "Raman Spectroscopic Study on Hydrogen Bonding in Recovered Ice IV", The Journal of Physical Chemistry B, 107 (12), American Chemical Society (ACS): 2802–2807, doi:10.1021/jp021534k
- ↑ Colin Lobban (1998), Neutron diffraction studies of ices, University College London, ProQuest 1752797359
- ↑ Klotz, S., Hamel, G., Loveday, J. S., Nelmes, R. J., Guthrie, M. (2003), "Recrystallisation of HDA ice under pressure by in-situ neutron diffraction to 3.9 GPa", Zeitschrift für Kristallographie - Crystalline Materials, 218 (2), Walter de Gruyter GmbH: 117–122, doi:10.1524/zkri.218.2.117.20669, S2CID 96109290
- ↑ Bridgman, P. W. (1935), "The Pressure‐Volume‐Temperature Relations of the Liquid, and the Phase Diagram of Heavy Water", The Journal of Chemical Physics, 3 (10), AIP Publishing: 597–605, doi:10.1063/1.1749561
- ↑ Shephard, J. J., Ling, S., Sosso, G. C., Michaelides, A., Slater, B., Salzmann, C. G. (2017), "Is High-Density Amorphous Ice Simply a "Derailed" State along the Ice I to Ice IV Pathway?", The Journal of Physical Chemistry Letters, 8 (7), American Chemical Society (ACS): 1645–1650, doi:10.1021/acs.jpclett.7b00492, PMID 28323429, S2CID 13662778
- ↑ Salzmann, CG; Radaelli, PG; Slater, B; Finney, JL (2011), "The polymorphism of ice: five unresolved questions.", Phys Chem Chem Phys, 13 (41): 18468–80, doi:10.1039/c1cp21712g, PMID 21946782
- ↑ Rosu-Finsen, A., Salzmann, C. G. (2022), "Is pressure the key to hydrogen ordering ice IV?", Chemical Physics Letters, 789, Elsevier BV: 139325, doi:10.1016/j.cplett.2021.139325, S2CID 245597764
{{citation}}: Pemeliharaan CS1: nomor artikel sebagai nomor halaman (link)
| Jenis kristal | .jpg) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Pembentukan dan fenomena |
| ||||
| Kegiatan yang berhubungan dengan es |
| ||||
| Konstruksi | |||||
| Alat dan pekerjaan | |||||
| Kegunaan lain | |||||
| Zaman es | |||||
