Какими свойствами обладает лед
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 12 апреля 2020;
проверки требуют 3 правки.
У этого термина существуют и другие значения, см. Лёд (значения).
Лёд — вода в твёрдом агрегатном состоянии[2].
Льдом иногда называют некоторые вещества в твёрдом агрегатном состоянии, которым свойственно иметь жидкую или газообразную форму при комнатной температуре; в частности, сухой лёд, аммиачный лёд или метановый лёд.
Основные свойства водного льда[править | править код]
В настоящее время известны три аморфных разновидности и 17 кристаллических модификаций льда. Фазовая диаграмма на рисунке справа показывает, при каких температурах и давлениях существуют некоторые из этих модификаций (более полное описание см. ниже).
В природных условиях Земли вода образует кристаллы одной кристаллической модификации — 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 Å и размещённых в вершинах правильного тетраэдра.
Кристаллическая структура льда Ih. Серыми пунктирными линиями показаны водородные связи.
Новые исследования формирования водяного льда на ровной поверхности меди при температурах от −173 °C до −133 °C показали, что сначала на поверхности возникают цепочки молекул шириной около 1 нм не гексагональной, а пентагональной структуры[3].
Ажурная кристаллическая структура такого льда приводит к тому, что его плотность, равная 916,7 кг/м³ при 0 °C, меньше плотности воды (999,8 кг/м³) при той же температуре. Поэтому вода, превращаясь в лёд, увеличивает свой объём примерно на 9 %[4]. 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 теплотa 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, сколько требуется, чтобы нагреть литр воды на 80 °C.
Лёд встречается в природе в виде собственно льда (материкового, плавающего, подземного), а также в виде снега, инея, изморози. 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.
На Земле[править | править код]
Общие запасы льда на Земле около 30 млн км³. Основные запасы льда на Земле сосредоточены в полярных шапках (главным образом, в Антарктиде, где толщина слоя льда достигает 4 км).
В океане[править | править код]
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.
В космосе[править | править код]
Имеются данные о наличии льда на планетах Солнечной системы (например, на Марсе), их спутниках, на карликовых планетах и в ядрах комет.
Использование льда в технике[править | править код]
Ледяная гидросмесь. В конце 1980-х годов американская 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[5]. Солёная водяная суспензия состояла из множества очень мелких ледяных кристалликов округлой 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[5].
Использование льда в качестве конструкционного материала широко распространено в приполярных регионах для строительства жилищ — иглу. Лёд входит в состав предложенного Д. Пайком материала пайкерит, из которого предлагалось сделать самый большой в мире авианосец. Использование льда для постройки искусственных островов описывается в фантастическом романе «Ледяной остров».
Фазы льда[править | править код]
| Фаза | Характеристики[6][7] |
|---|---|
| Аморфный лёд | Аморфный 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 («сверхохлаждённая стекловидная вода», HGW), или конденсацией водяного пара на очень холодной подложке («аморфная твёрдая вода», ASW), или путём нагрева высокоплотностных форм льда при нормальном давлении («LDA»). |
| Лёд Ih | Обычный гексагональный кристаллический лёд. Почти весь лёд на Земле относится ко льду Ih, и только очень малая часть — ко льду Ic. |
| Лёд Ic | Метастабильный кубический кристаллический лёд. Атомы кислорода расположены как в кристаллической решётке алмаза. Его получают при температуре в диапазоне от −133 °C до −123 °C, он остаётся устойчивым до −73 °C, а при дальнейшем нагреве переходит в лёд Ih. Он изредка встречается в верхних слоях атмосферы. |
| Лёд II | Тригональный кристаллический лёд с высокоупорядоченной структурой. Образуется изо льда Ih при сжатии и температурах от −83 °C до −63 °C. При нагреве он преобразуется в лёд III. |
| Лёд III | Тетрагональный кристаллический лёд, который возникает при охлаждении воды до −23 °C и давлении 300 МПа. Его плотность больше, чем у воды, но он наименее плотный из всех разновидностей льда в зоне высоких давлений. |
| Лёд IV | Метастабильный тригональный лёд. Его трудно получить без нуклеирующей затравки. |
| Лёд V | Моноклинный кристаллический лёд. Возникает при охлаждении воды до −20 °C и давлении 500 МПа. Обладает самой сложной структурой по сравнению со всеми другими модификациями. |
| Лёд VI | Тетрагональный кристаллический лёд. Образуется при охлаждении воды до −3 °C и давлении 1,1 ГПа. В нём проявляется дебаевская релаксация. |
| Лёд VII | Кубическая модификация. Нарушено расположение атомов водорода; в веществе проявляется дебаевская релаксация. Водородные связи образуют две взаимопроникающие решётки. |
| Лёд VIII | Более упорядоченный вариант льда VII, где атомы водорода занимают, очевидно, фиксированные положения. Образуется изо льда VII при его охлаждении ниже 5 °C. |
| Лёд IX | Тетрагональная метастабильная модификация. Постепенно образуется изо льда III при его охлаждении от −65 °C до −108 °C, стабилен при температуре ниже −133 °C и давлениях между 200 и 400 МПа. Его плотность 1,16 г/см³, то есть, несколько выше, чем у обычного льда. |
| Лёд X | Симметричный лёд с упорядоченным расположением протонов. Образуется при давлениях около 70 ГПа. |
| Лёд XI | Ромбическая низкотемпературная равновесная форма гексагонального льда. Является сегнетоэлектриком. |
| Лёд XII | Тетрагональная метастабильная плотная кристаллическая модификация. Наблюдается в фазовом пространстве льда V и льда VI. Можно получить нагреванием аморфного льда высокой плотности от −196 °C до примерно −90 °C и при давлении 810 МПа. |
| Лёд XIII | Моноклинная кристаллическая разновидность. Получается при охлаждении воды ниже −143 °C и давлении 500 МПа. Разновидность льда V с упорядоченным расположением протонов. |
| Лёд XIV | Ромбическая кристаллическая разновидность. Получается при температуре ниже −155 °C и давлении 1,2 ГПа. Разновидность льда XII с упорядоченным расположением протонов. |
| Лёд XV | Псевдоромбическая кристаллическая разновидность льда VI с упорядоченным расположением протонов. Можно получить путём медленного охлаждения льда VI примерно до −143 °C и давлении 0,8-1,5 ГПа[8]. |
| Лёд XVI | Кристаллическая разновидность льда с наименьшей плотностью (0,81 г/см3)[9] среди всех экспериментально полученных форм льда. Имеет строение топологически эквивалентное полостной структуре КС-II (англ. sII) газовых гидратов. |
| Лёд XVII[it] | Кристаллическая разновидность льда с меньшей кристаллографической плотностью (0,85 г/см3)[10], чем у других экспериментально полученных форм льда. Его структура, как и у льда XVI, сходна с клатратной структурой газовых гидратов. Получается при температуре 280 К и давлении ~ 400 МПа. Его номинальный состав (Н2О)2Н2 с тремя формульными единицами на элементарную ячейку. |
| Лёд XVIII[en] | Лёд XVIII, так же известный как “суперионная вода”, представляет собой фазу воды, которая существует при чрезвычайно высоких температурах и давлениях при которых молекулы воды распадаются на ионы кислорода и водорода. Ионы кислорода кристаллизуются и формируют равномерно распределенную решетку, а ионы водорода свободно плавают по образовавшейся решетке из кислорода. |
Льды Арктики[править | править код]
Дрейфующий лёд в Арктике
Лёд в период летней навигации
Плотный лёд
Ледяные поля
Снежницы на ледяном поле
Разлом льда
См. также[править | править код]
- Снег
- Сосулька
- Ледник
- Группа льда (минералогия)
- Газовые гидраты
- Технология перекачиваемого льда
- Журнал «Лёд и снег»
Примечания[править | править код]
- ↑ Петрушевский Ф. Ф., Гершун А. Л. Лед, в физике // Энциклопедический словарь — СПб.: Брокгауз — Ефрон, 1896. — Т. XVII. — С. 471—473.
- ↑ РМГ 75-2014. Измерения влажности веществ. Термины и определения, 2015, с. 1.
- ↑ A one-dimensional ice structure built from pentagons. Nature Materials. 8 March 2009 (англ.)
- ↑ Замерзающая вода выдавливает дно металлической ёмкости (видео)
- ↑ 1 2 Хирурги наполнят тела пациентов текущим льдом
- ↑ Фазы льда (англ.) (недоступная ссылка). Дата обращения 5 февраля 2009. Архивировано 25 марта 2009 года.
- ↑ Ледяные узоры высокого давления (недоступная ссылка). Дата обращения 6 февраля 2009. Архивировано 18 февраля 2009 года.
- ↑ Впервые получен лёд XV
- ↑ Andrzej Falenty, Thomas C. Hansen & Werner F. Kuhs. Formation and properties of ice XVI obtained by emptying a type sII clathrate hydrate // Nature. — Vol. 516, P. 231—233 (11 December 2014) — Falenty Andrzej, Hansen Thomas C., Kuhs Werner F. Formation and properties of ice XVI obtained by emptying a type sII clathrate hydrate // Nature. — 2014. — Декабрь (т. 516, № 7530). — С. 231—233. — ISSN 0028-0836. — doi:10.1038/nature14014. [исправить]
- ↑ Timothy A. Strobel, Maddury Somayazulu, Stanislav V. Sinogeikin, Przemyslaw Dera & Russell J. Hemley. Hydrogen-stuffed, quartz-like water ice // Journal of the American Chemical Society[en]. — Vol. 138. — P. 13786-13789 (19 August 2016) — Strobel Timothy A., Somayazulu Maddury, Sinogeikin Stanislav V., Dera Przemyslaw, Hemley Russell J. Hydrogen-Stuffed, Quartz-like Water Ice // Journal of the American Chemical Society. — 2016. — 18 октября (т. 138, № 42). — С. 13786—13789. — ISSN 0002-7863. — doi:10.1021/jacs.6b06986. [исправить].
Литература[править | править код]
- Маэно Л. Наука о льде. М.: Мир, 1988.
- Рекомендации по межгосударственной стандартизации РМГ 75-2014. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерения влажности веществ. Термины и определения. — М.: Стандартинформ, 2015. — iv + 16 с.
- Шавлов А. В. Лёд при структурных превращениях. Новосибирск: Наука, 1996.
Ссылки[править | править код]
- Вода, лед и снег. Физические, теплофизические, химические свойства. Инженерный справочник.
- Лёд Европы воссоздали на Земле
- Кристаллы снега и льда
- Арабаджи В. Загадки простой воды. Сооружения из льда
- Шавлов А. В., Рябцева А. А., Шавлова В. А. «Сверхскользкий лёд для конькобежного спорта» (2007)
Источник
Лед – это твердое вещество, находящееся агрегатном состоянии, которому свойственно иметь газообразную или жидкую форму при комнатной температуре. Свойства льда начали изучать сотни лет назад. Около двухсот лет тому назад ученые обнаружили, что вода – не простое соединение, а сложный химический элемент, состоящий из кислорода и водорода. После открытия формула воды стала иметь вид Н2О.
Строение льда
Н2О состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. В спокойном состоянии водород располагается на вершинах атома кислорода. Ионы кислорода и водорода должны занимать вершины равнобедренного треугольника: кислород располагается на вершине прямого угла. Такое строение воды называется диполем.
Лед состоит на 11.2% процента из водорода, а остальное – это кислород. Свойства льда зависят от его химического строения. Иногда в нем присутствуют газообразные или механические образования – примеси.
Лед встречается в природе в виде немногочисленных кристаллических видов, которые устойчиво сохраняют свое строение при температурах от нуля и ниже, но при нуле и выше он начинает плавиться.
Структура кристаллов
Свойства льда, снега и пара совершенно разные и зависят от структуры кристаллов. В твердом состоянии Н2О находится в окружении четырех молекул, расположенных в углах тетраэдра. Так как координационная численность низкая, то лед может иметь ажурную структуру. Это отображается на свойствах льда и его плотности.
Формы льда
Лед относится к распространенным в природе веществам. На Земле есть следующие его разновидности:
- речной;
- озерный;
- морской;
- фирновый;
- глетчерный;
- грунтовый.
Есть лед, напрямую образующийся сублимационным путем, т.е. от парообразного состояния. Такой вид принимает скелетовидную форму (мы их называем снежинки) и агрегатов дендритного и скелетного роста (изморозь, иней).
Одной из самых распространенных форм являются сталактиты, т. е. сосульки. Они растут по всему миру: на поверхности Земли, в пещерах. Этот вид льда образуется путем стекания капель воды при разнице температур около нуля градусов в осенне-весенний период.
Образования в виде ледяных полос, появляющихся по краям водоемов, на границе воды и воздуха, а также по краю луж, называются ледяными заберегами.
Лед может образовываться в пористых грунтах в виде волокнистых прожилок.
Свойства льда
Вещество может находиться в разных состояниях. Исходя из этого, возникает вопрос: а какое свойство льда проявляется в том или ином состоянии?
Ученые выделяют физические и механические свойства. Каждое из них имеет свои особенности.
Физические свойства
К физическим свойствам льда относят:
- Плотность. В физике неоднородная среда представлена пределом отношения массы вещества самой среды к объему, в котором она заключена. Плотность воды, как и других веществ, является функцией температур и давления. Обычно в расчетах используют постоянную плотность воды, равную 1000 кг/м3. Более точный показатель плотности учитывается только тогда, когда необходимо очень точно провести расчеты ввиду важности получаемого результата разности плотностей.
При проведении расчетов плотности льда учитывается, какая вода стала льдом: как известно, плотность соленой воды выше, чем дистиллированной. - Температура воды. Обычно кристаллизация воды происходит при температуре ноль градусов. Процессы замерзания происходят скачками с выделением теплоты. Обратный процесс (таяние) происходит при поглощении того же количества тепла, которое было выделено, но без скачков, а постепенно.
В природе встречаются условия, при которых происходит переохлаждение воды, но она не замерзает. Некоторые реки сохраняют жидкое состояние воды даже при температуре -2 градуса. - Теплоемкость. Это количество теплоты, которое поглощается при нагревании тела на каждый градус. Есть удельная теплоемкость, которая характеризуется количеством теплоты, необходимой для нагрева килограмма дистиллированной воды на один градус.
- Сжимаемость. Еще одно физическое свойство снега и льда – сжимаемость, влияющая на уменьшение объема под воздействием повышенного внешнего давления. Обратная величина называется упругостью.
- Прочность льда.
- Цвет льда. Это свойство зависит от поглощения света и рассеивания лучей, а также от количества примесей в замерзшей воде. Речной и озерный лед без посторонних примесей виден в нежно-голубом свете. Морской лед может быть совершенно другим: голубым, зеленым, синим, белым, коричневым, иметь стальной оттенок. Иногда можно увидеть черный лед. Такой цвет он приобретает из-за большого количества минералов и различных органических примесей.
Механические свойства льда
Механические свойства льда и воды определяются сопротивлением воздействию внешней среды по отношению к единице площади. Механические свойства зависят от структуры, солености, температуры и пористости.
Лед – это упругое, вязкое, пластичное образование, но бывают условия, при которых он становится твердым и очень хрупким.
Морской лед и пресноводный различаются: первый намного пластичнее и менее прочный.
При прохождении кораблей обязательно учитываются механические свойства льда. Также это важно при использовании ледяных дорог, переправ и не только.
Вода, снег и лед обладают схожими свойствами, которые определяют характеристики вещества. Но в то же время на эти показания влияют и многие другие факторы: температура окружающей среды, примеси в твердом веществе, а также исходный состав жидкости. Лед – это одно из самых интересных веществ на Земле.
Источник
«Лёд — это замороженная вода» — истина, известная каждому человеку. Ситуация обоюдоострая, поскольку вода также может быть растаявшим льдом. Если брать за основу подтвержденное знание о реальных ледниковых периодах в истории Земли, то можно предположить, что все воды — это растаявшие ледники. К тому же, вода и лёд имеют одну химическую запись: H2O. Даже определение льда однозначно — вода в твердом агрегатном состоянии.
Плотность меньше плотности воды — и это одна из важных загадок природы. Вода в твердом состоянии намного легче, чем в текучем, что попирает физические явления. Впрочем, это единственное исключение из правил.
Структура
Замерзание и таяние — процесс самостоятельной очистки воды. Природный лёд, как правило, значительно чище воды. Растущие кристаллы создают собственную решетку, вытесняя посторонние примеси обратно в жидкость.
Кристаллическая решетка напоминает соты или даже структуру драгоценного камня. Каждая молекула окружена другими, в результате формируется водородная связь. Отсюда и сетчатая структура, что приводит к понижению плотности. Известно 14 видов замершей воды. Большинство отличающихся структур образуются только при экстремально низких температурах. Потому и не встречаются на Земле, а лишь в Космосе.
Лёд оказывает большое влияние на условия существования
флоры, фауны и даже деятельность человека. Именно он образует на воде плавучий
покров, своеобразно защищая подводную жизнь от гибели.
Благодаря свой структуре, кристаллизованный лёд способен
сохранять информацию обо всем, включая флору и фауну (он просто её
замораживает), также данные о том, при каких условиях произошло замерзание. На
это влияют слоистая структура льда. Именно так удалось выявить ДНК мамонтов, к
примеру. Слои ледников детектируются разными годами и даже эпохами. Так было
выяснено, что теплыми годами для Арктики были 1550 и 1930.
Молекулы льда кристаллизуются в форме двойной спирали при
воздействии низких минусовых температур и высокого давления. При таких условиях
ледяной кристалл напоминает структуру ДНК.
Происхождение
Лёд образуется на поверхности воды, сковывая её течение при
понижении температуры воздуха. Начальная температура льда всего 0°С — этого
достаточно, чтобы начали появляться иголки, которые образуют кристаллизованную
чашу. То есть в основе происхождения льда лежит вода и минусовая температура.
Существует несколько районов на Земле, где в слоях залегает
вечная мерзлота. Грунтовый лёд в таких местах оттаивает лишь на незначительную
глубину. Ниже встречается подземный лёд, который также имеет два вида:
современный и ископаемый. 10% процентов планеты покрыто ледниковым льдом. А на
поверхности морей и океанов образуется морской лёд — но не везде, существует
пресноводный вид и множество других. Все они имеют различное происхождение, в зависимости
от типа воды.
Фазы льда
Достоверно неизвестно точное количество фаз льда. На сегодняшний день выявлено всего 14 основных разновидностей, некоторые из которых являются внеземными.
- Аморфный лёд — не имеет кристаллической структуры, но существует три дополнительные формы по плотности: LDA— низкая, HDA — средняя (формируется под атмосферным давлением) и VHDA — очень высокая.
- Лёд 1h — обычный лёд, существующий на поверхности планеты.
- Лёд 1c — кубический лёд (похож по структуре на алмаз). Температура возникновения от -133°C до -123°C. При нагреве переходит в предыдущую стадию.
- Лёд 2 — тригональный (температура сжатия -83 °C до -63 °C). При нагреве переходит в следующую стадию.
- Лёд 3 — тетрагональный (образуется при −23 °C и давлении 300 МПа). Плотность выше, чем у воды.
- Лёд 4 — метастабильный тригональный вид.
- Лёд 5 — моноклинный (образуется охлаждении воды до -20 °C и давлении 500 МПа), сложная структура.
- Лёд 6 — тетрагональный (возникает при охлаждении -3 °C и давлении 1,1 ГПа).
- Лёд 7 — кубический (образуется с нарушением атомов водорода).
- Лёд 8 — появляется при охлаждении предыдущего типа, атомы фиксируются.
- Лёд 9 — тетрагональный метастабильный вид (из льда 3 при охлаждении -65°C до -108°C). Высокая плотность, но ниже, чем у воды.
- Лёд 10 — симметричный вид под давлением до 70 ГПа.
- Лёд 11 — ромбический тип.
- Лёд 12 — тетрагональный метастабильный лёд с плотной решеткой (нагрев аморфного льда при -196°C до -90°C, но потребуется давление в 810 МПа).
Кроме того, ведутся исследования в других фазах. Основное
отличие заключается именно в химической структуре и условиях для образования
льдов.
Классификация
Разновидности льда характеризуют сразу по нескольким признакам: форма, возраст, происхождение, подвижность и ряду других.
По происхождению бывают следующими:
- морские;
- пресноводные (они же речные);
- материковые (они же глетчерные).
Процесс образования достаточно прост: морские — в море,
речные — в реках, могут выносить потоком в открытое морское пространство.
Материковые — плавающие ледники, их обломки и, в особенности, айсберги.
Следующий признак — возраст, здесь виды льда различаются
так:
- молодой лёд (иглы, сало, снежура и многое другое);
- поверхностный — кристаллический лёд;
- нилас — эластичная ледяная корка на поверхности морской воды;
- серый (15 см толщины) — вода с примесями, такой вид не является полностью очищенным;
- белый (более 30 см) — процесс очищения полностью произошел;
- 1-летний, 2-летний — не тающий в течение этого периода;
- многолетний (либо паковый — арктический, промерзает не менее, чем на 3 метра);
- вечный лёд — не тающий совсем, такие ледники залегают глубоко под землей.
Различаются они по тому, как двигаются. Есть неподвижные —
вроде ледяного покрова Арктики и Антарктики. Это сплошной покров, закрепленный
на суше, либо примерзший к чему-то и не тающий. Он буквально припаивается,
постепенно разрастаясь — отсюда ещё одно название «припай». Также есть стамух
(фактически айсберг, севший на мель) и береговой вал.
Следующий вид — плавучий, дрейфующий тип льдов. Он постоянно
движется по воде, передвигаясь под внешним влиянием — ветром и течениями. Такая
форма преобладает, они дополнительно классифицируются по размерам: на ледяные
поля разного размера, мелкобитный лёд.
Материковые появляются в результате сколов массивных частей
припая. Край называется ледниковым барьером, а съехавший и плавающий — языком.
К ним же относятся айсберги (толщина льда достигает десятков метров), острова
льда (свыше 30км в диаметре).
Свойства
Основная масса бесцветна. Совсем прозрачный лёд характерен
для пресноводных водоемов. Ярчайший пример — лёд на озере Байкал. Намерзшие
глыбы абсолютно чистые и прозрачные. Морской и речной обычно имеют белый цвет с
легким синеватым оттенком, а речной также имеет — грязный серый цвет, к тому же
такие льды быстро тают.
Цвет льда напрямую зависит от окружающей обстановки. Так,
лёд в воде кажется синим, потому что принято считать, что вода имеет именно
такой оттенок.
Следующее свойство — блеск, похожий на стекло. Он также
может порезать кожу человека. Основные массы не имеют спаек, вода буквально
замерзает в монолитную массу без швов.
Минерал насчитывает более 14 модификаций, уже приведенных
выше. На Земле встречается только два первых вида. Связано это с экстремально
низкими температурами и высоким давлением, что свойственно другим планетам.
Температура льда также может различаться: на вершинах гор она равна 0 градусов,
тогда как самыми теплыми являются гренландские — 28 градусов.
Другая особенность — расширение массы замерзающий воды при
образовании кристаллической решетки. Именно это свойство спасает флору и фауну
во время зимы, не позволяя промерзать водоемам до самого дна. Возможно
образование сосулек — длинных ледяных полотен до самого дна, но они никак не
влияют на окружение.
Уникальность талой воды также не заканчивается на молекулярном
уровне. Так, к примеру, талая вода будет довольно чистой и пригодной для питья.
Поскольку образование льда является естественным очистителем для воды.
Существуют планеты, которые полностью покрывает горячий лед
(например, Gliese 436 b). Разумеется, всё на уровне предположений — никто
достоверно не знает. Предположительная температура на приведенной планете
держится в 300°C, но сила давления настолько высока, что воду попросту сжимает
и удерживает в твердом состоянии.
Различается удельная теплоемкость воды и льда в зависимости
от температуры в интервале от 0 до -100°C. Снижение приводит к тому, что
параметр значительно уменьшается, но теплопроводность и плотность, напротив,
возрастает. Теплоемкость льда меньше в два раза, чем у воды, потому он может
оставаться холодным, даже при высоких температурах (пример — гренландские
теплые льды). Но их плотность будет близка к массе воды.
| Температура, °С | Плотность, кг/м 3 | Теплопроводность, Вт/(м·град) | Теплоемкость, Дж/(кг·град) |
| 0.01 (Вода) | 999,8 | 0,56 | 4212 |
| 0 | 916,2 | 2,22 | 2050 |
| -5 | 917,5 | 2,25 | 2027 |
| -10 | 918,9 | 2,30 | 2000 |
| -15 | 919,4 | 2,34 | 1972 |
| -20 | 919,4 | 2,39 | 1943 |
| -25 | 919,6 | 2,45 | 1913 |
| -30 | 920,0 | 2,50 | 1882 |
| -35 | 920,4 | 2,57 | 1851 |
| -40 | 920,8 | 2,63 | 1818 |
| -50 | 921,6 | 2,76 | 1751 |
| -60 | 922,4 | 2,90 | 1681 |
| -70 | 923,3 | 3,05 | 1609 |
| -80 | 924,1 | 3,19 | 1536 |
| -90 | 924,9 | 3,34 | 1463 |
| -100 | 925,7 | 3,48 | 1389 |
Таким образом, свойства льда не изучены в полной мере и
могут предполагаться в лабораторных условиях.
Лёд и его разновидности
Существует дополнительная градация по разновидностям:
- атмосферный — твердый вид атмосферных осадков (снег, иней, град и даже туман);
- ледяная вода — также разновидность минерала, поскольку в неё присутствуют кристаллы;
- водяной покров — в воде, на её поверхности или прямо в массе (донный, внутриводный, ледяной);
- подземный — первичный и вторичный, относится к многолетним и вечным типам;
- ледниковый, соответственно, ледник.
Кроме того, разработан искусственный лёд. К нему также
относятся разные типы поверхностей и разновидностей. Например, хоккейный лёд —
специальное покрытие, максимально подходящее для игры. Сюда же относится
материал покрытия для конькобежных видов спорта, фигурного катания и т.д.
Существует другая, сублимированная формула льда (CO2 —
диоксид углерода), которая позволяет миновать жидкую фазу и сразу перейти в
водяной пар. Таким образом достигается охлаждение пищевых продуктов, проводятся
испытания и лабораторные исследования. Называется разновидность — синтетический
или же сухой лёд.
Существует ещё много разновидностей: от цветного до обычного
кубического льда, который легко делается в холодильнике.
Морфология
Природный лёд — это минерал, имеющий массу разновидностей.
Часто это естественное скопление мелких частиц, перешедших из фазы жидкости. Но
есть и виды, образованные вследствие сублимации. В целом, это масса, а именно
кристаллы встречаются редко — сталактиты, сталагмиты. Наиболее яркий пример —
Кунгурская ледяная пещера.
Ледяные забереги — полосы покрова, который образуется на
границе между водой и воздухом. При этом основная часть воды не промерзает.
Однако, начинаясь от берегов, они могут полностью срастаться на середине
водоема, образуя сплошное полотно. Объем льда при этом может достигать как
нескольких см, так и много метров.
Применение
Помимо очевидного применения для сохранения продуктов и
проведения исследований, лёд применяется в качестве способа спасти жизнь. В
1980-х годах была разработана технология гидросмеси, или получившая название в
медицине — «ледяная кровь». Суть в том, что соленая жидкая суспензия охлаждает
трубы в здании. Такой же принцип был применен к людям — состав помогает
увеличить время на спасение человека.
Также минерал некоторые народы используют для постройки
жилища — иглы. Но только в приполярных районах, где он не растает. Используется
способность льда проводить тепло.
Секреты льда
Суть в том, что при замерзании образуются полости, где
остается воздух. Отсюда меньший вес и плотность. Из-за этих кубиков воздуха лёд
и плавает на поверхности воды. Кроме того, в лёд может вмерзнуть газ или
большое количество воздуха. Именно по этой причине айсберги по большей части
находятся под водой на 90%, а на 10% — сверх. Объем, который скрывает масса
воды, может поражать воображение — и всё из-за содержания соли, которая
увеличивает плотность воды. Вроде огромная масса должна тонуть, но всё равно
выталкивается на поверхность.
Также объем воды увеличивается при замерзании практически на
10%, что опять-таки происходит из-за образования кристаллической решетки,
которая имеет полости воздуха.
Лед на земле, в океане, в космосе
Везде встречается разный вид минерала. Различие заключается
в основном в том, насколько большое давление и температура замерзания. Водород
и кислород можно найти по всему космосу, потому и лёд есть практически везде —
даже там, где не доказано. Многие планеты состоят из льда даже в пределах
Солнечной системы. Другиеинтересные
факты в основном связаны с землей, как с наиболее изученным пространством. Так,
к примеру, существует «волосяной лёд» — на деревьях при условиях влажного
воздуха и низкой температуры. Лёд на земле и в океане может считаться
минералом, а вот в холодильнике — нет.
Источник