Ученые впервые показали, что калий может существовать одновременно в твердом и жидком состояниях — Naked Science
09.04.2019
7 минут
Редакция
134

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

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.

Позавчера, 12:17
23 минуты
Редакция

Возраст планеты, на которой мы живем, – примерно 4,54 миллиарда лет. И большую часть этого времени она была совершенно не похожа на ту Землю, которую мы знаем. Даже самые экзотические планеты за пределами Солнечной системы, возможно, не столь интересны, как наша родная в некоторые моменты ее истории. Наденем скафандр, сядем в машину времени – и представим себя инопланетными путешественниками, посетившими нашу систему в ее ранние времена.

6 часов назад
34 минуты
Александр Березин

SpaceX рассчитывает к 2050 году создать на Марсе колонию на миллион человек. Звучит абсурдно: осталось всего 30 лет, а до первого полета на Марс еще многие годы. Некоторые ученые, включая российских, считают планы Маска «фантазией» и «пропагандой». Тем не менее сама по себе постройка миллионной колонии на Красной планете вполне реальна. Разберемся, почему и отчего в это так трудно поверить остальному миру.

5 часов назад
1 минута
Илья Ведмеденко

В Соединенных Штатах провели церемонию спуска на воду USS Cooperstown (LCS 23) — корабля прибрежной зоны Littoral Combat Ship типа Freedom. В скором времени он пополнит состав ВМС США.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

17 января
7 минут
ТГУ

Старший научный сотрудник лаборатории «Гербарий» БИ ТГУ Вера Костикова совместно с новосибирскими коллегами выявила ценные лекарственные свойства у спиреи – кустарника, используемого в озеленении городов и дачных участков. Фитохимическое исследование показало, что растение обладает противовирусной и антиоксидантной активностью, что делает его перспективным для использования в медицине.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

7 января
44 минуты
Александр Березин

Вашингтон и Тегеран близки к войне как никогда за последние годы. Но, скорее всего, США не пойдут дальше ограниченных ударов. Слишком уж неприятные последствия имели предшествующие силовые операции Штатов в Иране. Попробуем разобраться, что именно их остановит на этот раз.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: