Ученые впервые показали, что калий может существовать одновременно в твердом и жидком состояниях — Naked Science
Редакция

Ученые впервые показали, что калий может существовать одновременно в твердом и жидком состояниях

Сотрудники Эдинбургского университета обнаружили, что калий может существовать в твердом и жидком состояниях одновременно: такого результата специалистам удалось добиться, воздействовав на вещество посредством экстремального давления и высокой температуры.

potassium-sample_1024
©Wikipedia

Известно, что материя способна принимать разные формы, и большинство из нас знакомы с основными тремя ее состояниями: твердым, жидким и газообразным. Теперь ученые впервые обнаружили, что материя может существовать одновременно в двух из этих состояний. В частности, при определенных условиях металл калий может быть твердым и жидким одновременно — такого состояния специалистам удалось добиться, воздействовав на вещество посредством экстремальных давления и температуры.

 

«Это все равно что держать губку, наполненную водой, которая начинает капать, за исключением того, что губка также состоит из воды», — комментирует открытие соавтор исследования, физик Андреас Херманн (Andreas Hermann) из Эдинбургского университета. Сама статья с результатами работы опубликована в журнале PNAS.

 

Необычное состояние калия может существовать в условиях, обнаруженных в мантии Земли, но элемент, как правило, не находится в чистом виде и связан с другим материалом.

 

Атомы калия под высоким давлением организуются в более сложную формацию / © Physical Review B

 

Калий — довольно простое вещество на микроскопическом уровне. Этот металл имеет чистую, несложную кристаллическую решетчатую структуру в своей твердой форме. Но в экстремальных условиях с простыми металлами могут происходить необычные вещи. Так, при давлении, в 20 тысяч раз превышающем давление на поверхности Земли, натрий превращался из серебристого вещества в прозрачный материал, который не проводил электричество, а скорее препятствовал его течению. Исследуя натрий с помощью рентгеновских лучей, ученые обнаружили, что его атомы приняли сложное кристаллическое образование вместо простого. В свою очередь, литий при высоком давлении и низкой температуре становится сверхпроводником. 

 

Предыдущие эксперименты с калием при высоком давлении показали, что его атомы организуются в более сложную формацию — пять цилиндрических трубок, организованных в крестообразной форме, с четырьмя длинными цепями на изгибах, — почти как два отдельных и не пересекающихся друг с другом материала.

 

По словам Херманна, каким-то образом эти атомы калия решили разделиться на две слабо связанные подрешетки. Когда же ученые значительно повысили температуру и взглянули на вещество с помощью рентгена, то обнаружили, что четыре цепочки исчезли. Исследователи назвали это «переходом плавления цепи», который, как считается, происходит при переходе цепей калия из упорядоченного в неупорядоченное состояние.

 

Чтобы попытаться выяснить, почему это происходит, специалисты использовали мощные компьютерные симуляции для наблюдения за поведением около 20 тысяч атомов калия в экстремальных условиях. Когда давление и температура достаточно высоки — около двух-четырех гигапаскалей, — атомы калия располагаются в виде взаимосвязанных цепочек и решеток. Химические взаимодействия между атомами решетки достаточно сильны, поэтому остаются упорядоченным твердым веществом при температуре от 400 до 800 кельвинов, однако вместе с тем цепочки тают в неупорядоченном жидком состоянии.

 

Команда ученых называет новое агрегатное состояние «фазой расплавленной цепи» и полагает, что она может существовать и в других материалах, включая натрий и висмут, при определенных условиях, которые, вероятно, отличаются от условий, необходимых для создания этого состояния у калия.

 

«Калий считается одним из самых простых металлов, которые мы знаем, но, если его сжать, он образует очень сложные структуры. Мы показали, что это необычное, но стабильное состояние — частично твердое и частично жидкое, — а воссоздание его в других материалах может получить самое широкое применение», — утверждает Херманн.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 14:06
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

Позавчера, 21:44
Василий Парфенов

Винтокрылый дрон Ingenuity продолжает демонстрировать свою исключительную пользу в качестве инструмента для изучения Марса. Он совершил уже десятый полет, преодолев в сумме 1838 метров, а также разогнался до рекордной скорости и поднялся на впечатляющую высоту.

Вчера, 15:26
Василий Парфенов

Компания Microsoft несколько лет назад намеревалась не изменять номер своей основной операционной системы для компьютеров — «десятка» должна была остаться с нами надолго. Однако очередное крупное обновление, по мнению маркетологов, очевидно, оказалось достойно новой цифры в названии ОС. Windows 11 принесет пользователям не только новые функции, улучшения безопасности и быстродействия, а также измененный дизайн, но и лишится некоторых привычных элементов. Хотя если кто-то и расстроится из-за этого, то скучать будет лишь по парочке из них.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

Позавчера, 09:28
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: