結晶学
氷III（高圧氷の相）
氷IIIは、高圧力下で生成される氷の結晶多形の一つです。1912年にパーシー・ブリッジマンによって報告され、その結晶構造や氷IXへの相転移について解説します。
📌 主なポイント
- ✓氷IIIは1912年にパーシー・ブリッジマンによって報告された高圧氷の多形である。
- ✓結晶構造は空間群P41212に属する正方晶系である。
- ✓約160 K以下に冷却することで、水素秩序化した氷IXへ相転移する。
氷III（こおりさん、ice III）は、高圧条件下で生成される氷の結晶多形の一つです。1912年、物理学者のパーシー・ブリッジマンが高圧力下における水の体積測定実験を通じて初めて報告しました。
生成条件
氷IIIは、液体の水を約0.25 GPaの圧力下で250 K付近まで冷却することで結晶化させることができます。また、通常の氷（氷Ih）を低温下で加圧する際、加圧速度が速い場合などには、本来生成されるべき氷IIを経由せず、準安定相として氷IIIが得られることが実験的に確認されています。
結晶構造
氷IIIの結晶構造は、空間群 P41212 に属する正方晶系として記述されます。単位格子の格子定数は a = 6.80 Å, c = 6.86 Å です。中性子回折を用いた構造解析により、氷IIIは部分的に配向秩序化した構造を有していることが明らかにされています。
氷IXへの相転移
氷IIIを約160 K以下に冷却すると、氷IXへと相転移します。氷IXは氷IIIの水素秩序化相であり、空間群は氷IIIと同じ P41212 を保持しながら、ほぼ完全に水素が秩序化した構造をとります。無秩序相と秩序相が同一の空間群を持つ例として、結晶学的に注目されています。
よくある質問
氷IIIはどのようにして生成されますか？
液体の水を約0.25 GPaの圧力下で250 K付近まで冷却することで生成されます。また、氷Ihを急速に加圧することでも準安定相として得られます。
氷IIIと氷IXの関係は何ですか？
氷IXは氷IIIの低温相であり、氷IIIを約160 K以下に冷却することで水素が秩序化した状態へ相転移したものです。
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参考文献
- Bridgman, P. (1912). "Water, in the Liquid and Five Solid Forms, under Pressure".
- Bauer, M., et al. (2008). "Compression-rate dependence of the phase transition from hexagonal ice to ice II and/or ice III". Physical Review B.
- Kamb, B., & Prakash, A. (1968). "Structure of ice III". Acta Crystallographica Section B.
- Lobban, C., et al. (2000). "The structure and ordering of ices III and V". The Journal of Chemical Physics.
- Whalley, E., et al. (1968). "Ice IX: An Antiferroelectric Phase Related to Ice III". The Journal of Chemical Physics.