Лёд, который не тает
Лёд, который не тает
Читал, что южноамериканские ученые сделали лед, который не тает, кто у нас в Рф занимается этим направлением, а то промышленное холодильное оборудование очень драгоценное и энергии потребляет много. Ученые, сделайте дешевенький лёд!!
Да, вправду. В текущее время получены 14 разных структурных модификаций льда с разными качествами. Посреди их есть кристаллические (их большая часть) и бесформенные модификации, но они все отличаются друг от друга обоюдным расположением молекул воды и физическими качествами (темературой плавления, кристаллизации и др.). Правда, все, не считая обыденного льда I, кристаллизующего в гексагональной решетке, образуются в критериях, близких к галлактическим — при очень низких температурах и больших давлениях, когда углы водородных связей в молекуле воды меняются и образуются системы, хорошие от гексагональной. Такие условия на Земле не встречаются. Но их можно моделировать в современных лабораториях. К примеру, при температуре ниже –110 °С водяные пары выпадают на железной пластинке в виде октаэдров и кубиков размером в несколько нанометров — это так именуемый кубический лед. Если температура чуток выше –110 °С, а концентрация пара очень мала, на пластинке формируется слой только плотного бесформенного льда.
Более изученным является лёд I-й природной модификации. Лёд встречается в природе в виде льда (материкового, плавающего, подземного и т.д.), также в виде снега, инея и т.д. Он распространён во всех областях обитания человека. Собираясь в множествах, снег и лед образуют особенные структуры с принципно другими, ежели у отдельных кристаллов либо снежинок, качествами. Ледники, ледяные покровы, нескончаемая мерзлота, сезонный снежный покров значительно оказывают влияние на климат огромных регионов и планетки в целом: даже те, кто никогда не лицезрел снега, ощущают на для себя дыхание его масс, скопившихся на полюсах Земли, к примеру, в виде долголетних колебаний уровня Мирового океана. Лед имеет настолько огромное значение для вида нашей планетки и комфортабельного обитания на ней живых созданий, что ученые отвели для него необыкновенную среду — криосферу, которая простирает свои владения высоко в атмосферу и глубоко в земную кору.
Табл. 1. — Некие характеристики льда I
Свойство
Значение
Примечание
Теплоемкость, кал/(г··°C)
Теплота таяния, кал/г
Теплота парообразования, кал/г
0,51 (0°C)
79,69
677
Очень миниатюризируется с снижением температуры
Коэффициент теплового расширения, 1/°C
9,1·10—5 (0°C)
Теплопроводимость, кал/(см сек··°C)
4,99·10—3
Показатель преломления:
для обычного луча
для необычного луча
1,309 (—3°C)
1,3104 (—3°C)
Удельная электронная проводимость, ом—1·см—1
10—9 (0°C)
Кажущаяся энергия активации 11ккал/моль
Поверхностная электропроводность, ом—1
10—10 (—11°C)
Кажущаяся энергия активации 32ккал/моль
Модуль Юнга, дин/см
9·1010 (—5°C)
Поликристаллич. лёд
Сопротивление, Мн/м2 :
раздавливанию
разрыву
срезу
2,5
1,11
0,57
Поликристаллический лёд
Поликристаллический лёд
Поликристаллический лёд
Средняя действенная вязкость, пз
1014
Поликристаллический лёд
Показатель степени степенного закона течения
3
Энергия активации при деформировании и механической релаксации, ккал/моль
11,44—21,3
Линейно вырастает на 0,0361 ккал/(моль·°C) от 0 до 273,16 К
Примечание. 1 кал/(г°С)=4,186 кджl (kг (К); 1 ом-1?см-1=100 сим/м; 1 дин/см=10-3н/м; 1 кал/(см (сек°С)=418,68 вт/(м (К); 1 пз=10-1 н (сек/м2.
Лёд II, III и V-й модификации долгое время сохраняются при атмосферном давлении, если температура не превосходит —170°С. При нагревании примерно до —150°С лёд преобразуются в кубический лёд Ic.
При конденсации паров воды на более прохладной подложке появляется бесформенный лёд. Обе эти формы льда могут самопроизвольно перебегать в гексагональный лёд, причём тем быстрее, чем выше температура.
Лёд IV-й модификации является метастабильной фазой льда. Он появляется еще легче и в особенности стабилен, если давлению подвергается тяжёлая вода.
Кривая плавления льда V и VII изучена до давления 20 Гн/м2 (200 тыс. кгс/см2). При всем этом давлении лёд VII плавится при температуре 400°С.
Лёд VIII является низкотемпературной упорядоченной формой льда VII.
Лёд IX — метастабильная фаза, возникающая при переохлаждении льда III и по существу представляющая собой его низкотемпературную форму.
Табл. 3. — Некие данные о структурах модификаций льда
Модифи
кация
Сингония
Фёдоровская группа
Длины водородных связей,
Углы О—О—О в тетраэдрах
I
Ic
II
III
V
VI
VII
VIII
IX
Гексагональная
Кубическая
Тригональная
Тетрагональная
Моноклинная
Тетрагональная
Кубическая
Кубическая
Тетрагональная
P63/mmc
F43m
R3
P41212
A2/a
P42/nmc
Im3m
Im3m
P41212
2,76
2,76
2,75—2,84
2,76—2,8
2,76—2,87
2,79—2,82
2,86
2,86
2,76—2,8
109,5
109,5
80—128
87—141
84—135
76—128
109,5
109,5
87—141
Примечание. 1 A=10-10 м.
Две последние модификации льда — XIII и XIV — открыли ученые из Оксфорда совершенно не так давно, в 2006 году. Предположение о том, что должны существовать кристаллы льда с моноклинной и ромбической решетками, было тяжело подтвердить: вязкость воды при температуре –160°С очень высока, и собраться совместно молекулам незапятанной переохлажденной воды в таком количестве, чтоб образовался эмбрион кристалла, тяжело. Этого удалось достигнуть при помощи катализатора — соляной кислоты, которая повысила подвижность молекул воды при низких температурах. В земной природе подобные модификации льда создаваться не могут, но они могут встречаться на замерзших спутниках других планет.
К.х.н. О.В. Мосин