Перейти на главную страницу сайта


загрузка...

Ледяные кристаллы

Лёд
Общие
Систематическое наименованиеВода
Химическая формулаН2O
Молярная масса18,01528 г/моль
Физические свойства
Плотность вещества0,917 г/см
Состояние (ст. усл.)жидкость
Термические свойства
Тройная точка0,01 °C, 611,73 Па
Удельная теплота плавления3,3 · 105 Дж/кг

Лёд — вода в твёрдом агрегатном состоянии, минерал.

В широком смысле, лёд — это твёрдое состояние такого неметаллического вещества, которое при стандартной температуре и давлении находится в жидком или газообразном состоянии. Например, сухой лёд, аммиачный лёд или метановый лёд.

Содержание

  • 1 Основные свойства водного льда
  • 2 Лёд на Земле
    • 2.1 В океане
  • 3 Лёд в космосе
  • 4 Использование льда в технике
  • 5 Фазы льда
  • 6 Примечания
  • 7 См. также
  • 8 Ссылки

Основные свойства водного льда

Лёд может существовать в трёх аморфных разновидностях и 15 кристаллических модификациях. Фазовая диаграмма на рисунке справа показывает при каких температурах и давлениях существуют некоторые из этих модификаций (более полное описание см.ниже).

Фазовая диаграмма льда. Давление (ГПа) в логарифмическом масштабе, температура слева — в градусах Цельсия, справа — Кельвина.

В природных условиях Земли лёд представлен, главным образом, одной кристаллической модификацией, кристаллизующейся в гексагональной сингонии (лёд Ih). Во льду Ih каждая молекула Н2O окружена четырьмя ближайшими к ней молекулами, находящимися на одинаковых расстояниях от неё, равных 2,76 A и размещенных в вершинах правильного тетраэдра.

Кристаллическая структура льда Ih. Серыми пунктирными линиями показаны водородные связи.

Ажурная структура такого льда приводит к тому, что его плотность, равная 916,7 кг/м при 0°C, ниже плотности воды (999,8 кг/м) при той же температуре. Поэтому вода, превращаясь в лёд, увеличивает свой объём примерно на 9 %. Кроме того, лёд, будучи легче жидкой воды, образуется на поверхности водоёмов, что препятствует дальнейшему замерзанию воды.

Высокая удельная теплота плавления льда, равная 330 кДж/кг, (для сравнения — удельная теплоты плавления железа равна 270 кДж/кг), служит важным фактором в обороте тепла на Земле. Так, чтобы растопить 1 кг льда или снега, нужно столько же тепла, чтобы нагреть литр воды до 80°C

Лёд встречается в природе в виде собственно льда (материкового, плавающего, подземного), а также в виде снега, инея и т. д. Под действием собственного веса лёд приобретает пластические свойства и текучесть.

Природный лёд обычно значительно чище, чем вода, так как при кристаллизации воды в первую очередь в решётку встают молекулы воды (см. зонная плавка). Лёд может содержать механические примеси — твёрдые частицы, капельки концентрированных растворов, пузырьки газа. Наличием кристалликов соли и капелек рассола объясняется солоноватость морского льда.

Искусственный лёд получается охлаждением, происходящим при растворении некоторых солей в воде или кислотах или охлаждением при испарении жидкостей в разрежённом пространстве.

Лёд на Земле

Основная статья: Криосфера

Общие запасы льда на Земле около 30 млн км. Основные запасы льда на Земле сосредоточены в полярных шапках (главным образом, в Антарктиде, где толщина слоя льда достигает 4 км).

В океане

Вода в мировом океане солёная и это препятствует образованию льда, поэтому лёд образуется только в полярных и субполярных широтах, где зима долгая и очень холодная. Замерзают некоторые неглубокие моря, расположенные в умеренном поясе. Различают однолетние и многолетние льды. Морской лёд может быть неподвижным, если связан с сушей, или плавучим, то есть дрейфующим. В океане встречаются льды, отколовшиеся от ледников суши и спустившиеся в океан в результате абляции, — айсберги.

Лёд в космосе

Имеются данные о наличии льда на планетах Солнечной системы и в ядрах комет. Изо льда сложена поверхность Европы — спутника Юпитера.

Использование льда в технике

Ледяная гидросмесь. В конце 1980-х годов лаборатория Аргонн разработала технологию изготовления ледяной гидросмеси (Ice Slurry), способной свободно течь по трубам различного диаметра, не собираясь в ледяные наросты, не слипаясь и не забивая системы охлаждения [1]. Солёная водяная суспензия состояла из множества очень мелких ледяных кристалликов округой формы. Благодаря этому сохраняется подвижность воды и, одновременно, с точки зрения теплотехники она представляет собой лёд, который в 5—7 раз эффективнее простой холодной воды в системах охлаждения зданий. Кроме того, такие смеси перспективны для медицины. Опыты на животных показали, что микрокристаллы смеси льда прекрасно проходят в довольно мелкие кровеносные сосуды и не повреждают клетки. «Ледяная кровь» удлиняет время, в течение которого можно спасти пострадавшего. Скажем, при остановке сердца это время удлиняется, по осторожным оценкам, с 10—15 до 30—45 минут.

Фазы льда

ФазаХарактеристики[2] [3]
Аморфный лёдАморфный лёд не обладает кристаллической структурой. Он существует в трех формах: аморфный лёд низкой плотности (LDA), образующийся при атмосферном давлении и ниже, аморфный лёд высокой плотности (HDA) и аморфный лёд очень высокой плотности (VHDA), образующийся при высоких давлениях. Лёд LDA получают очень быстрым охлаждением жидкой воды («сверхохлажденная стекловидная вода», HGW), или конденсацией водяного пара на очень холодной подложке («аморфная твёрдая вода», ASW), или путем нагрева высокоплотностных форм льда при нормальном давлении («LDA»).
Лёд IhОбычный гексагональный кристаллический лёд. Практически весь лёд на Земле относится ко льду Ih, и только очень малая часть — ко льду Ic.
Лёд IcМетастабильный кубический кристаллический лёд. Атомы кислорода расположены как в кристаллической решётке алмаза. Его получают при температуре в диапазоне 130—150 K, он остается устойчивым до 200 K, а при дальнейшем нагреве переходит в лёд Ih. Он изредка встречается в верхних слоях атмосферы.
Лёд IIТригональный кристаллический лёд с высокоупорядоченной структурой. Образуется изо льда Ih при сжатии и температурах 190—210 K. При нагреве он преобразуется в лёд III.
Лёд IIIТетрагональный кристаллический лёд, который возникает при охлаждении воды до 250 K и давлении 300 МПа. Его плотность больше, чем у воды, но он наименее плотный из всех разновидностей льда в зоне высоких давлений.
Лёд IVМетастабильный тригональный лёд. Его трудно получить без нуклеирующей затравки.
Лёд VМоноклинный кристаллический лёд. Возникает при охлажении воды до 253 K и давлении 500 МПа. Обладает самой сложной структурой по сравнению со всеми другими модификациями.
Лёд VIТетрагональный кристаллический лёд. Образуется при охлажении воды до 270 K и давлении 1,1 ГПа. В нём проявляется дебаевская релаксация.
Лёд VIIКубическая модификация. Нарушено расположение атомов водорода; в веществе проявляется дебаевская релаксация. Водородные связи образуют две взаимопроникающие решётки.
Лёд VIIIБолее упорядоченный вариант льда VII, где атомы водорода занимают, очевидно, фиксированные положения. Образуется изо льда VII при его охлаждении ниже 5 °C.
Лёд IXТетрагональная метастабильная модификация. Постепенно образуется изо льда III при его охлаждении от 208 K до 165 K, стабилен при температуре ниже 140 K и давлениях между 200 и 400 МПа. Его плотность 1,16 г/см, то есть, несколько выше, чем у обычного льда.
Лёд XСимметричный лёд с упорядоченным расположением протонов. Образуется при давлениях около 70 ГПа.
Лёд XIРомбическая низкотемпературная равновесная форма гексагонального льда. Является сегнетоэлектриком.
Лёд XIIТетрагональная метастабильная плотная кристаллическая модификация. Наблюдается в фазовом пространстве льда V и льда VI. Можно получить нагреванием аморфного льда высокой плотности от 77 K до примерно 183 K и при давлении 810 МПа.
Лёд XIIIМоноклинная кристаллическая разновидность. Получается при охлаждении воды ниже 130 K и давлении 500 МПа. Разновидность льда V с упорядоченным расположением протонов.
Лёд XIVРомбическая кристаллическая разновидность. Получается при температуре ниже 118 K и давлении 1,2 ГПа. Разновидность льда XII с упорядоченным расположением протонов.
Лёд XVПредсказанная (но ещё не подтвержденная) разновидность льда VI с упорядоченным расположением протонов. Предполагается, что можно получить путем охлажения воды примерно до 108—80 K и давлении 1,1 ГПа.

Новые исследования формирования водяного льда на ровной поверхности меди при температурах 100—140 K показали, что сначала на поверхности возникают цепочки молекул шириной около 1 нм не гексагональной, а пентагональной структуры[4] .

Примечания

  1. Хирурги наполнят тела пациентов текущим льдом
  2. Фазы льда (англ.)
  3. Ледяные узоры высокого давления
  4. A one-dimensional ice structure built from pentagons. Nature Materials. 8 March 2009 (англ.)

См. также

  • Газовые гидраты
  • Сосулька
  • Ледник
  • Морозные узоры
  • Лёд-девять
  • Музей ледяных скульптур

Ссылки

  • Мальцев В. А. Феерия воды и льда. Фотогалерея подземного льда на Hiero.expo.ru
  • Арабаджи В. Загадки простой воды. Сооружения из льда
  • Шавлов А. В. Лёд при структурных превращениях. Новосибирск: «Наука», 1996 г., 198 с
  • Шавлов А. В., Рябцева А. А., Шавлова В. А. «Сверхскользкий лед для конькобежного спорта»//2007 г.


Вода Снег и лёд
СнегСнег Снежный покров Пороша Наст Фирн Фирновая граница Снеговая линия Проталина
Природные образования: снежныеСугроб Надув Заструга Снежник Снежница
Перенос снегаСнегопад Метель Вьюга Буран Пурга Позёмок Снежная крупа Лавина
ЛёдЛёд Снежура Шуга Сало Паковый лёд Гололёд Гололедица Изморозь Иней Глетчерный лёд
Природные образования: ледяныеКриосфера Шельфовый ледник Наледь Вечная мерзлота Ископаемый лёд Сосулька Торосы Припай
Ледяной покров: частичныйРеки: Полынья Океана: льдина, айсберг Земли: ледник
Искусственные образования
из снега или льда		Снежная крепость Иглу Ледяная скульптура Кубики льда Зимние забавы: снеговик (снежная баба), снежок, каток, горка
Научные дисциплиныКриология Гляциология
ПерсонажиСнежная королева Снегурочка
Игры со снегомСнежки Юкигассен
Времена года Зима





Источник: Русская Википедия, 2010

Вы можете разместить ссылку на этот материал у себя на сайте, блоге или форуме

HTML-cсылка на публикацию
BB-cсылка на публикацию (для форумов)
Прямая ссылка на публикацию


Похожие статьи
Ледяные черви
Ледяные черви Ледяной червь Научная классификация Царство: Животные Тип: Кольчатые черви Класс: Поясковые черви Подкласс: Олигохеты Отряд: Гаплотаксиды Семейство: Энхитреиды Род: Mesenchytraeus Вид: Ледяной червь Латинское название Mesenchytraeus solifugus Систематика на Викивидах Поиск изображений на Викискладе Ледяной червь (лат. Mesenchytraeus solifugus) — вид червей обитающий в ледниках Аляски. Живёт при температуре близкой к точке замерзания воды, при понижении температуры впадает в анабиоз. Умирает при температуре 10C°, а при комнатной температуре разлагается.

Ледяные керны
Ледяные керны Образец ледяного керна. Photo by en:Lonnie Thompson, en:Byrd Polar Research Center Ледяные керны — керны, взятые из ледяного щита, чаще всего изо льда полярных ледяных шапок в Антарктике, Гренландии или высокогорных ледников. Так как лед образуется из нарастающих спрессованных слоев снега, нижележащие слои старше по отношению к вышележащим, ледяные керны содержат лед, сформировавшийся за многие годы. Свойства льда и кристаллических включений во льду могут быть использованы для воссоздания изменения климата в интервале формирования керна, обычно при

Ледяные пираты
Ледяные пираты Ледяные пираты The Ice Pirates Жанр фантастика Режиссёр Стюарт Рэффилл Продюсер Джон Формен Автор сценария Стюарт Рэффилл, Стэнфорд Шерман В главных ролях Анжелика Хьюстон Мэри Кросби Роберт Урич Композитор Брюс Бротон Кинокомпания MGM Длительность 91 мин. Бюджет 9 млн. $ Страна США Год 1984 IMDb ID 0087451 Выход фильма «Ледяные пираты» (оригинальное название — The Ice Pirates) «Ледяные пираты» — фантастическая комедия. Детям рекомендуется просмотр совместно с родителями. Содержание 1 Сюжет 2 В ролях 3 Интересные факты 4 Ссылки Сюжет В далёком

Ледяные пираты
Ледяные пираты Ледяные пираты The Ice Pirates Жанр фантастика Режиссёр Стюарт Рэффилл Продюсер Джон Формен Автор сценария Стюарт Рэффилл, Стэнфорд Шерман В главных ролях Анжелика Хьюстон Мэри Кросби Роберт Урич Композитор Брюс Бротон Кинокомпания MGM Длительность 91 мин. Бюджет 9 млн. $ Страна США Год 1984 IMDb ID 0087451 Выход фильма «Ледяные пираты» (оригинальное название — The Ice Pirates) «Ледяные пираты» — фантастическая комедия. Детям рекомендуется просмотр совместно с родителями. Содержание 1 Сюжет 2 В ролях 3 Интересные факты 4 Ссылки Сюжет В далёком

Ледяные пауки
Ледяные пауки Текущая версия (не проверялась) Ледяные пауки Ice Spiders Жанр фантастика,фильм ужасов Режиссёр Тибор Такач Автор сценария Эрик Миллер В главных ролях Патрик Малдун, Ванесса Уильямс, Томас Калабро, Дэвид Уилберн, Ной Бастиан Длительность 90 минут Страна США Год 2007 IMDb ID 0840304 Выход фильма «Ледяные пауки» (оригинальное название — Ice Spiders) «Ледяные пауки»(англ. Ice Spiders) — американский фантастический фильм ужасов. Снимался специально для телевидения. Сюжет Одна секретная военная лаборатория занималась генетическими экспериментами,

Искать все статьи, похожие на текущую (Ледяные кристаллы)
Это интересно! Дузио Пьеро   клятвенно заверявший   Трунино   Краузизм   Commander Keen 6: Aliens Ate My Babysitter!   
Универсальная энциклопедия 2012
Карта сайта
Страница создана за 1.589374 сек. Всего документов включено в базу знаний: 5150576