Термодесорбционное и ИК спектрометрическое исследование полиаморфных и полиморфных превращений в криовакуумных конденсатах воды

Abstract

Одновременно проведены термодесорбционное и ИК спектрометрическое исследования термостимулированных превращений в тонких пленках криовакуумных конденсатов воды. Показано, что в интервале температур 12–36 К существует область высокоплотной формы аморфных льдов. Переход аморфного высокой плотности льда в низкоплотное аморфное состояние начинается при Т 39 К и завершается в интервале температур 60–70 К. Этот процесс сопровождается образованием пор и достигает своей максимальной интенсивности при Т 42 К. Определена температура перехода от стеклообразного аморфного льда в состояние сверхвязкой жидкости Tg = (137 ± 2) К. Дальнейшее повышение температуры приводит к трансформациям в слое, которые имеют ступенчатый характер. Это может быть связано с конкурирующими процессами кристаллизации вследствие роста кубических и гексагональных зародышей, а также с непосредственной кристаллизацией жидкой сверхвязкой воды, образовавшейся при Тg и существующей совместно с кристаллической фазой вплоть до температур ~ 200 К. Обнаружен аномальный характер поведения образцов при температурах, предшествующих сублимации. Это подтверждает то, что многокомпонентная система, состоящая из аморфных и кристаллических компонентов, имеет различные значения равновесных давлений газовой фазы, соответствующие парциальным энергиям активации сублимации, т.е. при высоких температурах аморфная вода испарится на более раннем этапе, а затем реконденсируется на кристалличес- ких компонентах.

Одночасно проведено термодесорбційне та ІЧ спектрометричне дослідження термостимульованих перетворень у тонких плівках кріовакуумних конденсатів води. Показано, що в інтервалі температур 12–36 К існує область високощільної форми аморфних льодів. Перехід аморфного високої щільності льоду у низькощильний аморфний стан починається при Т 39 К і завершується в інтервалі температур 60–70 К. Цей процес супроводжується утворенням пор, що досягає своєї максимальної інтенсивності при Т 42 К. Визначено температуру переходу від склоподібного аморфного льоду в стан надв’язкої рідини Tg = (137 ± 2) К. Подальше підвищення температури призводить до трансформацій у шарі, які мають східчастий характер. Це може бути пов’язане з конкуруючими процесами кристалізації внаслідок росту кубічних і гексагональних зародків, а також з безпосередньою кристалізацією рідкої надв’язкої води, що утворилася при Тg та існує разом із кристалічною фазою аж до температур ~ 200 К. Виявлено аномальний характер поводження зразків при температурах, які передують сублімації. Це підтверджує те, що багатокомпонентна система, яка складається з аморфних і кристалічних компонентів, має різні значення рівноважних тисків газової фази, що відповідають парціальним енергіям активації сублімації, тобто при високих температурах аморфна вода випарується на більш ранньому етапі, а потім реконденсується на кристалічних компонентах.

Thermodesorption and IR studies of thermally stimulated transitions in thin films of cryovacuum water condensates were conducted simultaneous. It is shown that the temperature interval 12–36 K is the region of existence of a high-density amorphous solid water state. The high density — low density amorphous state transition onsets at T 39 K and completes in the interval from 60 to 70 K. This process is accompanied by the pore formation which reaches its maximum intensity at T 42 K. It is found that the temperature of transition from glassy amorphous ice to super-viscous liquid state is Tg = (137±2) K. Further increase of the temperature leads to step-like transformations in the layer. This may be related to the competing processes of crystallisation through the growth of cubic and hexagonal nuclei and direct crystallisation of liquid super-viscous water, formed at Tg and co-existing with the crystalline phase up to temperatures of approximately 200 K. The studies revealed an anomalous behavior of the samples at temperatures below sublimation. This confirms the idea that a multicomponent system, which consists of amorphous and crystalline constituents, has various values of the gas phase equilibrium pressure, corresponding to partial activation energies of sublimation. This results in evaporation of amorphous water at an earlier stage and its recondensation on the crystalline components into the corresponding crystalline phase.