Det amerikanske forskningssenteret Sandia har en maskin som kan trykke presse vann så hardt sammen at det blir til varm is på mindre enn et mikrosekund.  (Foto: Sandia)
Det amerikanske forskningssenteret Sandia har en maskin som kan trykke presse vann så hardt sammen at det blir til varm is på mindre enn et mikrosekund. (Foto: Sandia)

Spør en forsker: Hvor mye kan vann presses sammen?

Hva skjer hvis man presser sammen vann ved romtemperatur? Blir det før eller senere til et fast stoff?

Publisert

Fakta

Det er ikke helt vanlig is som dannes ved veldig høyt trykk. Molekylene kan være arrangert på ulike måter. Det finnes noe i retning av 17 forskjellige krystallformer av is.

Vanlig is kalles Ih, men ved romtemperatur og enormt trykk blir det type VI.

Det finnes trolig en rekke typer iskrystaller som ikke er oppdaget ennå. Senest ble is XVI beskrevet i tidsskriftet Nature i desember 2014.

Det er vanskelig å komprimere vann. Men hva skjer hvis man prøver likevel?

Det lurer Christian og Annelise Wejdemann på: «Hvis man øker trykket på vann ved romtemperatur? Blir det til et fast stoff?»

Professor Søren Rud Keiding fra institutt for kjemi ved Aarhus Universitet er ekspert på vann.

– Det er veldig vanskelig å presse sammen vann. Ved romtemperatur må vi opp til en milliard pascal før det begynner å skjer noe. Vi må altså trykke 10 000 ganger hardere enn luften presser før vannet til is, forteller han.

100 kilometer vann

Kjemikere og fysikere har undersøkt vann ved mange forskjellige trykk og temperaturer. Man kan få oversikt over de ulike tilstandene på et såkalt fasediagram. Her kan man se at vann er is ved lave temperaturer og ved høyt trykk (blått), damp ved høye temperaturer (gul) og ellers flytende (grønt). Is finnes i forskjellige varianter (angitt med romertall).  (Foto: (Illustrasjon: Cmglee))
Kjemikere og fysikere har undersøkt vann ved mange forskjellige trykk og temperaturer. Man kan få oversikt over de ulike tilstandene på et såkalt fasediagram. Her kan man se at vann er is ved lave temperaturer og ved høyt trykk (blått), damp ved høye temperaturer (gul) og ellers flytende (grønt). Is finnes i forskjellige varianter (angitt med romertall). (Foto: (Illustrasjon: Cmglee))

Hvis man utsetter vann for et stadig høyere trykk, blir det til slutt til et fast stoff, altså is. Man kan godt ha varm is, bare trykket er høyt nok.

Men det skal veldig mye til. En milliard pascal er som vekten av ti tonn på et lite frimerke. Det er som trykket på bunnen av et 100 kilometer dypt hav. Så dype hav finnes ikke på jorden.

På bunnen av Marianergraven i Stillehavet, 11 kilometer nede, er trykket på 1000 atmosfærer. Her har vannet om lag fem prosent mindre volum.

– Vannmolekylene holdes sammen av hydrogenbindinger. De holder vannmolekylene sammen, men sørger også for at molekylene holder en viss avstand. Derfor er det vanskelig å klemme flere vannmolekyler sammen på et lite område, sier Keiding.

Is blir til metall

På dette utsnittet av fasediagrammet kan man det kreves et trykk på om lag 900 millioner pascal for å forvandle flytende vann til is ved 20 grader celsius.  (Foto: (Illustrasjon: M. Chaplin))
På dette utsnittet av fasediagrammet kan man det kreves et trykk på om lag 900 millioner pascal for å forvandle flytende vann til is ved 20 grader celsius. (Foto: (Illustrasjon: M. Chaplin))

Hvis man fortsetter å øke trykket, slutter vannet faktisk å være vann. Da bli isen til et metall. Det vil si at isen kan lede elektrisk strøm. Kanskje blir det en superleder, et metall som kan lede strøm helt uten motstand, forteller Keiding.

– Hvis man fortsetter å øke trykket, vil atomkjernene til slutt komme så tett på hverandre at kjernepartiklene – nøytroner og protoner – enten smelter sammen eller slynges vekk fra hverandre med voldsom kraft. Da er det ikke lenger vann, men det vil minne mer om det indre av en nøytronstjerne.

En nøytronstjerne er restene av en stor stjerne som har brukt opp drivstoffet sitt og falt sammen. Det er en uhyre kompakt kjerne med en diameter på bare 20 kilometer – det kan minne om en gigantisk atomkjerne.

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.