Войти
Твердый водород - это твердое состояние элемента водород, достигаемое снижением температуры ниже точки плавления водорода 14,01 К (-259,14 ° C; -434,45 ° F). Впервые он был собран Джеймсом Дьюаром в 1899 году и опубликован под названием «Sur la solidification de l'hydrogène» (английский язык: О затвердевании водорода) в Annales de Chimie et al. de Physique, 7-я серия, т. 18 октября 1899 г. Твердый водород имеет плотность 0,086 г / см, что делает его одним из твердых тел с самой низкой плотностью.
При низких температурах и при давлениях примерно до 400 ГПа водород образует серию твердых фаз, образованных дискретными молекулами H 58 2 63. Фаза I возникает при низких температурах и давлениях и состоит из гексагонального плотноупакованного массива свободно вращающихся молекул H 2. При повышении давления при низкой температуре переход в фазу II происходит при давлении до 110 ГПа. Фаза II представляет собой структуру с нарушенной симметрией, в которой молекулы H 2 больше не могут свободно вращаться. Если давление дополнительно повышается при низкой температуре, фаза III встречается примерно при 160 ГПа. При повышении температуры переход в Фазу IV происходит при температуре в несколько сотен градусов Кельвина в диапазоне давлений выше 220 ГПа.
Идентификация атомных структур различных фаз молекулярного твердого водорода является чрезвычайно сложной задачей., поскольку атомы водорода очень слабо взаимодействуют с рентгеновскими лучами, и в ячейках с алмазными наковальнями можно получить только небольшие образцы твердого водорода, поэтому дифракция рентгеновских лучей дает очень ограниченную информацию о структурах. Тем не менее фазовые переходы можно обнаружить, наблюдая резкие изменения в спектрах комбинационного рассеяния образцов. Кроме того, атомные структуры могут быть выведены из комбинации экспериментальных спектров комбинационного рассеяния и моделирования из первых принципов. Теория функционала плотности Были использованы расчеты для поиска возможных атомных структур для каждой фазы. Эти кандидатные структуры имеют низкие свободные энергии и спектры комбинационного рассеяния, согласующиеся с экспериментальными спектрами. Методы квантового Монте-Карло вместе с первопринципной обработкой ангармонических колебательных эффектов затем были использованы для получения относительных свободных энергий Гиббса эти структуры и, следовательно, получить теоретическую фазовую диаграмму давление-температура, которая находится в разумном количественном согласии с экспериментом. На этом основании предполагается, что фаза II представляет собой молекулярную структуру с симметрией P2 1 / c; Фаза III представляет собой (или похожа на) структуру симметрии C2 / c, состоящую из плоских слоев молекул в искаженном гексагональном расположении; и Фаза IV представляет собой (или похожа на) структуру симметрии Pc, состоящую из чередующихся слоев прочно связанных молекул и слабо связанных графеноподобных листов.
