Ученые впервые показали, что калий может существовать одновременно в твердом и жидком состояниях — Naked Science
7 минут
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.
30 октября
4 минуты
Сергей Васильев

Астрономы сообщили об открытии OGLE-2016-BLG-1928 — самой маленькой из «планет-сирот», свободно летящих между звездами.

30 октября
6 минут
Василий Парфенов

Британский мультимиллионер и экоактивист Дэйл Винс (Dale Vince) объявил, что его предприятие готово производить экологически чистые алмазы. Необходимая для этого энергия поступает от «зеленых» электростанций, а сырье — прямо из воздуха.

30 октября
2 минуты
Илья Ведмеденко

Немецкое судостроительное предприятие Pella Sietas, принадлежащее российской «Пелле», заложило линейный дизель-электрический ледокол проекта 21900М2. Его будет эксплуатировать «Росморпорт».

27 октября
4 минуты
Денис Гордеев

Ученые пришли к выводу, что искусственные подсластители не могут быть здоровой заменой сладким напиткам.

26 октября
4 минуты
Денис Гордеев

Временные промежутки между посещениями дантиста могут составлять от трех месяцев до двух лет, в зависимости от индивидуальных факторов.

26 октября
8 минут
Василий Парфенов

Пусть романтика мирного атома с середины 1960-х поутихла, к идее использования ядерных реакторов в «гражданских» целях все равно возвращаются регулярно. Новый ядерный ракетный двигатель (ЯРД) позволит доставить человека на Марс гораздо быстрее, чем это возможно сейчас.

16 октября
6 минут
Денис Гордеев

Люди со второй и четвертой группами крови с большей вероятностью переболеют Covid-19 в тяжелой форме.

20 октября
4 минуты
Сергей Васильев

Глубоко в носоглотке ученые обнаружили новую — четвертую — пару крупных слюнных желез, о существовании которой ранее никто не подозревал.

1 октября
39 минут
Александр Березин

После советской эпохи атомные реакторы перестали запускать в космос, но сегодня все постепенно меняется. К атомной энергетике для марсианских колоний примеривается Илон Маск, проекты лунных АЭС прорабатываются в России — и все несмотря на то, что в космосе условия для солнечной энергетики лучше, чем на нашей планете. Что заставляет космическую отрасль все чаще думать об атомных реакторах? Как ни странно, дело в том, что и ядерная энергетика в космосе становится еще важнее, чем на Земле. Попробуем разобраться почему.

[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: