Heute werden wir über die Eigenschaften von Schnee und Eis sprechen. Es muss klargestellt werden, dass Eis nicht nur aus Wasser entsteht. Neben Wassereis gibt es Ammoniakeis und Methaneis. Vor nicht allzu langer Zeit haben Wissenschaftler Trockeneis erfunden. Seine Eigenschaften sind einzigartig, wir werden sie etwas später betrachten. Es entsteht, wenn Kohlendioxid gefriert. Trockeneis erhielt seinen Namen aufgrund der Tatsache, dass es beim Schmelzen keine Pfützen hinterlässt. Das darin enthaltene Kohlendioxid verdunstet aus dem gefrorenen Zustand sofort in die Luft.

Eisdefinition

Schauen wir uns zunächst Eis genauer an, das aus Wasser gewonnen wird. Darin befindet sich ein regelmäßiges Kristallgitter. Eis ist ein häufig vorkommendes natürliches Mineral, das beim Gefrieren von Wasser entsteht. Ein Molekül dieser Flüssigkeit bindet an vier benachbarte Moleküle. Wissenschaftler haben festgestellt, dass eine solche innere Struktur verschiedenen inhärent ist Edelsteine und sogar Mineralien. Diese Struktur haben beispielsweise Diamant, Turmalin, Quarz, Korund, Beryll und andere. Die Moleküle werden durch ein Kristallgitter auf Abstand gehalten. Diese Eigenschaften von Wasser und Eis weisen darauf hin, dass die Dichte dieses Eises geringer sein wird als die Dichte des Wassers, aufgrund dessen es gebildet wurde. Daher schwimmt Eis auf der Wasseroberfläche und versinkt nicht darin.

Millionen Quadratkilometer Eis

Wissen Sie, wie viel Eis es auf unserem Planeten gibt? Jüngsten Untersuchungen von Wissenschaftlern zufolge gibt es auf dem Planeten Erde etwa 30 Millionen Quadratkilometer gefrorenes Wasser. Wie Sie vielleicht schon vermutet haben, kommt der Großteil dieses natürlichen Minerals auf den polaren Eiskappen vor. An einigen Stellen erreicht die Dicke der Eisdecke 4 km.

Wie bekomme ich Eis?

Eis zuzubereiten ist überhaupt nicht schwierig. Dieser Vorgang ist nicht schwierig und erfordert keine besonderen Fähigkeiten. Dies erfordert eine niedrige Wassertemperatur. Dies ist die einzige konstante Bedingung für den Eisbildungsprozess. Wasser gefriert, wenn Ihr Thermometer eine Temperatur unter 0 Grad Celsius anzeigt. Der Kristallisationsprozess beginnt im Wasser aufgrund niedriger Temperaturen. Seine Moleküle sind in eine interessante geordnete Struktur eingebaut. Dieser Vorgang wird als Bildung eines Kristallgitters bezeichnet. Das Gleiche gilt im Meer, in einer Pfütze und sogar im Gefrierschrank.

Forschung zum Gefrierprozess

Bei der Forschung zum Thema Wassergefrieren kamen Wissenschaftler zu dem Schluss, dass das Kristallgitter in den oberen Wasserschichten aufgebaut ist. Auf der Oberfläche beginnen sich mikroskopisch kleine Eisstangen zu bilden. Wenig später erstarren sie zusammen. Dadurch bildet sich ein dünner Film auf der Wasseroberfläche. Bei großen Gewässern dauert das Gefrieren viel länger als bei stillem Wasser. Dies liegt daran, dass der Wind die Oberfläche eines Sees, Teichs oder Flusses kräuselt und kräuselt.

Eispfannkuchen

Wissenschaftler machten eine weitere Beobachtung. Wenn die Erregung bei niedrigen Temperaturen anhält, werden die dünnsten Filme zu Pfannkuchen mit einem Durchmesser von etwa 30 cm gesammelt. Anschließend gefrieren sie zu einer Schicht, deren Dicke mindestens 10 cm beträgt. Eine neue Eisschicht gefriert oben und unten der Eispfannkuchen. Dadurch entsteht eine dicke und dauerhafte Eisdecke. Seine Stärke hängt von der Art ab: Das transparenteste Eis ist um ein Vielfaches stärker weißes Eis. Umweltschützer haben festgestellt, dass 5 Zentimeter dickes Eis das Gewicht eines Erwachsenen tragen kann. Eine Schicht von 10 cm hält einem Pkw stand, allerdings ist zu bedenken, dass das Betreten des Eises im Herbst und Frühling sehr gefährlich ist.

Eigenschaften von Schnee und Eis

Physiker und Chemiker untersuchen seit langem die Eigenschaften von Eis und Wasser. Die bekannteste und auch für den Menschen wichtigste Eigenschaft von Eis ist seine Fähigkeit, selbst bei Nulltemperaturen leicht zu schmelzen. Aber auch andere physikalische Eigenschaften von Eis sind für die Wissenschaft wichtig:

• Eis ist transparent und daher gut durchlässig Sonnenlicht;
• Farblosigkeit – Eis hat keine Farbe, kann aber mit Farbzusätzen leicht eingefärbt werden;
• Härte – Eismassen behalten ihre Form ohne äußere Hüllen perfekt;
• Fließfähigkeit ist eine besondere Eigenschaft von Eis, die dem Mineral nur in einigen Fällen eigen ist;
• Zerbrechlichkeit – ein Stück Eis lässt sich ohne großen Aufwand leicht spalten;
• Spaltung – Eis spaltet sich leicht an den Stellen, an denen es entlang einer kristallographischen Linie zusammengewachsen ist.

Eis: Verdrängungs- und Reinheitseigenschaften

Eis weist in seiner Zusammensetzung einen hohen Reinheitsgrad auf, da das Kristallgitter keinen Freiraum für verschiedene Fremdmoleküle lässt. Wenn Wasser gefriert, verdrängt es verschiedene Verunreinigungen, die einst darin gelöst waren. Auf die gleiche Weise können Sie zu Hause gereinigtes Wasser erhalten.

Einige Stoffe können jedoch den Gefrierprozess von Wasser verlangsamen. Zum Beispiel Salz im Meerwasser. Eis im Meer bildet sich nur, wenn es sehr stark ist niedrige Temperaturen. Überraschenderweise ist der Prozess des jährlichen Gefrierens von Wasser in der Lage, die Selbstreinigung verschiedener Verunreinigungen über viele Millionen Jahre hinweg aufrechtzuerhalten.

Geheimnisse von Trockeneis

Die Besonderheit dieses Eises besteht darin, dass es in seiner Zusammensetzung Kohlenstoff enthält. Solches Eis bildet sich erst bei einer Temperatur von -78 Grad, schmilzt aber bereits bei -50 Grad. Trockeneis, dessen Eigenschaften es ermöglichen, das Flüssigkeitsstadium zu überspringen, erzeugt beim Erhitzen sofort Dampf. Trockeneis ist wie sein Gegenstück Wassereis geruchlos.

Wissen Sie, wo Trockeneis verwendet wird? Aufgrund seiner Eigenschaften wird dieses Mineral beim Transport von Lebensmitteln und Medikamenten über große Entfernungen eingesetzt. Und die Körnchen dieses Eises können das Feuer von Benzin löschen. Außerdem bildet sich beim Schmelzen von Trockeneis ein dichter Nebel, weshalb es auf Filmsets zur Erzeugung von Spezialeffekten eingesetzt wird. Darüber hinaus können Sie Trockeneis auf Wanderungen und im Wald mitnehmen. Denn wenn es schmilzt, wehrt es Mücken, verschiedene Schädlinge und Nagetiere ab.

Was die Eigenschaften des Schnees betrifft, können wir diese erstaunliche Schönheit jeden Winter beobachten. Schließlich hat jede Schneeflocke die Form eines Sechsecks – diese bleibt unverändert. Aber abgesehen von der sechseckigen Form können Schneeflocken auch anders aussehen. Die Bildung jedes einzelnen von ihnen wird durch Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und andere natürliche Faktoren beeinflusst.

Die Eigenschaften von Wasser, Schnee und Eis sind erstaunlich. Es ist wichtig, noch einige weitere Eigenschaften von Wasser zu kennen. Es kann beispielsweise die Form des Gefäßes annehmen, in das es gegossen wird. Wenn Wasser gefriert, dehnt es sich aus und hat auch ein Gedächtnis. Es ist in der Lage, sich an die umgebende Energie zu erinnern, und wenn es einfriert, „setzt“ es die aufgenommenen Informationen zurück.

Wir haben uns das natürliche Mineral Eis angesehen: Eigenschaften und seine Qualitäten. Studieren Sie weiterhin Naturwissenschaften, das ist sehr wichtig und nützlich!

Es befindet sich in einem Aggregatzustand, der bei Raumtemperatur tendenziell gasförmig oder flüssig vorliegt. Die Eigenschaften von Eis wurden bereits vor Hunderten von Jahren untersucht. Vor etwa zweihundert Jahren entdeckten Wissenschaftler, dass Wasser keine einfache Verbindung, sondern ein komplexes chemisches Element bestehend aus Sauerstoff und Wasserstoff ist. Nach der Entdeckung lautete die Formel von Wasser H2O.

Eisstruktur

H 2 O besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Im Ruhezustand befindet sich Wasserstoff an der Spitze des Sauerstoffatoms. Sauerstoff- und Wasserstoffionen sollten die Spitzen eines gleichschenkligen Dreiecks einnehmen: Sauerstoff befindet sich an der Spitze eines rechten Winkels. Diese Wasserstruktur wird Dipol genannt.

Eis besteht zu 11,2 % aus Wasserstoff, der Rest ist Sauerstoff. Die Eigenschaften von Eis hängen von seiner chemischen Struktur ab. Manchmal enthält es gasförmige oder mechanische Gebilde – Verunreinigungen.

Eis kommt in der Natur in Form einiger weniger kristalliner Arten vor, die bei Temperaturen von Null und darunter ihre Struktur stabil behalten, bei Temperaturen von Null und darüber jedoch zu schmelzen beginnen.

Kristallstruktur

Die Eigenschaften von Eis, Schnee und Dampf sind völlig unterschiedlich und hängen davon ab. Im festen Zustand ist H 2 O von vier Molekülen umgeben, die sich an den Ecken des Tetraeders befinden. Da die Koordinationszahl niedrig ist, kann das Eis eine durchbrochene Struktur aufweisen. Dies spiegelt sich in den Eigenschaften von Eis und seiner Dichte wider.

Eisformen

Eis ist einer der am häufigsten vorkommenden Stoffe in der Natur. Auf der Erde gibt es folgende Sorten:

• Fluss;
• See;
• nautisch;
• Firn;
• Gletscher;
• Boden.

Es gibt Eis, das direkt durch Sublimation entsteht, d. h. aus dem Dampfzustand. Dieses Erscheinungsbild nimmt eine Skelettform (wir nennen sie Schneeflocken) und Aggregate aus dendritischem und skelettartigem Wachstum (Reif, Raureif) an.

Eine der häufigsten Formen sind Stalaktiten, also Eiszapfen. Sie wachsen auf der ganzen Welt: auf der Erdoberfläche, in Höhlen. Diese Art von Eis entsteht durch den Fluss von Wassertröpfchen, wenn der Temperaturunterschied im Herbst-Frühlingszeitraum etwa null Grad beträgt.

Als Eisbänke werden Formationen in Form von Eisstreifen bezeichnet, die an den Rändern von Stauseen, an der Grenze von Wasser und Luft sowie am Rand von Pfützen auftreten.

In porösen Böden kann sich Eis in Form von faserigen Adern bilden.

Eigenschaften von Eis

Ein Stoff kann in verschiedenen Zuständen vorliegen. Darauf aufbauend stellt sich die Frage: Welche Eigenschaft des Eises manifestiert sich in diesem oder jenem Zustand?

Wissenschaftler unterscheiden physikalische und mechanische Eigenschaften. Jeder von ihnen hat seine eigenen Eigenschaften.

Physikalische Eigenschaften

Zu den physikalischen Eigenschaften von Eis gehören:

1. Dichte. In der Physik wird ein inhomogenes Medium durch die Grenze des Verhältnisses der Masse der Substanz des Mediums selbst zum Volumen, in dem es enthalten ist, dargestellt. Die Dichte von Wasser ist wie bei anderen Stoffen eine Funktion von Temperatur und Druck. Typischerweise gehen Berechnungen von einer konstanten Dichte des Wassers von 1000 kg/m3 aus. Ein genauerer Dichteindikator wird nur dann berücksichtigt, wenn aufgrund der Bedeutung des resultierenden Dichtedifferenzergebnisses sehr genaue Berechnungen erforderlich sind.
   Bei der Berechnung der Eisdichte wird berücksichtigt, welche Art von Wasser zu Eis geworden ist: Bekanntlich ist die Dichte von Salzwasser höher als die von destilliertem Wasser.
2. Wassertemperatur. Tritt normalerweise bei einer Temperatur von null Grad auf. Gefriervorgänge treten unter Freisetzung von Wärme intermittierend auf. Der umgekehrte Vorgang (Schmelzen) erfolgt, wenn die gleiche Wärmemenge aufgenommen wird, die abgegeben wurde, jedoch ohne Sprünge, sondern allmählich.
   In der Natur gibt es Bedingungen, unter denen Wasser unterkühlt ist, aber nicht gefriert. Manche Flüsse halten auch bei einer Temperatur von -2 Grad flüssiges Wasser zurück.
3. die Wärmemenge, die absorbiert wird, wenn sich ein Körper um jedes Grad erwärmt. Es gibt eine spezifische Wärmekapazität, die durch die Wärmemenge charakterisiert wird, die erforderlich ist, um ein Kilogramm destilliertes Wasser um ein Grad zu erhitzen.
4. Kompressibilität. Eine weitere physikalische Eigenschaft von Schnee und Eis ist die Kompressibilität, die sich auf die Volumenabnahme unter dem Einfluss eines erhöhten Außendrucks auswirkt. Die reziproke Größe wird als Elastizität bezeichnet.
5. Eisstärke.
6. Eisfarbe. Diese Eigenschaft hängt von der Lichtabsorption und Strahlenstreuung sowie der Menge an Verunreinigungen im gefrorenen Wasser ab. Fluss- und Seeeis ohne Fremdverunreinigungen ist im sanften blauen Licht sichtbar. Meereis kann ganz unterschiedlich sein: blau, grün, indigo, weiß, braun oder stahlfarben. Manchmal kann man Glatteis sehen. Es erhält diese Farbe aufgrund große Menge Mineralien und verschiedene organische Verunreinigungen.

Mechanische Eigenschaften von Eis

Die mechanischen Eigenschaften von Eis und Wasser werden durch ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Einfluss der äußeren Umgebung relativ zu einer Flächeneinheit bestimmt. Die mechanischen Eigenschaften hängen von Struktur, Salzgehalt, Temperatur und Porosität ab.

Eis ist eine elastische, viskose, plastische Formation, aber es gibt Bedingungen, unter denen es hart und sehr spröde wird.

Meereis und Süßwassereis sind unterschiedlich: Ersteres ist viel flexibler und weniger haltbar.

Beim Passieren von Schiffen müssen die mechanischen Eigenschaften von Eis berücksichtigt werden. Dies ist auch wichtig bei der Nutzung von vereisten Straßen, Kreuzungen und mehr.

Wasser, Schnee und Eis haben ähnliche Eigenschaften, die die Eigenschaften des Stoffes bestimmen. Gleichzeitig werden diese Messwerte jedoch von vielen anderen Faktoren beeinflusst: Umgebungstemperatur, Verunreinigungen im Feststoff sowie der ursprünglichen Zusammensetzung der Flüssigkeit. Eis ist einer der interessantesten Stoffe auf der Erde.

Aufgabe 1

Schneeflocken als Phänomen der Physik

Die Arbeiten wurden von Daniil Kholodyakov ausgeführt

Ziele: Erfahren Sie mehr über Schneeflocken aus MKT-Sicht

Ziele: Die Natur der Schneeflockenbildung verstehen

1. Bildung von Schneeflocken

2. Schneeflockenformen

3. Kristallsymmetrie

4. Identische Schneeflocken

5. Farbe und Licht

6. Zusätzliche Materialien

1. Haben Sie sich jemals eine Schneeflocke angesehen und sich gefragt, wie sie entsteht und warum sie sich von anderen Schneearten unterscheidet, die Sie zuvor gesehen haben?

Schneeflocken sind eine besondere Form von Wassereis. In Wolken, die aus Wasserdampf bestehen, bilden sich Schneeflocken. Wenn die Temperatur 32 °F (0 °C) oder kälter beträgt, verwandelt sich Wasser von der flüssigen Form in Eis. Mehrere Faktoren beeinflussen die Bildung von Schneeflocken. Temperatur, Luftströmungen, Luftfeuchtigkeit – all das hat Einfluss auf ihre Form und Größe. Schmutz und Staub können sich im Wasser vermischen und das Gewicht und die Haltbarkeit der Kristalle verändern. Schmutzpartikel machen die Schneeflocke schwerer, können sie zum Schmelzen neigen und Risse und Brüche im Kristall verursachen. Die Entstehung einer Schneeflocke ist ein dynamischer Prozess. Eine Schneeflocke kann vielen unterschiedlichen Umweltbedingungen ausgesetzt sein, mal schmelzen, mal wachsen – die Struktur der Schneeflocke verändert sich ständig.

2. Was sind die häufigsten Formen von Schneeflocken?

Typischerweise bilden sich in hohen Wolken sechseckige Kristalle; in mittelhohen Wolken bilden sich flache sechsseitige Kristalle, und in niedrigen Wolken bilden sich zahlreiche sechsseitige Kristalle. Bei kälteren Temperaturen entstehen Schneeflocken mit schärferen Spitzen an den Seiten der Kristalle und können zu verzweigten Pfeilen führen. Unter wärmeren Bedingungen entstehende Schneeflocken wachsen langsamer, was zu einer glatteren, weniger komplexen Form führt.

0; -3°C - Dünne sechseckige Platten

3; -6° C - Nadeln

6; -10°C – Hohlsäulen

10; -12°C - Sektorplatten (Sechsecke mit Einkerbungen)

12; -15°C - Dendriten (spitzenförmige sechseckige Formen)

3. Warum sind Schneeflocken symmetrisch?

Erstens sind nicht alle Schneeflocken von allen Seiten gleich. Ungleiche Temperaturen, Schmutz und andere Faktoren können dazu führen, dass eine Schneeflocke schief aussieht. Allerdings sind viele Schneeflocken symmetrisch und sehr komplex aufgebaut. Dies liegt daran, dass die Form einer Schneeflocke die innere Ordnung der Wassermoleküle widerspiegelt. Wassermoleküle in festen Zuständen wie Schnee und Eis bilden untereinander schwache Bindungen (sogenannte Wasserstoffbrückenbindungen). Diese geordneten Mechanismen führen zu der symmetrischen, sechseckigen Form der Schneeflocke. Während der Kristallisation unterliegen Wassermoleküle einer maximalen Anziehungskraft und abstoßenden Kräfte werden auf ein Minimum reduziert. Folglich ordnen sich Wassermoleküle in bestimmten Räumen in einer bestimmten Anordnung an, um beispielsweise Raum einzunehmen und die Symmetrie aufrechtzuerhalten.

4. Stimmt es, dass keine zwei Schneeflocken gleich sind?

Ja und nein. Keine zwei Schneeflocken werden jemals identisch sein, bis hin zur genauen Anzahl der Wassermoleküle, dem Elektronenspin, den Wasserstoff- und Sauerstoffisotopen usw. Andererseits können zwei Schneeflocken gleich aussehen, und jede Schneeflocke hatte wahrscheinlich irgendwann in der Geschichte ihren Prototypen. Die Struktur einer Schneeflocke verändert sich ständig je nach Umgebungsbedingungen und unter dem Einfluss vieler Faktoren, sodass es unwahrscheinlich erscheint, dass zwei Schneeflocken identisch sind.

5. Wenn Wasser und Eis transparent sind, warum sieht Schnee dann weiß aus?

Die kurze Antwort lautet: Schneeflocken haben so viele reflektierende Oberflächen, dass sie das Licht in allen Farben streuen, weshalb Schnee weiß erscheint. Die lange Antwort hängt damit zusammen, wie das menschliche Auge Farben wahrnimmt. Auch wenn die Lichtquelle möglicherweise nicht wirklich „weiß“ ist (z. B. Sonnenlicht, Leuchtstofflampen und Glühlampen haben alle eine bestimmte Farbe), menschliches Gehirn kompensiert die Lichtquelle. Obwohl also das Sonnenlicht gelb ist und das vom Schnee gestreute Licht ebenfalls gelb ist, sieht das Gehirn maximalen Schnee Weiß, weil das gesamte vom Gehirn empfangene Bild einen Gelbstich aufweist, der automatisch subtrahiert wird.

Schlussfolgerungen:

1. Schneeflocken sind eine besondere Form von Wassereis.

2. Temperatur, Luftströmungen und Luftfeuchtigkeit sind Faktoren, die die Form und Größe einer Schneeflocke beeinflussen.

3. Es ist die Reihenfolge der Wassermoleküle, die die Symmetrie einer Schneeflocke bestimmt.

sie in echten Schneekristallen.

Aufgabe 2

Eis und Wasser in der Natur.

Die Arbeit wurde von Guseva Alina durchgeführt

Ziel: etwas Neues lernen.

Aufgaben :

Betrachten Sie die Bedeutung von Wasser in der Natur;

Verstehen Sie die Eigenschaften und Arten von Wasser;

Machen Sie sich mit den grundlegenden Eigenschaften von Wassereis vertraut;

Erweitern Sie Ihr Wissen über Wasser im Allgemeinen.

Wasser (Wasserstoffoxid) – eine binäre anorganische Verbindung, chemische Formel H2O. Ein Wassermolekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom, die durch eine kovalente Bindung verbunden sind. Unter normalen Bedingungen ist es eine transparente Flüssigkeit, farblos, geruchlos und geschmacklos. Im festen Zustand spricht man von Eis, Schnee oder Reif, im gasförmigen Zustand von Wasserdampf. Wasser kann auch in Form von Flüssigkristallen vorliegen.

Etwa 71 % der Erdoberfläche sind mit Wasser bedeckt (Ozeane, Meere, Seen, Flüsse, Eis) – 361,13 Millionen km2. Auf der Erde stammen etwa 96,5 % des Wassers aus den Ozeanen (1,7 % der weltweiten Reserven sind Grundwasser, weitere 1,7 % in Gletschern und Eiskappen in der Antarktis und Grönland, ein kleiner Teil in Flüssen, Seen und Sümpfen und 0,001 % in Wolken ). Der größte Teil des Wassers auf der Erde ist salzig und für die Landwirtschaft und den Trinkwassergebrauch ungeeignet. Der Anteil an Süßwasser beträgt etwa 2,5 %.

Wasser ist ein gutes hochpolares Lösungsmittel. Unter natürlichen Bedingungen enthält es immer gelöste Stoffe (Salze, Gase). Wasser ist von zentraler Bedeutung für die Entstehung und Erhaltung des Lebens auf der Erde, für die chemische Struktur lebender Organismen sowie für die Entstehung von Klima und Wetter. Es ist eine lebenswichtige Substanz für alle Lebewesen auf dem Planeten Erde.

In der Atmosphäre unseres Planeten kommt Wasser in Form kleiner Tröpfchen, in Wolken und Nebel und auch in Form von Dampf vor. Bei der Kondensation wird es in Form von Niederschlag (Regen, Schnee, Hagel, Tau) aus der Atmosphäre entfernt. Wasser ist eine im Weltraum äußerst häufig vorkommende Substanz. Aufgrund des hohen Drucks innerhalb der Flüssigkeit kann Wasser im Vakuum des Weltraums jedoch nicht in flüssigem Zustand existieren, weshalb es nur in Form von Dampf oder Eis vorliegt.

Arten von Wasser.

Wasser kann auf der Erde in drei Hauptzuständen vorliegen – flüssig, gasförmig und fest – und akzeptabler Zustand sein verschiedene Formen, die gleichzeitig nebeneinander existieren können: Wasserdampf und Wolken am Himmel, Meerwasser und Eisberge, Gletscher und Flüsse auf der Erdoberfläche, Grundwasserleiter im Boden. Wasser wird oft nach unterschiedlichen Prinzipien in Arten eingeteilt. Nach den Merkmalen der Herkunft, Zusammensetzung oder Anwendung unterscheiden sie unter anderem: weiches und hartes Wasser – nach dem Gehalt an Calcium- und Magnesiumkationen. Entsprechend den Wasserstoffisotopen im Molekül: leichtes (in der Zusammensetzung fast identisch mit normalem), schweres (Deuterium), superschweres Wasser (Tritium). Außerdem wird unterschieden: Frischwasser, Regenwasser, Meerwasser, Mineralwasser, Brackwasser, Trinkwasser, Leitungswasser, destilliertes Wasser, entionisiertes Wasser, pyrogenfreies Wasser, heiliges Wasser, strukturiertes Wasser, Schmelzwasser, Grundwasser, Abwasserwasser und Oberflächenwasser.

Physikalische Eigenschaften.

Wasser unter normalen Bedingungen behält einen flüssigen Zustand bei, während ähnliche Wasserstoffverbindungen Gase sind (H2S, CH4, HF). Aufgrund des großen Unterschieds in der Elektronegativität zwischen Wasserstoff- und Sauerstoffatomen sind die Elektronenwolken stark auf Sauerstoff ausgerichtet. Aus diesem Grund ein Wassermolekül hat ein großes Dipolmoment(D = 1,84, nach Blausäure an zweiter Stelle). Bei der Übergangstemperatur in den festen Zustand werden die Wassermoleküle geordnet, während dieses Prozesses nimmt das Hohlraumvolumen zwischen den Molekülen zu und die Gesamtdichte des Wassers nimmt ab, was den Grund dafür erklärt geringere Dichte des Wassers in der Eisphase. Bei der Verdunstung hingegen werden alle Bindungen aufgebrochen. Das Aufbrechen von Bindungen erfordert viel Energie, weshalb Wasser am meisten hohe spezifische Wärmekapazität unter anderem Flüssigkeiten und Feststoffe. Um einen Liter Wasser um ein Grad zu erhitzen, werden 4,1868 kJ Energie benötigt. Aufgrund dieser Eigenschaft wird häufig Wasser als Kühlmittel verwendet. Zusätzlich zu seiner hohen spezifischen Wärmekapazität verfügt Wasser auch über eine hohe spezifische Wärmekapazität hohe spezifische Wärmewerte schmelzen(bei 0 °C - 333,55 kJ/kg) und Verdampfung(2250 kJ/kg).

Wasser hat es auch hohe Oberflächenspannung unter den Flüssigkeiten nach Quecksilber an zweiter Stelle. Die relativ hohe Viskosität von Wasser ist darauf zurückzuführen, dass Wasserstoffbrücken verhindern, dass sich Wassermoleküle mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen. Wasser ist gutes Lösungsmittel für polare Substanzen. Jedes Molekül des gelösten Stoffes ist von Wassermolekülen umgeben, und die positiv geladenen Teile des Moleküls des gelösten Stoffes ziehen Sauerstoffatome an, und die negativ geladenen Teile ziehen Wasserstoffatome an. Da das Wassermolekül klein ist, können viele Wassermoleküle jedes Molekül des gelösten Stoffes umgeben negatives elektrisches Potential der Oberfläche.

Reines Wasser - guter Isolator. Denn Wasser ist gut Lösungsmittel Einige Salze sind darin fast immer gelöst, das heißt, es befinden sich positive und negative Ionen im Wasser. Dadurch leitet Wasser Strom. Mithilfe der elektrischen Leitfähigkeit von Wasser lässt sich dessen Reinheit bestimmen.

Wasser hat Brechungsindex n=1,33 im optischen Bereich. Da es jedoch Infrarotstrahlung stark absorbiert, ist Wasserdampf das wichtigste natürliche Treibhausgas, das für mehr als 60 % des Treibhauseffekts verantwortlich ist.

Eis - Wasser in festem Aggregatzustand. Als Eis werden manchmal bestimmte Stoffe in einem festen Aggregatzustand bezeichnet, die bei Raumtemperatur dazu neigen, eine flüssige oder gasförmige Form anzunehmen; insbesondere Trockeneis, Ammoniakeis oder Methaneis.

Grundlegende Eigenschaften von Wassereis.

Derzeit sind drei amorphe Sorten und 15 kristalline Modifikationen von Eis bekannt. Die durchbrochene kristalline Struktur dieses Eises führt dazu, dass seine Dichte (entspricht 916,7 kg/m bei 0 °C) geringer ist als die Dichte von Wasser (999,8 kg/m) bei derselben Temperatur. Daher vergrößert Wasser, das sich in Eis verwandelt, sein Volumen um etwa 9 %. Auf der Oberfläche von Stauseen bildet sich Eis, das leichter als flüssiges Wasser ist und ein weiteres Gefrieren des Wassers verhindert.

Hohe spezifische Schmelzwärme Eis, gleich 330 kJ/kg, ist ein wichtiger Faktor für die Wärmezirkulation auf der Erde. Um also 1 kg Eis oder Schnee zu schmelzen, benötigt man die gleiche Wärmemenge, die man braucht, um einen Liter Wasser auf 80 °C zu erhitzen. Eis kommt in der Natur in Form von Eis selbst (kontinental, schwimmend, unterirdisch) sowie in Form von Schnee, Reif usw. vor. Unter dem Einfluss seines Eigengewichts erhält Eis plastische Eigenschaften und Fließfähigkeit. Natürliches Eis ist normalerweise viel reiner als Wasser, da sich beim Kristallisieren von Wasser als erstes Wassermoleküle im Gitter bilden.

Bei normalem Atmosphärendruck wird Wasser bei einer Temperatur von 0 °C fest und siedet (wandelt sich in Wasserdampf um) bei einer Temperatur von 100 °C. Mit sinkendem Druck steigt die Schmelztemperatur von Eis langsam an und der Siedepunkt von Wasser sinkt. Bei einem Druck von 611,73 Pa (ca. 0,006 atm) fallen Siede- und Schmelzpunkt zusammen und betragen 0,01 °C. Dabei werden Druck und Temperatur genannt Tripelpunkt des Wassers . Bei niedrigeren Drücken kann Wasser nicht flüssig sein und Eis verwandelt sich direkt in Dampf. Die Sublimationstemperatur von Eis sinkt mit abnehmendem Druck. Bei hohem Druck entstehen Eismodifikationen mit Schmelztemperaturen oberhalb der Raumtemperatur.

Mit zunehmendem Druck nimmt auch die Dichte des Wasserdampfs am Siedepunkt zu, während die von flüssigem Wasser abnimmt. Bei einer Temperatur von 374 °C (647 K) und einem Druck von 22,064 MPa (218 atm) fließt Wasser kritischer Punkt. Zu diesem Zeitpunkt sind die Dichte und andere Eigenschaften von flüssigem und gasförmigem Wasser gleich. Bei höherem Druck und/oder höherer Temperatur verschwindet der Unterschied zwischen flüssigem Wasser und Wasserdampf. Das Aggregatzustand angerufen " superkritische Flüssigkeit».

Möglicherweise ist Wasser drin metastabile Zustände- übersättigter Dampf, überhitzte Flüssigkeit, unterkühlte Flüssigkeit. Diese Zustände können über einen längeren Zeitraum bestehen, sind jedoch instabil und bei Kontakt mit einer stabileren Phase kommt es zu einem Übergang. Beispielsweise kann man durch Abkühlen eine unterkühlte Flüssigkeit erhalten sauberes Wasser In einem sauberen Gefäß unter 0 °C verwandelt sich flüssiges Wasser jedoch schnell in Eis, wenn ein Kristallisationszentrum entsteht.

Daten .

Im Durchschnitt besteht der Körper von Pflanzen und Tieren zu mehr als 50 % aus Wasser.

Der Erdmantel enthält 10-12 Mal mehr Wasser als die Wassermenge im Weltmeer.

Wenn alle Gletscher schmelzen würden, würde der Wasserspiegel in den Ozeanen der Erde um 64 m ansteigen und etwa 1/8 der Landoberfläche mit Wasser überflutet sein.

Manchmal gefriert Wasser bei positiven Temperaturen.

Unter bestimmten Bedingungen (im Inneren von Nanoröhren) bilden Wassermoleküle einen neuen Zustand, in dem sie auch bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt ihre Fließfähigkeit behalten.

Wasser reflektiert 5 % der Sonnenstrahlen, während Schnee etwa 85 % reflektiert. Nur 2 % des Sonnenlichts dringen unter das Ozeaneis.

Die blaue Farbe von klarem Meerwasser entsteht durch die selektive Absorption und Streuung von Licht im Wasser.

Mit Wassertropfen aus Wasserhähnen kann man eine Spannung von bis zu 10 Kilovolt erzeugen, ein Experiment namens „Kelvin Dropper“.

Wasser ist einer der wenigen Stoffe in der Natur, der sich beim Übergang vom flüssigen in den festen Zustand ausdehnt.

Schlussfolgerungen:

Wasser behält einen flüssigen Aggregatzustand bei, hat ein großes Dipolmoment, eine hohe spezifische Wärmekapazität, einen hohen Verdampfungswert, eine hohe Oberflächenspannung, ein negatives elektrisches Potential der Oberfläche und ist ein guter Isolator und Lösungsmittel.

Literatur

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4. Zu einigen Fragen der Aufrechterhaltung der Wasserqualität und ihrer Selbstreinigung // Wasserressourcen. 2005. Vers 32. Nr. 3. S. 337-347.

5. Andreev V. G. Der Einfluss der Protonenaustauschwechselwirkung auf die Struktur des Wassermoleküls und die Stärke der Wasserstoffbindung. Materialien der V. Internationalen Konferenz „Aktuelle Probleme der Wissenschaft in Russland“. - Kuznetsk 2008, Bd. 3 S. 58-62.

Wissenschaftler, die Daten vom Roten Planeten analysieren, sagen, dass es allen Grund zu der Annahme gibt, dass Phoenix das gefunden hat, wonach es geflogen ist: Wassereis unter einer dünnen Erdschicht. Der Beweis ist die Sublimation von hellem Material, das beim Entfernen der obersten Erdschicht freigelegt wurde.

Die letzten Tage auf dem Mars waren für die amerikanische Sonde nicht einfach. Forscher begannen mit der Analyse von Bodenproben. Darüber hinaus mussten sie eine Reihe von Schwierigkeiten überwinden. Wir sprachen über eine teilweise verklemmte Ofentür. Aber das war nur der Anfang.

Als die Proben schließlich in den Spalt gegossen wurden, stellte sich heraus, dass der Boden des Mars irgendwie verklebt war. Große Körner haften aneinander und keines davon möchte in den Ofen. Tatsache ist, dass die Ofenöffnung mit einem Schutznetz mit Löchern von jeweils einem Millimeter abgedeckt ist. Die Forscher hofften, solche kleinen Sandkörner zu erhitzen (um die entstehenden Gase zu analysieren).

Später wurde eine Möglichkeit erfunden, den Boden „neu zu belasten“. Die Kelle des Roboters wurde über einem offenen Ofen in Schwingungen versetzt, sodass nach und nach kleinste Partikel des Marsgesteins in den Ofen geschüttet wurden. Ebenso wurden Sandproben unter das Mikroskop gebracht.

Übrigens erklären Wissenschaftler die Verklumpung des Bodens mit der Anwesenheit sehr kleiner Partikel, die die Lücken zwischen größeren Körnern füllen, möglicherweise zusammen mit einer bestimmten Komponente, die die Rolle von Zement spielt.

Eine Probe Marssand unter dem Mikroskop. Der Maßstab beträgt einen Millimeter (Foto NASA/JPL-Caltech/University of Arizona).

Eine unter dem Mikroskop entnommene Probe zeigte etwa tausend einzelne Partikel, von denen viele zehnmal kleiner waren als der Durchmesser eines menschlichen Haares.

Forscher sagen, dass sie hier mindestens vier verschiedene Mineralien gesehen haben. Es gibt zum Beispiel große schwarze glasige Partikel und kleine rote.

Experten glauben, dass dieser Satz die Geschichte des Bodens widerspiegelt – es scheint, dass die ursprünglichen Partikel vulkanischen Ursprungs durch Verwitterung zu Körnern mit einer höheren Eisenkonzentration verkleinert wurden.

Nun zum Eis. Bereits Anfang Juni begannen Wissenschaftler, „Verdächtigungen“ zu hegen. Beim Erhitzen der ersten Probe im Ofen konnten jedoch keine Anzeichen von Wasserdampf festgestellt werden.

Beweise für das Vorhandensein von Eis erhielten Marsforscher jedoch dank Fotos des Dodo-Goldlöckchen-Grabens, den der Roboter zuvor gegraben hatte (oder besser gesagt, es handelte sich zunächst um zwei benachbarte Gräben, die später zu einem zusammengefasst wurden, daher der Doppelname). Die wenigen leichten Erdklumpen, die zu Beginn vorhanden waren, sind in späteren Bildern verschwunden.

„Es muss Eis sein“, sagte der Missionswissenschaftler Peter Smith von der University of Arizona in Tucson. „Diese Klumpen verschwanden innerhalb weniger Tage fast vollständig, was ein perfekter Beweis dafür ist, dass es sich um Eis handelt.“ Zuvor wurde die Idee geäußert, dass helle Materialien Salz seien. Aber das Salz kann nicht verdunsten.“

Oben: Dodo-Goldlöckchen-Graben, gefilmt am 13. Juni. Die Breite dieser Kerbe beträgt 22 und die Länge 35 Zentimeter. Die größte Tiefe (der Bereich am unteren Rand des Rahmens) beträgt 8 Zentimeter. Unten: Aufnahmen vom 15. und 18. Juni (dem 20. und 24. Sol der Mission). Die hellen Bereiche werden kleiner und in der unteren linken Ecke des Grabens verschwinden mehrere Körner aus hellem Material (Fotos von NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Texas A&M University).

Außerdem stieß die Hand des Roboters beim Ausheben einer Reihe von Gräben rund um das Gerät auf harten Boden unter einer relativ dünnen Schicht weichen Bodens. Darüber hinaus in allen Gräben in etwa gleicher Tiefe.

Eis- Mineral mit Chemikalie Formel H 2 O stellt Wasser in kristallinem Zustand dar.
Chemische Zusammensetzung von Eis: H – 11,2 %, O – 88,8 %. Manchmal enthält es gasförmige und feste mechanische Verunreinigungen.
In der Natur wird Eis hauptsächlich durch eine von mehreren kristallinen Modifikationen repräsentiert, die im Temperaturbereich von 0 bis 80 °C stabil sind und einen Schmelzpunkt von 0 °C haben. Es sind 10 kristalline Modifikationen von Eis und amorphem Eis bekannt. Am meisten untersucht ist Eis der 1. Modifikation – der einzigen in der Natur vorkommenden Modifikation. Eis kommt in der Natur sowohl in Form von Eis selbst (kontinental, schwimmend, unterirdisch usw.) als auch in Form von Schnee, Reif usw. vor.

Siehe auch:

STRUKTUR

Die Kristallstruktur von Eis ähnelt der Struktur: Jedes H 2 0-Molekül ist von den vier ihm am nächsten liegenden Molekülen umgeben, die sich in gleichen Abständen von ihm befinden, gleich 2,76Α, und an den Eckpunkten eines regelmäßigen Tetraeders angeordnet sind. Aufgrund der niedrigen Koordinationszahl ist die Eisstruktur durchbrochen, was sich auf ihre Dichte (0,917) auswirkt. Eis hat ein sechseckiges räumliches Gitter und entsteht durch Gefrieren von Wasser bei 0 °C und Atmosphärendruck. Das Gitter aller kristallinen Eismodifikationen hat eine tetraedrische Struktur. Parameter einer Eiselementarzelle (bei t 0°C): a=0,45446 nm, c=0,73670 nm (c ist das Doppelte des Abstands zwischen benachbarten Hauptebenen). Wenn die Temperatur sinkt, verändern sie sich kaum. H 2 0-Moleküle im Eisgitter sind durch Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden. Die Beweglichkeit von Wasserstoffatomen im Eisgitter ist viel höher als die Beweglichkeit von Sauerstoffatomen, wodurch die Moleküle ihre Nachbarn wechseln. Bei erheblichen Schwingungs- und Rotationsbewegungen von Molekülen im Eisgitter kommt es zu translatorischen Sprüngen der Moleküle vom Ort ihrer räumlichen Verbindung, wodurch die weitere Ordnung gestört und Versetzungen gebildet werden. Dies erklärt die Ausprägung spezifischer rheologischer Eigenschaften im Eis, die den Zusammenhang zwischen irreversiblen Verformungen (Fluss) des Eises und den sie verursachenden Spannungen (Plastizität, Viskosität, Fließspannung, Kriechen usw.) charakterisieren. Aufgrund dieser Umstände fließen Gletscher ähnlich wie hochviskose Flüssigkeiten und somit natürliches Eis Nehmen Sie aktiv am Wasserkreislauf auf der Erde teil. Eiskristalle sind relativ groß (Quergröße von Bruchteilen eines Millimeters bis zu mehreren zehn Zentimetern). Sie zeichnen sich durch eine Anisotropie des Viskositätskoeffizienten aus, dessen Wert um mehrere Größenordnungen variieren kann. Kristalle können sich unter dem Einfluss von Belastungen neu ausrichten, was sich auf ihre Metamorphisierung und die Fließgeschwindigkeit von Gletschern auswirkt.

EIGENSCHAFTEN

Eis ist farblos. In großen Büscheln nimmt es einen bläulichen Farbton an. Glasglanz. Transparent. Hat keine Spaltung. Härte 1,5. Zerbrechlich. Optisch positiv, Brechungsindex sehr niedrig (n = 1,310, nm = 1,309). In der Natur gibt es 14 bekannte Eismodifikationen. Zwar entsteht alles außer dem bekannten Eis, das im hexagonalen System kristallisiert und als Eis I bezeichnet wird, unter exotischen Bedingungen – bei sehr niedrigen Temperaturen (ca. -110150 0C) und hohe Drücke, wenn sich die Winkel der Wasserstoffbrückenbindungen in einem Wassermolekül ändern und andere als hexagonale Systeme entstehen. Solche Bedingungen ähneln denen im Weltraum und kommen auf der Erde nicht vor. Beispielsweise schlägt sich Wasserdampf bei Temperaturen unter –110 °C auf einer Metallplatte in Form von Oktaedern und mehreren Nanometer großen Würfeln nieder – das sogenannte kubische Eis. Liegt die Temperatur leicht über –110 °C und ist die Dampfkonzentration sehr niedrig, bildet sich auf der Platte eine Schicht aus extrem dichtem amorphem Eis.

MORPHOLOGIE

Eis ist ein in der Natur sehr häufig vorkommendes Mineral. In der Erdkruste gibt es verschiedene Arten von Eis: Fluss-, See-, Meeres-, Erd-, Firn- und Gletschereis. Häufiger bildet es Aggregathaufen aus feinkristallinen Körnern. Bekannt sind auch kristalline Eisformationen, die durch Sublimation, also direkt aus dem Dampfzustand, entstehen. In diesen Fällen erscheint das Eis als Skelettkristalle (Schneeflocken) und Aggregate aus Skelett- und Dendritenwachstum (Höhleneis, Raureif, Raureif und Muster auf Glas). Große, gut geschliffene Kristalle werden gefunden, aber sehr selten. N. N. Stulov beschrieb Eiskristalle im nordöstlichen Teil Russlands, die in einer Tiefe von 55 bis 60 m unter der Oberfläche gefunden wurden und ein isometrisches und säulenförmiges Aussehen hatten. Die Länge des größten Kristalls betrug 60 cm und der Durchmesser seiner Basis betrug 15 cm. Von einfachen Formen auf Eiskristallen wurden nur die Flächen des sechseckigen Prismas (1120), der sechseckigen Bipyramide (1121) und des Pinakoids (0001) identifiziert.
Eisstalaktiten, umgangssprachlich „Eiszapfen“ genannt, sind jedem bekannt. Bei Temperaturunterschieden von etwa 0° in der Herbst-Winter-Saison wachsen sie überall auf der Erdoberfläche durch das langsame Gefrieren (Kristallisieren) von fließendem und tropfendem Wasser. Auch in Eishöhlen kommen sie häufig vor.
Eisbänke sind Streifen einer Eisdecke aus Eis, das an der Wasser-Luft-Grenze an den Rändern von Stauseen und an den Rändern von Pfützen, an Flussufern, Seen, Teichen, Stauseen usw. kristallisiert. wobei der Rest des Wasserraums nicht gefriert. Wenn sie vollständig zusammenwachsen, bildet sich auf der Oberfläche des Reservoirs eine durchgehende Eisdecke.
Eis bildet auch parallele säulenförmige Aggregate in Form von faserigen Adern in porösen Böden und Eisantholite auf ihrer Oberfläche.

HERKUNFT

Eis entsteht vor allem in Wasserbecken, wenn die Lufttemperatur sinkt. Gleichzeitig entsteht auf der Wasseroberfläche ein Eisbrei aus Eisnadeln. Von unten wachsen darauf lange Eiskristalle, deren Symmetrieachsen sechster Ordnung senkrecht zur Krustenoberfläche stehen. Die Beziehungen zwischen Eiskristallen unter verschiedenen Bildungsbedingungen sind in Abb. dargestellt. Eis kommt überall dort vor, wo Feuchtigkeit vorhanden ist und die Temperatur unter 0 °C sinkt. In manchen Gegenden taut das Grundeis nur bis zu einer geringen Tiefe auf, unterhalb derer Permafrost beginnt. Dabei handelt es sich um die sogenannten Permafrostgebiete; In Gebieten mit Permafrostverbreitung in den oberen Schichten der Erdkruste gibt es sogenannte unterirdisches Eis, unter denen modernes und fossiles unterirdisches Eis unterschieden werden. Mindestens 10 % der gesamten Landfläche der Erde sind von Gletschern bedeckt; das monolithische Eisgestein, aus dem sie bestehen, wird Gletschereis genannt. Gletschereis entsteht hauptsächlich durch die Ansammlung von Schnee infolge seiner Verdichtung und Umwandlung. Der Eisschild bedeckt etwa 75 % von Grönland und fast die gesamte Antarktis; Die größte Gletscherdicke (4330 m) befindet sich in der Nähe der Byrd-Station (Antarktis). In Zentralgrönland erreicht die Eisdicke 3200 m.
Eisablagerungen sind allgemein bekannt. In Gebieten mit kalten, langen Wintern und kurzer Sommer sowie in Hochgebirgsregionen bilden sich Eishöhlen mit Stalaktiten und Stalagmiten, von denen die Kungurskaya in der Perm-Region des Urals sowie die Dobshine-Höhle in der Slowakei am interessantesten sind.
Wenn Meerwasser gefriert, entsteht Meereis. Charakteristische Eigenschaften Meereis sind Salzgehalt und Porosität, die den Bereich seiner Dichte von 0,85 bis 0,94 g/cm 3 bestimmen. Aufgrund dieser geringen Dichte ragen Eisschollen um 1/7–1/10 ihrer Dicke über die Wasseroberfläche hinaus. Bei Temperaturen über -2,3 °C beginnt das Meereis zu schmelzen; Es ist elastischer und lässt sich schwerer in Stücke brechen als Süßwassereis.

ANWENDUNG

In den späten 1980er Jahren entwickelte das Argonne-Labor eine Technologie zur Herstellung von Eisbrei, der ungehindert durch Rohre unterschiedlicher Durchmesser fließen kann, ohne dass sich dort Eis ansammelt, zusammenklebt oder Kühlsysteme verstopft. Die Salzwassersuspension bestand aus vielen sehr kleinen runden Eiskristallen. Dadurch bleibt die Beweglichkeit des Wassers erhalten und gleichzeitig stellt es aus wärmetechnischer Sicht Eis dar, das 5-7 mal effektiver ist als einfaches kaltes Wasser in Gebäudekühlsystemen. Darüber hinaus sind solche Mischungen für die Medizin vielversprechend. Tierversuche haben gezeigt, dass Mikrokristalle der Eismischung perfekt in relativ kleine Blutgefäße gelangen und die Zellen nicht schädigen. „Icy Blood“ verlängert die Zeit, in der das Opfer gerettet werden kann. Nehmen wir an, bei einem Herzstillstand verlängert sich diese Zeit nach konservativen Schätzungen von 10-15 auf 30-45 Minuten.
Die Verwendung von Eis als Baumaterial ist in den Polarregionen für den Bau von Behausungen – Iglus – weit verbreitet. Eis ist Teil des von D. Pike vorgeschlagenen Pikerit-Materials, aus dem der größte Flugzeugträger der Welt gebaut werden sollte.

Eis - H 2 O

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