Лід
Лід | |
Наступник | рідка водаd |
---|---|
З матеріалу | вода |
Хімічна формула | H₂O |
Густина | 0,9167 г/см³, 917,5 кілограм на кубічний метр[1], 918,9 кілограм на кубічний метр[1], 919,4 кілограм на кубічний метр[1], 919,4 кілограм на кубічний метр[1], 919,6 кілограм на кубічний метр[1], 920 кілограм на кубічний метр[1], 920,4 кілограм на кубічний метр[1], 920,8 кілограм на кубічний метр[1], 921,6 кілограм на кубічний метр[1], 922,4 кілограм на кубічний метр[1], 923,3 кілограм на кубічний метр[1], 924,1 кілограм на кубічний метр[1], 924,9 кілограм на кубічний метр[1] і 925,7 кілограм на кубічний метр[1] |
Температура плавлення | 0 °C |
Фазова точка | Потрійна точка[2][3] |
Швидкість звуку | 3000 метр на секунду[4] |
Кристалічна система | гексагональна сингонія |
Твердість за шкалою Мооса | 1,5[5] |
Лід у Вікісховищі |
Лед, кри́га — вода в твердому кристалічному стані, замерзла вода[6].
Основні характеристики[ред. | ред. код]
В даний час відомо три аморфних різновиди (за густиною) та 18[7] кристалічних модифікацій льоду. У природі Лед представлений головним чином одним кристалічним різновидом із густиною 931 кг/м³. Під дією власної ваги Лед здобуває пластичні властивості й плинність.
Лед зустрічається в природі у вигляді власне льоду (материкового, плаваючого, підземного), а також у вигляді снігу, інею тощо.
Природний Лед звичайно значно чистіший, ніж вода, тому що розчинність речовин у льоду вкрай погана. Лед може містити механічні домішки — тверді частки, крапельки концентрованих розчинів, бульбашки газу. Наявністю кристаликів солі й крапельок розсолу пояснюється солонуватість морського льоду.
Загальні запаси льоду на Землі становлять близько 30 млн км³. Є дані про наявність льоду на планетах Сонячної системи та у кометах. Основні запаси льоду на Землі зосереджені в полярних країнах (головним чином в Антарктиді, де товщина льодового покрову досягає 4 км).
Штучний Лед отримують охолодженням, що досягають шляхом розчинення деяких солей у воді чи кислотах або охолодженням при випаровуванні рідин у розрідженому просторі.
Лед — це тверда фаза оксиду водню хімічної будови Н2О. Містить (%): Н — 11,2; О — 88,8. Сингонія гексагональна. Вид дигексагонально-пірамідальний. Штучно одержано ще три модифікації льоду: Лед-II; Лед-III і Лед-IV. Густина — 0,9175. Твердість — 1,5 (при +4 °С), 4,0 (– 44 °С) і 6,5 (–78,5 °С). Звичайно утворює агрегатні скупчення дрібнокристалічних зерен. Відомі також кристалічні утворення, які виникають при сублімаціях. Вони мають вигляд скелетних форм і фігур росту (дендрити), а також променистих агрегатів. Безбарвний, прозорий, у значних скупченнях синюватий. Блиск скляний. Крихкий. Утворюється Лед у кріосфері при зниженні температури нижче 0 °С (льодовики, підземний Лед тощо). За температури 0 °С плавиться, перетворюючись у воду. ДосЛедженням льоду займається кріологія. Найбільш вивченим є Лед 1-ї модифікації — єдиної модифікації, виявленої в природі. Лед — одне з найпоширеніших твердих тіл на земній поверхні (близько 30 млн км3). У природі є багато видів льоду різного віку. Тривалість існування одних видів визначається годинами, вік інших — сотні тисяч років.
Властивість | Значення | Примітка |
Теплоємність, кал/(г··°C) | 0,51 (0 °C) | Сильно зменшується зі зниженням температури |
Теплота танення, кал/г | 79,69 | |
Теплота паротворення, кал/г | 677 | |
Коефіцієнт термічного розширення, 1/°C | 9,1·10−5 (0 °C) | |
Теплопровідність, кал/(див сек··°C) | 4,99·10-3 | |
Показник заломлення для звичайного променя | 1,309 (-3 °C) | |
Показник заломлення для незвичайного променя | 1,3104 (-3 °C) | |
Питома електрична провідність, ом−1·см−1 | 10−9(0 °C) | Гадана енергія активації 11 ккал/моль |
Поверхнева електропровідність, ом−1 | 10−10 (-11 °C) | Гадана енергія активації 32 ккал/моль |
Модуль Юнга, дин/см | 9·1010 (-5 °C) | Полікристалічний Лед |
Опір, Мн/м² роздавлюванню розриву зрізу |
2,5 1,11 0,57 |
Полікристалічний Лед Полікристалічний Лед Полікристалічний Лед |
Середня ефективна в'язкість, пз | 1014 | Полікристалічний Лед |
Показник ступеня статичного закону плину | 3 | |
Енергія активації при деформуванні й механічній релаксації, ккал/моль | 11,44-21,3 | Лінійно росте на 0,0361 ккал/(моль·°C) від 0 до 273,16 К |
Лед як мінерал та гірська порода[ред. | ред. код]
Лед також є найлегшим мінералом з класу оксидів[8], який існує лише за низьких температур. В умовах Землі він перебуває в стані, близькому до фазового переходу його у воду. Тому Лед зустрічається тільки у верхніх шарах літосфери і гідросфери. Лед вельми стійкий відносно чужорідних домішок, не вступає з ними в хімічні взаємодії і не утворює твердих розчинів та зростків з кристалами інших речовин.
Лед може розглядатися і як низькотемпературна мономінеральна гірська порода[9]. Фізико-генетичні і петрографо-генетичні основи формування крижаних порід дозволяють поділити їх на конжеляційні, сегрегаційні осадові і метаморфічні.
- Конжеляційний Лед утворюється внасЛедок замерзання вільної води. Це крижане покривало морських і прісних водойм, Лед швидко рухомих вод, внутрішньоводний або донний, крижане покривало відносно спокійних вод, крижані утворення у вигляді ефузивних порід, полою, натічних утворень, Лед-цемент в мерзлих дисперсних гірських породах, тріщинний і поровий в гірських породах з жорсткими зв'язками, крижані ядра ін'єкційних горбів здимання, сталактитів і сталагмітів, вторинно-жильний Лед в дисперсних мерзлих гірських породах, крижані шліри та інтрузивні пласти в мерзлих відкладах.
- Сегрегаційний Лед утворюється в промерзлих пилувато-глинистих гірських порід у процесі міграції зв'язаної води під впливом градієнтів температури і вологи. Він утворює шліри (прошарки, лінзи і включення, інші форми), які зумовлюють кріогенну текстуру дисперсних гірських порід, і мономінеральні пластові поклади (потужністю до декількох метрів), ядра міграційних горбів здимання.
- Розрізнюють п'ять видів осадового льоду: пухнастий сніг, хуртовинний сніг, дрібнозернистий сніг, зернистий сніг і сніг-пливун.
- Метаморфічний Лед формується в процесі зміни внутрішньої енергії або під впливом тиску і температури. До нього належить: фірн, первинний осадовий метаморфічний, динамометаморфічний (виникає під впливом високого різновекторного або орієнтованого тиску) і термометаморфічний Лед (формується під впливом теплових процесів, що виникають у крижаній породі). За місцем розташування розрізняють поверхневий і підземний Лед. Останній впливає на властивості мерзлих порід.
Фази льоду[ред. | ред. код]
Фаза | Характеристики[10][11] |
---|---|
Аморфний Лед | Аморфний Лед не має кристалічної структури. Він існує в трьох формах: аморфний Лед низької щільності (LDA), що утворюється при атмосферному тиску і нижче, аморфний Лед високої щільності (HDA) і аморфний Лед дуже високої щільності (VHDA), що утворюється при високому тиску. Лед LDA отримують дуже швидким охолодженням рідкої води («надохолоджена склоподібна вода», HGW), або конденсацією водяної пари на дуже холодної підкладці («аморфна тверда вода», ASW), або шляхом нагрівання високощільних форм льоду при нормальному тиску(«LDA»). |
Лед Ih | Звичайний гексагональний кристалічний Лед. Практично весь Лед на Землі належить до льоду Ih, і тільки дуже мала частина — до льоду Ic. |
Лед Ic | Метастабільний кубічний кристалічний Лед. Атоми кисню розташовані як у кристалічній решітці алмазу. Його отримують при температурі в діапазоні від −133 °C до −123 °C, він залишається стійким до -73 °C, а при подальшому нагріванні переходить в Лед Ih. Він зрідка зустрічається у верхніх шарах атмосфери. |
Лед II | Тригональний кристалічний Лед з високовпорядкованою структурою. Утворюється з льоду Ih при стисненні температурах від −83 °C до −63 °C. При нагріванні він перетворюється у Лед III. |
Лед III | Тетрагональний кристалічний Лед, який виникає при охолодженні води до −23 °C і тиску 300 МПа. Його щільність більше, ніж у води, але він найменш щільний з усіх різновидів льоду в зоні високих тисків. |
Лед IV | Метастабільний тригональний Лед. Його важко отримати без затравки. |
Лед V | Моноклінний кристалічний Лед. Виникає при охолодженні води до −20 °C і тиску 500 МПа. Має найбільш складну структури у порівнянні з усіма іншими модифікаціями. |
Лед VI | Тетрагональний кристалічний Лед. Виникає при охолодженні води до −3 °C і тиску 1,1 ГПа. У ньому проявляється дебаївська релаксація. |
Лед VII | Кубічна модифікація. Порушено розташування атомів водню; у речовині проявляється дебаївська релаксація. Водневі зв'язки утворюють дві взаємопроникні решітки.
У 2018, Лед VII був виявлений у включеннях у натуральних алмазах[12], внасЛедок чого був визнаний окремим мінералом. |
Лед VIII | Більш упорядкований варіант льоду VII, де атоми водню займають, очевидно, фіксовані положення. Утворюється із льоду VII при його охолодженні нижче 5 °C. |
Лед IX | Тетрагональна метастабільна модифікація. Поступово утворюється з льоду III при его охолоджені від −65 °C до −108 °C, стабільний при температурі нижче −133 °C і тиску між 200 та 400 МПа. Його щільність 1,16 г/см³. |
Лед X | Симетричний Лед з упорядкованим розташуванням протонів. Утворюється за тиску близько 70 ГПа. |
Лед XI | Ромбічна низькотемпературна рівноважна форма гексагонального льоду. Є сегнетоелектриком. |
Лед XII | Тетрагональна метастабільна щільна кристалічна модифікація. Спостерігається у фазовому просторі льоду V і льоду VI. Може бути отримана нагріванням аморфного льоду високої щільності від −196 °C до приблизно −90 °C при тиску 810 МПа. |
Лед XIII | Моноклінний кристалічний різновид. Може бути отриманий при охолодженні води нижче −143 °C і тиску 500 МПа. Різновид льоду V з упорядкованим розташуванням протонів. |
Лед XIV | Ромбічнийкристалічний різновид. Може бути отриманий при температурі нижче −155 °C і тиску 1,2 ГПа. Різновид льоду XII з упорядкованим розташуванням протонів. |
Лед XV | Псевдоромбічний кристалічний різновид льоду VI з упорядкованим розташуванням протонів. Може бути отриманий шляхом повільного охолодження льоду VI приблизно до −143 °C і тиску 0,8-1,5 ГПа[13]. |
Лед XVI | Кристалічний різновид льоду з найменшою густиною (0,81 г/см3)[14] серед усіх експериментально отриманих форм льоду. Має побудову топологічно еквівалентну полостній структурі газових гідратів. |
Лед XVII | Кристалічний різновид льоду з меншою кристалографічною густиною (0,85 г/см3)[15], ніж у інших експериментально отриманих форм льоду. Його структура, як і в льоду XVI, схожа до клатратної структури газових гідратів. Отримується при температурі 280 К і тиску ~ 400 МПа. Його номінальний склад (Н2О)2Н2 з трьома формульними одиницями на елементарну комірку. |
Лед XVIII | Суперіонізований Лед, що утворюється під впливом екстремальних тисків, що перевищують 100 ГігаПаскалів і високих температур вище 2000 Кельвінів. Отриманий експериментально при використанні лазерних ударних хвиль для одночасного стиснення та нагрівання зразків рідкої води до 100—400 ГігаПаскалів і 2000–3000 Кельвінів та зафіксований при вимірювання рентгенівської дифракції протягом кількох наносекунд. Такий Лед отриманий як перехід від кубічно-кубічної льодової фази (ймовірно льоду X) до нової орієнтованої кубічної та суперіонізованої льодової фази[16]. |
Нові досЛедження формування водяного льоду на рівній поверхні міді при температурах від −173 °C до −133 °C показали, що спочатку на поверхні виникають ланцюжки молекул шириною близько 1 нм не гексагональної, а пентагональної структури[17].
Див. також[ред. | ред. код]
Примітки[ред. | ред. код]
- ↑ а б в г д е ж и к л м н п р http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/materialy-raznye/plotnost-lda-i-snega-teploprovodnost-teploemkost-lda
- ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics / David R. Lide, Jr. — 78 — USA: CRC Press, 1997. — P. 6–62. — ISBN 978-0-8493-0478-1
- ↑ The revision of the SI—the result of three decades of progress in metrology
- ↑ https://www.isover.ee/ru/osnovnye-ponyatiya-svyazannye-so-zvukom
- ↑ Петрушевский Ф. Ф., Гершун А. Л. Лед, в физике // Энциклопедический словарь — СПб: Брокгауз — Ефрон, 1896. — Т. XVII. — С. 471–473.
- ↑ Лід // Словник української мови : в 11 т. — Київ : Наукова думка, 1970—1980.
- ↑ Sandwiching water between graphene makes square ice crystals at room temperature. ZME Science. 27 березня 2015. Архів оригіналу за 18 червня 2018. Процитовано 2 травня 2018.
- ↑ Ice. www.mindat.org. Процитовано 14 липня 2022.
- ↑ Лід — Енциклопедія Сучасної України. esu.com.ua. Процитовано 14 липня 2022.
- ↑ Фази льоду (англ.). Архів оригіналу за 25 березня 2009. Процитовано 15 лютого 2016.
- ↑ Льодові візерунки високого тиску. Архів оригіналу за 18 лютого 2009. Процитовано 15 лютого 2016.
- ↑ Sid Perkins (8 березня 2018). Pockets of water may lay deep below Earth’s surface. Science. Архів оригіналу за 8 березня 2018. Процитовано 8 березня 2018.
- ↑ Впервые получен лёд XV. Архів оригіналу за 27 березня 2013. Процитовано 15 лютого 2016.
- ↑ 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
Нема шаблону {{Cite doi/10.1038/nature14014}}.заповнити вручну - ↑ 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
Нема шаблону {{Cite doi/10.1021/jacs.6b06986}}.заповнити вручну. - ↑ Millot, M.; Coppari, F.; Rygg, J.; Barrios, A. C; Hamel, S.; Swift, D. C; Eggert, J. H (08 травня 2019). Nanosecond X-ray diffraction of shock-compressed superionic water ice. Nature. 569 (7755): 251–255. Bibcode:s41586-019-1114-6. doi:10.1038/s41586-019-1114-6. Архів оригіналу за 25 лютого 2021. Процитовано 19 лютого 2021.
{{cite journal}}
: Перевірте довжину|bibcode=
(довідка) - ↑ A one-dimensional ice structure built from pentagons. [[Nature Materials]]. 8 March 2009 (англ.). Архів оригіналу за 22 квітня 2009. Процитовано 15 лютого 2016.
{{cite web}}
: Назва URL містить вбудоване вікіпосилання (довідка)
Джерела[ред. | ред. код]
- Лед [Архівовано 25 грудня 2010 у Wayback Machine.] у Великій радянській енциклопедії (рос.)
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.
Посилання[ред. | ред. код]
- Лід // Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В. М. Барабаш ; за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. — С. 117. — ISBN 978-966-7407-83-4.
Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Лід |
- The phase diagram of water-steam-ice: WebCalculation [Архівовано 5 січня 2008 у Wayback Machine.]
- The phase diagram of water, including the ice variants [Архівовано 9 лютого 2010 у Wayback Machine.]
- Webmineral listing for Ice [Архівовано 14 лютого 2010 у Wayback Machine.]
- MinDat.org listing and location data for Ice [Архівовано 25 липня 2012 у Wayback Machine.]
- The physics of ice [Архівовано 27 грудня 2009 у Wayback Machine.]
- Науковці відкрили нову форму льоду [Архівовано 23 лютого 2016 у Wayback Machine.]
|
|
|