氷II
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2025/11/14 16:20 UTC 版)
氷II（こおりに、Ice II）は、高圧で生じる氷多形のひとつ。氷Ih相を198Kの温度で300MPaに加圧するか、氷Vを除圧することで形成される。加熱すると、氷IIIに転移する[1]。
歴史
氷IIの性質は、1900年にグスタフ・ハインリッヒ・タンマンが高圧低温での氷の実験を行っている際に初めて記述、記録した。氷IIIを生成した後、タンマンは、200MPaの圧力の下、-70℃から-80℃の温度で氷を圧縮しようとした。タンマンは、この状態では、氷IIは、氷IIIで観測したよりも密度が高くなっていると記録した。彼はまた、液体空気の温度が保たれる限り、どちらの種類の氷も大気圧下で安定に存在し続けることができ、ゆっくりと氷Ih相に戻っていくことも発見した[2]。
パーシー・ブリッジマンが1912年に行った実験で、氷IIと氷IIIの体積の差は、0.0001 m3/kgの範囲内であることが示された。この差はあまりに小さかったためタンマンは発見できず、そのためタンマンはこの2相の間の気液平衡曲線を決定できなかった。この曲線は、氷IIIから氷IIへの構造の変化は、その媒体が以前に氷IIの構造である場合により起こりやすいことを示していた。しかし、氷IIの状態になったことのない氷IIIのサンプルは、氷IIに変化せずに-70℃まで過冷却されたものである。しかし逆に、氷IIを過熱しても同じ形を維持することはできなかった。ブリッジマンは、氷IIと氷IVの平衡曲線が同じ安定性と小さな体積の変化を持ち、氷IIIのものとよく似ていることに気付いた。氷IIと氷Vの平衡曲線は、これとはかなり異なり、体積の差はほぼ常に0.0000545 m3/kgである[2]。
結晶構造
1964年、KambらによるX線回折により結晶構造が報告されており[3]、さらに、彼らは1971年に単結晶中性子回折実験からより詳細で高信頼度の構造モデルを報告している[4]。それによると空間群はR-3で、110 K, 常圧における格子定数はa = 7.78(1) Å, α = 113.1(2)°である。氷II中の水素分子は完全に配向秩序化しており、すべての水素サイト占有率は1である。氷IIは、2025年時点で既知の水素秩序相の中で唯一、同一の酸素骨格をもつ水素無秩序相が発見されていない多形である。
脚注
- ^ Chaplin, Martin (2014年10月18日). “Ice-two structure”. Water Structure and Science. London South Bank University. 2014年12月6日閲覧。
- ^ a b Hobbs, Peter V. (May 6, 2010). Ice Physics. Oxford University Press. pp. 61-70. ISBN 9780199587711 2014年12月6日閲覧。
- ^ Kamb, B. (10 November 1964). “Ice. II. A proton-ordered form of ice”. Acta Crystallographica 17 (11): 1437–1449. doi:10.1107/S0365110X64003553 2025年11月14日閲覧。.
- ^ Kamb, Barclay; Hamilton, Walter C.; LaPlaca, Sam J.; Prakash, Anand (15 August 1971). “Ordered Proton Configuration in Ice II, from Single-Crystal Neutron Diffraction”. The Journal of Chemical Physics 55 (4): 1934–1945. doi:10.1063/1.1676331. ISSN 0021-9606 2025年11月14日閲覧。.
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