Лёд

Материал из Циклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Лёд
Лёд: химическая формула
Общие
Систематическое
наименование
Вода
Химическая формула Н2O
Физические свойства
Состояние твёрдое тело
Молярная масса 18,01528 г/моль
Плотность 0,9167 г/см³
Термические свойства
Тройная точка 0,01 °C, 611,73 Па
Удельная теплота плавления 3,3·105 Дж/кг
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Лёд — вода в твёрдом состоянии.

[править] Общие характеристики

Известно 10 кристаллических модификаций льда и аморфный лед. В природе лед представлен главным образом одной кристаллической разновидностью с плотностью 931 кг/м³. Под действием собственного веса лед приобретает пластические свойства и текучесть.

Лед встречается в природе в виде собственно льда (материкового, плавающего, подземного), а также в виде снега, инея и т. д.

Природный лед обычно значительно чище, чем вода, так как растворимость веществ во льду крайне плохая. Лед может содержать механические примеси — твёрдые частицы, капельки концентрированных растворов, пузырьки газа. Наличием кристалликов соли и капелек рассола объясняется солоноватость морского льда.

Общие запасы льда на Земле составляют около 30 млн км³. Есть данные о наличии льда на планетах Солнечной системы и в кометах. Основные запасы льда на Земле сосредоточены в полярных странах (главным образом в Антарктиде, где толщина ледового покрова достигает 4 км).

Искусственный лед получают охлаждением, которого достигают путем растворения некоторых солей в воде или кислотах или охлаждением при испарении жидкостей в разреженном пространстве.

Лед — это твердая фаза оксида водорода химического строения Н2О. Содержит (%): Н — 11,2; O — 88,8. Сингония гексагональная. Вид дигексагонально-пирамидальный. Искусственно получено еще три модификации льда: лед-II; лед-III и лед-IV. Плотность — 0,9175. Твердость — 1,5 (при 4 °С), 4,0 (-44 °С) и 6,5 (-78,5 °С). Обычно образует агрегатные скопления мелкокристаллических зерен. Известны также кристаллические образования, которые возникают при сублимации. Они имеют вид скелетных форм и фигур роста (дендриты), а также лучистых агрегатов. Бесцветный, прозрачный, в значительных скоплениях синеватый. Блеск стеклянный. Хрупкий. Образуется лед в криосфере при снижении температуры ниже 0 °С (ледники, подземный лед и т. д.). При температуре 0 °С плавится, превращаясь в воду. Исследованием льда занимается криология. Наиболее изученным является лед 1-й модификации — единственной модификации, обнаруженной в природе. Лед — одно из самых распространенных твердых тел на земной поверхности (около 30 млн км³). В природе есть много видов льда разного возраста. Длительность существования одних видов определяется часами, возраст других — сотни тысяч лет.

[править] Фазы льда

Фаза Характеристики[1][2]
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. Практически 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[3].
Лёд XVI Кристаллическая разновидность льда с наименьшей плотностью (0,81 г/см3)[4] среди всех экспериментально полученных форм льда. Имеет строение топологически эквивалентное полостной структуре КС-II (англ. sII) газовых гидратов.
Лёд XVII Кристаллическая разновидность льда с меньшей кристаллографической плотностью (0,85 г/см3)[5], 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.

[править] Примечания

  1. Фазы льда (англ.)
  2. Ледяные узоры высокого давления
  3. Впервые получен лёд XV
  4. 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) — DOI:10.1038/nature14014
    Вы можете подставить цитату вручную (enwiki).
  5. 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. — Vol. 138. — P. 13786-13789 (19 August 2016) — DOI:10.1021/jacs.6b06986
    Вы можете подставить цитату вручную (enwiki)..
Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты