Сьогодні ми говоритимемо про властивості снігу та льоду. Варто уточнити, що крига утворюються не тільки з води. Крім водяного льоду буває аміачний та метановий. Нещодавно вчені винайшли сухий лід. Властивості його унікальні, їх розглянемо трохи згодом. Він утворюється під час заморожування вуглекислоти. Свою назву сухий лід отримав завдяки тому, що при таненні він не залишає калюж. Вуглекислий газ, що знаходиться в його складі, тут же випаровується в повітря з замороженого стану.

Визначення льоду

Насамперед, докладніше розглянемо лід, який одержують із води. Усередині нього правильні кристалічні грати. Лід - це поширений природний мінерал, що отримується під час замерзання води. Одна молекула цієї рідини пов'язується із чотирма найближчими. Вчені помітили, що така внутрішня будова властива різним дорогоцінного камінняі навіть мінералам. Наприклад, така будова має алмаз, турмалін, кварц, корунд, берил та інші. Молекули утримуються на відстані кристалічною решіткою. Ці властивості води та льоду говорять про те, що щільність такого льоду буде меншою за щільність води, завдяки якій він утворився. Тому крига плаває на поверхні води і не тоне в ній.

Мільйони квадратних кілометрів льоду

А ви знаєте скільки льоду на нашій планеті? Згідно з останніми дослідженнями вчених, на планеті Земля є приблизно 30 мільйонів квадратних кілометрів замороженої води. Як ви вже здогадалися, переважна більшість цього природного мінералу знаходиться на полярних шапках. У деяких місцях товщина крижаного покриву сягає 4 км.

Як отримати лід

Зробити кригу зовсім нескладно. Цей процес не складе великої праці, як і не потребує особливих навичок. Для цього потрібна низька температура води. Це єдина постійна умова процесу утворення льоду. Вода замерзне тоді, коли ваш термометр покаже температуру нижче 0 градусів за Цельсієм. У воді починається процес кристалізації завдяки низьким температурам. Молекули її будуються на цікаву впорядковану структуру. Цей процес називають утворенням кристалічних ґрат. Він однаковий і в океані, і в калюжі, і навіть у морозильній камері.

Дослідження процесу замерзання

Проводячи дослідження на тему замерзання води, вчені дійшли висновку, що кристалічні грати вишиковуються у верхніх шарах води. На поверхні починають утворюватися мікроскопічні крижані палички. Трохи згодом між собою вони змерзають. Завдяки цьому утворюється найтонша плівка на поверхні води. Великі водоймища замерзають набагато довше порівняно з нерухомою водою. Це пов'язано з тим, що вітер колише і коливає поверхню озера, ставка чи річки.

Крижані млинці

Вчені провели ще одне спостереження. Якщо при низькій температурі триває хвилювання, то найтонші плівки збираються в млинці діаметром близько 30 см. Далі вони змерзають в один шар, товщина якого не менше 10 см. На крижані млинці зверху та знизу намерзає новий шар льоду. Так утворюється товстий та міцний крижаний покрив. Його міцність залежить від видів: найпрозоріший лід буде в кілька разів міцнішим. білого льоду. Екологи помітили, що 5-сантиметровий лід витримує вагу дорослої людини. Шар в 10 см здатний витримати легкову машину, але слід пам'ятати, що виходити на лід восени і навесні дуже небезпечно.

Властивості снігу та льоду

Фізики та хіміки довгий час вивчали властивості льоду та води. Найвідоміша, а також важлива властивість льоду для людини - це її здатність легко танути вже за нульової температури. Але для науки важливі й інші фізичні властивості льоду:

• лід має прозорість, тому він добре пропускає сонячне світло;
• безбарвність - лід не має кольору, але його легко можна пофарбувати за допомогою кольорових добавок;
• твердість - крижані маси чудово зберігають форму без будь-яких зовнішніх оболонок;
• плинність - це приватна властивість льоду, властиве мінералу лише в деяких випадках;
• крихкість - шматок льоду можна легко розколоти, не прикладаючи великих зусиль;
• спайність - лід з легкістю розколюється в тих місцях, де він зріс по кристалографічній лінії.

Лід: властивості витіснення та чистоти

За своїм складом у льоду високий ступінь чистоти, оскільки кристалічні грати не залишають вільного місця різним стороннім молекулам. Коли вода замерзає, вона витісняє різні домішки, які у ній колись розчинилися. Так само можна отримати очищену воду в домашніх умовах.

Але деякі речовини здатні загальмовувати процес замерзання води. Наприклад, сіль у морській воді. Лід у морі утворюється тільки за дуже низьких температурах. Дивно, але процес замерзання води щороку здатний підтримувати самоочищення від різних домішок багато мільйонів років поспіль.

Секрети сухого льоду

Особливості цього льоду в тому, що у своєму складі він має вуглець. Такий лід утворюється лише за температури -78 градусів, але тане він вже за -50 градусів. Сухий лід, властивості якого дозволяють пропустити стадію рідин, при нагріванні відразу утворюється пара. Сухий лід, як і його побратим - водяний, не має запаху.

А ви знаєте, де застосовують сухий лід? Завдяки його властивостям цей мінерал використовують при транспортуванні продуктів харчування і медикаментів на далекі відстані. А гранули цього льоду здатні загасити спалах бензину. Ще коли сухий лід тане, він утворює густий туман, тому його застосовують на знімальних майданчиках для створення спецефектів. Крім усього перерахованого, сухий лід можна брати з собою в похід та ліс. Адже коли він тане, то відлякує комарів, різних шкідників та гризунів.

Щодо властивостей снігу, то цю дивовижну красу ми можемо спостерігати кожну зиму. Адже кожна сніжинка має форму шестигранника – це незмінно. Але, крім шестикутної форми, сніжинки можуть виглядати по-різному. На формування кожної їх впливає вологість повітря, атмосферний тиск та інші природні чинники.

Властивості води, снігу, льоду дивовижні. Важливо знати ще кілька властивостей води. Наприклад, вона здатна набувати форми судини, в яку її наливають. При замерзанні вода розширюється, а також має пам'ять. Вона здатна запам'ятовувати навколишню енергетику, а при замерзанні вона «скидає» інформацію, яку ввібрала.

Ми розглянули природний мінерал – лід: властивості та його якості. Продовжуйте вивчати науку, це дуже важливо та корисно!

Який знаходиться агрегатному стані, якому властиво мати газоподібну або рідку форму при кімнатній температурі. Властивості льоду почали вивчати сотні років тому. Близько двохсот років тому вчені виявили, що вода - не проста сполука, а складний хімічний елемент, що складається з кисню та водню. Після відкриття формула води стала мати вигляд Н2О.

Будова льоду

Н 2 Про складається з двох атомів водню та одного атома кисню. У спокійному стані водень знаходиться на вершинах атома кисню. Іони кисню та водню повинні займати вершини рівнобедреного трикутника: кисень розташовується на вершині прямого кута. Така будова води називається диполем.

Лід складається на 11.2% відсотка з водню, а решта – це кисень. Властивості льоду залежать від його хімічної будови. Іноді у ньому присутні газоподібні чи механічні утворення - домішки.

Лід зустрічається в природі у вигляді нечисленних кристалічних видів, які стійко зберігають свою будову при температурах від нуля і нижче, але за нулі і вище він починає плавитися.

Структура кристалів

Властивості льоду, снігу та пари абсолютно різні і залежать від У твердому стані Н 2 Про знаходиться в оточенні чотирьох молекул, розташованих у кутах тетраедра. Оскільки координаційна чисельність низька, то лід може мати ажурну структуру. Це відображається на властивостях льоду та його густини.

Форми льоду

Лід відноситься до поширених у природі речовин. На Землі є такі його різновиди:

• річковий;
• озерний;
• морський;
• фірмовий;
• глетчерний;
• ґрунтовий.

Є лід, що безпосередньо утворюється сублімаційним шляхом, тобто. від пароподібного стану. Такий вид набуває скелетоподібної форми (ми їх називаємо сніжинки) та агрегатів дендритного та скелетного росту (сморожь, іній).

Однією з найпоширеніших форм є сталактити, тобто бурульки. Вони ростуть по всьому світу: на Землі, в печерах. Цей вид льоду утворюється шляхом стікання крапель води за різниці температур близько нуля градусів в осінньо-весняний період.

Утворення у вигляді крижаних смуг, що з'являються по краях водойм, на межі води та повітря, а також по краю калюж, називаються крижаними забережами.

Лід може утворюватися в пористих ґрунтах у вигляді волокнистих прожилок.

Властивості льоду

Речовина може бути в різних станах. Виходячи з цього виникає питання: а яка властивість льоду проявляється в тому чи іншому стані?

Вчені виділяють фізичні та механічні властивості. Кожна з них має свої особливості.

Фізичні властивості

До фізичних властивостей льоду відносять:

1. Густина. У фізиці неоднорідне середовище представлено межею відношення маси речовини самого середовища до обсягу, в якому воно укладено. Щільність води, як та інших речовин, є функцією температур та тиску. Зазвичай у розрахунках використовують постійну щільність води, що дорівнює 1000 кг/м 3 . Більш точний показник щільності враховується лише тоді, коли необхідно дуже точно провести розрахунки зважаючи на важливість одержуваного результату різниці щільностей.
   Під час проведення розрахунків щільності льоду враховується, яка вода стала льодом: як відомо, щільність солоної води вище, ніж дистильованої.
2. Температура води. Зазвичай відбувається за нормальної температури нуль градусів. Процеси замерзання відбуваються стрибками із теплоти. Зворотний процес (танення) відбувається при поглинанні тієї ж кількості тепла, яка була виділена, але без стрибків, а поступово.
   У природі зустрічаються умови, за яких відбувається переохолодження води, але вона не замерзає. Деякі річки зберігають рідкий стан води навіть за температури -2 градуси.
3. кількість теплоти, що поглинається під час нагрівання тіла на кожний градус. Є питома теплоємність, яка характеризується кількістю теплоти, яка потрібна нагріву кілограма дистильованої води однією градус.
4. стисливість. Ще одна фізична властивість снігу та льоду – стисливість, що впливає на зменшення обсягу під впливом підвищеного зовнішнього тиску. Зворотний розмір називається пружністю.
5. Міцність льоду.
6. Колір льоду. Ця властивість залежить від поглинання світла та розсіювання променів, а також від кількості домішок у замерзлій воді. Річковий та озерний лід без сторонніх домішок видно у ніжно-блакитному світлі. Морський лід може бути зовсім іншим: блакитним, зеленим, синім, білим, коричневим, мати сталевий відтінок. Іноді можна побачити чорну кригу. Такий колір він набуває через великої кількостімінералів та різних органічних домішок.

Механічні властивості льоду

Механічні властивості льоду та води визначаються опором впливу довкілля по відношенню до одиниці площі. Механічні властивості залежать від структури, солоності, температури та пористості.

Лід - це пружне, в'язке, пластичне утворення, але бувають умови, за яких він стає твердим і дуже крихким.

Морський лід і прісноводний різняться: перший набагато пластичніший і менш міцний.

При проходженні кораблів обов'язково враховуються механічні властивості льоду. Також це важливо при використанні крижаних доріг, переправ та не тільки.

Вода, сніг і лід мають схожі властивості, які визначають характеристики речовини. Але в той же час на ці показання впливають і багато інших факторів: температура навколишнього середовища, домішки у твердій речовині, а також вихідний склад рідини. Лід - це одна з найцікавіших речовин на Землі.

Робота 1

Сніжинки як явище фізики

Роботу виконав Холодяков Данило

Цілі: дізнатися більше про сніжинки з погляду МКТ

Завдання: розібратися в природі освіти сніжинок

1. Формування сніжинок

2. Форми сніжинок

3. Симетрія кристалів

4. Однакові сніжинки

5. Колір та світло

6. Додаткові матеріали

1. Ви коли-небудь дивилися на сніжинку і запитували, як вона формується і чому вона відрізняється від інших видів снігу, які ви побачили раніше?

Сніжинки – це особлива форма водяного льоду. Сніжинки утворюються у хмарах, які складаються з водяної пари. Коли температура стоїть на позначці 32°F (0°C) або холодніше, вода перетворюється з рідкої форми на лід. Декілька факторів впливають на утворення сніжинок. Температура, повітряні потоки, вологість - все це має вплив на їх форму та розмір. Бруд та пил можуть змішуватися у воді та змінювати вагу та довговічність кристалів. Частинки бруду роблять сніжинку важчою, здатні зробити її схильною до танення і можуть викликати тріщини і розриви в кристалі. Формування сніжинки є динамічним процесом. Сніжинка може зіткнутися з багатьма різними умовами навколишнього середовища, іноді плавлячись, іноді виростаючи – структура сніжинки постійно змінюється.

2. Які найпоширеніші форми сніжинки?

Як правило, шестикутні кристали формуються у високих хмарах; голки або плоскі шестисторонні кристали - у хмарах середньої висоти, а також широке розмаїття шестисторонніх форм формуються у низьких хмарах. Холодніші температури створюють сніжинки з більш різкими наконечниками з боків кристалів і можуть призвести до розгалуження стрілок. Сніжинки, що з'являються в тепліших умовах, ростуть повільніше, що призводить до більш гладкої та менш складної форми.

0; -3°C - Тонкі гексагональні платівки

3; -6° C - Голки

6; -10 ° C - Порожнисті колони

10; -12°C - Секторні пластини (шестикутники із заглибленнями)

12; -15 ° C - дендрити (мереживні шестикутні форми)

3. Чому сніжинки симетричні?

По-перше, не всі сніжинки однакові з усіх боків. Нерівні температури, наявність бруду та інші фактори можуть призвести до того, що сніжинка стане однобокою. Тим не менш, це правда, що багато сніжинок симетричні і дуже складні в будові. Це тому, що форма сніжинки відбиває внутрішній порядок молекул води. Молекули води у твердому стані, наприклад, снігу та льоду, утворюють слабкі зв'язки (так звані водневі зв'язки) один з одним. Ці впорядковані механізми призводять до симетричної, гексагональної форми сніжинки. При кристалізації молекули води підкоряються максимальній силі тяжіння, а сили відштовхування зводяться до мінімуму. Отже, молекули води вишиковуються в заданих просторах у певному розташуванні, такому, щоб зайняти простір і зберегти симетрію.

4. Чи правда, що не існує двох однакових сніжинок?

І так і ні. Ніколи дві сніжинки не будуть ідентичними, аж до точного числа молекул води, спина електронів, ізотопів водню та кисню тощо. З іншого боку, дві сніжинки можуть виглядати однаково, і будь-яка сніжинка, мабуть, мала свій прототип у якийсь момент історії. Структура сніжинки постійно змінюється відповідно до умов навколишнього середовища і під впливом безлічі факторів, тому здається малоймовірним побачити дві однакові сніжинки.

5. Якщо вода та крига прозорі, то чому сніг виглядає білим?

Коротка відповідь полягає в тому, що сніжинки мають так багато поверхонь, що світловідбивають, що вони розсіюють світло у всіх його кольорах, тому сніг здається білим. Довга відповідь пов'язана з тим, як людське око сприймає колір. Навіть незважаючи на те, що джерело світла не може мати по-справжньому «білий» колір (наприклад, сонячне світло, люмінесцентні та лампи розжарювання мають певний колір), людський мозоккомпенсує джерело світла. Таким чином, навіть при тому, що сонячне світло жовте, і розсіяне від снігу світло теж жовте, мозок бачить сніг максимального білого кольору, тому що вся картина, отримана мозком, має жовтий відтінок, який автоматично віднімається.

Висновки:

1. Сніжинки – це особлива форма водяного льоду.

2. Температура, повітряні потоки, вологість - фактори, що впливають на форму і розмір сніжинки.

3. Саме порядок молекул води визначає симетричність сніжинки.

їм у реальних снігових кристалах.

Робота 2

Лід та вода в природі.

Роботу виконала Гусєва Аліна

Мета: дізнатися що-небудь нове.

Завдання:

Розглянути значення води в природі;

Розібратися у властивостях та видах води;

Ознайомитись з основними властивостями водного льоду;

Розширити свої знання щодо води загалом.

Вода (оксид водню) - бінарна неорганічна сполука, хімічна формула Н2О. Молекула води складається з двох атомів водню та одного – кисню, які з'єднані між собою ковалентним зв'язком. При нормальних умовах є прозорою рідиною, що не має кольору, запаху і смаку. У твердому стані називається льодом, снігом або інеєм, а в газоподібному - водяною парою. Вода може існувати у вигляді рідких кристалів.

Близько 71% поверхні Землі покрито водою (океани, моря, озера, річки, льоди) – 361,13 млн км2. На Землі приблизно 96,5 % води припадає на океани, (1,7 % світових запасів становлять ґрунтові води, ще 1,7 % на льодовики та крижані шапки Антарктиди та Гренландії, невелика частина в річках, озерах та болотах, та 0,001 % у хмарах). Більшість земної води - солона, і вона непридатна для сільського господарства та пиття. Частка прісної води становить близько 2,5%.

Вода є добрим сильнополярним розчинником. У природних умовах завжди містить розчинені речовини (солі, гази). Вода має ключове значення у створенні та підтримці життя на Землі, у хімічній будові живих організмів, у формуванні клімату та погоди. Є найважливішим речовиною всім живих істот планети Земля.

В атмосфері нашої планети вода знаходиться у вигляді крапель малого розміру, у хмарах та тумані, а також у вигляді пари. При конденсації виводиться з атмосфери як атмосферних опадів (дощ, сніг, град, роса). Вода надзвичайно поширена речовина в космосі, проте через високий внутрішньорідинний тиск вода не може існувати в рідкому стані в умовах вакууму космосу, чому вона представлена ​​тільки у вигляді пари або льоду.

Види води.

Вода на Землі може існувати в трьох основних станах - рідкому, газоподібному та твердому і набувати різні форми, які можуть одночасно сусідити один з одним: водяна пара та хмари в небі, морська вода та айсберги, льодовики та річки на поверхні землі, водоносні шари у землі. Воду часто поділяють на типи за різними принципами. За особливостями походження, складу або застосування виділяють, серед іншого: м'яку і жорстку воду - за вмістом катіонів кальцію та магнію. За ізотопами водню в молекулі: легку (за складом майже відповідає звичайній), важку (дейтерієву), надтяжку воду (тритієву). Також виділяють: прісну, дощову, морську, мінеральну, солонувату, питну, водопровідну, дистильовану, деіонізовану,апірогенну, святу, структуровану, талу, підземні, стічні та поверхневі води.

Фізичні властивості.

Вода у нормальних умовах зберігає рідкий агрегатний стантоді як аналогічні водневі сполуки є газами (H2S, CH4, HF). Через велику різницю електронегативностей атомів водню та кисню електронні хмари сильно зміщені у бік кисню. З цієї причини молекула води має великий дипольний момент(D = 1,84, поступається тільки синильної кислоти). При температурі переходу в твердий стан молекули води впорядковуються, в процесі цього обсяги порожнин між молекулами збільшуються і загальна щільність води падає, що пояснює причину меншої щільності води у фазі льоду. При випаровуванні, навпаки, рвуться всі зв'язки. Розрив зв'язків вимагає багато енергії, чому вода сама велика питома теплоємністьсеред інших рідин та твердих речовин. Для того, щоб нагріти один літр води на один градус, потрібно витратити 4,1868 кДж енергії. Завдяки цій властивості вода часто використовується як теплоносій. Крім великої питомої теплоємності вода також має великі значення питомої теплоти плавлення(при 0 ° C - 333,55 кДж/кг) та пароутворення(2250 кДж/кг).

Вода має також високим поверхневим натягомсеред рідин, поступаючись у цьому лише ртуті. Відносно висока в'язкість води обумовлена ​​тим, що водневі зв'язки заважають молекулам води рухатися з різними швидкостями. Вода є хорошим розчинником полярних речовин. Кожна молекула розчиняється оточується молекулами води, причому позитивно заряджені ділянки молекули розчиняється притягують атоми кисню, а негативно заряджені - атоми водню. Оскільки молекула води мала за розмірами, багато молекул води можуть оточити кожну молекулу розчинної речовини. негативним електричним потенціалом поверхні.

Чиста вода - гарний ізолятор. Оскільки вода - добрий розчинникв ній практично завжди розчинені ті чи інші солі, тобто у воді присутні позитивні та негативні іони. Завдяки цьому вода проводить електрику. За електропровідністю води можна визначити її чистоту.

Вода має показник заломлення n=1,33в оптичному діапазоні. Однак вона сильно поглинає інфрачервоне випромінювання, і тому водяна пара є основним природним парниковим газом, що відповідає більш ніж 60% парникового ефекту.

Лід - вода у твердому агрегатному стані. Льодом іноді називають деякі речовини в твердому агрегатному стані, яким властиво мати рідку або газоподібну форму при кімнатній температурі; зокрема, сухий лід, аміачний лід або метановий лід.

Основні властивості водного льоду.

В даний час відомі три аморфні різновиди та 15 кристалічних модифікацій льоду. Ажурна кристалічна структура такого льоду призводить до того, що його щільність (рівна 916,7 кг/м при 0 °C) нижче щільності води (999,8 кг/м) при тій же температурі. Тому вода, перетворюючись на лід, збільшує свій обсяг приблизно на 9%. Лід, будучи легшим за рідку воду, утворюється на поверхні водойм, що перешкоджає подальшому замерзанню води.

Висока питома теплота плавлення льоду, що дорівнює 330 кДж/кг, є важливим фактором в обороті тепла на Землі. Щоб розтопити 1 кг льоду або снігу, потрібно стільки ж тепла, скільки потрібно, щоб нагріти літр води на 80 °C. Лід зустрічається в природі у вигляді власне льоду (материкового, плаваючого, підземного), а також у вигляді снігу, інею і т. д. Під дією власної ваги лід набуває пластичних властивостей і плинності. Природний лід зазвичай значно чистіший, ніж вода, тому що при кристалізації води в першу чергу в ґрати встають молекули води.

При нормальному атмосферному тиску вода переходить у твердий стан при температурі 0 °C і кипить (перетворюється на водяну пару) при температурі 100 °C. При зниженні тиску температура танення (плавлення) льоду повільно зростає, а температура кипіння води падає. При тиску 611,73 Па (близько 0,006 атм) температура кипіння і плавлення збігається і стає рівною 0,01 °C. Такі тиск і температура називаються потрійною точкою води . При нижчому тиску вода не може перебувати в рідкому стані, і лід перетворюється безпосередньо на пару. Температура сублімації льоду знижується. При високому тиску існують модифікації льоду з температурами плавлення вище за кімнатну.

При зростанні тиску густина водяної пари в точці кипіння теж зростає, а рідкої води - падає. При температурі 374 °C (647 K) та тиску 22,064 МПа (218 атм) вода проходить критичну точку. У цій точці щільність та інші властивості рідкої та газоподібної води збігаються. При вищому тиску та/або температурі зникає різниця між рідкою водою та водяною парою. Таке агрегатний станназивають « надкритична рідина».

Вода може знаходиться в метастабільних станах- пересичена пара, перегріта рідина, переохолоджена рідина. Ці стани можуть існувати тривалий час, проте вони є нестійкими і при зіткненні з більш стійкою фазою відбувається перехід. Наприклад, можна отримати переохолоджену рідину, охолодивши чисту водуу чистій посудині нижче 0 °C, проте при появі центру кристалізації рідка вода швидко перетворюється на лід.

Факти.

У середньому в організмі рослин та тварин міститься понад 50 % води.

У складі мантії Землі води міститься у 10-12 разів більше, ніж кількість води у Світовому океані.

Якби всі льодовики розтанули, рівень води в земних океанах піднявся б на 64 м і близько 1/8 поверхні суші було б затоплено водою.

Іноді вода замерзає за позитивної температури.

За певних умов (всередині нанотрубок) молекули води утворюють новий стан, при якому вони зберігають здатність текти навіть при температурах, близьких до абсолютного нуля.

Вода відбиває 5 % сонячних променів, тоді як сніг - близько 85 %. Під лід океану проникає лише 2% сонячного світла.

Синій колір чистої океанської води пояснюється вибірковим поглинанням та розсіюванням світла у воді.

За допомогою крапель води з кранів можна створити напругу до 10 кіловольт, досвід називається «Крапельниця Кельвіна».

Вода - це одна з небагатьох речовин у природі, які розширюються при переході з рідкої фази у тверду.

Висновки:

Вода зберігає рідкий агрегатний стан, має великий дипольний момент, велику питому теплоємність, значення пароутворення, високий поверхневий натяг, негативний електричний потенціал поверхні, хороший ізолятор і розчинник.

Література

1. Вода // Енциклопедичний словник Брокгауза та Ефрона: У 86 томах (82 т. та 4 дод.). – СПб., 1890-1907.

2. Лосєв К. С. Вода. - Л.: Гідрометеоздат, 1989. - 272 с.

3. Гідробіонти у самоочищенні вод та біогенної міграції елементів. - М: МАКС-Прес. 2008. 200 с. Передмова члена-кор. РАН В. В. Малахова. (Серія: Наука. Освіта. Інновації. Випуск 9). ISBN 978-5-317-02625-7.

4. Про деякі питання підтримки якості води та її самоочищення // Водні ресурси. 2005. т. 32. № 3. С. 337-347.

5. Андрєєв В. Г. Вплив протонної обмінної взаємодії на будову молекули води та міцність водневого зв'язку. Матеріали V Міжнародної конференції «Актуальні проблеми науки у Росії». – Кузнецьк 2008, т.3 С. 58-62.

Вчені, які аналізують дані з Червоної планети, стверджують: є підстави вважати, що Phoenix розкопав те, навіщо летів — водяний лід під тонким шаром грунту. Доказ – сублімація яскравого матеріалу, який виявився відкритим при видаленні верхнього шару ґрунту.

Останніми днями на Марсі для американського зонда склалися непросто. Дослідники приступили до аналізу зразків ґрунту. Причому їм довелося подолати низку труднощів. Про частково заклинили дверцята печі ми розповідали. Але це був лише початок.

Коли проби все ж таки висипали в щілину, виявилося, що грунт Марса якийсь зліплений. Великі крупинки чіпляються один за одного, і жодна не бажає потрапляти в піч. Справа в тому, що отвір печі прикритий захисною сіткою з отворами по одному міліметру. Дослідники розраховували нагрівати (щоб виконати аналіз газів, що утворилися) саме такі невеликі піщинки.

Пізніше було придумано спосіб «перевперти» грунт. Ківш робота змусили вібрувати над відкритою грубкою, так, щоб найдрібніші частинки марсіанської породи потроху ссипалися в піч. Аналогічно зразки піску було доставлено і мікроскоп.

До речі, злипання ґрунту вчені пояснюють присутністю дуже дрібних частинок, що заповнюють проміжки між більшими гранулами, можливо, разом з деяким компонентом, що грає роль цементу.

Зразок марсіанського піску в мікроскоп. Масштабна лінійка – один міліметр (фото NASA/JPL-Caltech/University of Arizona).

Проба, що потрапила в мікроскоп, продемонструвала близько тисячі окремих частинок, багато з яких — у десять разів менші за діаметр людського волосся.

Дослідники кажуть, що побачили тут щонайменше чотири різні мінерали. Наприклад, там є великі чорні склоподібні частинки та маленькі червоні.

Експерти вважають, що цей набір відображає історію ґрунту — здається, що початкові частинки вулканічного походження за рахунок вивітрювання скоротилися в розмірах до крупинок із вищою концентрацією заліза.

Тепер щодо льоду. "Підози" у вчених з'явилися ще на початку червня. Але нагрівання першої проби в грубці ознак водяної пари не виявив.

Натомість дослідники Марса отримали докази присутності льоду завдяки знімкам траншеї «Додо-Золотовласка» (Dodo-Goldilocks), виритої роботом раніше (вірніше, це спочатку були дві сусідні траншеї, які пізніше поєднали в одну, звідси і подвійне ім'я). Декілька світлих грудочок ґрунту, присутніх спочатку, зникли на пізніших кадрах.

«Це має бути лід, – заявив науковий керівник місії Пітер Сміт (Peter Smith) з університету Арізони (University of Arizona, Tucson). — Ці грудки практично повністю зникли протягом кількох днів, що є ідеальним доказом того, що це — лід. Раніше висловлювалася ідея, що яскраві матеріали – це сіль. Але сіль випаруватись не може».

Вгорі: траншея Dodo-Goldilocks, знята 13 червня. Ширина цієї виїмки становить 22, а довжина 35 сантиметрів. Найбільша глибина (ділянка у нижній частині кадру) досягає 8 сантиметрів. Внизу: кадри, зняті вже 15 та 18 червня (20-й та 24-й сол місії). Світлі ділянки стають меншими, а в лівому нижньому кутку траншеї зникає кілька гранул світлого матеріалу (фото NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Texas A&M University).

Також при копанні ряду траншей навколо апарату рука робота наткнулася на жорсткий грунт під порівняно тонким шаром м'якого. Причому приблизно на одній глибині в усіх траншеях.

Лід- Мінерал з хім. формулою H 2 O являє собою воду в кристалічному стані.
Хімічний склад льоду: Н - 11,2%, Про - 88,8%. Іноді містить газоподібні та тверді механічні домішки.
У природі лід представлений головним чином однією з декількох кристалічних модифікацій, стійкою в інтервалі температур від 0 до 80°C, що має точку плавлення 0°С. Відомі 10 кристалічних модифікацій льоду та аморфний лід. Найбільш вивченим є лід 1-ї модифікації - єдина модифікація, виявлена ​​у природі. Лід зустрічається у природі як власне льоду (материкового, плаваючого, підземного та інших.), і навіть як снігу, инея тощо.

Дивіться також:

СТРУКТУРА

Кристалічна структура льоду схожа на структуру: кожна молекула Н 2 0 оточена чотирма найближчими до неї молекулами, що знаходяться на однакових відстанях від неї, рівних 2,76 А і розміщених у вершинах правильного тетраедра. У зв'язку з низьким координаційним числом структура льоду є ажурною, що впливає його щільність (0,917). Лід має гексагональну просторову решітку та утворюється шляхом замерзання води при 0°С та атмосферному тиску. Решітка всіх кристалічних модифікацій льоду має тетраедричну будову. Параметри елементарного осередку льоду (при t 0°С): а=0,45446 нм, з=0,73670 нм (з подвоєна відстань між суміжними основними площинами). При зниженні температури вони змінюються дуже мало. Молекули Н 2 0 у ґратах льоду пов'язані між собою водневими зв'язками. Рухливість атомів водню в ґратах льоду значно вища за рухливість атомів кисню, завдяки чому молекули змінюють своїх сусідів. За наявності значних коливальних та обертальних рухів молекул у ґратах льоду виникають трансляційні скоки молекул із вузла просторового їх зв'язку з порушенням подальшої впорядкованості та утворенням дислокацій. Цим пояснюється прояв у льоду специфічних реологічних властивостей, що характеризують залежність між незворотними деформаціями (перебігом) льоду і напругами, що викликали їх (пластичність, в'язкість, межа плинності, повзучість та ін.). Через ці обставини льодовики течуть аналогічно сильно в'язким рідинам, і, таким чином, природні льодиберуть активну участь у кругообігу води на Землі. Кристали льоду мають відносно великі розміри (поперечний розмір від часток міліметра до кількох десятків сантиметрів). Вони характеризуються анізотропією коефіцієнта в'язкості, величина якого може змінюватись на кілька порядків. Кристали здатні до переорієнтації під дією навантажень, що впливає на їх метаморфізацію та швидкість течії льодовиків.

ВЛАСТИВОСТІ

Лід безбарвний. У великих скупченнях він набуває синюватого відтінку. Блиск скляний. Прозорий. Спайності немає. Твердість 1,5. Крихкий. Оптично позитивний показник заломлення дуже низький (n = 1,310, nm = 1,309). У природі відомі 14 модифікацій льоду. Правда, всі, крім звичного нам льоду, що кристалізує в гексагональній сингонії і позначається як лід I, утворюються в умовах екзотичних - при дуже низьких температурах (порядку -110150 0С) і високих тискахколи кути водневих зв'язків у молекулі води змінюються і утворюються системи, відмінні від гексагональної. Такі умови нагадують космічні та не зустрічаються на Землі. Наприклад, при температурі нижче –110 °С водяні пари випадають на металевій пластині у вигляді октаедрів та кубиків розміром у кілька нанометрів – це так званий кубічний лід. Якщо температура трохи вище -110 ° С, а концентрація пари дуже мала, на пластині формується шар виключно щільного аморфного льоду.

МОРФОЛОГІЯ

У природі лід дуже поширений мінерал. У земній корі існує кілька різновидів льоду: річковий, озерний, морський, ґрунтовий, фірновий та глетчерний. Найчастіше він утворює агрегатні скупчення дрібнокристалічних зерен. Відомі також кристалічні утворення льоду, що виникають сублімаційним шляхом, тобто безпосередньо з пароподібного стану. У цих випадках лід має вигляд скелетних кристалів (сніжинки) та агрегатів скелетного та дендритного росту (печерний лід, паморозь, іній та візерунки на склі). Великі добре ограновані кристали зустрічаються, але дуже рідко. Н. Н. Стуловим описані кристали льоду північно-східної частини Росії, зустрінуті на глибині 55-60 м. від поверхні, що мають ізометричний і стовпчастий вигляд, причому довжина найбільшого кристала дорівнювала 60 см., А діаметр його основи - 15 см. З простих форм на кристалах льоду виявлено лише грані гексагональної призми (1120), гексагональної біпіраміди (1121) та пінакоїду (0001).
Крижані сталактити, звані у просторіччі «бурульки», знайомі кожному. При перепадах температур близько 0° в осінньо-зимові сезони вони ростуть повсюдно на поверхні Землі при повільному замерзанні (кристалізації) води, що стікає і крапає. Вони звичайні також у крижаних печерах.
Крижані забереги являють собою смуги крижаного покриву з льоду, що кристалізується на кордоні вода-повітря вздовж країв водойм і краї калюж, що оздоблюють, береги річок, озер, ставків, водосховищ, і тп. при незамерзаючій решті водного простору. При їх повному зростанні на поверхні водоймища утворюється суцільний крижаний покрив.
Лід утворює також паралельно-шісткуваті агрегати у вигляді волокнистих прожилок у пористих ґрунтах, а на їх поверхні - крижані антоліти.

ПОХОДЖЕННЯ

Лід утворюється переважно у водних басейнах при зниженні температури повітря. На поверхні води при цьому з'являється крижана каша, складена з голок льоду. Знизу на неї наростають довгі кристалики льоду, у яких осі симетрії шостого порядку розміщуються перпендикулярно поверхні скоринки. Співвідношення між кристалами льоду за різних умов освіти показано на рис. Лід поширений усюди, де є волога і де температура опускається нижче 0 ° С. У деяких районах грунтовий лід відтає тільки на незначну глибину, нижче якої починається вічна мерзлота. Це звані райони вічної мерзлоти; в областях поширення багаторічномерзлих порід у верхніх шарах земної кори зустрічаються так звані підземні льоди, Серед яких розрізняють сучасний та викопний підземний лід. Не менше 10% усієї площі суші Землі покривають льодовики, що складає їх монолітна крижана порода носить назву льодовиковий лід. Льодовиковий лід утворюється в основному зі скупчення снігу внаслідок його ущільнення та перетворення. Льодовиковий покрив займає близько 75% площі Гренландії та майже всю Антарктиду; найбільша потужність льодовиків (4330 м.) – встановлена ​​біля станції Берд (Антарктида). У центральній Гренландії товщина льоду сягає 3200 м-коду.
Родовища льоду загальновідомі. У місцевостях з холодною довгою зимою та коротким літом, а також у високогірних районах утворюються крижані печери зі сталактитами та сталагмітами, серед яких найцікавішими є Кунгурська в Пермській області Приуралля, а також печера Добшині у Словаччині.
Внаслідок замерзання морської води утворюється морський лід. Характерними властивостями морського льодує солоність і пористість, які визначають діапазон його густини від 0,85 до 0,94 г/см 3 . Через таку малу щільність крижини височіють над поверхнею води на 1/7-1/10 своєї товщини. Морський лід починає танути при температурі вище -2,3 ° С; він еластичніший і важче піддається роздробленню на частини, ніж лід прісноводний.

ЗАСТОСУВАННЯ

Наприкінці 1980-х років лабораторія Аргонн розробила технологію виготовлення крижаної гідросуміші (Ice Slurry), здатної вільно текти трубами різного діаметру, не збираючись у крижані нарости, не злипаючись і не забиваючи системи охолодження. Солона водяна суспензія складалася з безлічі дуже дрібних крижаних кристаликів округлої форми. Завдяки цьому зберігається рухливість води і, одночасно, з точки зору теплотехніки вона являє собою лід, який у 5-7 разів ефективніший за просту холодної водиу системах охолодження будівель. Крім того, такі суміші є перспективними для медицини. Досліди на тваринах показали, що мікрокристали суміші льоду чудово проходять у досить дрібні кровоносні судини і не пошкоджують клітини. «Крижана кров» подовжує час, протягом якого можна врятувати постраждалого. Скажімо, при зупинці серця цей час подовжується за обережними оцінками з 10-15 до 30-45 хвилин.
Використання льоду як конструкційний матеріал широко поширене в приполярних регіонах для будівництва жител - голку. Льод входить до складу запропонованого Д. Пайком матеріалу Пайкеріт, з якого пропонувалося зробити найбільший у світі авіаносець.

Лід (англ. Ice) - H 2 O

КЛАСИФІКАЦІЯ