Theo kiến thức hiện tại, chúng hoàn toàn không nên tồn tại. Chúng ta đang nói về hydrat clorua Caesium. Tuy nhiên, các nhà khoa học từ Viện Thiết bị của Viện Hàn lâm Khoa học, hợp tác với các chuyên gia từ Đại học Innsbruck, đã chứng minh sự tồn tại của chúng. Chìa khóa để chuẩn bị là một phương pháp đông lạnh đặc biệt.

Mỗi bông tuyết đều khác nhau - nhưng chúng có điểm chung. Tất cả đều có hình lục giác. Điều này là do trong tự nhiên, băng luôn có cấu trúc tinh thể này, cho dù nó được tìm thấy ở sông băng ở Nam Cực, một viên đá trong rượu whisky hay trên sân của sân khúc côn cầu. Nhưng điều này không áp dụng trong phòng thí nghiệm.

Các nhà khoa học đã có thể tạo ra rất nhiều loại băng: có khoảng hai chục dạng như vậy, và những dạng khác thậm chí không có cấu trúc nào cả, chúng được gọi là vô định hình. Nhưng chúng chỉ có thể tồn tại trong những điều kiện không tồn tại trên Trái đất: dưới nhiệt độ, áp suất cực cao hoặc trong thời gian đóng băng nhanh như chớp. Và bây giờ là điều quan trọng: mục đích của tất cả những điều này là gì?

Hợp chất "không tồn tại" trong dung dịch muối đông lạnh

Một trong những "băng kỳ lạ" này đã được các nhà khoa học từ Viện Thiết bị của Viện Hàn lâm Khoa học ở Brno nghiên cứu. Họ tập trung vào một tập hợp con của các loại băng vô định hình được mô tả ở trên, đồng thời quan tâm đến các loại nước mặn, được điều chế từ dung dịch chứa xêsi clorua.

Về bản chất, chúng không thể tồn tại được vì chúng được tạo ra bằng cách làm lạnh cực nhanh đến 196 độ dưới 0. Trên Trái đất, nhiệt độ thấp nhất tự nhiên đo được tại trạm Vostok "chỉ" 89,2 dưới 0. Một khả năng khác để hình thành lớp băng này là nén nó ở cùng nhiệt độ dưới áp suất 1,6 GPa - tức là khoảng 1/4 áp suất mà kim cương nhân tạo được hình thành.

Ľubica Vetráková, người tham gia thí nghiệm, giải thích: “Với việc làm lạnh như vậy, các tinh thể băng không hình thành trong nước và do đó nước vẫn đóng băng ở dạng hỗn loạn đặc trưng của chất lỏng. Khi băng vô định hình sau đó được làm nóng, các phân tử sắp xếp lại và chỉ sau đó mới hình thành các tinh thể băng nhỏ”.

Và chính trong lớp băng này, các nhà khoa học đã phát hiện ra các phân tử mà theo kết quả thực nghiệm và mô hình tính toán thì hoàn toàn không tồn tại. Xesi clorua là một trong những muối, do tính không ổn định của hydrat nên không tạo thành bất kỳ hydrat nào - nó không liên kết với nước.

Chưa hết, một nhóm các nhà khoa học từ Brno và Innsbruck đã phát hiện ra một số loại hydrat này trong loại băng được chế biến đặc biệt này. Điều này có thể thực hiện được nhờ sự kết hợp của một số phương pháp chụp ảnh tiên tiến do nhóm của Vilém Neděla từ Viện Công nghệ Thiết bị đo đạc nghĩ ra.

Ứng dụng trong sản xuất thuốc

Vetráková giải thích: "Trong quá trình đóng băng dung dịch nước, tất cả các chất hòa tan trong nước sẽ bị dịch chuyển vào khoảng trống giữa các tinh thể của băng hình thành. Có rất ít không gian trong không gian này, do đó các phân tử ở gần nhau hơn nhiều - nồng độ cục bộ của các chất tăng lên và các thông số môi trường như độ pH hoặc cường độ ion cũng thay đổi. Do đó, các phản ứng trong không gian hạn chế này thường diễn ra theo cách khác so với trong dung dịch lỏng".

Theo các tác giả, phương pháp này có thể được sử dụng để điều chế trong phòng thí nghiệm nhiều phân tử khác được coi là không ổn định và khó thu được bằng các phương pháp thông thường. Sự hình thành của băng vô định hình và sự kết tinh tiếp theo của nó ở nhiệt độ thấp có thể cung cấp cho các phân tử không ổn định những điều kiện thích hợp cho sự hình thành và tồn tại của chúng. Cách tiếp cận này có thể được áp dụng - và đây là điều quan trọng cho việc sử dụng thực tế trong tương lai - ví dụ như trong sản xuất một số loại thuốc.

Mặc dù băng vô định hình không được tìm thấy tự nhiên trên Trái đất nhưng nó lại phổ biến trong không gian. Ví dụ, sao chổi hoặc bụi liên sao có chứa nó. Khi sao chổi đến gần Mặt trời, băng vô định hình ấm lên một chút và quá trình kết tinh xảy ra ở nhiệt độ thấp, có thể tạo thành các chất có tính siêu bền cao và phát triển các loại phân tử mới mà khoa học chưa biết đến.

Vì vậy, việc điều chế các phân tử mới bằng phương pháp kết tinh băng vô định hình ở nhiệt độ thấp có thể là chìa khóa để hiểu rõ các phản ứng hóa học diễn ra như thế nào trong không gian. Và vì một số giả thuyết cho rằng sự sống trên Trái Đất là do các thiên thể mang đến nên rất có thể đáp án cho câu hỏi về nguồn gốc sự sống đang ẩn chứa trong lớp băng “vô lý” này.

QT (tổng hợp)