Természet Világa, 2011 (142. évfolyam, 1-12. szám)
2011 / II. Különszám
VÍZEN, VÍZBEN, VÍZ ALATT, VÍZ FÖLÖTT rán H-val jelölt pont nyomásán és hőmérsékleten (610 Pa és 0,01 °C) a folyadék, gáz és szilárd halmazállapotú forma egyszerre lehet jelen. A hármasponti nyomásnál kisebb nyomásokon az anyagok szublimálnak. Egy másik nevezetes pontot K betű jelöl a 4. ábrán, ez a kritikus pont (21,8 MPa és 374 °C). A kritikus hőmérsékletnél nagyobb hőmérsékleten nincs különbség folyadék és gőz között, így folyadékról csak a hármasponti nyomásnál nagyobb nyomásokon és a kritikus hőmérséklet alatt van értelme beszélni. Egy tiszta anyagnak gázhalmazállapota csak egyféle lehet, és említésre sem érdemesen ritka kivételektől eltekintve folyadékfázisa sem lehet több, így hármaspontja és kritikus pontja minden anyagnak van, csak éppen más-más hőmérsékleten és nyomáson. A folyékony vízzel kapcsolatban mind a mai napig gyakran emlegetett tudományos tévedés történt: az 1960-as évek második felében többen azt vélték kimutatni, hogy igen keskeny kapillárisokban egy polivíznek nevezett, második folyékony módosulat létezik, amelynek légköri nyomáson mért fagyáspontja -40 °C, forráspontja 150 °C, sűrűsége pedig 1,2 g/cm 3 körül van. Később igazolták, hogy nehezen eltávolítható szennyeződések tévesztettek meg sok-sok kísérletezőt, polivíz pedig nem is létezik. Rokonon biztosan azt mondaná erre a történetre: foma. Azt azonban már láttuk, hogy a szilárd állapotok különbözőek is lehetnek más és más kristályrácsokban. A jég esetében is elég sok szilárd forma van: a 4. ábrán a folyadék és gőz kivételével az összes többi terület különböző szerkezetű szilárd fázisokat (vagyis jeget) jelöl, így további hármaspontok is vannak a fázisdiagramon: ezek olyan hőmérsékletet és nyomást jeleznek, ahol szintén három fázis létezhet egyszerre, de ezek egyike sem gázfázis. A jég különböző módosulatait római számokkal jelzik, ezeket mutatja be az 1. táblázat. A szokásos, mindennapokban is előforduló jeget az ábrán a jég-I jelöli. Ennek is két változata van, az Ih (hexagonális) és Ic (köbös). Légköri nyomáson még egy jégváltozat fordulhat elő nagyon alacsony hőmérsékleteken, a jég-XI. Érdekes módon a mindeddig elért legnagyobb nyomásokon is ez a forma stabil. Közepes és nagy nyomásokon a jég más kristály szerkezetű formái is ismeretesek. A különböző rácstípusok egymásba alakulásának vagy megolvadásának körülményeit ugyanúgy lehet leolvasni az ábráról, mint a víz forráspontját különböző nyomásokon. Nagyjából 200 MPa nyomáson a víz fagyáspontja -20 °C alá süllyed, de itt már a jég-III, és nem a jég-I a stabil rácstípus. Egészen nagy nyomásokon (1010 MPa) a jég-VII olvadáspontja már elérheti a víz kritikus hőmérsékletét is. A fázisdiagramot szemlélve feltűnhet, hogy jég-IV egyáltalán nem található rajta. Az 1. táblázatban szereplő változatok közül a Xll-től nagyobb sorszámúak is hiányoznak a 4. ábráról. Ez nem tévedés: a jég-IV és a többi ilyen módosulat előállítható ugyan, de nincsenek olyan nyomások és hőmérsékletek, ahol ezek a rácsszerkezetek lennének a jég legstabilabb módosulatai: a jég-IV például a körülményektől függően lassan jég-III-má, jég-V-té vagy jég- VI-tá alakul át. Néhány módosulatot nem is olyan régen fedeztek fel: a jég-XII-t 1996-ban, a jég-XIII-at ésXIV-et 2006- ban, a jég XV-öt pedig 2009-ben. Azt is néhány éve tudták meg a csillagászok, hogy a GJ436-OS jelzésű, a Naptól kb. 30 fényévre található csillag körül keringő óriásbolygón elég sok víz van. Az ott uralkodó körülmények miatt ez minden bizonynyal jég-VII és jég-X formájában van jelen. Az 1. táblázat első három sorában amorf jégváltozatok szerepelnek. Ezek látszólag szilárd anyagok, de nincsen kristályszerkezetük, bennük a molekulák véletlen összevisszaságban fordulnak elő, vagyis az üveg felépítésére emlékeztetnek. Az ilyen típusú anyagok inkább a folyadékokkal rokoníthatók, csak éppen kivárhatatlanul lassan folynak. Ami pedig a Macskabölcsőt illeti: ha jégkilencről nem is, de a jég-IX létezéséről valóban tudunk. Azonban ennek tulajdonságai korántsem egyeznek meg a Kurt Vonnegut által elképzeltekkel. A fázisdiagramból láthatóan a jég-IX csak elég nagy nyomásokon (-100 MPa) létezik, és nem is határos a folyadékfázissal. Tehát jég-IX-et melegítve először a jég más szerkezetű, de még mindig szilárd módosulatai keletkeznek (jég-II és jég-III), és csak utána olvad meg. Ha fel is fedezi valaki valamikor a szuperjeget, az nagyobb sorszámot fog kapni a fázisdiagramon. Nem Kurt Vonnegut az egyetlen író, aki regényében a cég különleges változatait is megemlíti. 2009-ben jelent meg Lincoln Child amerikai író magyarul még kiadatlan Terminal Freeze (Halálos fagy) című regénye. Ez sarki területeken játszódik, s benne az akkoriban felfedezett jég-XV-ről is szó esik. És hogy hogyan lehet természetes földi körülmények között elképzelni egy olyan anyagot, amelyet kémiai laboratóriumban is csak a XXI. században sikerült előállítani? Erről a kérdésről alighanem még maga Bokonon is hallgatna. 4 96 VÍZBEN, borban kémia