Fast väte
Fast väte är det fasta tillståndet för grundämnet väte , som uppnås genom att sänka temperaturen under vätets smältpunkt på 14,01 K (−259,14 °C; −434,45 °F). Den samlades in för första gången av James Dewar 1899 och publicerades med titeln "Sur la solidification de l'hydrogène" (engelska: On the solidification of hydrogen) i Annales de Chimie et de Physique, 7:e serien, vol. 18, okt. 1899. Fast väte har en densitet på 0,086 g/cm 3 vilket gör det till ett av de fasta ämnena med lägst densitet.
Molekylärt fast väte
Vid låga temperaturer och vid tryck upp till omkring 400 GPa bildar väte en serie fasta faser som bildas av diskreta H 2 -molekyler. Fas I inträffar vid låga temperaturer och tryck och består av en hexagonal tätpackad grupp av fritt roterande H 2 -molekyler. Vid ökning av trycket vid låg temperatur sker en övergång till Fas II vid upp till 110 GPa. Fas II är en struktur med bruten symmetri där H2- molekylerna inte längre kan rotera fritt. Om trycket ökas ytterligare vid låg temperatur, påträffas en fas III vid ca 160 GPa. Vid ökning av temperaturen sker en övergång till en fas IV vid en temperatur på några hundra kelvin vid ett tryckintervall över 220 GPa.
Att identifiera atomstrukturerna för de olika faserna av molekylärt fast väte är extremt utmanande, eftersom väteatomer interagerar med röntgenstrålar mycket svagt och endast små prover av fast väte kan uppnås i diamantstädceller, så att röntgendiffraktion ger mycket begränsad information om strukturerna. Ändå kan fasövergångar detekteras genom att leta efter plötsliga förändringar i Raman-spektra av prover. Dessutom kan atomstrukturer härledas från en kombination av experimentella Raman-spektra och modellering av första principer. Densitetsfunktionella teoriberäkningar har använts för att söka efter kandidatatomstrukturer för varje fas. Dessa kandidatstrukturer har låga fria energier och Raman-spektra i överensstämmelse med de experimentella spektra. Quantum Monte Carlo metoder tillsammans med en första principsbehandling av anharmoniska vibrationseffekter har sedan använts för att erhålla de relativa Gibbs fria energierna för dessa strukturer och därmed för att erhålla ett teoretiskt tryck-temperatur fasdiagram som är i rimlig kvantitativ överensstämmelse med experimentet. På grundval av detta antas fas II vara en molekylstruktur med P21 / c -symmetri ; Fas III är (eller liknar) en struktur med C2 / c -symmetri bestående av plana lager av molekyler i ett förvrängt hexagonalt arrangemang; och Fas IV är (eller liknar) en struktur av Pc- symmetri, bestående av omväxlande lager av starkt bundna molekyler och svagt bundna grafenliknande ark.
Se även
Vidare läsning
- Smältegenskaper och termofysiska bulkegenskaper hos fast väte ", Air Force Rocket Propulsion Laboratory , teknisk rapport, 1972
externa länkar
- " Egenskaper hos fast väte vid mycket låga temperaturer " (2001)
- " Fast väteexperiment för atomära drivmedel "