EXTREEM HOGE DRUK ONTHULT NEGENDE BESTAANSVORM IJS

Amerikaanse onderzoekers hebben een nieuwe fase van ijs ontdekt. Tot nu toe waren er acht vormen bevroren water bekend: ijs-I t/m ijs-VIII. Het gaat om nu een anisotrope variant met beperkte orde die optreedt bij hoge druk (Science, 7 augustus).

Het nieuwe ijs werd gecreëerd in een hoge-druk-diamantcel, bij drukken tussen de 700 en 1200 megapascal. Ter vergelijking: de luchtdruk bedraagt onder normale omstandigheden circa 0,1 megapascal. Door de druk en de temperatuur te variëren, kwamen de kristallen van de stabiele fasen ijs-V en ijs-VI in beeld, daarnaast de metastabiele fase ijs IV en ten slotte de nieuwe fase. Bij temperaturen tussen de -10 en +50 graden Celsius werden kristalgroei en smeltgedrag geobserveerd, en werd het Raman-lichtspectrum bekeken. Het laatste geeft informatie over de moleculaire structuur.

De meetcel bestond uit een gat van 0,5 mm diameter in een 0,125 mm dunne plaat, ingeklemd tussen twee stukken diamant. Gevuld met een druppel destilleerd en gedeïoniseerd water, en daarna verzegeld, blijft het volume constant: de temperatuurvariatie is in dit opzicht voldoende klein. Doorgaans bevroor het water bij -40 graden Celsius en 600 à 800 megapascal. De dichtheid lag tussen 1203 en 1257 kg/m.

Onder deze omstandigheden werd het smeltgedrag van drie soorten ijs waargenomen: ijs-V, ijs-VI en een variant die de onderzoekers niet konden thuisbrengen. In deze nieuwe vorm, zo bleek uit het groeipatroon en de Ramanspectra, liggen de moleculen vrij ongeordend. De dichtheid is volgens de onderzoekers gelijk aan die van ijs-VI, wat duidt op een verwantschap.