نام کریستال یخ اسرار کریستال های یخ کریستال های بزرگ برای شیلا در عصر اژدها: ریشه ها

خانه

کاست های فلزی

کریستال های یخ

توضیحات جایگزین

پدیده جوی

نوع بارندگی

نقاشی نقاش زمستانی با یک رنگ

رایم

میعانات کریستالی رطوبت هوا

پدیده آب و هوا

موی خاکستری

آبی، آبی، روی سیم ها گذاشته شده (آهنگ)

لایه ای از کریستال های یخ روی یک سطح خنک شده

لایه نازکی از کریستال های یخ که در اثر تبخیر روی سطح خنک کننده ایجاد می شود

لایه نازکی از برف روی سطح خنک کننده

کریستال های یخ از بخار آب موجود در هوا تشکیل شده اند

... شبنم بی حس

برند روسی یخچال

لایه نازک برف به دلیل تبخیر

ته نشینی

سیب زمینی کاناپه آبی روی سیم

... "و نه برف و نه یخ، بلکه درختان با نقره پاک می شوند" (معمای)

بارش سفید

یخ زدگی روی سیم ها

بارندگی روی درختان

درختان را در زمستان می پوشاند

لباس درختی زمستانی

شبنم برف

رطوبت برفی

شکوفه های زمستانی در صنوبر

بارش سفید برفی

لبه توری

بارش برف

شکوفه برف

شکوفه های زمستانی

... "سفیدی" روی درختان

بارش زمستانی

در زمستان درختان را در بر می گیرد

بخارات منجمد شده

Blue Slicker (سرود خوانده شده)

بخار منجمد

درختان لباس زمستانی

حاشیه سفید زمستانی

آبی-آبی روی سیم ها افتاده بود

... شبنم در زمستان

شبنم برفی

بارش روی سیم ها

در زمستان در درختان

آبی روی سیم ها افتاده بود

لایه نازکی از برف

برف روی شاخه ها و سیم ها

... "و صنوبر از طریق ... سبز می شود"

تنبل آبی (ترانه سرایی.)

چوب نقره اندود

بارش زمستانی

بارش آبی روی سیم ها (آهنگ.)

نام دیگر ریم

رایم در اصل

... "هنگامی که وارد آستانه می شوید، همه جا..."

فراست به طور خلاصه

یخبندان بعد از یک شب سرد

... "شمع یخ زده"

تقریبا برف

حاشیه برف

شبنم یخ زده

تقریبا مشابه سرمازدگی

در صبح تقریبا برف است

یخ زدگی روی سیم ها در آهنگ

حاشیه زمستانی روی بوته ها

بخار منجمد

شبنم زمستان

پوشش درختچه ای زمستانی

... "موی خاکستری" روی شاخه ها

... "کرک یخ زده"

لایه نازکی از یخ

لایه نازکی از برف

زمستان "موهای خاکستری"

پوشش درختچه ای زمستانی

اونی که روی سیم ها گذاشته

یخ روی شاخه ها

یخبندان روی درختان

نقره زمستانی روی درختان

نقاشی گونچاروا

که در پاییز باید از ماشین جدا شوید

یخبندان زمستانی

بخار منجمد

پدیده جوی

لایه نازکی از کریستال های یخ که در اثر تبخیر روی سطح خنک کننده ایجاد می شود

... "و صنوبر از طریق ... سبز می شود"

... "هنگامی که وارد آستانه می شوید، همه جا..."

... "شمع یخ زده"

... "کرک یخ زده"

... شبنم یخ زده

... "شبنم" در زمستان

... "موی خاکستری" روی شاخه ها

... "آبی آبی ... روی سیم ها دراز کشید"

... "و نه برف و نه یخ، بلکه نقره درختان را از بین می برد" (معمای)

... "سفیدی" روی درختان

زمستان "موهای خاکستری"

بخارات یخ زده، رطوبت هوا که روی اجسامی که سردتر از هوا هستند می نشیند و با کرک روی آنها منجمد می شود که پس از بازگشت یخبندان های شدید اتفاق می افتد. از نفس، یخ روی ریش، یقه می نشیند. روی درختان، یخ زدگی غلیظ، کورژا، اوپوکا. یخ زدگی میوه ها، کدر شدن عرق. یخ کرکی به سطل. یخ زدگی بزرگ، تپه های برف، زمین عمیقا یخ زده، برای رشد غلات. یخبندان بزرگ در تمام زمستان، تابستان سخت برای سلامتی. در نبی هاگی و دانیال، یخبندان، کریسمس گرم، و دسامبر. در سنت گرگوری نیکیاس) یخبندان روی انبار کاه - برای یک سال مرطوب. یخ زده، پوشیده از یخبندان؛ اختراع شد یخ زدگی فراوان یخ زده، یخ زده، اما به میزان کمتر. یخبندان بر (از) شاخه های درختان شکسته شده از وزن یخبندان. یخبندان یا یخبندان، یخبندان، یخبندان؟، پوشیده از یخبندان. گوشه های کلبه یخ زده و آبی شده است

شبنم یخ زده

آبی-آبی، روی سیم ها دراز بکشید

... "آبی-آبی... روی سیم ها دراز بکش"

شیلا، گولم نبرد از افزونه قابل دانلود «اسیر سنگی»، از نظر قدرت و مهارت به طور قابل توجهی با همه همراهان متفاوت است. او از بدنه سنگی و کریستال های کوچک خود با جلوه های مختلف به عنوان سلاح استفاده می کند و کریستال های بزرگ به عنوان زره او عمل می کنند. شما می توانید آنها را در طول بازی پیدا کنید، آنها مانند سلاح های معمولی یا در فروش از تجار پیدا می شوند. کریستال ها بر اساس نوع تأثیرات اعمال شده و منعکس شده تقسیم می شوند: معنوی، طبیعی، الکتریکی، یخ و آتش. کریستال های بی عیب و نقص و استثنایی از هر نوع بهترین هستند. آنها نه تنها آمار پایه را تغییر می دهند، بلکه می توانند بر حمله، دفاع، بدن، قدرت نیز تأثیر بگذارند ... کریستال های زیادی را می توان در Kadash teig پیدا کرد، جایی که شیلا پیشنهاد می دهد برای پیدا کردن اینکه اهل کجاست و کیست. قبلا، و همچنین در فروش در Garin از سالن های عمومی Orzammar.

کریستال های کوچک برای شیلا در عصر اژدها: ریشه ها:

کریستال آتش کوچک بی عیب و نقص- قدرت: 32; خسارت: 7.00; + 3٪ نرخ بحرانی ضربه غوغا، +4 آسیب از هر سلاح، + 22.5٪ به آسیب شلیک.
کریستال یخ بی عیب و نقص کوچک- قدرت: 32; خسارت: 7.00; +2 به نفوذ زره، + 10٪ به شانس. ضربه یا خنجر به پشت، + 22.5٪ به آسیب سرما.
کریستال الکتریکی کوچک بی عیب و نقص- قدرت: 32; خسارت: 7.00; +4 چابکی، +6 حمله، + 22.5٪ آسیب برق.
کریستال طبیعی بی عیب و نقص کوچک- قدرت: 32; خسارت: 7.00; +4 به قانون اساسی و بازیابی سلامت در نبرد، + 22.5٪ به آسیب نیروهای طبیعت.
کریستال روح خرد شده کوچک- قدرت: 20; خسارت: 5.50; + 5٪ آسیب روحی.
کریستال روح ترک خورده کوچک- قدرت: 20; خسارت: 5.50; + 10٪ آسیب روحی.

کریستال های بزرگ برای شیلا در عصر اژدها: ریشه ها:

کریستال بزرگ ترک خورده آتش- هیکل: 20; زره: 10.80; مقاومت در برابر آتش +20.
کریستال یخ ترک خورده بزرگ- هیکل: 20; زره: 10.80; مقاومت در برابر سرما +20.
کریستال برقی ترک خورده بزرگ- هیکل: 20; زره: 10.80; مقاومت 20+ نسبت به الکتریسیته.
کریستال طبیعی ترک خورده بزرگ- هیکل: 20; زره: 10.80; 20+ به مقاومت در برابر نیروهای طبیعت.
کریستال طبیعی بی عیب و نقص بزرگ- هیکل: 32; زره: 16.20; +1 به قانون اساسی، +3 به زره، +40 به مقاومت در برابر نیروهای طبیعت، +15 به مقاومت فیزیکی.
کریستال روح ترک خورده بزرگ- هیکل: 20; زره: 10.80; مقاومت روح +20.
کریستال معنوی خالص بزرگ- هیکل: 26; زره: 14.40; 30+ برای مقاومت در برابر جادوی روح، + 8 درصد به شانس بازتاب جادوی خصمانه، +5 به مقاومت روانی.
کریستال معنوی بی عیب و نقص بزرگ- هیکل: 32; زره: 16.20; +1 برای همه ویژگی ها، +40 برای مقاومت در برابر جادوی روح، + 12٪ برای شانس بازتاب جادوی خصمانه، +15 برای مقاومت روانی.

همه ما بارها در مورد خواص بی نظیر آب شنیده ایم. اگر "مایع بی رنگ و بی بو" دارای ویژگی های خاصی نبود، حیات روی زمین به شکل کنونی آن غیرممکن بود. همین را می توان در مورد شکل جامد آب - یخ گفت. اکنون دانشمندان راز دیگری را کشف کرده‌اند: در مطالعه‌ای که به تازگی منتشر شده است، متخصصان سرانجام تعیین کرده‌اند که برای به دست آوردن یک کریستال یخ به چند مولکول نیاز است.

اتصال منحصر به فرد

فهرست کنید خواص شگفت انگیزآب می تواند بسیار طولانی باشد. دارای بالاترین گرمای ویژه در بین مایعات و جامدات است، چگالی شکل کریستالی آن - یعنی یخ - کمتر از چگالی آب در حالت مایع است، قابلیت چسبندگی ("چسبیدن")، کشش سطحی بالا - همه این و خیلی چیزهای دیگر به آن اجازه می دهد تا به عنوان چنین زندگی روی زمین وجود داشته باشد.

آب منحصر به فرد بودن خود را مدیون پیوندهای هیدروژنی یا بهتر است بگوییم تعداد آنهاست. با کمک آنها، یک مولکول H2O می تواند با چهار مولکول دیگر "پیوند" کند. چنین «تماس‌هایی» به‌طور محسوسی نسبت به پیوندهای کووالانسی قوی‌تر هستند (نوعی پیوندهای «عادی» که مثلاً اتم‌های هیدروژن و اکسیژن را در یک مولکول آب با هم نگه می‌دارند)، و شکستن هر پیوند هیدروژنی به طور جداگانه بسیار آسان است. اما بسیاری از این فعل و انفعالات در آب وجود دارد، و آنها با هم به طور قابل توجهی آزادی مولکول های H 2 O را محدود می کنند و مانع از جدا شدن آنها از "رفقای خود" می شوند، مثلا در هنگام گرم شدن. هر یک از پیوندهای هیدروژنی خود برای کسری ناچیز از ثانیه وجود دارد - آنها دائما از بین می روند و دوباره ظاهر می شوند. اما در عین حال، در هر لحظه، بیشتر مولکول های آب در تعامل با "همسایگان" درگیر هستند.

پیوندهای هیدروژنی همچنین مسئول رفتار غیرمعمول آب در هنگام کریستالیزاسیون، یعنی در هنگام تشکیل یخ هستند. کوه های یخ شناور در سطح اقیانوس، پوسته ای از یخ در آب های شیرین - همه این پدیده ها ما را شگفت زده نمی کنند، زیرا ما از بدو تولد به آنها عادت کرده ایم. اما اگر مایع اصلی روی زمین آب نبود، بلکه مایع دیگری بود، اصلاً نه پیست روی یخ وجود داشت و نه ماهیگیری روی یخ. چگالی تقریباً همه مواد در انتقال از حالت مایع به حالت جامد افزایش می یابد، زیرا مولکول ها به یکدیگر نزدیک تر می شوند، به این معنی که تعداد آنها در واحد حجم بیشتر است.

وضعیت آب متفاوت است. تا دمای 4 درجه سانتیگراد، چگالی H 2 O به طور منظم رشد می کند، اما هنگامی که این مرز عبور می کند، به طور ناگهانی 8 درصد کاهش می یابد. حجم آب یخ زده بر این اساس افزایش می یابد. ساکنان خانه های لوله کشی که مدت هاست تعمیر نشده اند یا کسانی که نوشیدنی های کم الکل را در فریزر فراموش کرده اند به خوبی با این ویژگی آشنا هستند.

دلیل تغییر غیرعادی چگالی آب در هنگام انتقال از حالت مایع به جامد در همان پیوندهای هیدروژنی نهفته است. شبکه کریستالی یخ شبیه لانه زنبوری است که در شش گوشه آن مولکول های آب قرار دارد. آنها توسط پیوندهای هیدروژنی به هم متصل هستند و طول آنها از طول یک پیوند کووالانسی "عادی" بیشتر است. در نتیجه، فضای خالی بین مولکول های H 2 O جامد شده بیشتر از فضای خالی بین آنها در حالت مایع است، زمانی که ذرات آزادانه حرکت می کردند و می توانستند بسیار به یکدیگر نزدیک شوند. به عنوان مثال، مقایسه واضحی از بسته بندی مولکول های فاز مایع و جامد آب ارائه شده است.

خواص استثنایی و اهمیت ویژه آب برای ساکنان زمین، آن را مورد توجه همیشگی دانشمندان قرار داده است. اغراق بزرگی نیست اگر بگوییم که ترکیب دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن دقیق ترین ماده روی این سیاره است. و با این وجود متخصصانی که H 2 O را به عنوان موضوع مورد علاقه خود انتخاب کرده اند بیکار نخواهند ماند. به عنوان مثال، آنها همیشه می توانند بررسی کنند که در واقع چگونه آب مایع به یخ جامد تبدیل می شود. فرآیند تبلور، که منجر به چنین تغییرات چشمگیری در همه خواص می شود، بسیار سریع رخ می دهد و بسیاری از جزئیات آن هنوز ناشناخته است. بعد از آخرین شماره مجله علوم پایهیک معمای کمتر: اکنون دانشمندان دقیقا می دانند که چند مولکول آب باید در یک لیوان ریخته شود تا در سرما محتویات آن به یخ آشنا تبدیل شود.

یخ متفاوت

کلمه آشنا در جمله قبل به دلایل سبکی استفاده نشده است. تأکید می کند که ما در مورد یخ کریستالی صحبت می کنیم - همان یخ با یک شبکه شش ضلعی لانه زنبوری. اگرچه چنین یخی فقط در زمین مرسوم است - شکل کاملاً متفاوتی از یخ در فضای بین ستاره ای بینهایت حاکم است که در سیاره سوم عمدتاً در آزمایشگاه ها از خورشید به دست می آید. این یخ بی شکل نامیده می شود و ساختار منظمی ندارد.

یخ آمورف را می توان در صورتی که خیلی سریع (در عرض میلی ثانیه یا حتی سریعتر) و بسیار قوی (زیر 120 کلوین - منفی 153.15 درجه سانتیگراد) بدست آورد. آب مایع... در چنین شرایط شدید، مولکول های H 2 O زمان سازماندهی در یک ساختار منظم را ندارند و آب به مایع چسبناکی تبدیل می شود که چگالی آن کمی بیشتر از چگالی یخ است. اگر دما پایین بماند، آنگاه آب می تواند برای مدت بسیار طولانی به شکل یخ بی شکل باقی بماند، اما هنگام گرم شدن، به حالت آشناتر یخ کریستالی تبدیل می شود.

انواع شکل جامد آب به یخ کریستالی آمورف و شش ضلعی محدود نمی شود - در کل، امروزه دانشمندان بیش از 15 نوع آن را می شناسند. رایج ترین یخ روی زمین یخ I h نام دارد، اما یخ I c را می توان در لایه های بالایی جو نیز یافت که شبکه کریستالی آن شبیه شبکه الماس است. سایر اصلاحات یخ می تواند مثلثی، تک کلینیک، مکعبی، لوزی و شبه لوزی باشد.

اما در برخی موارد، انتقال فاز بین این دو حالت اتفاق نمی افتد: اگر مولکول های آب خیلی کم باشد، به جای تشکیل یک شبکه کاملاً سازمان یافته، آنها "ترجیح می دهند" به شکلی کمتر منظم باقی بمانند. یکی از نویسندگان به Lente.ru توضیح داد: "در هر خوشه مولکولی، برهمکنش های روی سطح با برهمکنش های درون خوشه رقابت می کنند." شغل جدید، کارمند مؤسسه شیمی فیزیک در دانشگاه گوتینگن، توماس زئوش. - برای خوشه های کوچکتر، بهینه سازی ساختار سطح خوشه تا حد امکان از نظر انرژی مطلوب تر از تشکیل یک "هسته" کریستالی است. بنابراین، چنین خوشه هایی بی شکل باقی می مانند."

قوانین هندسه حکم می کند که با بزرگ شدن اندازه خوشه، کسری از مولکول های روی سطح کاهش می یابد. در برخی موارد، انرژی حاصل از تشکیل شبکه کریستالی بر مزیت های آرایش بهینه مولکول ها در سطح خوشه برتری می یابد و یک انتقال فاز رخ می دهد. اما دقیقاً چه زمانی دقیقاً این لحظه فرا می رسد، دانشمندان نمی دانستند.

گروهی از محققان به سرپرستی پروفسور اودو باک از مؤسسه دینامیک و خودسازماندهی در گوتینگن توانستند پاسخی ارائه دهند. کارشناسان نشان داده اند که حداقل تعداد مولکول هایی که می توانند یک کریستال یخ را تشکیل دهند، 275 به علاوه یا منهای 25 قطعه است.

در مطالعه خود، دانشمندان از روش طیف‌سنجی فروسرخ استفاده کردند، به طوری که در خروجی می‌توان طیف‌هایی را تشخیص داد که خوشه‌های آبی را که از نظر اندازه تنها با چند مولکول متفاوت هستند، تشخیص داد. تکنیک ایجاد شده توسط نویسندگان حداکثر وضوح را برای خوشه های حاوی 100 تا 1000 مولکول ارائه می دهد - یعنی در این بازه، همانطور که اعتقاد بر این بود، عدد "آستانه" قرار دارد و پس از آن تبلور شروع می شود.

دانشمندان با عبور دادن بخار آب مخلوط با هلیوم از سوراخ بسیار نازکی به داخل یک محفظه خلاء، یخ بی شکل ساختند. مولکول های آب و هلیوم در تلاش برای فشردن در یک سوراخ کوچک به طور مداوم با یکدیگر برخورد کردند و در این له شدن بخش قابل توجهی از انرژی جنبشی خود را از دست دادند. در نتیجه، مولکول هایی که قبلاً "آرام" شده بودند و به راحتی خوشه هایی را تشکیل می دادند وارد محفظه خلاء شدند.

با تغییر تعداد مولکول‌های آب و مقایسه طیف‌های حاصل، محققان توانستند لحظه گذار از شکل آمورف به شکل کریستالی یخ را تشخیص دهند (طیف‌های این دو شکل تفاوت‌های بسیار مشخصی دارند). دینامیک به دست آمده توسط دانشمندان مطابقت خوبی با مدل های نظری داشت که پیش بینی می کنند پس از عبور از "نقطه X" تشکیل شبکه کریستالی از وسط خوشه شروع شده و به لبه های آن گسترش می یابد. نشانه ای که تبلور اجتناب ناپذیر است (باز هم طبق مطالعات نظری) تشکیل حلقه ای از شش مولکول با پیوند هیدروژنی است - این دقیقاً همان چیزی است که وقتی تعداد کل مولکول ها در خوشه برابر با 275 شود اتفاق می افتد. افزایش بیشتر در تعداد مولکول ها منجر به رشد تدریجی شبکه می شود و در مرحله 475 قطعه، طیف خوشه یخ در حال حاضر کاملاً از طیف ارائه شده توسط یخ کریستالی معمولی قابل تشخیص نیست.

Zoich توضیح می دهد: "مکانیسم انتقال فاز از حالت آمورف به حالت کریستالی در سطح خرد هنوز به طور دقیق مورد مطالعه قرار نگرفته است. ما فقط می توانیم داده های تجربی خود را با پیش بینی های نظری مقایسه کنیم - و در این مورد، توافق تغییر کرد. بسیار خوب است. اکنون، با شروع از نتایج فعلی، ما به همراه شیمیدانان نظری قادر خواهیم بود مطالعه انتقال فاز را ادامه دهیم و به ویژه سعی خواهیم کرد بفهمیم که چقدر سریع رخ می دهد."

کار باک و همکارانش در رده "صرفاً اساسی" قرار می گیرد، اگرچه چشم اندازهای عملی نیز دارد. نویسندگان این موضوع را رد نمی‌کنند که در آینده فناوری‌ای که برای مطالعه خوشه‌های آب توسعه داده‌اند، که امکان مشاهده تفاوت‌ها را هنگام اضافه کردن چندین مولکول ممکن می‌سازد، در زمینه‌های کاربردی نیز مورد تقاضا باشد. "در مقاله خود، ما تمام اجزای کلیدی این فناوری را توضیح دادیم، بنابراین در اصل می توان آن را به راحتی برای مطالعه خوشه های مولکول های خنثی دیگر تطبیق داد."، - Tsoich در مورد خوش بین بودن بیش از حد هشدار می دهد.

O. Mosin، I. Ignatov (بلغارستان)

حاشیه نویسی اهمیت یخ در حفظ حیات در سیاره ما را به سختی می توان دست کم گرفت. یخ تاثیر زیادی بر شرایط زندگی و زندگی گیاهان و جانوران دارد انواع متفاوتفعالیت اقتصادی انسان پوشاندن آب، یخ به دلیل چگالی کم، نقش یک صفحه شناور در طبیعت را ایفا می کند و از رودخانه ها و مخازن در برابر یخ زدگی بیشتر محافظت می کند و زندگی ساکنان زیر آب را حفظ می کند. استفاده از یخ برای مقاصد مختلف (نگهداری برف، چیدمان گذرگاه های یخ و انبارهای همدما، یخ گذاری انبارها و معادن) موضوع تعدادی از بخش های علوم آب و هواشناسی و مهندسی مانند فناوری یخ، فناوری برف، مهندسی است. همیشگی، و همچنین فعالیت های خدمات ویژه شناسایی یخ، حمل و نقل یخ شکن و تجهیزات برف روبی. از یخ طبیعی برای نگهداری و خنک سازی استفاده می شود محصولات غذاییفرآورده‌های بیولوژیکی و پزشکی که مخصوصاً برای آن تولید و برداشت می‌شود و از آب مذاب تهیه‌شده از ذوب یخ استفاده می‌شود. طب سنتی- برای افزایش متابولیسم و دفع سموم از بدن. این مقاله خواننده را با خواص و تغییرات کمتر شناخته شده جدید یخ آشنا می کند.

یخ شکل کریستالی آب است که طبق آخرین داده ها، چهارده تغییر ساختاری دارد. در میان آنها هم تغییرات کریستالی (یخ طبیعی) و هم بی شکل (یخ مکعبی) و تغییرات ناپایدار وجود دارد که با آرایش متقابل و خواص فیزیکی مولکول های آب که با پیوندهای هیدروژنی که شبکه کریستالی یخ را تشکیل می دهند، با یکدیگر متفاوت هستند. همه آنها به جز موارد معمول برای ما یخ طبیعی I h که در یک شبکه شش ضلعی متبلور می شود، در شرایط عجیب و غریب تشکیل می شود - در بسیار دمای پایینیخ خشک و نیتروژن مایع و فشارهای بالای هزاران اتمسفر، زمانی که زوایای پیوندهای هیدروژنی در یک مولکول آب تغییر می کند و سیستم های کریستالی غیر از شش ضلعی تشکیل می شود. چنین شرایطی شبیه شرایط فضایی است و در زمین رخ نمی دهد.

در طبیعت، یخ عمدتاً توسط یک گونه کریستالی نشان داده می شود که در یک شبکه شش ضلعی شبیه به ساختار الماس متبلور می شود، جایی که هر مولکول آب توسط چهار مولکول نزدیک به آن احاطه شده است که در فواصل مساوی از آن قرار دارند، برابر با 2.76 آنگستروم و در واقع در رئوس یک چهار وجهی منظم به دلیل عدد هماهنگی کم، ساختار یخ شبکه ای است که بر چگالی کم آن که 0.931 گرم بر سانتی متر مکعب است تأثیر می گذارد.

غیر معمول ترین خاصیت یخ تنوع شگفت انگیز تظاهرات خارجی آن است. با همان ساختار کریستالی، می تواند کاملاً متفاوت به نظر برسد، به شکل تگرگ و یخ های شفاف، دانه های برف کرکی، پوسته متراکم و براق از یخ یا توده های یخی غول پیکر. یخ به طور طبیعی به شکل زمین، شناور و یخ زیرزمینی و همچنین برف و یخبندان وجود دارد. در تمام مناطق سکونت انسان رایج است. برف و یخ که در مقادیر زیاد جمع می شوند، ساختارهای ویژه ای را تشکیل می دهند که ویژگی هایی اساسی با کریستال ها یا دانه های برف دارد. یخ طبیعی عمدتاً توسط یخ با منشاء رسوبی دگرگونی تشکیل می شود که از بارش جامد جوی در نتیجه تراکم و تبلور مجدد بعدی تشکیل شده است. ویژگی برجستهیخ طبیعی - دانه بندی و رگه. دانه بندی به دلیل فرآیندهای تبلور مجدد است. هر دانه یخ یخبندانکریستالی با شکل نامنظم است که در مجاورت بلورهای دیگر در توده یخ قرار دارد، به گونه‌ای که برآمدگی‌های یک کریستال محکم در فرورفتگی‌های کریستال دیگر قرار می‌گیرد. این یخ را پلی کریستال می نامند. در آن، هر کریستال یخ لایه‌ای از نازک‌ترین برگچه‌ها است که در صفحه قاعده عمود بر جهت محور نوری کریستال روی یکدیگر همپوشانی دارند.

کل ذخایر یخ روی زمین حدود 30 میلیون تخمین زده می شود. کیلومتر 3(میز 1). بیشتر یخ در قطب جنوب متمرکز شده است، جایی که ضخامت لایه آن به 4 می رسد کیلومترهمچنین شواهدی مبنی بر وجود یخ در سیارات وجود دارد. منظومه شمسیو در دنباله دارها یخ برای آب و هوای سیاره ما و زیستگاه موجودات زنده در آن به قدری مهم است که دانشمندان محیط خاصی را برای یخ تعیین کرده اند - کرایوسفر که مرزهای آن تا اتمسفر و در اعماق پوسته زمین گسترش می یابد.

برگه 1... مقدار، توزیع و طول عمر یخ.

نوع یخ؛ وزن؛ منطقه توزیع؛ غلظت متوسط، گرم بر سانتی متر مربع؛ نرخ افزایش وزن، گرم در سال؛ میانگین طول عمر، سال
G; %؛ میلیون کیلومتر مربع؛ %
یخچال های طبیعی؛ 2.4 1022; 98.95; 16.1; 10.9 سوشی؛ 1.48 x 105; 2.5 1018; 9580
یخ زیرزمینی؛ 2 1020; 0.83; 21; 14.1 سوشی؛ 9.52 x 103; 6 1018; 30-75
یخ دریا؛ 3.5 * 1019; 0.14; 26; 7.2 اقیانوس؛ 1.34 * 102; 3.3 x 1019; 1.05
پوشش برفی؛ 1.0 1019; 0.04; 72.4; 14.2 زمین; 14.5; 2 1019; 0.3-0.5
کوه های یخ؛ 7.6 1018; 0.03; 63.5; 18.7 اقیانوس؛ 14.3; 1.9 x 1018; 4.07
یخ اتمسفر؛ 1.7 1018; 0.01; 510.1; 100 زمین؛ 3.3 * 10-1; 3.9 1020; 4 10-3

بلورهای یخ از نظر شکل و نسبت منحصر به فرد هستند. هر کریستال طبیعی در حال رشد، از جمله یخ کریستال یخ، همیشه در تلاش برای ایجاد یک شبکه کریستالی منظم ایده آل است، زیرا این از نظر حداقل آن مفید است. انرژی درونی... همانطور که مشخص است، هر گونه ناخالصی شکل کریستال را مخدوش می کند، بنابراین، در هنگام تبلور آب، ابتدا مولکول های آب در شبکه قرار می گیرند و اتم های خارجی و مولکول های ناخالصی به مایع جابجا می شوند. و تنها زمانی که ناخالصی ها جایی برای رفتن ندارند، کریستال یخ شروع به ساختن آنها در ساختار خود می کند یا آنها را به شکل کپسول های توخالی با یک مایع غلیظ غیر انجماد - آب نمک رها می کند. بنابراین، یخ دریا تازه است و حتی کثیف ترین آب ها نیز با یخ شفاف و تمیز پوشیده شده است. هنگامی که یخ ذوب می شود، ناخالصی ها را به آب نمک منتقل می کند. در مقیاس سیاره ای، پدیده یخ زدن و ذوب شدن آب، همراه با تبخیر و متراکم شدن آب، نقش یک فرآیند تصفیه غول پیکر را ایفا می کند که در آن آب روی زمین دائماً خود را تصفیه می کند.

برگه 2... برخی از خواص فیزیکی یخ I.

ویژگی

معنی

توجه داشته باشید

ظرفیت گرمایی، کالری / (گرم درجه سانتیگراد) گرمای ذوب، کالری در گرم گرمای تبخیر، کالری در گرم

0.51 (0 درجه سانتیگراد) 79.69 677

با کاهش دما به شدت کاهش می یابد

ضریب انبساط حرارتی، 1 / درجه سانتیگراد

9.1 10-5 (0 درجه سانتیگراد)

یخ پلی کریستالی

هدایت حرارتی، کالری / (cm sec ° C)

4.99 · 10 -3

یخ پلی کریستالی

ضریب شکست:

1.309 (-3 درجه سانتیگراد)

یخ پلی کریستالی

هدایت الکتریکی خاص، اهم-1 سانتی متر-1

10-9 (0 درجه سانتیگراد)

انرژی فعال سازی ظاهری 11 کیلو کالری در مول

هدایت الکتریکی سطحی، اهم-1

10-10 (-11 درجه سانتیگراد)

انرژی فعال سازی ظاهری 32 کیلو کالری در مول

مدول الاستیسیته یانگ، dyne / cm2

91010 (-5 درجه سانتیگراد)

یخ پلی کریستالی

مقاومت، MN / m2: خرد شدن تا برش پاره شدن

2,5 1,11 0,57

یخ پلی کریستال یخ پلی کریستال یخ پلی کریستال

ویسکوزیته دینامیکی، تعادل

یخ پلی کریستالی

انرژی فعال سازی در هنگام تغییر شکل و آرامش مکانیکی، کیلوکالری در مول

به طور خطی 0.0361 کیلو کالری / (mol ° C) از 0 به 273.16 K افزایش می یابد

توجه: 1 کالری / (g · ° C) = 4.186 کیلوژول / (kg · K)؛ 1 اهم -1 سانتی متر -1 = 100 سیم بر متر؛ 1 داین = 10 -5 نیوتن ; 1 N = 1 کیلوگرم · m / s²; 1 داین / سانتی متر = 10 -7 نیوتن در متر؛ 1 کالری / (سانتی متر · ثانیه درجه سانتیگراد) = 418.68 وات / (m · K)؛ 1 پویز = g / cm s = 10 -1 N s / m 2.

با توجه به توزیع گسترده یخ در زمین، تفاوت مشخصات فیزیکییخ (جدول 2) از خواص سایر مواد نقش مهمی در بسیاری از فرآیندهای طبیعی دارد. یخ دارای بسیاری از خواص و ناهنجاری های مفید برای حفظ زندگی است - ناهنجاری های چگالی، فشار، حجم، هدایت حرارتی. اگر هیچ پیوند هیدروژنی وجود نداشت که مولکول های آب را به یک کریستال متصل می کرد، یخ در دمای -90 درجه سانتی گراد ذوب می شد. اما به دلیل وجود پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های آب این اتفاق نمی افتد. یخ به دلیل چگالی کمتری که نسبت به آب دارد، پوششی شناور روی سطح آب ایجاد می کند که از رودخانه ها و مخازن در برابر یخ زدگی کف محافظت می کند، زیرا رسانایی حرارتی آن بسیار کمتر از آب است. در این حالت کمترین چگالی و حجم در +3.98 درجه سانتیگراد مشاهده می شود (شکل 1). خنک شدن بیشتر آب تا 0 0 C به تدریج منجر به کاهش نمی شود، بلکه منجر به افزایش حجم آن تقریباً 10٪ می شود، زمانی که آب به یخ تبدیل می شود. این رفتار آب نشان دهنده وجود همزمان دو فاز تعادلی در آب است - مایع و شبه بلوری به قیاس با شبه بلورها، شبکه بلوری آنها نه تنها دارای ساختار تناوبی است، بلکه دارای محورهای تقارن با مرتبه های مختلف است که وجود آنها قبلاً در تضاد بود. ایده های کریستالوگراف ها این نظریه که اولین بار توسط فیزیکدان نظری مشهور روسی Ya.I. Frenkel ارائه شد، بر این فرض استوار است که برخی از مولکول های مایع ساختاری شبه بلوری تشکیل می دهند، در حالی که بقیه مولکول ها گازی هستند و آزادانه در حجم حرکت می کنند. توزیع مولکول ها در مجاورت کوچک هر مولکول آب ثابت دارای نظم خاصی است که تا حدودی یادآور کریستالی است، البته شل تر. به همین دلیل گاهی اوقات ساختار آب را شبه بلوری یا بلوری می‌نامند، یعنی دارای تقارن و وجود نظم در آرایش متقابل اتم‌ها یا مولکول‌ها.

برنج. 1... وابستگی حجم خاص یخ و آب به دما

ویژگی دیگر این است که سرعت جریان یخ نسبت مستقیم با انرژی فعال سازی و با دمای مطلق نسبت معکوس دارد، به طوری که با کاهش دما، یخ در خواص خود به یک جسم کاملاً جامد نزدیک می شود. به طور متوسط، در دمای نزدیک به ذوب، سیالیت یخ 106 برابر بیشتر از سیالیت سنگ ها است. یخ به دلیل سیال بودن در یک جا جمع نمی شود، بلکه دائماً به شکل یخچال در حرکت است. رابطه بین سرعت جریان و تنش در یخ چند کریستالی هذلولی است. در توصیف تقریبی آن با یک معادله قانون توان، توان با افزایش ولتاژ افزایش می‌یابد.

نور مرئی عملاً توسط یخ جذب نمی شود، زیرا پرتوهای نور از کریستال یخ عبور می کنند، اما تابش فرابنفش و بیشتر تابش مادون قرمز خورشید را حفظ می کند. در این مناطق از طیف، یخ کاملا سیاه به نظر می رسد، زیرا ضریب جذب نور در این مناطق از طیف بسیار بالا است. برخلاف کریستال‌های یخ، نور سفیدی که روی برف می‌افتد جذب نمی‌شود، بلکه بارها در کریستال‌های یخ شکسته شده و از لبه‌های آنها منعکس می‌شود. بنابراین، برف سفید به نظر می رسد.

به دلیل بازتاب بسیار بالای یخ (0.45) و برف (تا 0.95)، مساحت تحت پوشش آنها به طور متوسط حدود 72 میلیون است. کیلومتر 2در عرض های جغرافیایی بالا و متوسط هر دو نیمکره - گرمای خورشیدی را 65٪ کمتر از حد معمول دریافت می کند و منبع قدرتمندی برای خنک کننده سطح زمین است که تا حد زیادی منطقه بندی اقلیمی عرضی مدرن را تعیین می کند. در تابستان، در مناطق قطبی، تابش خورشیدی بیشتر از کمربند استوایی است، با این وجود، دما پایین می ماند، زیرا بخش قابل توجهی از گرمای جذب شده صرف ذوب یخ می شود که گرمای ذوب بسیار بالایی دارد.

از دیگر خواص غیرعادی یخ می توان به تولید تابش الکترومغناطیسی توسط کریستال های در حال رشد آن اشاره کرد. مشخص است که بیشتر ناخالصی های حل شده در آب هنگام شروع رشد به یخ منتقل نمی شوند. آنها منجمد می شوند بنابراین، حتی در کثیف ترین گودال، لایه یخ تمیز و شفاف است. در این حالت، ناخالصی ها در حد فاصل بین محیط جامد و مایع، به صورت دو لایه بار الکتریکی با علائم مختلف جمع می شوند که باعث اختلاف پتانسیل قابل توجهی می شود. لایه باردار ناخالصی ها همراه با مرز پایین یخ جوان حرکت می کند و امواج الکترومغناطیسی ساطع می کند. با تشکر از این، فرآیند کریستالیزاسیون را می توان با جزئیات مشاهده کرد. بنابراین، کریستالی که به شکل سوزن رشد می کند، به طور متفاوتی نسبت به کریستالی که با فرآیندهای جانبی پوشانده شده است، ساطع می کند، و تابش دانه های در حال رشد با تابش زمانی که کریستال ها می ترکند، متفاوت است. از روی شکل، توالی، فرکانس و دامنه پالس های تابش می توان تشخیص داد که یخ با چه سرعتی یخ می زند و در همان زمان چه ساختار یخی تشکیل می شود.

اما شگفت‌انگیزترین چیز در مورد ساختار یخ این است که مولکول‌های آب در دماهای پایین و فشار بالا در داخل نانولوله‌های کربنی می‌توانند به شکل یک مارپیچ دوتایی متبلور شوند که یادآور مولکول‌های DNA است. این را آزمایش‌های رایانه‌ای اخیر دانشمندان آمریکایی به رهبری شیائو چنگ زنگ از دانشگاه نبراسکا (ایالات متحده آمریکا) ثابت کرده است. برای اینکه آب در یک آزمایش شبیه سازی شده به شکل مارپیچی درآید، آن را در نانولوله هایی با قطر 1.35 تا 1.90 نانومتر تحت فشار بالا، از 10 تا 40000 اتمسفر قرار دادند و دمای 23- درجه سانتی گراد تعیین شد. انتظار می رفت که آب در همه موارد یک ساختار لوله ای نازک را تشکیل دهد. با این حال، این مدل نشان داد که با قطر نانولوله 1.35 نانومتر و فشار خارجی 40000 اتمسفر، پیوندهای هیدروژنی در ساختار یخ منحنی شد که منجر به تشکیل یک مارپیچ دو جداره - داخلی و خارجی شد. در این شرایط، دیواره داخلی به چهار سیم پیچ پیچ خورده است، در حالی که دیواره بیرونی از چهار مارپیچ دوتایی شبیه به یک مولکول DNA تشکیل شده است (شکل 2). این واقعیت می تواند به عنوان تأییدی بر ارتباط بین ساختار یک مولکول DNA حیاتی و ساختار خود آب و آن آب به عنوان ماتریس برای سنتز مولکول های DNA باشد.

برنج. 2... مدل کامپیوتری ساختار آب منجمد در نانولوله ها، یادآور مولکول DNA (عکس از مجله نیو ساینتیست، 2006)

یکی دیگر از مهمترین خواص آب که اخیرا کشف شده این است که آب توانایی به خاطر سپردن اطلاعات مربوط به اثرات گذشته را دارد. این اولین بار توسط محقق ژاپنی ماسارو ایموتو و هموطن ما استانیسلاو زنین اثبات شد، که یکی از اولین کسانی بود که یک نظریه خوشه ای از ساختار آب، متشکل از همکاران حلقوی یک ساختار چند وجهی حجیم - خوشه هایی با فرمول کلی (H2O) ارائه کرد. ) n، که در آن n، طبق داده های اخیر، می تواند به صدها یا حتی هزاران واحد برسد. به دلیل وجود خوشه ها در آب است که آب دارای خواص اطلاعاتی است. محققان از فرآیندهای انجماد آب به صورت میکروکریستال‌های یخ که بر روی آن با میدان‌های الکترومغناطیسی و آکوستیک، ملودی‌ها، دعاها، کلمات یا افکار مختلف تأثیر می‌گذارند، عکس‌برداری کردند. معلوم شد که تحت تأثیر اطلاعات مثبت در قالب ملودی ها و کلمات زیبا، یخ به کریستال های شش ضلعی متقارن منجمد شده است. در جایی که موسیقی نامنظم، کلمات شیطانی و توهین آمیز به صدا درآمد، برعکس، آب به کریستال های آشفته و بی شکل یخ زد. این گواه بر این است که آب ساختار خاصی دارد که به تأثیرات اطلاعات خارجی حساس است. احتمالاً مغز انسان که 85 تا 90 درصد آن آب است، تأثیر ساختاری قوی روی آب دارد.

کریستال های ایموتو هم انتقاد جالبی هستند و هم به اندازه کافی اثبات نشده اند. اگر آنها را به دقت بررسی کنید، می بینید که ساختار آنها از شش تاپ تشکیل شده است. اما تجزیه و تحلیل دقیق تر نشان می دهد که دانه های برف در زمستان ساختار یکسانی دارند، همیشه متقارن و با شش قسمت بالا. ساختارهای متبلور تا چه اندازه حاوی اطلاعاتی در مورد محیطی هستند که در آن ایجاد شده اند؟ ساختار دانه های برف می تواند زیبا یا بی شکل باشد. این نشان می دهد که نمونه کنترل (ابر در اتمسفر)، جایی که آنها رخ می دهند، تأثیری مشابه شرایط اولیه روی آنها دارد. شرایط اولیه فعالیت خورشیدی، دما، میدان های ژئوفیزیکی، رطوبت و ... همه اینها به این معنی است که از به اصطلاح. از گروه میانی، می توان نتیجه گرفت که ساختار قطرات آب، و سپس دانه های برف، تقریباً یکسان است. جرم آنها تقریباً یکسان است و با سرعتی مشابه در جو حرکت می کنند. در جو، آنها به شکل دادن به ساختارهای خود و افزایش حجم ادامه می دهند. حتی اگر در آن شکل گرفته باشند بخش های مختلفابرها، در یک گروه همیشه تعداد مشخصی از دانه های برف وجود دارد که تقریباً در شرایط یکسان به وجود آمده اند. و پاسخ به این سوال که اطلاعات مثبت و منفی در مورد دانه های برف چیست را می توانید در Emoto پیدا کنید. در شرایط آزمایشگاهی اطلاعات منفی (زلزله، ارتعاشات صوتی نامطلوب برای شخص و غیره) کریستال تشکیل نمی دهند، بلکه اطلاعات مثبت درست برعکس است. بسیار جالب است که یک عامل تا چه حد می تواند ساختارهای مشابه یا مشابه دانه های برف را شکل دهد. بیشترین چگالی آب در دمای 4 درجه سانتی گراد مشاهده می شود. از نظر علمی ثابت شده است که وقتی دما به زیر صفر می‌رسد، چگالی آب کاهش می‌یابد. این نتیجه عمل پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های آب است.

دلیل این ساختاربندی چیست؟ کریستال ها جامد هستند و اتم ها، مولکول ها یا یون های تشکیل دهنده آنها در یک ساختار منظم و تکرار شونده در سه بعد فضایی قرار دارند. ساختار کریستال های آب کمی متفاوت است. به گفته آیزاک، تنها 10 درصد از پیوندهای هیدروژنی موجود در یخ کووالانسی هستند، یعنی. با اطلاعات نسبتاً پایدار پیوندهای هیدروژنی بین اکسیژن یک مولکول آب و هیدروژن مولکول دیگر بیشترین حساسیت را نسبت به تأثیرات خارجی دارند. طیف آب در ساخت بلورها از نظر زمانی نسبتاً متفاوت است. با توجه به تأثیر تبخیر گسسته یک قطره آب و وابستگی آن به حالات انرژی پیوندهای هیدروژنی که توسط آنتونوف و یوسکسلیف ثابت شده است، می‌توان به دنبال پاسخی در مورد ساختار بلورها بود. هر قسمت از طیف به کشش سطحی قطرات آب بستگی دارد. شش قله در این طیف وجود دارد که نشان دهنده انشعاب دانه های برف است.

بدیهی است که در آزمایش‌های Emoto، نمونه اولیه «کنترل» بر ظاهر کریستال‌ها تأثیر می‌گذارد. به این معنی که پس از قرار گرفتن در معرض یک عامل خاص، می توان انتظار تشکیل چنین کریستال هایی را داشت. تقریباً غیرممکن است که کریستال های یکسان بدست آورید. هنگام آزمایش تأثیر کلمه "عشق" بر روی آب، Emoto به وضوح نشان نمی دهد که آیا آزمایش با نمونه های مختلف انجام شده است یا خیر.

برای آزمایش اینکه آیا تکنیک Emoto به اندازه کافی متمایز است یا خیر، به آزمایش دوسوکور نیاز است. اثبات آیزاک مبنی بر اینکه 10 درصد مولکول های آب پس از انجماد پیوند کووالانسی تشکیل می دهند به ما نشان می دهد که آب هنگام انجماد از چه چیزی استفاده می کند. این اطلاعات... دستاورد Emoto، حتی بدون آزمایش‌های دوگانه کور، در رابطه با خواص اطلاعاتی آب بسیار مهم است.

دانه برف طبیعی، ویلسون بنتلی، 1925

دانه برف Emoto، به دست آمده از آب طبیعی

یکی از دانه های برف طبیعی است و دیگری توسط Emoto ایجاد شده است که نشان می دهد تنوع در طیف آب بی حد و حصر نیست.

این رقم تفاوت بین نمونه شاهد و نمونه های ساخته شده در روزهای دیگر را نشان می دهد. مولکول های آب پرانرژی ترین پیوندهای هیدروژنی موجود در آب و همچنین دو قله در طیف را در طی یک پدیده طبیعی می شکنند. این مطالعه با استفاده از دستگاه آنتونوف انجام شد. نتیجه بیوفیزیکی کاهش نشان می دهد سرزندگیموجودات زنده در هنگام زلزله در هنگام زلزله، آب نمی تواند ساختار خود را در دانه های برف در آزمایشگاه Emoto تغییر دهد. شواهدی مبنی بر تغییر رسانایی الکتریکی آب در هنگام زلزله وجود دارد.

در سال 1963، یک دانش آموز تانزانیایی، اراستو امپمبا، آن را مشاهده کرد آب گرمسریعتر از سرد یخ می زند این پدیده اثر Mpemba نامیده می شود. اگرچه ارسطو، فرانسیس بیکن و رنه دکارت به خاصیت منحصر به فرد آب خیلی زودتر توجه کرده بودند. این پدیده بارها توسط تعدادی آزمایش مستقل ثابت شده است. آب خاصیت عجیب دیگری هم دارد. به نظر من، توضیح این موضوع به شرح زیر است: طیف انرژی غیرتعادلی متفاوت (DNES) آب جوشانده دارای میانگین انرژی پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های آب نسبت به نمونه ای است که در دمای اتاق گرفته شده است. این بدان معناست که آب جوشیده به انرژی کمتری نیاز دارد. برای شروع ساختن کریستال ها و یخ زدن.

کلید ساختار یخ و خواص آن در ساختار کریستال آن نهفته است. بلورهای تمام تغییرات یخ از مولکول های آب H 2 O ساخته شده اند که با پیوندهای هیدروژنی به چارچوب های سه بعدی مشبک با آرایش خاصی از پیوندهای هیدروژنی متصل شده اند. یک مولکول آب را می توان به سادگی به عنوان یک چهار وجهی (هرمی با پایه مثلثی) در نظر گرفت. در مرکز آن یک اتم اکسیژن در حالت هیبریداسیون sp 3 و در دو راس - یک اتم هیدروژن وجود دارد که یکی از الکترون های 1s آن در تشکیل کووالانسی نقش دارد. بدون ارتباطبا اکسیژن دو رأس باقی مانده توسط جفت الکترون های اکسیژن جفت نشده اشغال شده اند که در تشکیل پیوندهای درون مولکولی دخالتی ندارند، بنابراین به آنها تنها می گویند. شکل فضایی مولکول H2O با دافعه متقابل اتم های هیدروژن و جفت الکترون های تنها اتم اکسیژن مرکزی توضیح داده می شود.

پیوند هیدروژنی در شیمی برهمکنش های بین مولکولی مهم است و به دلیل نیروهای الکترواستاتیک ضعیف و برهمکنش های دهنده-گیرنده است. زمانی اتفاق می افتد که یک اتم هیدروژن دارای کمبود الکترون از یک مولکول آب با جفت الکترون تنها یک اتم اکسیژن یک مولکول آب همسایه (O-H ... O) برهمکنش می کند. ویژگی متمایزپیوند هیدروژنی استحکام نسبتاً کمی دارد. 5-10 برابر ضعیف تر از پیوند کووالانسی شیمیایی است. از نظر انرژی، پیوند هیدروژنی یک موقعیت میانی بین پیوند شیمیایی و برهمکنش های واندروالسی را اشغال می کند که مولکول ها را در فاز جامد یا مایع نگه می دارد. هر مولکول آب در یک کریستال یخ می تواند به طور همزمان چهار پیوند هیدروژنی را با مولکول های مجاور دیگر در زوایای کاملاً مشخص برابر با 109 درجه 47 اینچ تشکیل دهد که به سمت رئوس چهار وجهی هدایت می شود، که اجازه ایجاد ساختار متراکم در هنگام یخ زدن آب را نمی دهد (شکل 3). در ساختارهای یخی I، Ic، VII و VIII این چهار وجهی صحیح است. در ساختارهای یخ II، III، V و VI چهار وجهی به طور محسوسی اعوجاج دارند. در ساختارهای یخی VI، VII و VIII، دو سیستم متقاطع پیوندهای هیدروژنی را می توان تشخیص داد. این چارچوب نامرئی پیوندهای هیدروژنی حاوی مولکول های آب به شکل شبکه مشبک است که در ساختاری شبیه لانه زنبوری شش ضلعی با کانال های داخلی توخالی است. در حفره های مش قرار می گیرند و منجر به ساختار متراکم تر مایع می شوند - این توضیح می دهد که چرا آب از یخ سنگین تر است.

برنج. 3... تشکیل پیوند هیدروژنی بین چهار مولکول H2O (گلوله های قرمز نشان دهنده اتم های اکسیژن مرکزی، توپ های سفید نشان دهنده اتم های هیدروژن)

ویژگی پیوندهای هیدروژنی و فعل و انفعالات بین مولکولی، مشخصه ساختار یخ، در آب مذاب حفظ می شود، زیرا تنها 15٪ از تمام پیوندهای هیدروژنی با ذوب شدن یک کریستال یخ از بین می روند. بنابراین، پیوند ذاتی هر مولکول آب با چهار مولکول همسایه ("ترتیب برد کوتاه") نقض نمی شود، اگرچه تاری بیشتر در شبکه چارچوب اکسیژن مشاهده می شود. پیوندهای هیدروژنی نیز می تواند در زمان جوشیدن آب حفظ شود. فقط در بخار آب هیچ پیوند هیدروژنی وجود ندارد.

یخ که در فشار اتمسفر تشکیل می شود و در دمای 0 درجه سانتیگراد ذوب می شود، آشناترین ماده است، اما هنوز کاملاً درک نشده است. بسیاری از ساختار و خواص آن غیرعادی به نظر می رسد. در گره‌های شبکه کریستالی یخ، اتم‌های اکسیژن چهار وجهی مولکول‌های آب به‌طور منظم چیده شده‌اند و شش ضلعی‌های منظم مانند لانه‌های زنبوری شش‌وجهی را تشکیل می‌دهند و اتم‌های هیدروژن موقعیت‌های مختلفی را بر روی پیوندهای هیدروژنی که اتم‌های اکسیژن را به هم متصل می‌کنند، اشغال می‌کنند. 4). بنابراین، شش جهت گیری معادل مولکول های آب نسبت به همسایگان آنها امکان پذیر است. برخی از آنها مستثنی هستند، زیرا بعید است که دو پروتون به طور همزمان در یک پیوند هیدروژنی یافت شوند، اما عدم قطعیت کافی در جهت گیری مولکول های آب وجود دارد. این رفتار اتم‌ها غیر معمول است، زیرا در یک ماده جامد، همه اتم‌ها از یک قانون پیروی می‌کنند: یا اتم‌هایی هستند که به‌طور منظم چیده شده‌اند، در این صورت بلوری است، یا تصادفاً، در این صورت یک ماده بی‌شکل است. چنین ساختار غیرمعمولی را می توان در اکثر اصلاحات یخ مشاهده کرد - Ih، III، V، VI، و VII (و ظاهراً در Ic) (جدول 3)، و در ساختار یخ II، VIII، و IX، مولکول های آب هستند. به صورت شرقی سفارش داده شده است به گفته جی برنال، یخ نسبت به اتم های اکسیژن کریستالی و نسبت به اتم های هیدروژن شیشه ای است.

برنج. 4... ساختار یخی از پیکربندی شش ضلعی طبیعی I h

تحت شرایط دیگر، به عنوان مثال، در فضا در فشارهای بالا و دماهای پایین، یخ به طور متفاوتی متبلور می شود و شبکه های کریستالی و تغییرات دیگری را تشکیل می دهد (مکعب، مثلثی، چهارضلعی، مونوکلینیک و غیره) که هر کدام ساختار و شبکه کریستالی خاص خود را دارند. جدول 3). ساختارهای یخ با تغییرات مختلف توسط محققان روسی، D.Sc. G.G. Malenkov و Ph.D. E.A. Zheligovskaya از موسسه شیمی فیزیک و الکتروشیمی. A.N. فرومکینا آکادمی روسیهعلوم یخ های II، III و V-th اصلاح برای مدت طولانی در فشار اتمسفر باقی می ماند، اگر دما از -170 درجه سانتیگراد تجاوز نکند (شکل 5). یخ طبیعی وقتی تا دمای ۱۵۰- درجه سانتیگراد خنک شود به یخ مکعبی تبدیل می شود که از مکعب ها و هشت وجهی به اندازه چندین نانومتر تشکیل شده است. یخ Ic نیز گاهی اوقات هنگام یخ زدن آب در مویرگ ها ظاهر می شود که ظاهراً با تعامل آب با مواد دیواره و تکرار ساختار آن تسهیل می شود. اگر دما کمی بالاتر از -110 درجه سانتیگراد باشد، کریستال هایی از یخ آمورف شیشه ای متراکم تر و سنگین تر با چگالی 0.93 گرم بر سانتی متر مکعب بر روی بستر فلزی تشکیل می شود. هر دوی این شکل های یخ می توانند به طور خود به خود به یخ شش ضلعی تبدیل شوند و هر چه سریعتر دما بالاتر رود.

برگه 3... برخی از تغییرات یخ و پارامترهای فیزیکی آنها.

تغییر

ساختار کریستالی

طول پیوند هیدروژنی، Å

زوایای H-O-Hدر چهار وجهی، 0

شش ضلعی

مکعبی

سه ضلعی

چهارضلعی

مونوکلینیک

چهارضلعی

مکعبی

چهارضلعی

توجه داشته باشید. 1 Å = 10 -10 متر

برنج. 5... نمودار حالت یخ های کریستالی با تغییرات مختلف.

یخ نیز وجود دارد فشار بالا- اصلاحات مثلثی و چهارضلعی II و III، که از مربع های توخالی تشکیل شده توسط عناصر موجدار شش ضلعی تشکیل شده است، نسبت به یکدیگر به میزان یک سوم جابجا شده اند (شکل 6 و شکل 7). این یخ ها در حضور گازهای نجیب هلیم و آرگون تثبیت می شوند. در ساختار یخ V اصلاح مونوکلینیک، زاویه بین اتم‌های اکسیژن همسایه از 86 0 تا 132 درجه است که با زاویه پیوند در مولکول آب که 105 درجه و 47 دقیقه است بسیار متفاوت است. Ice VI اصلاح چهار ضلعی شامل دو چارچوب است که در یکدیگر قرار داده شده اند، که بین آنها پیوند هیدروژنی وجود ندارد، در نتیجه یک شبکه کریستالی حجم محور تشکیل می شود (شکل 8). ساختار یخ VI بر اساس هگزامرها - بلوک هایی از شش مولکول آب است. پیکربندی آنها دقیقاً ساختار یک خوشه آب پایدار را تکرار می کند که توسط محاسبات ارائه شده است. یخ VII و VIII از اصلاح مکعبی، که فرم‌های مرتب شده در دمای پایین یخ VII هستند، ساختاری مشابه با چارچوب‌های یخی که من در یکدیگر قرار داده‌ام دارند. با افزایش فشار بعدی، فاصله بین اتم های اکسیژن در شبکه کریستالی یخ VIIو VIII کاهش می یابد، در نتیجه ساختار یخ X تشکیل می شود، اتم های اکسیژن در آن در یک شبکه منظم قرار می گیرند و پروتون ها مرتب می شوند.

برنج. 7... Ice of III پیکربندی.

یخ XI با سرد کردن عمیق یخ در ساعت با افزودن قلیایی زیر ۷۲ کلوین در فشار معمولی تشکیل می‌شود. در این شرایط، نقص کریستال هیدروکسیل ایجاد می شود که به کریستال یخ در حال رشد اجازه می دهد تا ساختار خود را تغییر دهد. Ice XI دارای یک شبکه کریستالی لوزی شکل با آرایش منظم پروتون ها است و در بسیاری از مراکز تبلور در نزدیکی نقص های هیدروکسیل در کریستال یکباره تشکیل می شود.

برنج. هشت... پیکربندی Ice VI.

در میان یخ ها، فرم های IV و XII ناپایدار نیز وجود دارد که طول عمر آن ها ثانیه ها است و زیباترین ساختار را دارند (شکل 9 و شکل 10). برای به دست آوردن یخ های ناپایدار، باید یخ I h را تا فشار 1.8 GPa در دمای نیتروژن مایع فشرده کرد. این یخ‌ها بسیار راحت‌تر تشکیل می‌شوند و به‌ویژه زمانی که آب سنگین فوق‌سرد شده تحت فشار قرار می‌گیرد، پایدار هستند. یکی دیگر از تغییرات فراپایدار، یخ IX، زمانی که یخ III فوق‌العاده خنک می‌شود تشکیل می‌شود و اساساً شکل دمای پایین آن است.

برنج. نه... Ice IV-پیکربندی.

برنج. ده... پیکربندی Ice XII.

دو تغییر آخر یخ - با مونوکلینیک XIII و پیکربندی لوزی چهاردهم - اخیراً - در سال 2006 - توسط دانشمندان آکسفورد (بریتانیا) کشف شد. این فرض که کریستال های یخ با شبکه های مونوکلینیک و لوزی باید وجود داشته باشند دشوار بود: ویسکوزیته آب در دمای -160 درجه سانتیگراد بسیار بالا است و برای مولکول های آب فوق سرد شده خالص به سختی می توان در چنین مقداری کنار هم قرار گیرد. برای تشکیل یک هسته کریستالی این با کمک یک کاتالیزور - اسید هیدروکلریک به دست آمد که تحرک مولکول های آب را در دماهای پایین افزایش داد. در زمین، چنین تغییرات یخی نمی توانند شکل بگیرند، اما می توانند در فضا در سیارات سرد شده و ماهواره ها و دنباله دارهای یخ زده وجود داشته باشند. بنابراین، محاسبه چگالی و شار گرما از سطح قمرهای مشتری و زحل نشان می دهد که گانیمد و کالیستو باید پوسته یخی داشته باشند که در آن یخ های I، III، V و VI متناوب باشند. در تیتان، یخ پوسته ای تشکیل نمی دهد، بلکه یک گوشته تشکیل می دهد که لایه داخلی آن از یخ VI، سایر هیدرات های یخ پرفشار و clathrate تشکیل شده است و یخ I h در بالای آن قرار دارد.

برنج. یازده... تنوع و شکل دانه های برف در طبیعت

در بالای جو زمین در دمای پایین، آب از چهار وجهی متبلور می شود و یخ شش ضلعی Ih را تشکیل می دهد. مرکز تشکیل بلورهای یخ ذرات غبار جامد است که توسط باد به اتمسفر فوقانی بلند می شوند. در اطراف این میکروکریستال یخ جنینی در شش جهت متقارن، سوزن‌هایی رشد می‌کنند که توسط مولکول‌های آب منفرد تشکیل شده‌اند که روی آن فرآیندهای جانبی - دندریت‌ها - رشد می‌کنند. دما و رطوبت هوای اطراف دانه برف یکسان است، بنابراین در ابتدا به شکل متقارن است. با تشکیل دانه‌های برف، به تدریج به لایه‌های پایین‌تر جو فرود می‌آیند، جایی که دما بالاتر است. در اینجا ذوب رخ می دهد و شکل هندسی ایده آل آنها مخدوش می شود و دانه های برف مختلفی را تشکیل می دهد (شکل 11).

پس از ذوب شدن بیشتر، ساختار شش ضلعی یخ از بین می رود و مخلوطی از پیوندهای حلقوی خوشه ها و همچنین از سه، چهار، پنج، شش ضلعی آب (شکل 12) و مولکول های آب آزاد تشکیل می شود. مطالعه ساختار خوشه های حاصل اغلب بسیار دشوار است، زیرا آب، طبق داده های مدرن، مخلوطی از خوشه های مختلف خنثی (Н 2 О) n و یون های خوشه باردار آنها [Н 2 О] + n و [Н است. 2 О] - n که در تعادل دینامیکی بین خود با طول عمر 10 -11 -10 -12 ثانیه هستند.

برنج. 12.خوشه های احتمالی آب (a-h) از ترکیب (Н 2 О) n، که در آن n = 5-20.

خوشه ها به دلیل بیرون زدگی پیوندهای هیدروژنی می توانند با یکدیگر تعامل داشته باشند و ساختارهای چندوجهی پیچیده تری مانند شش وجهی، هشت وجهی، ایکو وجهی و دوازده وجهی را تشکیل دهند. بنابراین، ساختار آب با جامدات به اصطلاح افلاطونی (چهار وجهی، شش‌وجهی، هشت‌وجهی، ایکوز وجهی و دوازده‌وجهی) مرتبط است که به نام فیلسوف یونان باستان و هندسه‌سنج افلاطون که آنها را کشف کرده است، که شکل آنها با نسبت طلایی تعیین می‌شود. (شکل 13).

برنج. 13... جامدات افلاطونی که شکل هندسی آنها با نسبت طلایی تعیین می شود.

تعداد رئوس (B)، وجه‌ها (D) و یال‌ها (P) در هر چند وجهی فضایی با نسبت توصیف می‌شود:

B + G = P + 2

نسبت تعداد رئوس (B) یک چندوجهی منظم به تعداد یال های (P) یکی از وجوه آن برابر است با نسبت تعداد وجوه (G) همان چند وجهی به تعداد یال ها ( ص) بیرون آمدن از یکی از رئوس آن. برای یک چهار وجهی، این نسبت 4: 3، برای یک شش وجهی (6 وجه) و یک هشت وجهی (8 وجه) - 2: 1، و برای یک دوازده وجهی (12 وجه) و یک ایکوز وجهی (20 وجه) - 4: 1 است.

ساختار خوشه های آب چندوجهی محاسبه شده توسط دانشمندان روسی با استفاده از آن تایید شد روش های مدرنتجزیه و تحلیل: طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی پروتون، طیف‌سنجی لیزری فمتوثانیه، پراش اشعه ایکس و نوترون توسط کریستال‌های آب. کشف خوشه های آب و توانایی آب برای ذخیره اطلاعات، دو مورد از مهمترین اکتشافات هزاره بیست و یکم است. این به وضوح ثابت می کند که طبیعت با تقارن به شکل اشکال و نسبت های هندسی دقیق مشخص می شود که مشخصه کریستال های یخ است.

ادبیات.

1. Belyanin V., Romanova E. Life، مولکول آب و نسبت طلایی // Science and Life, 2004, V. 10, No. 3, p. 23-34.

2. Shumsky PA، مبانی علم یخ ساختاری. - مسکو، 1955b ص. 113.

3. Mosin OV، Ignatov I. آگاهی از آب به عنوان یک ماده حیات. // آگاهی و واقعیت فیزیکی. 2011، T 16، شماره 12، ص. 9-22.

4. پتریانف چهارم خارق‌العاده‌ترین ماده در جهان مسکو، آموزش، 1981، ص. 51-53.

5 Eisenberg D, Kautsman V. ساختار و خواص آب. - لنینگراد، Gidrometeoizdat، 1975، ص. 431.

6. Kulsky L. A.، Dal V. V.، Lenchina L. G. آب آشنا و مرموز است. - کیف، مدرسه رودیانبسک، 1982، ص. 62-64.

7. Zatsepina GN ساختار و خواص آب. - مسکو، ویرایش. دانشگاه دولتی مسکو، 1974، ص. 125.

8. Antonchenko V. Ya., Davydov NS, Ilyin VV Osnovy fiziki vody - Kiev, Naukova Dumka, 1991, p. 167.

9. Simonite T. یخ شبیه DNA "دیده شده" در داخل نانولوله های کربنی // New Scientist, V. 12, 2006.

10. Emoto M. پیام های آب. کدهای مخفی کریستال های یخ - صوفیه، 2006. ص. 96.

11. Zenin SV، Tyaglov BV ماهیت برهمکنش آبگریز. ظهور میدان های جهت گیری در محلول های آبی // مجله شیمی فیزیک، 1994، V. 68، شماره 3، ص. 500-503.

12. Pimentel J., McClellan O. Hydrogen ارتباطات - مسکو، ناوکا، 1964، ص. 84-85.

13. Bernal J., Fowler R. ساختار آب و محلول های یونی // Uspekhi fizicheskikh nauk, 1934, V. 14, No. 5, p. 587-644.

14. Hobza P.، Zagradnik R. مجتمع های بین مولکولی: نقش سیستم های واندروالس در شیمی فیزیک و رشته های زیستی. - مسکو، میر، 1989، ص. 34-36.

15. Pounder E. R. Physics of ice، ترجمه. از انگلیسی - مسکو، 1967، ص. 89.

16. Komarov SM الگوهای یخ فشار بالا. // شیمی و زندگی، 2007، شماره 2، S. 48-51.

17.E. A. Zheligovskaya، G. G. Malenkov. یخ کریستالی// پیشرفت در شیمی، 2006، شماره 75، ص. 64.

18. Fletcher N. H. فیزیک شیمیایی یخ، کامبریج، 1970.

19. Nemukhin A. V. تنوع خوشه ها // مجله شیمی روسیه، 1996، V. 40، شماره 2، ص. 48-56.

20. Mosin OV، Ignatov I. ساختار آب و واقعیت فیزیکی. // آگاهی و واقعیت فیزیکی، 2011، T. 16، شماره 9، ص. 16-32.

21. ایگناتوف I. پزشکی بیوانرژیک. منشا ماده زنده، حافظه آب، بیورزونانس، میدان های بیوفیزیکی. - گایا لیبریس، صوفیه، 2006، ص. 93.

بخش ها