Superiontová voda (také nazývaná superionický led nebo Ice XVIII ) [1] je fázový stav vody, který je stabilní při extrémně vysokých teplotách a tlacích. Tento stav je jednou z 19 známých krystalických fází ledu .
V superiontové vodě se molekuly vody disociují, kyslíkové ionty krystalizují do pravidelné krystalové mřížky, vodíkové ionty se stávají mobilními vzhledem ke kyslíkové mřížce [2] .
Pohyblivost vodíkových iontů dává superiontové vodě vysokou elektrickou vodivost - téměř stejnou jako u kovů , což z ní dělá superionický pevný elektrolyt. Superiontová voda se liší od hypotetické iontové vody, což je kapalná fáze sestávající z neuspořádané směsi iontů vodíku a kyslíku.
V roce 2013 bylo navrženo, že superionický led by mohl mít dvě krystalové struktury. Předpokládá se také, že při tlacích nad 50 GPa získá superionický led krychlovou strukturu centrovanou na tělo . Při tlacích přesahujících 100 GPa se předpokládá, že se krystalová struktura přemění na stabilnější strukturu s plošně centrovanou kubickou mřížkou [3] .
Hustota superiontového ledu získaného v letech 2018–2019 se ukázala být téměř čtyřnásobná oproti obyčejnému ledu [4] .
První předpověď existence superiontové vody provedl Pierfranco Demontis modelováním klasické molekulární dynamiky v roce 1988.
O existenci superiontové vody se spekulovalo po celá desetiletí, ale až v 90. letech 20. století se objevily první experimentální důkazy jejího vzniku. Prvotní data byla získána optickým měřením laserem zahřáté vody v diamantové kovadlinové cele [5] a optických vlastností vody ozářené velmi výkonnými lasery [6] .
V roce 1999 Carlo Cavazzoni navrhl, že podobný fázový stav je možný pro amoniak a vodu za podmínek podobných těm na Uranu a Neptunu. V roce 2005 vedl Lawrence Freed tým v Lawrence Livermore National Laboratory s cílem znovu vytvořit podmínky pro tvorbu superiontové vody. Stlačováním vody mezi diamantovými kovadlinami a jejím přehříváním pomocí laserů pozorovali frekvenční posuny svědčící o fázovém přechodu. Tým také vytvořil počítačové modely ukazující, že skutečně vytvořili superionickou vodu. V roce 2013 Hugh F. Wilson, Michael L. Wong a Burkhard Militzer z Kalifornské univerzity v Berkeley publikovali práci předpovídající FCC strukturu superiontové vody, která by se vyskytovala při vyšších tlacích.
První přesvědčivé experimentální důkazy o existenci superiontové vody získali Marius Millot a kolegové z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) v roce 2018 tak, že stlačili vodu v diamantové kovadlinové cele a následně ji ozářili laserovým pulzem [7] . V pozdějších experimentech stejného týmu výzkumníků pomocí rentgenové difrakční analýzy vodních kapiček vystavených silnému laserovému pulsu bylo zjištěno, že kyslíkové ionty superionické vody krystalizují v kubické mřížce se středem obličeje zvané led XVIII. Článek o tom vyšel v časopise Nature [8] .
Řada výzkumníků naznačuje, že ledové obří planety jako Uran a Neptun mohou ve svých hloubkách obsahovat superiontovou vodu [9] . I když existují i studie, které naznačují, že některé další chemické prvky, zejména uhlík, přítomné v nitru ledových obrů, mohou vznik superiontové vody vyloučit [10] .
| Ledové fáze | ||
|---|---|---|
| Sníh a led | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Sníh | |||||
| Sněhové přírodní útvary | |||||
| Přenos sněhu | |||||
| Led | |||||
| Ledové přírodní útvary | |||||
| Ledová pokrývka |
| ||||
| Vědní obory | |||||