실험 중 예상치 못한 새로운 형태의 얼음 발견

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이번 연구는 과학자들이 물처럼 단순한 분자에 대해 아직도 얼마나 많은 것을 배워야 하는지를 보여줍니다.

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케네스 장

흔들고 식히지만 휘젓지는 않습니다. 보통의 얼어붙은 물은 뭔가 다른 것으로 변합니다. 독특한 특성을 지닌 분자들의 뒤죽박죽으로 만들어진 새로 발견된 형태의 얼음입니다.

영국 유니버시티 칼리지 런던(University College London)의 화학 교수이자 목요일 사이언스(Science) 저널에 얼음을 설명하는 논문의 저자인 크리스토프 잘츠만(Christoph Salzmann)은 "이것은 완전히 예상치 못한 일이며 매우 놀라운 일입니다."라고 말했습니다.

물은 수세기 동안 과학자들이 열심히 연구해 온 단순한 분자입니다. 두 개의 수소 원자가 중앙 산소 원자에서 104.5도 각도로 V자 모양으로 튀어나와 있습니다.

새로운 발견은 생명체가 존재할 수 없는 것으로 알려진 분자인 물이 아직 밝혀지지 않은 과학적 놀라움을 여전히 숨기고 있음을 다시 한 번 보여줍니다. 이 실험은 태양계의 다른 곳과 우주 전체에 존재할 수 있는 얼음의 형태를 밝히기 위해 비교적 간단하고 저렴한 장비를 사용했습니다.

일상생활에서 우리는 세 가지 형태의 물, 즉 증기와 같은 기체, 흐르는 액체 물, 단단하고 미끄러운 얼음을 접합니다. 우리 일상의 얼음은 육각형 패턴으로 늘어선 물 분자로 이루어져 있으며, 그 육각형 격자가 가지런히 쌓여 있습니다. 육각형 구조는 촘촘하게 채워져 있지 않기 때문에 얼음이 액체 물보다 밀도가 낮아서 뜨는 것입니다.

지구에서 일반적으로 발생하는 온도와 압력의 변화로 인해 물 분자는 다른 결정 구조로 밀려날 수 있습니다. 과학자들은 현재 20가지 결정 형태의 물에 대해 알고 있습니다. 지난해 20번째 형태의 얼음이 발견됐다.

또한 연구자들은 분자가 뒤죽박죽된 두 가지 유형의 얼음, 즉 비정질 물질을 기록했습니다. 비정질 얼음 중 하나는 물보다 밀도가 높기 때문에 고밀도 비정질 얼음으로 알려져 있습니다. 다른 하나는 물보다 밀도가 낮은 저밀도 비정질 얼음입니다. 비정질 얼음은 지구에서는 발견되지 않지만 우주 공간, 혜성, 성간 구름, 목성의 달인 유로파와 같은 얼음 세계에서 널리 퍼져 있을 수 있습니다.

액체이기도 하고 고체이기도 한 물도 있습니다. 2018년 과학자들은 고체이면서 액체인 '초이온수'의 생성을 발표했습니다.

Salzmann 박사와 그의 동료들은 얼음 목록에 추가할 생각이 없었습니다. 그 대신 그들은 매우 작은 얼음 결정을 연구하고 싶었습니다. 왜냐하면 어떤 것의 아주 작은 조각은 때때로 같은 물질의 더 큰 조각과 매우 다른 특성을 가지고 있기 때문입니다.

그래서 Salzmann 박사 연구 그룹의 박사후 연구원이자 과학 논문의 주요 저자인 Alexander Rosu-Finsen이 얼음을 부수기 시작했습니다. 얼음은 먼저 액체 질소에서 화씨 영하 320도까지 식힌 다음 강철 공과 함께 용기에 담았습니다. 그런 다음 기계는 여전히 초저온으로 냉각되어 있는 얼음과 강철 공을 초당 20회 앞뒤로 흔들어 얼음을 아주 작은 조각으로 분쇄합니다. 이 과정을 볼 밀링이라고 합니다.

하이테크 칵테일 셰이커라고 생각하세요.

Rosu-Finsen 박사는 그런 다음 용기를 열었습니다.

현재 Nature Reviews Chemistry 저널의 부편집장인 Rosu-Finsen 박사는 "보라, 전혀 예상치 못한 일이 일어났습니다."라고 말했습니다.

내부의 흰색 물질은 부서진 얼음의 모습과 비슷했지만 변형되었습니다.

이제 물질의 밀도가 더 높아졌고 결정 구조의 대부분이 파괴되어 비정질 물질이 생성되었습니다. 그러나 밀도는 이미 알려진 고밀도 및 저밀도 비정질 얼음과 일치하지 않았습니다. 흥미롭게도 그것은 그 사이에 속했습니다. 실제로 그것은 액체 물과 거의 정확히 같은 밀도였습니다. 지금까지 모든 고체 형태의 얼음은 결정질이든 비정질이든 액체 물보다 밀도가 훨씬 높거나 밀도가 낮았습니다.