Is och diamanter – komplicerat vatten


Det har skrivits mycket i dagarna om att forskare lyckats hitta is, inbäddat i diamanter, som “inte troddes existera på jorden”. Det är resultat som presenteras i en artikel i senaste numret av Science1 där man med hjälp av röntgendiffraktion lyckats hitta kristaller av is-VII (utläses is-sju) inneslutna i diamanter.

Fasdiagram över vatten.
Bild från Martin Chaplin. På hans sida finns oändligt mycket information om vatten och is.

Det är inte första gången is hittas i diamanter. Man har tidigare lyckat hitta kristaller av is-VI, som bildas vid lägre tryck, men is-VII har inte setts tidigare. Vilket väl leder till frågan, hur många former av is finns det egentligen?

Martin Chaplin, pensionerad kemiprofessor, har en sida där han beskriver vattens struktur. Han skriver att vi känner till minst 15 kristallina former av vattenis och fyra amorfa2 former. I diagrammet till höger, ett så kallat fasdiagram, ser vi att det finns två former av is vid lågt tryck, is-Ih, som står för hexagonal is, och is-XI. Ih är “vanlig” is; den vi åker skridskor på (eller i mitt fall – försöker åka på), och den som faller som snö. Is-Ih har som sagt hexagonal, eller sexhörnig, struktur, där syreatomerna sitter som i hörnen på en hexagon. Det är den här kristallstrukturen som gör att snöstjärnor har sex armar, eller hörn.

Is-XI är en ganska ny form av is som bara kan tillverkas i labb under mycket speciella förhållanden.

Om man ökar trycket, rejält(!), kan man börja se andra former av is: is-II, is-III, is-V, is-VI, is-VIII, is-VII, is-X… en herrans massa former.3 En del av de här formerna av is kan bara framställas i labb, medan t.ex. is-VI och -VII kan finnas djupt inne i Jupiters och Saturnus ismånar. Det var därför så förvånande att man lyckades hitta dessa isformer infrusna i diamanter. Hemläxa: Titta på fasdiagrammet till höger och fundera på hur det kan gått till.

Jag tycker det är fascinerande att vatten, som är en så enkel molekyl, är så komplicerat. Inte bara vatten-is uppför sig ovanligt. Flytande vatten har en lång rad ovanliga beteenden. Martin Chaplin har en lista på sin sida över 74 egenskaper hos vatten som skiljer sig från vad som förväntas av en “vanlig” vätska – och några av dem har varit en förutsättning för liv på jorden.

Eftersom vatten finns överallt tänker vi ofta på det som en “typisk” vätska, men som tur är är det istället en mycket ovanlig vätska.

  1. Ice-VII inclusions in diamonds: Evidence for aqueous fluid in Earth’s deep mantle, O. Tschauner et al. Science 359, sid 1136-1139(Sci-hub)
  2. I ett amorft ämne är atomerna (eller molekylerna) placerade huller om buller, utan att vara bundna i en kristallstruktur. Glas är ett typiskt amorft ämne.
  3. Notera att is-IV saknas i listan – det är en metastabil form av is som snabbt omvandlas till is-III, -V eller -VI.

Leave a comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *