Виды льда в природе: из чего состоит и как образуется

Что такое лёд

Лед — (вода в твердом агрегатном состоянии), твердое вещество, образованное водой, когда ее температура опускается до нуля и ниже. Образование происходит в результате кристаллизации, изменения состояния молекулярной решетки. Химическая формула — H2O. Рассмотрим структуру молекулы на изображении n. 1.

Кристаллическая структура напоминает алмаз. Каждая молекула H2O связана с тремя молекулами своего слоя и одной молекулой соседнего слоя.

Лёд в природе

Изучением естественного льда во всех его разновидностях на земной поверхности, атмосфере, гидросфере, литосфере занимается наука — гляциология.

Рассмотрим подробнее основные виды льда:

Атмосферный

Он образуется в атмосфере и на земной поверхности. На Землю выпадает в виде осадков: снега, мороза, града. Он также может образовывать ледяные облака и туман.

Ледниковый (глетчерный)

Образуется в результате накопления и последующего превращения его в ледяную массу. Ледники покрывают 11% поверхности Земли. Большинство ледников находится в Антарктиде. Самый известный шельфовый ледник. Его поверхность превышает 500 тыс. Км2, а толщина льда достигает 700 м.

Подземный

Он находится в верхней части земной коры. Большая его часть находится в Северном полушарии. По оценкам ученых, запасы колеблются от 0,3 до 0,5 млн км3

Морской

Образуется в море, при замерзании воды в океане. Выделяют следующие виды:

• Припай: ледяной покров, прикрепленный к мелкому берегу или рифу. Его площадь может достигать от нескольких метров до тысяч километров.
• Пак (многолетник) — морской, толщиной не менее 3 метров.
• Плавучие (дрейфующие) — это айсберги, кусочки льда.

Айсберги бывают столовой и пирамидальной формы. Часто они достигают гигантских размеров. Площадь гигантов прогрессивно уменьшается по мере того, как они перемещаются в более низкие широты.

Космический

Ледяной покров можно встретить в Солнечной системе: на планетах, спутниках, кометах.

Температура

На Земле почти весь лед относится к одному типу, называемому «обычным кристаллическим» или по-научному — Ih льдом.

Кристаллический лед (Ih) образуется при t от 0 ° C и ниже, соленая вода замерзает при t 1,9 ° C. После нагревания он тает и снова превращается в воду.

Существуют и другие виды льда, созданные в экспериментальных условиях. У них своя температура и давление. Рассмотрим изображение № 3.

Изменение веществ

Гексагональный корпус имеет тройные точки с жидкостью и газом вода 0,01 ° C, 612 Па, твердые элементы — три -21,985 ° C, 209,9 МПа, одиннадцать и две -199,8 ° C, 70 МПа, а также -34, 7 ° C, 212,9 МПа. Диэлектрическая проницаемость гексагонального льда 97,5.

Кривая плавления этого элемента приведена в МПа. Доступны уравнения состояния, в дополнение к ним, несколько простых неравенств, которые связывают изменение физических свойств с температурой гексагонального льда и его водных суспензий. Твердость варьируется в зависимости от марки, повышаясь от примерно или ниже гипса (≤2) при 0 ° C до уровня полевого шпата (6 по шкале Мооса) при -80 ° C, что является аномально большим изменением абсолютной твердости (> 24 раза).

Гексагональная кристаллическая решетка льда образует гексагональные пластины и колонны, где верхняя и нижняя грани представляют собой базисные плоскости {0 0 0 1} с энтальпией 5,57 мкДж / см 2, а другие эквивалентные боковые стороны называются частями призмы {1 0 -1 0} с 5,94 мкДж / см2. Вторичные поверхности {1 1 -2 0} с 6,90 мкДж см -2 могут быть сформированы вдоль плоскостей, образованных сторонами структур.

Эта структура демонстрирует аномальное снижение теплопроводности с увеличением давления (как кубический и аморфный лед низкой плотности), но отличается от большинства кристаллов. Это связано с изменением водородной связи, что снижает поперечную скорость звука в кристаллической решетке льда и воды.

Существуют методы, описывающие, как приготовить большие образцы кристаллов и любую желаемую поверхность льда. Предполагается, что водородная связь на поверхности рассматриваемого гексагонального тела будет более упорядоченной, чем внутри объемной системы. Вариационно-частотная лазерная спектроскопия с фазовой решеткой показала, что существует структурная асимметрия между двумя верхними слоями (L1 и L2) в цепочке HO подповерхности гексагональной поверхности основания льда. Водородные связи, принятые в верхних слоях шестиугольников (L1 O HO L2), сильнее, чем во втором слое при верхнем накоплении (L1 OH O L2). Доступны интерактивные шестиугольные ледяные конструкции.

Строение льда

H2O состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. В спокойном состоянии водород находится наверху атома кислорода. Ионы кислорода и водорода должны занимать вершины равнобедренного треугольника: кислород находится на вершине прямого угла. Эта водная структура называется диполем.

Лед на 11,2% состоит из водорода, а остальное — из кислорода. Свойства льда зависят от его химической структуры. Иногда он содержит газообразные или механические образования — примеси.

Лед существует в природе в виде нескольких кристаллических частиц, которые стабильно сохраняют свою структуру при температурах от нуля и ниже, но при нулевых температурах и выше он начинает таять.

Кристаллическая решетка сухого льда

Переменные или ионы, окруженные элементами, называются сульфатированными. Когда вода действует как растворитель, эти частицы гидратируются. Следовательно, любая полярная молекула имеет тенденцию сольватироваться элементами жидкого тела. В сухом льду тип кристаллической решетки образует атомные связи в агрегатном состоянии, которые не меняются. Кристаллический лед (замороженная вода) — другое дело. Ионные органические соединения, такие как карбоксилазы и протонированные амины, должны быть растворимы в гидроксильных и карбонильных группах. Содержащиеся в таких структурах частицы перемещаются между молекулами, а их полярные системы образуют водородные связи с этим телом.

Конечно, количество этих последних групп, указанное в молекуле, влияет на ее растворимость, которая также зависит от реакции различных структур в элементе: например, одно-, двух- и трехуглеродные спирты смешиваются с водой, но больше углеводороды с единичными гидроксильными соединениями гораздо меньше разбавляются в жидкостях.

Гексагональная Ih имеет форму, подобную атомной кристаллической решетке. Так выглядит на льду и на естественном снегу на Земле. Об этом свидетельствует симметрия кристаллической решетки льда, выращенного водяным паром (т.е снежинки). Находится в космической группе Р 63 / мм из 194; D 6h, класс Laue 6 / мм; аналогично β-, имеющий кратное 6 винтовой оси (вращение вокруг в дополнение к резанию по нему). Он имеет довольно открытую структуру с низкой плотностью, где КПД невысок (~ 1/3) по сравнению с простой кубической (~ 1/2) или гранецентрированной кубической (~ 3/4.

По сравнению с обычным льдом кристаллическая решетка сухого льда, связанного молекулами CO2, статична и изменяется только при распаде атомов.

Плотность

Уникальные свойства молекулы воды позволяют ей переходить в разные агрегатные состояния: жидкое, твердое, газообразное. Молекула льда, как и жидкая вода, имеет такой же состав.

Молекула состоит из трех атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода, которые связаны ковалентной связью.

Плотность льда (p-0,917 г / см3), жидкая вода (p-0,9982 г / см3)

Рассмотрим различия в структуре молекулы на изображении n. 4.

В кристалле льда остаются промежутки между молекулами воды. Объем пустот немного больше размера одиночной молекулы воды. Следовательно, он имеет самую низкую плотность.

Таким образом, образовавшийся зимой ледяной покров не тонет, а плавает на поверхности воды, так как его плотность меньше, чем у жидкой воды.

В противном случае все водоемы зимой были бы заполнены льдом и живые организмы в них не могли бы существовать. Большинство других веществ увеличивают свою плотность при замораживании.

Где лёд встречается в природе?

На нашей планете лед встречается везде, где температура окружающей среды опускается ниже нуля градусов (Цельсия):

• в атмосфере в виде мелких кристаллов — снег или иней, а также более крупных гранул — град;
• на поверхности планеты в виде ледников — вековых скоплений, расположенных на северном и южном полюсах, а также на вершинах высочайших горных хребтов;
• под землей в виде вечной мерзлоты — в верхнем слое земной коры вокруг Северного полюса.

Кроме того, согласно исследованиям астрономов, лед, то есть замороженная вода, встречается на многих планетах Солнечной системы. В небольших количествах он встречается на Марсе и ряде карликовых планет, а также на спутниках Юпитера и Сатурна.

Некоторые другие элементы и решетки

Растворенные вещества (за исключением очень небольшого количества гелия и водорода, которые могут проникать в пустоты) не могут быть включены в структуру Ih при атмосферном давлении, а выбрасываются на поверхность или на аморфный слой между частицами микрокристаллического тела. В узлах кристаллической решетки сухого льда находятся другие элементы: хаотропные ионы, такие как NH4 + и Cl -, которые входят в состав более легкого замораживания жидкости, чем другие космотропы, такие как Na + и SO42-, поэтому , их удаление невозможно, так как они образуют тонкую пленку жидкости, остающуюся между кристаллами. Это может привести к появлению электрического заряда на поверхности из-за диссоциации поверхностной воды, которая уравновешивает оставшиеся заряды (что также может привести к магнитному излучению) и изменению pH остаточных жидких пленок, например, NH 42SO4 становится больше кислый и NaCl становится более щелочным.

Они перпендикулярны граням кристаллической решетки льда, показывая следующий присоединенный слой (с атомами О-черных). Для них характерна медленно растущая базальная поверхность {0 0 0 1}, на которой прикрепляются только изолированные молекулы воды. Быстро растущая поверхность призмы {1 0 -1 0}, где пары вновь прикрепленных частиц могут связываться друг с другом с помощью водорода (одна из его связей / две молекулы элемента). Самая быстрорастущая грань — это {1 1 -2 0} (вторичная призма), где цепочки вновь присоединенных частиц могут взаимодействовать друг с другом посредством водородных связей. Одна из его цепочек / молекул элементов представляет собой форму, которая образует гребни, которые разделяют и способствуют превращению в две стороны призмы.

Как получить лед

Изготовление льда — это детская игра. Этот процесс не будет сложным и не потребует особых навыков. Для этого требуется низкая температура воды. Это единственное постоянное условие процесса образования льда. Вода замерзнет, ​​когда термометр покажет температуру ниже 0 градусов Цельсия. Процесс кристаллизации начинается в воде из-за низких температур. Его молекулы построены в интересной упорядоченной структуре. Этот процесс называется образованием решетки. То же самое в океане, в луже и даже в морозилке.

Физические свойства льда

1. Самое известное свойство — способность плавиться или плавиться.
2. Бесцветность и прозрачность. В больших скоплениях пропускает свет и приобретает голубоватый оттенок.
3. Твердость (держит форму).
4. Плавучесть (плотность ниже воды).
5. Хрупкость (хрупкость).
6. Спайность (расколы в кристаллографических направлениях).
7. Необычное свойство: большая часть растворенных в воде примесей не переносится на лед, когда он начинает расти; заморозить.

Неправильный лед

В твердом состоянии вода, по последним данным, претерпевает 14 структурных изменений. Среди них есть кристаллики (большинство), есть аморфные, но все они отличаются друг от друга взаимным расположением молекул и свойствами воды. Правда, все, кроме привычного нам льда, образуются в экзотических условиях — при очень низких температурах и высоких давлениях, когда меняются углы водородных связей в молекуле воды и образуются системы, отличные от гексагональной. Например, при температуре ниже –110 ° C водяной пар падает на металлическую пластину в виде октаэдров и кубиков размером в несколько нанометров — это так называемый кубический лед. Если температура немного выше –110 °, а концентрация пара очень низкая, на пластине образуется чрезвычайно плотный слой аморфного льда.

Две последние модификации льда — XIII и XIV — были открыты оксфордскими учеными совсем недавно, в 2006 году. Предсказание 40-летней давности о существовании кристаллов льда с моноклинной и ромбической решетками было трудно подтвердить: вязкость воды при температуре — 160 ° C очень высока, и молекулы сверхчистой переохлажденной воды могут собираться в таком количестве, что образуется твердое кристаллическое ядро. Помог катализатор: соляная кислота, увеличивающая подвижность молекул воды при низких температурах. В земной природе такие модификации льда образовываться не могут, но их можно найти на ледяных спутниках других планет.

Секреты льда

Суть в том, что при замерзании образуются полости, где остается воздух. Отсюда меньший вес и меньшая плотность. Благодаря этим воздушным кубикам лед плавает по поверхности воды. Также во льду могут замерзать газ или большое количество воздуха. По этой причине айсберги в основном на 90% находятся под водой и на 10% выше. Объем, скрывающий массу воды, может удивить — и все это из-за содержания соли, которая увеличивает плотность воды. Похоже, что огромная масса должна утонуть, но ее все еще выталкивают на поверхность.

Кроме того, объем воды при замерзании увеличивается почти на 10%, что опять же происходит за счет образования кристаллической решетки, имеющей воздушные полости.

Плавление льда

В природе твердый лед существует только при температуре 0 ° C и ниже. Если температура окружающей среды превышает 0 ° C, лед начинает таять.

При температуре плавления льда, при 0 ° C, происходит другой процесс: замерзание или кристаллизация жидкой воды.

Этот процесс могут наблюдать все жители умеренно-континентального климата. Зимой, когда температура на улице опускается ниже 0 ° C, часто выпадает снег, который не тает. А жидкая вода на улицах замерзает, превращаясь в твердый снег или лед. Весной вы можете увидеть обратный процесс. Температура окружающей среды повышается, поэтому лед и снег тают, образуя многочисленные лужи и грязь, что можно считать единственным недостатком весеннего потепления.

Таким образом, можно сделать вывод, что при какой температуре начинает таять лед, при этой же температуре начинается процесс замерзания воды.

МОРФОЛОГИЯ

Арктические ледяные щиты

В природе лед — очень распространенный минерал. В земной коре есть несколько типов льда: речной, озерный, морской, почвенный, фирн и ледник. Чаще образует агрегаты из мелких кристаллических зерен. Известны также кристаллические образования льда, которые возникают в результате сублимации, то есть непосредственно из парообразного состояния. В этих случаях лед принимает форму скелетных кристаллов (снежинок) и агрегатов скелетного и дендритного роста (пещерный лед, иней, иней и узоры на стекле). Встречаются крупные, хорошо ограненные кристаллы, но очень редко. Н. Н. Стулов описал кристаллы льда северо-востока России, найденные на глубине 55-60 м от поверхности, имеющие изометричный и столбчатый вид, длину самого крупного кристалла 60 см и диаметр основания 15 см см формы на кристаллах льда выявили только грани гексагональной призмы (1120), гексагональной бипирамиды (1121) и пинакоида (0001).

Всем знакомы ледяные сталактиты, обычно называемые «сосульками». При перепаде температур около 0 ° в осенне-зимние сезоны они растут повсюду на земной поверхности при медленном замерзании (кристаллизации) текущей и капающей воды. Также они обычны в ледяных пещерах.

Льдины — это полосы ледяного покрова льда, который кристаллизуется на границе вода-воздух по краям водоемов и граничит с краями луж, берегов рек, озер, прудов, водохранилищ и т.д. С незамерзающим остатком водоема. При их полном разрастании на поверхности водоема образуется сплошной ледяной покров.

Лед также образует параллельные столбчатые агрегаты в виде волокнистых жилок в пористых почвах и ледяных антолитов на их поверхности.

Виды и фазы

На сегодняшний день науке известны следующие разновидности и стадии. Подробная информация представлена ​​на изображении №3.

Миллионы квадратных километров льда

Вы знаете, сколько льда на нашей планете? Согласно последним исследованиям ученых, на планете Земля около 30 миллионов квадратных километров замерзшей воды. Как вы уже догадались, большая часть этого природного минерала находится в полярных ледяных шапках. Местами толщина ледяного покрова достигает 4 км.

Вода на Земле

Нельзя сказать, что водяной пар и лед редко встречаются в повседневной жизни. Однако наиболее распространенным является именно жидкое состояние — обычная вода. Специалисты выяснили, что на нашей планете более 1 миллиарда кубических километров воды. Однако к пресным водным объектам относится не более 3 млн км3 воды. В ледниках «покоится» довольно большое количество пресной воды (около 30 миллионов кубических километров). Однако растопить лед таких огромных блоков непросто. Остальная вода соленая, принадлежит к морям Мирового океана.

Вода окружает современного человека повсюду, во время большинства повседневных процедур. Многие считают, что водные ресурсы неисчерпаемы и что человечество всегда может использовать ресурсы гидросферы Земли. Тем не менее, это не так. Водные ресурсы нашей планеты постепенно истощаются, и через несколько сотен лет на Земле, возможно, не останется пресной воды. Поэтому беречь пресную воду и беречь ее должен абсолютно каждый человек. Действительно, даже в наше время были времена, когда запасов воды катастрофически не хватало.

Получение

В современном мире получение льда является экономически эффективным процессом. Достаточно взять любую емкость, наполненную водой, поставить на время в морозилку и получить твердое состояние воды.

Ледяной покров появляется при замерзании воды при температуре от 0 ° C и ниже. Замораживание начинается с верхнего слоя. В нем образуются микроскопические иглы льда, которые затем замерзают друг с другом.

Какой тип кристаллической решетки характерен для льда

В качестве альтернативы, они могут расти быстрее на призматических поверхностях (S2), на случайно нарушенных поверхностях замерзших или взбалтываемых озер. Рост от граней {1 1 -2 0}, по крайней мере, такой же, но превращает их в призматические основания. Данные о развитии ледяного кристалла полностью изучены. Относительные темпы роста элементов разных граней зависят от способности образовывать большую степень совместной гидратации. (Низкая) температура окружающей воды определяет степень разветвления кристалла льда. Рост частиц ограничен скоростью диффузии при низкой гипотермии, т.е. <2 ° C, что приводит к увеличению количества частиц.

Но ограничивается кинетикой развития при более высоких уровнях депрессии> 4 ° C, что приводит к росту игл. Эта форма похожа на структуру сухого льда (он имеет кристаллическую решетку с гексагональной структурой), отличается особенностями развития поверхности и температурой окружающей (переохлажденной) воды, которая расположена за плоскими формами снежинок.

Образование льда в атмосфере сильно влияет на формирование и свойства облаков. Значительный вклад вносят полевые шпаты, которые содержатся в пыли пустыни, которая выбрасывается в атмосферу миллионами тонн в год. Компьютерное моделирование показало, что это происходит из-за зарождения плоскостей призматических кристаллов льда на плоскостях высокоэнергетической поверхности.

Применение

Лед находит широкое применение в разных сферах жизни:

• для очистки питьевой воды;
• для хранения и охлаждения продуктов питания, напитков, лекарств;
• для производства ледяной суспензии;
• используется как материал для строительства жилища;
• катки используются для некоторых видов спорта;
• помогает изучать прошлое нашей планеты и космические явления;
• аморфная форма используется в некоторых научных экспериментах, в частности в электронной криомикроскопии.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Слои льда

Лед в водоемах образуется в основном при понижении температуры воздуха. При этом на поверхности воды появляется ледяная каша, состоящая из ледяных иголок. Снизу растут длинные кристаллы льда, у которых оси симметрии шестого порядка расположены перпендикулярно поверхности коры. Взаимоотношения между кристаллами льда при различных условиях образования показаны на рисунке. Лед широко распространен везде, где есть влажность и где температура опускается ниже 0 ° C. На некоторых участках грунтовый лед оттаивает только на небольшую глубину, ниже которой начинается вечная мерзлота. Это так называемые районы вечной мерзлоты; в районах распространения вечной мерзлоты в верхних слоях земной коры встречаются так называемые подземные ледники, среди которых выделяются современные и ископаемые подземные ледники. Не менее 10% всей поверхности суши Земли покрыто ледниками, монолитная ледяная порода, из которой они состоят, называется ледниковым льдом. Ледниковый лед в основном образуется в результате накопления снега в результате его уплотнения и преобразования. Ледяной щит покрывает около 75% Гренландии и почти всю Антарктиду; большая толщина ледников (4330 м.) устанавливается у станции Берд (Антарктида). В центральной Гренландии толщина льда достигает 3200 м.
Ледяные отложения хорошо известны. В районах с продолжительной холодной зимой и коротким летом, а также в высокогорных районах образуются ледяные пещеры со сталактитами и сталагмитами, среди которых наиболее интересны Кунгурская в Пермском районе Урала, а также пещера Добсине в Словакии.

В результате замерзания морской воды образуется морской лед. Характерными свойствами морского льда являются соленость и пористость, которые определяют диапазон его плотности от 0,85 до 0,94 г / см3. Из-за такой низкой плотности льдины поднимаются над поверхностью воды на 1 / 7–1 / 10 своей толщины. Морской лед начинает таять при температуре выше -2,3 ° C; он эластичнее и сложнее, чем пресноводный лед.

Описание решеток и входящих в них элементов

Кристаллы можно рассматривать как кристаллические узоры, состоящие из листов, уложенных друг на друга. Водородная связь упорядочена, хотя на самом деле она случайна, поскольку протоны могут перемещаться между молекулами воды (льда) при температурах выше примерно 5 К. Действительно, протоны, вероятно, будут вести себя как квантовая жидкость в константе туннеля потока. Это усиливается рассеянием нейтронов, которое показывает плотность их рассеяния на полпути между атомами кислорода, указывая на локализацию и скоординированное движение. Есть сходство льда с атомной и молекулярной кристаллической решеткой.

Молекулы имеют ступенчатое расположение водородной цепи по отношению к своим трем соседям в плоскости. Четвертый элемент имеет затмеваемую водородную связь. Имеется небольшое отклонение от идеальной гексагональной симметрии, поскольку элементарная ячейка на 0,3% короче в направлении этой цепочки. Все молекулы находятся в одной и той же молекулярной среде. Внутри каждого ящика достаточно места для содержания примесных частиц воды. Хотя это обычно не рассматривается, недавно они были эффективно обнаружены методом дифракции нейтронов на кристаллической решетке порошкообразного льда.

7 интересных фактов

1. Лед обеспечивает планету пресной водой и ограничивает глобальный уровень воды в Мировом океане
2. он менее плотный, чем вода. Благодаря этому обитатели моря продолжают свое существование. Большинство других веществ увеличивают свою плотность при замораживании.
3. Способен к самоочистке. В замороженном состоянии вода вытесняет растворенные в ней примеси.
4. Более 2/3 запасов пресной воды на Земле хранятся в ледниках.
5. Он существует не только на Земле. Встречается в Солнечной системе, на кометах и ​​других планетах.
6. Антарктида содержит 90% всего льда на материке.
7. Общая площадь вечной мерзлоты на Земле составляет 35 миллионов км². Подземные воды имеют форму льда, глубина иногда превышает 1000 метров.

Детальное описание структур

Первый критерий — это количество, необходимое для повышения температуры 1 грамма вещества на 1 ° C. Относительно большая часть тепла требуется для увеличения степени содержания воды, потому что каждая молекула участвует в многочисленных водородных связях, которые должны быть разрушены для увеличения кинетической энергии. Кстати, обилие H2O в клетках и тканях всех крупных многоклеточных организмов означает, что колебания температуры внутри клеток сведены к минимуму. Эта характеристика является фундаментальной, потому что скорость большинства биохимических реакций очень чувствительна.

Теплота испарения воды также значительно выше, чем у многих других жидкостей. Для превращения этого тела в газ требуется большое количество тепла, потому что водородные связи должны быть разрушены, чтобы молекулы воды переместились друг от друга и вошли в указанную фазу. Модифицированные тела являются постоянными диполями и могут взаимодействовать с другими подобными соединениями, а также с теми, которые ионизируются и растворяются.

Другие вещества, упомянутые выше, могут контактировать только с соблюдением полярности. Именно это соединение участвует в строении этих элементов. Кроме того, он может выстраиваться вокруг этих частиц электролита, так что отрицательные атомы кислорода молекул воды ориентированы на катионы и положительные ионы, а атомы водорода ориентированы на анионы.

В твердых телах, как правило, образуются молекулярные и атомные кристаллические решетки. То есть, если йод устроен таким образом, что в нем присутствует I2, то в твердом диоксиде углерода, то есть в сухом льду, в узлах кристаллической решетки находятся молекулы СО2. Когда он взаимодействует с этими веществами, лед имеет ионную кристаллическую решетку. Например, графит, имеющий атомную структуру на основе углерода, не может ее изменить, как и алмаз.

Что происходит, когда кристалл поваренной соли растворяется в воде: полярные молекулы притягиваются к заряженным элементам в кристалле, что приводит к образованию на его поверхности одинаковых частиц натрия и хлорида, в результате чего эти тела смещаются друг от друга и начинает растворяться. Из этого видно, что лед имеет кристаллическую решетку с ионными связями. Каждый растворенный Na + притягивает отрицательные концы различных молекул воды, в то время как каждый растворенный Cl- притягивает положительные концы. Оболочка, которая окружает каждый ион, называется спасательной сферой и обычно содержит несколько слоев частиц растворителя.

Снег и лед

Лед — твердое кристаллическое вещество, имеющее довольно нестабильную структуру. Он, как и вода, прозрачный, бесцветный и без запаха. Кроме того, у льда есть такие свойства, как хрупкость и скользкость; на ощупь холодная.

Снег — это тоже ледяная вода, но у него рыхлая текстура и он белый. Это снег, который выпадает каждый год в большинстве стран мира.

И снег, и лед — крайне нестабильные вещества. Чтобы растопить лед, не нужно много усилий. Когда он начинает таять?

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Вид	одноосный (+)
Показатели преломления	nα = 1,320 nβ = 1,330
Максимальное двулучепреломление	= 1,320
Оптический обзор	умеренный
Люминесценция в ультрафиолетовом излучении	нефлуоресцентный

Определение льда

Прежде всего, давайте поближе познакомимся со льдом, который получается из воды. Внутри он имеет правильную кристаллическую решетку. Лед — распространенный природный минерал, получаемый при замерзании воды. Одна молекула этой жидкости связывается с четырьмя ближайшими. Ученые отметили, что такое внутреннее строение присуще различным драгоценным камням и даже минералам. Такую структуру имеют, например, алмаз, турмалин, кварц, корунд, берилл и другие.

Молекулы удерживаются на расстоянии кристаллической решеткой. Эти свойства воды и льда указывают на то, что плотность такого льда будет меньше плотности воды, из-за которой он образовался. Поэтому лед плавает по поверхности воды и не тонет в ней.

Особенности развития

Минимальное количество молекул воды, необходимое для зарождения льда, составляет примерно 275 ± 25, как и в случае всего икосаэдрического кластера 280. Формирование происходит с коэффициентом 10 10 на границе раздела воздух-вода, а не по массе воды. Рост кристаллов льда зависит от разной скорости роста и разной энергии. Во время криоконсервации биологических образцов, пищевых продуктов и органов воду следует защищать от замерзания.

Обычно это достигается за счет высоких скоростей охлаждения, использования небольших образцов, криоконсервации и повышения давления для образования ледяных кернов и предотвращения повреждения клеток. Свободная энергия льда / жидкости увеличивается с ~ 30 мДж / м 2 при атмосферном давлении до 40 мДж / м-2 до 200 МПа, что указывает на причину этого эффекта.

Кристаллографические свойства

Группа точек	6 / ммм (6 / м2 / м2 / м) — гексагональный бипирамидальный
Космическая группа	P63 / mmc
Syngonia	шестиугольник
Параметры ячейки	а = 4,498 Å, с = 7,338 Å
Twinning	в двойной плоскости (α): {0001} и (b): {0001¯}
Морфология	обычно, как снежные кристаллы, в сложных случаях — приплюснутые {0001} шестилучевые звездообразные формы в различных вариациях. Скелетные формы нежные, как мороз.

Подведём итоги

Лед — одно из уникальных природных явлений на Земле. Он всегда привлекал к себе много внимания. Ученые постоянно проводят исследования в этой области, открывая новые стадии и виды.

Вода на Земле существует в трех агрегатных состояниях: жидком — это преобладающее ее состояние, твердом (лед), газообразном (водяной пар). Благодаря этому в природе и жизни на Земле существует круговорот воды.

Энтропия нулевой точки

Его можно определить как S 0 = k B Ln (N E0), где k B — постоянная Больцмана, NE — количество конфигураций E-энергии, а E0 — наименьшая энергия. Это значение энтропии гексагонального льда при нулевом градусе Кельвина не нарушает третий закон термодинамики: «Энтропия идеального кристалла при абсолютном нуле равна нулю», поскольку эти элементы и частицы не идеальны, они имеют неупорядоченную водородную связь.

В этом теле водородная связь случайна и быстро меняется. Эти структуры не совсем равны по энергии, но распределены по очень большому количеству энергетически близких состояний, они подчиняются «правилам льда». Нулевая энтропия — это беспорядок, который остался бы, даже если бы материал можно было охладить до абсолютного нуля (0 K = -273,15 ° C). Создает экспериментальную путаницу для гексагонального льда 3,41 (± 0,2) моль -1 ˣ K -1. Теоретически можно было бы вычислить нулевую энтропию известных кристаллов льда с гораздо большей точностью (без учета дефектов и диффузии уровней энергии), чем определять ее экспериментально.

Как образуется лёд?

Получить лед очень просто: достаточно понизить температуру воды, чтобы она упала ниже нуля градусов. В то же время в воде начинается процесс кристаллизации: ее молекулы выстраиваются в упорядоченную структуру, называемую кристаллической решеткой. Этот процесс происходит одинаково в морозильной камере, в луже и в океане.

Замерзание всегда начинается с верхнего слоя воды. Вначале в нем образуются микроскопические иглы льда, которые затем промерзают друг с другом, образуя своеобразную пленку на поверхности водяного столба. В больших водоемах ветер сотрясает поверхность воды, образуя на ней волны, поэтому замерзание длится дольше, чем стоячая вода.

Если возбуждение продолжается, пленки группируются в ледяные блинчики диаметром до 30 сантиметров, которые затем застывают в один слой толщиной не менее 10 сантиметров. На этом слое, называемом молодью, новый лед впоследствии промерзает снизу, а иногда и сверху, образуя достаточно прочный и толстый покров.

Прочность льда зависит от его типа: прозрачный в полтора раза прочнее мутно-белого. Считается, что 5-сантиметровый слой льда уже может выдержать вес человека, а 10-сантиметровый слой — вес легковой машины. Но выходить на лед резервуара, пока его толщина не достигнет 12-15 сантиметров, все же нежелательно.

Читайте также: Кремний в природе: химические свойства элемента