Jégkristály név. A jégkristályok titkai. Nagy kristályok Sheila számára a Sárkánykorban: Origins

Otthon

Fém kazetták

jégkristályok

Alternatív leírások

Légköri jelenség

A csapadék típusa

Téli művész festés egy festékkel

fagy

Levegőnedvesség kristályos kondenzátuma

időjárási jelenség

Szürke haj a fán

Kék, kék, a vezetékeken fekve (dal)

Jégkristályok rétege hűtött felületen

Hűtőfelületen párolgás következtében vékony jégkristályréteg alakult ki

Hűtő felületen vékony hóréteg

A levegőben lévő vízgőzből jégkristályok keletkeznek

. "zsibbadt" harmat

Orosz hűtő márka

A párolgás következtében vékony hóréteg alakult ki

Légköri csapadék

Kék kanapé burgonya a vezetékeken

. „És nem hó és nem jég, hanem ezüsttel távolítja el a fákat” (rejtvény)

Fehér csapadék

Dér a vezetékeken

Csapadék a fákon

Télen takarja a fákat

Téli ruhák fa

hó harmat

Havas nedvesség

Téli rajtaütés a lucfenyőkön

Hófehér csapadék

Csipke fagy

Hóesés

Téli razzia

. "fehérség" a fákon

Téli csapadék

Télen beborítja a fákat

Fagyott gőzök

Kék kanapéburgonya (dal)

Fagyasztott gőz

Fák téli öltözete

Fehér téli rojt

Kék-kék lefektetve a vezetékekre

. "harmat" télen

Hóharmat

Csapadék a vezetékeken

Télen a fákon

Blue lefektette a vezetékeket

Vékony hóréteg

Hó az ágakon és a vezetékeken

. „És a luc át... kizöldül”

Kék kanapéburgonya (dal)

Fán ezüstözött

Csapadék télen

Kék csapadék a vezetékeken (dal)

A fagy másik neve

Frost lényegében

. "Amint belépsz a küszöbbe, mindenhol..."

Fagy dióhéjban

Fagy egy hideg éjszaka után

. "fagyhalom"

Majdnem hó

Hórojt

fagyott harmat

Majdnem ugyanaz, mint a fagy

Reggel majdnem havazik

Dér a vezetékeken a dalban

Téli perem a bokrokon

fagyott gőz

téli harmat

Téli takaró bokrok

. „szürke haj” az ágakon

. "fagyos pihe"

Vékony jégréteg

Vékony hóréteg

Téli "szürke haj"

A bokrok téli borítása

Amelyik a vezetékeken feküdt

Jég az ágakon

Fagy a fákon

Téli ezüst a fákon

Goncsarova festménye

Amit ősszel le kell tépned az autóról

téli fagy

fagyott gőz

Légköri jelenség

Hűtőfelületen párolgás következtében vékony jégkristályréteg alakult ki

. "És a lucfenyő át... kizöldül"

. "Amint belépsz a küszöbbe, mindenhol..."

. "fagyos halom"

. "fagyos pihe"

. "Befagyott" harmat

. "harmat" télen

. "Szürke haj" az ágakon

. "Kék kék... feküdj le a vezetékekre"

. „És nem hó és nem jég, hanem ezüsttel távolítja el a fákat” (rejtvény)

. "Fehérség" a fákon

Téli "szürke haj"

Megfagyott gőzök, nedvesség a levegőben, amely a levegőnél hidegebb tárgyakra rátelepszik és rájuk fagy, ami súlyos fagyok után következik be. A légzéstől fagy telepszik a szakállra és a gallérra. A fákon vastag fagy, kurzha, lombik. Fagy a gyümölcsön, izzadt tompaság. Bolyhos dér a vödörbe. Nagy fagy, hódombok, mélyen fagyott talaj, gabonatermesztéshez. Nagy fagy egész télen, nehéz nyár az egészségnek. Aggeus és Dániel prófétán fagy van, meleg karácsonyi idő és december. Nikia Gergelyén január) fagy a szénakazalokon - egy nedves évre. Fagyos, dérrel borított; fagyos; bőséges fagy. Fagyos, fagyos, de kisebb mértékben. A fagyos faágakat a fagy súlya törte le. Fagy vagy fagy, fagy, fagy?, fagy borítja be. A kunyhó sarkai fagyosak és fagyosak, fagyosra fordul

fagyott harmat

Kék-kék, lefektetve a vezetékekre

. "Kék-kék... feküdj le a vezetékekre"

Sheila, a „Stone Prisoner” letölthető kiegészítőből származó háborús gólem erőben és képességeiben jelentősen eltér minden társától. Kőtestét és különféle hatású kis kristályait fegyverként használja, a nagy kristályok pedig páncélként szolgálnak. Megtalálhatod őket a játék során, normál fegyverként vagy kereskedőknél eladók. A kristályokat az általuk okozott és tükröződő hatások típusa szerint osztják fel: spirituális, természetes, elektromos, jég és tűz. A legjobbak minden típus hibátlan és kivételes kristályai. Nemcsak az alapvető mutatókat változtatják meg, hanem a támadásra, védekezésre, alkatra, erőre is hatással lehetnek... Sok kristály található a Kadash tajgában, ahova Sheila javasolni fogja, hogy menjen el, hogy megtudja, honnan származik és ki volt korábban. , valamint az Orzammar Commons Garintól is eladó.

Kis kristályok Sheila számára Sárkánykorban: Eredet:

Kicsi hibátlan tűzkristály- szilárdság: 32; kár: 7,00; +3% a kritikus esélyhez. közelharci csapás, +4 sebzés bármilyen fegyvertől, +22,5% tűzsebzés.
Kicsi hibátlan jégkristály- szilárdság: 32; kár: 7,00; +2 a páncél behatoláshoz, +10% a kritikus esélyhez. ütés vagy hátraszúrás, +22,5% hideg sebzés.
Kicsi hibátlan elektromos kristály- szilárdság: 32; kár: 7,00; +4 agilityre, +6 támadásra, +22,5% elektromos sebzésre.
Kicsi hibátlan természetes kristály- szilárdság: 32; kár: 7,00; +4 az alkotmányra és az egészség helyreállítására a csatában, +22,5% a természeti erők által okozott sebzésre.
Kis csorba spirituális kristály- szilárdság: 20; kár: 5,50; +5% kár a spirituális mágiából.
Kis repedt spirituális kristály- szilárdság: 20; kár: 5,50; +10% a spirituális mágia okozta sebzésre.

Nagy kristályok Sheila számára a Sárkánykorban: Eredet:

Nagy repedt tűzkristály- karosszéria típusa: 20; páncélzat: 10,80; +20 tűzállóság.
Nagy repedt jégkristály- karosszéria típusa: 20; páncélzat: 10,80; +20 hidegállóság.
Nagy repedt elektromos kristály- karosszéria típusa: 20; páncélzat: 10,80; +20 elektromos ellenállás.
Nagy repedt természetes kristály- karosszéria típusa: 20; páncélzat: 10,80; +20 a természeti erőkkel szembeni ellenállásra.
Nagyméretű, hibátlan természetes kristály- karosszéria típusa: 32; páncél: 16.20; +1 az alkathoz, +3 a páncélhoz, +40 a természeti erőkkel szembeni ellenálláshoz, +15 a fizikai ellenálláshoz.
Nagy repedt spirituális kristály- karosszéria típusa: 20; páncélzat: 10,80; +20 ellenállás a szellemmágiával szemben.
Nagy Tiszta Spirituális Kristály- karosszéria típusa: 26; páncél: 14,40; +30 a szellemmágiával szembeni ellenállásra, +8% az ellenséges mágia visszaszorítására, +5 a pszichikai ellenállásra.
Nagy, hibátlan spirituális kristály- karosszéria típusa: 32; páncél: 16.20; +1 minden tulajdonságra, +40 a szellemmágiával szembeni ellenállásra, +12% az ellenséges mágia visszaszorítására, +15 a pszichikai ellenállásra.

Sokszor hallottunk már a víz egyedülálló tulajdonságairól. Ha a „színtelen és szagtalan folyadéknak” nem lennének különleges tulajdonságai, akkor az élet jelenlegi formájában lehetetlen lenne a Földön. Ugyanez mondható el a víz szilárd formájáról - a jégről. A tudósok most újabb titkát fedezték fel: egy most publikált tanulmányban a szakértők végre meghatározták, hogy pontosan hány molekulára van szükség egy jégkristály elkészítéséhez.

Egyedi kapcsolat

Lista csodálatos tulajdonságok a víz nagyon sokáig használható. Folyadékok és szilárd anyagok közül a legnagyobb fajlagos hőkapacitással rendelkezik, kristályos formájának - vagyis a jégnek - sűrűsége kisebb, mint a folyékony víz sűrűsége, tapadóképessége ("ragadó"), nagy felületi feszültsége - mindez, ill. sokkal inkább lehetővé teszi számára az élet létezését a Földön.

A víz egyediségét a hidrogénkötéseknek, pontosabban azok számának köszönheti. Segítségükkel egy H 2 O molekula „kötődhet” négy másik molekulával. Az ilyen „érintkezések” észrevehetően gyengébbek, mint a kovalens kötések (egyfajta „szabályos” kötés, amely összetartja például a hidrogén- és oxigénatomokat egy vízmolekulában), és az egyes hidrogénkötések külön-külön történő megszakítása meglehetősen egyszerű. De a vízben sok ilyen kölcsönhatás van, és együtt észrevehetően korlátozzák a H 2 O molekulák szabadságát, megakadályozva, hogy túl könnyen elkülönüljenek „elvtársaiktól”, mondjuk hevítés közben. A hidrogénkötések mindegyike a másodperc jelentéktelen töredékéig létezik - folyamatosan megsemmisülnek és újra keletkeznek. Ugyanakkor a legtöbb vízmolekula bármikor kölcsönhatásba lép a „szomszédjaival”.

A hidrogénkötések felelősek a víz szokatlan viselkedéséért is a kristályosodás, vagyis a jégképződés során. Az óceán felszínén lebegő jéghegyek, jégkéreg az édesvízben – mindezek a jelenségek nem lepnek meg minket, mert születésünktől fogva hozzászoktunk hozzájuk. De ha a Földön a fő folyadék nem víz lenne, hanem valamilyen más folyadék, akkor sem korcsolyapályák, sem jéghorgászat egyáltalán nem léteznének. A folyékonyból szilárd állapotba való átmenet során szinte minden anyag sűrűsége növekszik, mert a molekulák „közelebb” kerülnek egymáshoz, vagyis térfogategységenként több van belőlük.

A vízzel más a helyzet. 4 Celsius-fokig a H 2 O sűrűsége fegyelmezetten növekszik, de e határ átlépésekor hirtelen 8 százalékkal csökken. A fagyott víz térfogata ennek megfelelően növekszik. A régóta nem javított csövekkel rendelkező házak lakói vagy azok, akik az alacsony alkoholtartalmú italokat a fagyasztóban felejtették, jól ismerik ezt a funkciót.

A folyékony állapotból szilárd állapotba való átmenet során a víz sűrűségének rendellenes változásának oka ugyanazon hidrogénkötésekben rejlik. A jég kristályrácsa méhsejtre hasonlít, amelynek hat sarkában vízmolekulák helyezkednek el. Hidrogénkötésekkel kapcsolódnak egymáshoz, hosszuk meghaladja a „szabályos” kovalens kötés hosszát. Ennek eredményeként a megszilárdult H 2 O molekulái között több üres tér van, mint közöttük folyékony állapotban, amikor a részecskék szabadon mozogtak és nagyon közel tudtak kerülni egymáshoz. Például a víz folyékony és szilárd fázisaiban lévő molekulák elrendezésének vizuális összehasonlítása látható.

A víz kivételes tulajdonságai és különleges jelentősége a Föld lakói számára biztosították, hogy a tudósok állandó figyelmet kapjanak. Nem lenne túlzás azt állítani, hogy a két hidrogénatom és egy oxigénatom vegyülete a bolygó legalaposabb tanulmányozott anyaga. Mindazonáltal azok a szakemberek, akik a H 2 O-t választották érdeklődési körüknek, nem maradnak munka nélkül. Például mindig tanulmányozhatják, hogy valójában a folyékony víz hogyan válik szilárd jéggé. A kristályosodási folyamat, amely minden tulajdonságban ilyen drámai változásokhoz vezet, nagyon gyorsan megy végbe, és sok részlete még mindig ismeretlen. A magazin utolsó számának megjelenése után Tudomány Egy rejtély kevesebb: a tudósok most már pontosan tudják, hány vízmolekulát kell egy pohárba tenni, hogy a hidegben a tartalma ismerős jéggé váljon.

Különféle jég

Az előző mondatban szereplő „szokásos” szót stilisztikai okokból nem használták. Hangsúlyozza, hogy kristályos jégről beszélünk - ugyanarról a hatszögletű rácsról, amely hasonlít a méhsejthez. Bár az ilyen jég csak a Földön gyakori, a végtelen csillagközi térben egy egészen más jégforma dominál, amelyet a harmadik bolygón főleg laboratóriumokban nyernek a Napból. Ezt a jeget amorfnak nevezik, és nincs szabályos szerkezete.

Amorf jeget nagyon gyorsan (ezredmásodperceken belül vagy még gyorsabban) és nagyon erősen (120 Kelvin alatt - mínusz 153,15 Celsius-fok) lehűtéssel lehet előállítani. folyékony víz. Ilyen szélsőséges körülmények között a H 2 O molekuláknak nincs idejük rendezett szerkezetbe szerveződni, és a víz viszkózus folyadékká alakul, amelynek sűrűsége valamivel nagyobb, mint a jégé. Ha a hőmérséklet alacsony marad, akkor víz maradhat a formában amorf jég nagyon hosszú ideig, de felmelegedéssel a kristályos jég ismerősebb állapotává válik.

A víz szilárd formáinak változatai nem korlátozódnak az amorf és hatszögletű kristályos jégre - ma a tudósok összesen több mint 15 típusát ismerik. A Földön legelterjedtebb jeget I h-nak hívják, de a légkör felső rétegeiben találhatunk I c jeget is, melynek kristályrácsa a gyémánthoz hasonlít. A jég egyéb módosulásai lehetnek trigonálisak, monoklinikusak, köbösek, ortorombikusak és pszeudoortorombikusak.

Bizonyos esetekben azonban nem következik be fázisátalakulás e két állapot között: ha túl kevés a vízmolekula, akkor ahelyett, hogy szigorúan szervezett rácsot alkotnának, „szívesebben” kevésbé rendezett formában maradnak. "Bármely molekulaklaszterben a felszíni kölcsönhatások versengenek a klaszteren belüli kölcsönhatásokkal" - magyarázta az egyik szerző a Lenta.ru-nak. új munkahely, a Göttingeni Egyetem Fizikai Kémiai Intézetének munkatársa Thomas Zeuch. - Kisebb klasztereknél energetikailag előnyösebb a klaszter felületének struktúráját minél jobban optimalizálni, mint kristályos „magot” kialakítani. Ezért az ilyen klaszterek amorfok maradnak."

A geometria törvényei azt diktálják: a klaszter méretének növekedésével csökken a felszínre kerülő molekulák aránya. Egy bizonyos ponton a kristályrács kialakulásából származó energetikai előny meghaladja a molekulák optimális elrendezésének előnyeit a klaszter felületén, és fázisátalakulás következik be. De a tudósok nem tudták, hogy pontosan mikor jön el ez a pillanat.

A göttingeni Dinamikai és Önszerveződési Intézetből Udo Buck professzor vezetésével dolgozó kutatócsoportnak sikerült választ adnia. A szakértők kimutatták, hogy a jégkristályt képezni képes molekulák minimális száma 275, plusz-mínusz 25 darab.

Vizsgálatuk során a tudósok olyan infravörös spektroszkópiai módszert alkalmaztak, amelyet úgy módosítottak, hogy a kimenet meg tudja különböztetni azokat a spektrumokat, amelyeket a vízcsoportok alkotnak, amelyek mérete mindössze néhány molekulával különbözik egymástól. A szerzők által megalkotott technika 100-1000 molekulát tartalmazó klasztereknél ad maximális felbontást - és ebben az intervallumban van, ahogyan azt hitték, hogy a „küszöb” szám, amely után kezdődik a kristályosodás.

A tudósok amorf jeget készítettek úgy, hogy a héliummal kevert vízgőzt egy nagyon vékony lyukon keresztül egy vákuumkamrába vezették. Az apró lyukon átpréselődve a víz és a héliummolekulák folyamatosan ütköztek egymással, és ebben a zúzódásban elvesztették kinetikus energiájuk jelentős részét. Ennek eredményeként a már „megnyugodott” molekulák bejutottak a vákuumkamrába, és könnyen csoportosultak.

A vízmolekulák számának változtatásával és a kapott spektrumok összehasonlításával a kutatóknak sikerült kimutatniuk a jég amorf formájából a kristályos formába való átmenet pillanatát (e két forma spektruma igen jellegzetes különbségeket mutat). A tudósok által kapott dinamika jó egyezést mutatott az elméleti modellekkel, amelyek azt jósolják, hogy az „X pont” áthaladása után a kristályrács kialakulása a klaszter közepén kezdődik, és átterjed annak szélére. A kristályosodás közeledtének jele (ismét az elméleti tanulmányok szerint) hat hidrogénkötésű molekulából álló gyűrű kialakulása – pontosan ez történik, ha teljes szám A klaszterben lévő molekulák értéke 275 lesz. A molekulák számának további növekedése a rács fokozatos tágulásához vezet, és a 475 darabos stádiumban egy jéghalmaz spektruma már teljesen megkülönböztethetetlen a közönséges kristályos jég által keltett spektrumtól.

"Az amorf állapotból a kristályos állapotba mikroszinten történő fázisátmenet mechanizmusát még nem vizsgálták részletesen" - magyarázza Zeuch. "Kísérleti adatainkat csak elméleti előrejelzésekkel tudjuk összehasonlítani - és in ebben az esetben a megállapodás feltűnően jónak bizonyult. Most a jelenlegi eredmények alapján elméleti kémikusokkal együtt folytathatjuk a fázisátalakulás tanulmányozását, és különösen azt, hogy milyen gyorsan megy végbe."

Buck és munkatársai munkája a „tisztán fundamentális” kategóriába tartozik, bár ennek is vannak gyakorlati perspektívái. A szerzők nem zárják ki, hogy a jövőben a vízklaszterek vizsgálatára általuk megalkotott technológia, amely lehetővé teszi, hogy több molekula összeadásakor is különbségeket lásson, az alkalmazott területeken is keresletet jelenthet. „Cikkünkben a technológia összes kulcsfontosságú összetevőjét ismertettük, így elvileg más semleges molekulák klasztereinek vizsgálatára is adaptálható. A lézeres tervezés alapelveit azonban már 1917-ben megértették, és az első lézer is az csak az 1960-as években hozták létre” – figyelmeztet Zeuch a túlzott optimizmusra.

O. V. Mosin, I. Ignatov (Bulgária)

Annotáció Nem szabad alábecsülni a jég jelentőségét a bolygónk életének fenntartásában. A jég nagy hatással van a növények és állatok életkörülményeire és életére, stb különböző típusok emberi gazdasági tevékenység. A víz borítása, a jég alacsony sűrűsége miatt a természetben lebegő képernyő szerepét tölti be, megvédi a folyókat és a tározókat a további fagyástól, és megóvja a víz alatti lakosok életét. A jég különféle célú felhasználása (hóvisszatartás, jégátjárók és izotermikus raktárak építése, tároló létesítmények és bányák jégtöltése) a hidrometeorológiai és mérnöki tudományok számos szekciójának tárgya, mint pl. jégmérnökség, hótechnika, örökfagy. mérnöki, valamint speciális jégfelderítő szolgálatok és jégtörő szállító és hóeltakarítási eszközök tevékenysége. Tárolásra és hűtésre természetes jeget használnak élelmiszeripari termékek, biológiai és gyógyászati készítmények, amelyekhez kifejezetten előállítják és elkészítik, valamint jég olvasztásával készített olvadékvizet használnak népi gyógyászat– az anyagcsere fokozására és a méreganyagok eltávolítására a szervezetből. A cikk a jég új, kevéssé ismert tulajdonságaival és módosulataival ismerteti meg az olvasót.

A jég a víz kristályos formája, amely a legfrissebb adatok szerint tizennégy szerkezeti módosulással rendelkezik. Ezek között vannak kristályos (természetes jég) és amorf (köbös jég) és metastabil módosulatok, amelyek a jég kristályrácsát alkotó hidrogénkötésekkel összekapcsolt vízmolekulák kölcsönös elrendeződésében és fizikai tulajdonságaiban különböznek egymástól. Mindegyik, kivéve amit megszoktunk természetes jég A hatszögletű rácsban kristályosodó I h egzotikus körülmények között jön létre - nagyon alacsony hőmérsékletek szárazjég és folyékony nitrogén, valamint több ezer atmoszféra magas nyomása, amikor a vízmolekulában a hidrogénkötések szögei megváltoznak, és nem hatszögletű kristályos rendszerek jönnek létre. Az ilyen körülmények hasonlítanak az űrbeli állapotokhoz, és nem fordulnak elő a Földön.

A természetben a jeget főként egy kristályos változat képviseli, amely a gyémánt szerkezetére emlékeztető hatszögletű rácsban kristályosodik, ahol minden vízmolekulát a négy legközelebbi molekula vesz körül, amelyek tőle azonos távolságra helyezkednek el, egyenlő 2,76 angström és szabályos tetraéder csúcsaiba helyezve. Az alacsony koordinációs szám miatt a jég szerkezete retikuláris, ami befolyásolja az alacsony sűrűségét, amely 0,931 g/cm 3 .

A jég legszokatlanabb tulajdonsága a külső megnyilvánulások elképesztő sokfélesége. Ugyanazzal a kristályszerkezettel teljesen másképp nézhet ki, átlátszó jégesők és jégcsapok, bolyhos hópelyhek, sűrű, fényes jégkéreg vagy óriási gleccsertömegek formájában. A jég a természetben kontinentális, úszó, ill földalatti jég, valamint hó és fagy formájában. Az emberi élet minden területén elterjedt. Ha nagy mennyiségben gyűjtik össze, a hó és a jég különleges szerkezeteket képez, amelyek tulajdonságai alapvetően különböznek az egyes kristályok vagy hópelyhek tulajdonságaitól. A természetes jég főként üledékes-metamorf eredetű jégből jön létre, amely szilárd légköri csapadékból alakul ki, az utólagos tömörítés és átkristályosodás eredményeként. Funkció természetes jég - szemcsésség és sávosodás. A szemcsésség az átkristályosodási folyamatoknak köszönhető; minden gabonát jeges jég Szabálytalan alakú kristály, amely szorosan szomszédos a jégtömeg más kristályaival oly módon, hogy az egyik kristály nyúlványai szorosan illeszkednek egy másik kristály mélyedéseibe. Ezt a fajta jeget polikristályosnak nevezik. Ebben minden jégkristály vékony levelek rétege, amelyek a kristály optikai tengelyének irányára merőleges alapsíkban átfedik egymást.

A Föld teljes jégtartalékát körülbelül 30 millióra becsülik. km 3(1. táblázat). A legtöbb jég az Antarktiszon koncentrálódik, ahol rétegvastagsága eléri a 4-et km. Bizonyítékok vannak a jég jelenlétére a bolygókon is naprendszerés üstökösökben. A jégnek annyi nagy érték bolygónk klímája és a rajta lévő élőlények élőhelye miatt a tudósok különleges környezetet jelöltek ki a jég számára - a krioszférát, amelynek határai magasan a légkörbe és mélyen a földkéregbe nyúlnak.

Táblázat 1. A jég mennyisége, eloszlása és élettartama.

jég típusa; Súly; Elosztási terület; Átlagos koncentráció, g/cm2; A súlygyarapodás mértéke, g/év; Átlagos élettartam, év
G; %; millió km2; %
gleccserek; 2,4·1022; 98,95; 16,1; 10,9 sushi; 1,48·105; 2,5·1018; 9580
Föld alatti jég; 2·1020; 0,83; 21; 14,1 sushi; 9,52·103; 6·1018; 30-75
Tengeri jég; 3,5·1019; 0,14; 26; 7,2 óceán; 1,34·102; 3,3·1019; 1.05
Hóréteg; 1,0·1019; 0,04; 72,4; 14,2 Föld; 14,5; 2·1019; 0,3-0,5
Jéghegyek; 7,6·1018; 0,03; 63,5; 18,7 óceán; 14,3; 1,9·1018; 4.07
légköri jég; 1,7·1018; 0,01; 510,1; 100 Föld; 3,3·10-1; 3,9·1020; 4·10-3

A jégkristályok formájukban és arányaikban egyedülállóak. Minden növekvő természetes kristály, beleértve a jégkristályt is, mindig arra törekszik, hogy ideális szabályos kristályrácsot hozzon létre, mivel ez előnyös a kristályrács minimalizálása szempontjából. belső energia. Bármilyen szennyeződés, mint ismeretes, eltorzítja a kristály alakját, ezért a víz kristályosodásakor először vízmolekulák épülnek be a rácsba, és idegen atomok, szennyező molekulák szorulnak ki a folyadékba. És csak akkor, ha a szennyeződéseknek nincs hova menniük, a jégkristály elkezdi integrálni őket a szerkezetébe, vagy üreges kapszulák formájában hagyja el őket koncentrált, nem fagyos folyadékkal - sóoldattal. Ezért a tengeri jég friss, és még a legpiszkosabb víztesteket is átlátszó ill tiszta jég. Amikor a jég megolvad, kiszorítja a szennyeződéseket a sóoldatba. Bolygói léptékben a víz fagyásának és felolvadásának jelensége, valamint a víz párolgása és lecsapódása egy gigantikus tisztítási folyamat szerepét tölti be, amelyben a Földön a víz folyamatosan megtisztítja magát.

Táblázat 2. A jég néhány fizikai tulajdonsága I.

Ingatlan

Jelentése

Jegyzet

Hőkapacitás, cal/(g °C) Olvadáshő, cal/g Párolgási hő, cal/g

0,51 (0 °C) 79,69 677

A hőmérséklet csökkenésével jelentősen csökken

Hőtágulási együttható, 1/°C

9,1 10-5 (0 °C)

Polikristályos jég

Hővezetőképesség, cal/(cm s °C)

4,99 10 –3

Polikristályos jég

Törésmutató:

1,309 (-3 °C)

Polikristályos jég

Fajlagos elektromos vezetőképesség, ohm-1 cm-1

10-9 (0 °C)

Látszólagos aktiválási energia 11 kcal/mol

Felületi elektromos vezetőképesség, ohm-1

10-10 (-11°C)

Látszólagos aktiválási energia 32 kcal/mol

Young-féle rugalmassági modulus, dyn/cm2

9 1010 (-5 °C)

Polikristályos jég

Ellenállás, MN/m2: zúzás, szakadás, nyírás

2,5 1,11 0,57

Polikristályos jég Polikristályos jég Polikristályos jég

Dinamikus viszkozitás, egyensúly

Polikristályos jég

Aktiválási energia deformáció és mechanikai relaxáció során, kcal/mol

Lineárisan növekszik 0,0361 kcal/(mol °C) 0-ról 273,16 K-re

Megjegyzés: 1 cal/(g °C)=4,186 kJ/(kg K); 1 ohm -1 cm -1 =100 sim/m; 1 din = 10-5 N ; 1 N = 1 kg m/s2; 1 din/cm=10-7 N/m; 1 cal/(cm·s°C)=418,68 W/(m·K); 1 poise = g/cm s = 10 -1 N sec/m 2 .

A jég földi elterjedtsége miatt a különbség fizikai tulajdonságait jég (2. táblázat) más anyagok tulajdonságaiból számos természetes folyamatban játszik fontos szerepet. A jégnek számos egyéb életfenntartó tulajdonsága és anomáliája van – sűrűség, nyomás, térfogat, hővezető képesség anomáliái. Ha nem lennének hidrogénkötések, amelyek a vízmolekulákat kristályokká összefognák, a jég –90 °C-on megolvadna. De ez nem történik meg a vízmolekulák közötti hidrogénkötések jelenléte miatt. A jég a víznél kisebb sűrűsége miatt úszó borítást képez a víz felszínén, megvédve a folyókat és a tározókat a fenékfagyástól, mivel hővezető képessége jóval alacsonyabb, mint a vízé. Ebben az esetben a legkisebb sűrűség és térfogat +3,98 °C-on figyelhető meg (1. ábra). A víz további 0 0 C-ra hűtése fokozatosan nem csökkenéshez, hanem térfogatának közel 10%-os növekedéséhez vezet, amikor a víz jéggé alakul. A víznek ez a viselkedése két egyensúlyi fázis – a folyékony és a kvázikristályos – egyidejű fennállását jelzi a vízben, a kvázikristályokhoz hasonlóan, amelyek kristályrácsának nemcsak periodikus szerkezete van, hanem különböző rendű szimmetriatengelyei is vannak, amelyek létezése korábban. ellentmondott a krisztallográfusok elképzeléseinek. Ez az elmélet, amelyet először a híres orosz elméleti fizikus, Ya I. Frenkel terjesztett elő, azon a feltételezésen alapul, hogy a folyadékmolekulák egy része kvázikristályos szerkezetet alkot, míg a többi molekula gázszerű, szabadon mozog a térfogatban. A molekulák eloszlása bármely rögzített vízmolekula kis közelében bizonyos rendezettséggel rendelkezik, némileg a kristályosra emlékeztet, bár lazább. Emiatt a víz szerkezetét néha kvázikristályosnak vagy kristályszerűnek nevezik, vagyis az atomok vagy molekulák egymáshoz viszonyított elrendezésében szimmetriával és renddel rendelkezik.

Rizs. 1. A jég és a víz fajlagos térfogatának függése a hőmérséklettől

További tulajdonsága, hogy a jég áramlási sebessége egyenesen arányos az aktiválási energiával és fordítottan arányos az abszolút hőmérséklettel, így a hőmérséklet csökkenésével a jég tulajdonságait tekintve abszolút szilárd testhez közelít. Az olvadáshoz közeli hőmérsékleten a jég folyékonysága átlagosan 10 6-szor nagyobb, mint a szikláké. Folyékonyságának köszönhetően a jég nem halmozódik fel egy helyen, hanem folyamatosan, gleccserek formájában mozog. Az áramlási sebesség és a feszültség közötti kapcsolat polikristályos jég esetében hiperbolikus; ha közelítőleg hatványegyenlettel írjuk le, a kitevő a feszültség növekedésével nő.

A látható fényt a jég gyakorlatilag nem nyeli el, mivel a fénysugarak áthaladnak a jégkristályon, de blokkolja az ultraibolya sugárzást és a infravörös sugárzás Nap. A spektrum ezen tartományaiban a jég teljesen feketének tűnik, mivel a fényelnyelési együttható a spektrum ezen tartományaiban nagyon magas. A jégkristályokkal ellentétben a hóra eső fehér fény nem nyelődik el, hanem sokszor megtörik a jégkristályokban, és visszaverődik az arcukról. Ezért fehérnek látszik a hó.

A jég (0,45) és a hó (akár 0,95) nagyon magas visszaverőképessége miatt az általuk borított terület átlagosan évi 72 millió km. km 2 mindkét félteke magas és középső szélességein - a normálnál 65%-kal kevesebb napsugárzást kap, és erős forrás a földfelszín lehűlése, ami nagymértékben meghatározza a modern szélességi éghajlati övezetet. Nyáron a sarkvidékeken nagyobb a napsugárzás, mint az egyenlítői zónában, azonban a hőmérséklet alacsony marad, mivel az elnyelt hő jelentős részét a jég olvadására fordítják, amelynek olvadáshője nagyon magas.

A jég egyéb szokatlan tulajdonságai közé tartozik, hogy növekvő kristályai elektromágneses sugárzást keltenek. Ismeretes, hogy a vízben oldott szennyeződések többsége nem kerül át a jégre, amikor az növekedni kezd; ki vannak fagyva. Ezért a jégfilm még a legszennyezettebb tócsán is tiszta és átlátszó. Ebben az esetben a szennyeződések felhalmozódnak a szilárd és folyékony közeg határán, két réteg elektromos töltés formájában. eltérő jel, amelyek jelentős potenciálkülönbséget okoznak. A töltött szennyeződésréteg az alsó határral együtt mozog fiatal jégés elektromágneses hullámokat bocsát ki. Ennek köszönhetően a kristályosodási folyamat részletesen megfigyelhető. Így a tű formájában megnövő kristály mást bocsát ki, mint az oldalirányú folyamatokkal borított, és a növekvő szemcsék sugárzása eltér attól, ami a kristályok megrepedésekor keletkezik. A sugárzási impulzusok alakja, sorrendje, frekvenciája és amplitúdója alapján meghatározható, hogy milyen sebességgel fagy meg a jég, és milyen jégszerkezet képződik.

A jég szerkezetében azonban az a legcsodálatosabb, hogy a szén nanocsövek belsejében alacsony hőmérsékleten és nagy nyomáson lévő vízmolekulák kettős hélix alakba tudnak kristályosodni, ami a DNS-molekulákra emlékeztet. Ezt bizonyították a közelmúltban végzett számítógépes kísérletek amerikai tudósok Xiao Cheng Zeng, a University of Nebraska (USA) vezetésével. Annak érdekében, hogy a víz egy szimulált kísérletben spirált képezzen, 1,35-1,90 nm átmérőjű nanocsövekbe helyezték nagy nyomás alatt, 10-40 000 atmoszféra között és –23 °C hőmérsékleten. Azt várták, hogy a víz minden esetben vékony csőszerű szerkezetet képezzen. A modell azonban azt mutatta, hogy 1,35 nm-es nanocső átmérővel és 40 000 atmoszféra külső nyomással a jégszerkezetben lévő hidrogénkötések meghajlottak, ami egy kettős - belső és külső - falú spirál kialakulásához vezetett. Ilyen körülmények között kiderült, hogy a belső fal négyszeres spirálba csavarodott, a külső fal pedig négy kettős hélixből állt, hasonlóan egy DNS-molekulához (2. ábra). Ez a tény megerősítheti a kapcsolatot a létfontosságú DNS-molekula szerkezete és magának a víznek a szerkezete között, valamint azt, hogy a víz mátrixként szolgált a DNS-molekulák szintéziséhez.

Rizs. 2. A nanocsövekben lévő fagyott víz szerkezetének számítógépes modellje, amely DNS-molekulára emlékeztet (Fotó a New Scientist magazinból, 2006)

A víznek a közelmúltban felfedezett másik legfontosabb tulajdonsága, hogy a víz képes megjegyezni a múltbeli hatásokra vonatkozó információkat. Ezt először Masaru Emoto japán kutató és honfitársunk, Stanislav Zenin bizonyította be, aki az elsők között javasolta a víz szerkezetének klaszterelméletét, amely egy térfogati poliéder szerkezet ciklikus társulásaiból áll - általános képletű klaszterekből (H 2 O) n, ahol n a legfrissebb adatok szerint elérheti a száz, sőt az ezer egységet is. A vízben lévő klaszterek jelenlétének köszönhetően a víz információs tulajdonságokkal rendelkezik. A kutatók a víz jég mikrokristályokká fagyásának folyamatait fényképezték le, különböző elektromágneses és akusztikus mezőkkel, dallamokkal, imával, szavakkal vagy gondolatokkal befolyásolva azt. Kiderült, hogy a gyönyörű dallamok és szavak formájában megjelenő pozitív információk hatására a jég szimmetrikus hatszögletű kristályokká fagyott. Ahol szabálytalan zene, dühös és sértő szavak szólaltak meg, a víz éppen ellenkezőleg, kaotikus és formátlan kristályokká fagyott. Ez a bizonyíték arra, hogy a víznek különleges szerkezete van, amely érzékeny a külső információs hatásokra. Feltehetően a 85-90%-ban vízből álló emberi agy erős strukturáló hatással bír a vízre.

Az Emoto kristályok egyaránt felkeltik az érdeklődést és a nem kellően megalapozott kritikát. Ha figyelmesen megnézi őket, láthatja, hogy szerkezetük hat csúcsból áll. De egy még alaposabb elemzés azt mutatja, hogy a téli hópelyhek szerkezete azonos, mindig szimmetrikus és hat tetejű. A kristályosodott struktúrák milyen mértékben tartalmaznak információt arról a környezetről, amelyben létrejöttek? A hópelyhek szerkezete lehet szép vagy formátlan. Ez azt jelzi, hogy a kontroll minta (felhő a légkörben), ahonnan származnak, ugyanolyan hatással van rájuk, mint az eredeti körülmények. A kezdeti feltételek a naptevékenység, hőmérséklet, geofizikai mezők, páratartalom stb. Mindez azt jelenti, hogy az ún. átlagos együttes, arra a következtetésre juthatunk, hogy a vízcseppek, majd a hópelyhek szerkezete megközelítőleg azonos. Tömegük közel azonos, és hasonló sebességgel mozognak a légkörben. A légkörben tovább alakítják szerkezetüket, és növekszik a térfogatuk. Még akkor is, ha ben alakultak különböző részek felhők, az egyik csoportban mindig van bizonyos számú hópelyhek, amelyek szinte azonos körülmények között keletkeztek. És a válasz arra a kérdésre, hogy mi minősül pozitív és negatív információnak a hópelyhekről, az Emotóban található. Laboratóriumi körülmények között a negatív információk (földrengés, ember számára kedvezőtlen hangrezgések stb.) nem kristályokat képeznek, hanem pozitív információk, éppen ellenkezőleg. Nagyon érdekes, hogy egy-egy tényező mennyire képes azonos vagy hasonló hópelyhek szerkezetét kialakítani. A víz legnagyobb sűrűsége 4 °C hőmérsékleten figyelhető meg. Tudományosan bizonyított, hogy a víz sűrűsége csökken, ha hatszögletű jégkristályok kezdenek képződni, amikor a hőmérséklet nulla alá süllyed. Ez a vízmolekulák közötti hidrogénkötések eredménye.

Mi az oka ennek a strukturálásnak? A kristályok szilárd anyagok, és az őket alkotó atomok, molekulák vagy ionok szabályos, ismétlődő mintázatba rendeződnek három térbeli dimenzióban. A vízkristályok szerkezete kissé eltérő. Isaac szerint a jégben lévő hidrogénkötések mindössze 10%-a kovalens, azaz. meglehetősen stabil információkkal. Az egyik vízmolekula oxigénje és a másik hidrogénje közötti hidrogénkötések a legérzékenyebbek a külső hatásokra. A kristályok építése során a víz spektruma idővel viszonylag eltérő. Egy vízcsepp diszkrét elpárologtatásának Antonov és Juskeseljev által bizonyított hatása és a hidrogénkötések energiaállapotától való függése alapján a kristályok szerkezetére kereshetünk választ. A spektrum minden része a vízcseppek felületi feszültségétől függ. A spektrumban hat csúcs található, amelyek a hópehely ágait jelzik.

Nyilvánvaló, hogy Emoto kísérleteiben a kezdeti „kontroll” minta befolyásolja a kristályok megjelenését. Ez azt jelenti, hogy egy bizonyos tényezőnek való kitettség után hasonló kristályok képződésére lehet számítani. Szinte lehetetlen azonos kristályokat előállítani. A "szerelem" szó vízre gyakorolt hatásának tesztelésekor az Emoto nem jelzi egyértelműen, hogy a kísérletet különböző mintákkal végezték-e.

Kettős vak kísérletekre van szükség annak tesztelésére, hogy az Emoto technika kellően differenciált-e. Isaac bizonyítéka, hogy a vízmolekulák 10%-a kovalens kötést hoz létre a fagyás után, megmutatja, mit tesz a víz, amikor megfagy. ezt az információt. Emoto eredménye, kétszeresen vak kísérletek nélkül is, továbbra is nagyon fontos a víz információs tulajdonságait illetően.

Természetes hópehely, Wilson Bentley, 1925

Snowflake Emoto származik természetes víz

Az egyik hópehely természetes, a másikat Emoto készítette, jelezve, hogy a víz spektrumának sokfélesége nem határtalan.

Ez az ábra a kontroll minta és a más napokon vett minták közötti különbséget mutatja. A vízmolekulák megbontják a víz legenergetikusabb hidrogénkötéseit, valamint a spektrum két csúcsát. természeti jelenség. A vizsgálatot Antonov készülékkel végezték. A biofizikai eredmény csökkenést mutat életerő test egy földrengés során. Egy földrengés során a víz nem tudja megváltoztatni szerkezetét a hópelyhekben Emoto laboratóriumában. Bizonyítékok vannak arra, hogy a víz elektromos vezetőképessége megváltozik földrengés során.

1963-ban Erasto Mpemba tanzániai iskolás megjegyezte melegvíz gyorsabban fagy, mint a hideg. Ezt a jelenséget Mpemba-effektusnak nevezik. Bár a víz egyedülálló tulajdonságára Arisztotelész, Francis Bacon és Rene Descartes már jóval korábban felfigyelt. A jelenséget számos független kísérlet többszörösen bizonyította. A víznek van egy másik furcsa tulajdonsága is. Véleményem szerint ennek a magyarázata a következő: a forralt víz differenciális nem egyensúlyi energiaspektruma (DNES) a vízmolekulák közötti hidrogénkötések átlagos energiája alacsonyabb, mint a szobahőmérsékleten vett mintáé kevesebb energia a kristályok szerkezetének megkezdéséhez és megfagyásához.

A jég szerkezetének és tulajdonságainak kulcsa a kristály szerkezetében rejlik. A jég minden módosulatának kristályai H 2 O vízmolekulákból épülnek fel, amelyeket hidrogénkötések kötnek össze háromdimenziós hálóvázakká, amelyekben a hidrogénkötések sajátos elrendezése vannak. Egy vízmolekulát egyszerűen elképzelhetünk tetraéderként (háromszög alappal rendelkező piramisként). Középpontjában egy sp 3 hibridizációs állapotú oxigénatom, két csúcsán pedig egy hidrogénatom található, melynek egyik 1s elektronja a kovalens képződésben vesz részt. H-O csatlakozás oxigénnel. A fennmaradó két csúcsot párosítatlan oxigénelektronpárok foglalják el, amelyek nem vesznek részt az intramolekuláris kötések kialakításában, ezért magányosnak nevezik őket. A H 2 O molekula térbeli alakját a hidrogénatomok és a központi oxigénatom magányos elektronpárjainak kölcsönös taszítása magyarázza.

A hidrogénkötés fontos szerepet játszik az intermolekuláris kölcsönhatások kémiájában, és gyenge elektrosztatikus erők és donor-akceptor kölcsönhatások okozzák. Akkor fordul elő, amikor egy vízmolekula elektronhiányos hidrogénatomja kölcsönhatásba lép a szomszédos vízmolekula oxigénatomjának magányos elektronpárjával (O-H...O). Megkülönböztető tulajdonság a hidrogénkötés viszonylag alacsony szilárdságú; 5-10-szer gyengébb, mint a kémiai kovalens kötés. Energia szempontjából a hidrogénkötés közbenső pozíciót foglal el között kémiai kötésés van der Waals kölcsönhatások, amelyek a molekulákat szilárd vagy folyékony fázisban tartják. A jégkristályban minden vízmolekula egyidejűleg négy hidrogénkötést tud kialakítani más szomszédos molekulákkal, szigorúan meghatározott, 109°47"-os szögben, amelyek a tetraéder csúcsai felé irányulnak, ami nem teszi lehetővé sűrű szerkezet létrehozását a víz megfagyásakor ( 3. ábra. Az I, Ic, VII és VIII jégszerkezetekben ez a tetraéder a II., III., V. és VI. jég szerkezetében észrevehetően torz , két egymást metsző hidrogénkötési rendszer különböztethető meg. Ez a láthatatlan hidrogénkötési váz háló formájában helyezi el a vízmolekulákat, amelyek szerkezete hatszögletű méhsejtre emlékeztet, ha a jég fel van melegítve megsemmisül: a vízmolekulák elkezdenek hullani a háló üregeibe, ami sűrűbb folyékony szerkezethez vezet – ez megmagyarázza, hogy a víz miért nehezebb a jégnél.

Rizs. 3. Hidrogénkötés kialakulása négy H2O molekula között (piros golyók a központi oxigénatomokat, a fehér golyók a hidrogénatomokat jelölik)

A hidrogénkötések és a jég szerkezetére jellemző intermolekuláris kölcsönhatások sajátossága megmarad az olvadékvízben, hiszen a jégkristály olvadásakor az összes hidrogénkötésnek csak 15%-a pusztul el. Ezért az egyes vízmolekulák és a jégben rejlő négy szomszédos molekula közötti kapcsolat ("rövid hatótávolságú rend") nem sérül, bár az oxigénvázrács nagyobb elmosódása figyelhető meg. A hidrogénkötések akkor is fennmaradhatnak, amikor a víz felforr. Csak a vízgőzben nincsenek hidrogénkötések.

A légköri nyomáson képződő és 0 °C-on olvadó jég a leggyakoribb, de még mindig nem teljesen ismert anyag. Szerkezetében és tulajdonságaiban sok szokatlannak tűnik. A jég kristályrácsának helyein a vízmolekulák tetraédereinek oxigénatomjai rendezetten helyezkednek el, szabályos hatszögeket alkotva, mint egy hatszögletű méhsejt, és a hidrogénatomok különböző pozíciókat foglalnak el a vízmolekulákat összekötő hidrogénkötéseken. oxigénatomok (4. ábra). Ezért a vízmolekuláknak hat ekvivalens orientációja lehetséges a szomszédokhoz képest. Némelyikük kizárt, mivel két proton egyidejű jelenléte ugyanazon a hidrogénkötésen nem valószínű, de a vízmolekulák orientációjában kellő bizonytalanság marad. Az atomoknak ez a viselkedése atipikus, hiszen egy szilárd anyagban minden atom ugyanannak a törvénynek engedelmeskedik: vagy rendezetten helyezkednek el az atomok, és akkor kristály, vagy véletlenszerűen, majd amorf anyag. Egy ilyen szokatlan szerkezet a jég legtöbb módosításában - Ih, III, V, VI és VII (és nyilván az Ic-ben) is megvalósítható (3. táblázat), a II, VIII és IX jég szerkezetében pedig a vízmolekulák orientációsan rendeződnek. . J. Bernal szerint a jég az oxigénatomokhoz képest kristályos, a hidrogénatomokhoz képest üveges.

Rizs. 4. Természetes hatszög alakú jégszerkezet I h

Más körülmények között, például az űrben magas nyomáson és alacsony hőmérsékleten a jég másképpen kristályosodik, és más kristályrácsokat és módosulatokat (köbös, trigonális, tetragonális, monoklin stb.) képez, amelyek mindegyikének saját szerkezete és kristályrácsa van (táblázat). 3 ). A különféle módosulatú jég szerkezeteit orosz kutatók számították ki, Dr. G.G. Malenkov és Ph.D. a fizikából és matematikából. E.A. Zheligovskaya a Fizikai Kémiai és Elektrokémiai Intézettől. A.N. Frumkina Orosz Akadémia tudományok. A II., III. és V. változat jegei hosszú ideig megmaradnak légköri nyomáson, ha a hőmérséklet nem haladja meg a -170 °C-ot (5. ábra). Körülbelül -150 °C-ra hűtve a természetes jég Ic köbös jéggé alakul, amely kockákból és több nanométeres oktaéderekből áll. A jég I c olykor a víz kapillárisokban való megfagyásakor jelenik meg, amit láthatóan elősegít a víznek a falanyaggal való kölcsönhatása és szerkezetének ismétlődése. Ha a hőmérséklet valamivel magasabb, mint -110 0 C, a fémhordozón sűrűbb és nehezebb, 0,93 g/cm 3 sűrűségű, üvegszerű amorf jég kristályai képződnek. Mindkét jégforma spontán módon hatszögletű jéggé alakulhat, és minél gyorsabban, minél magasabb a hőmérséklet.

Táblázat 3. A jég néhány módosítása és fizikai paraméterei.

Módosítás

Kristály szerkezet

Hidrogénkötések hossza, Å

Szögek H-O-N tetraéderekben 0

Hatszögletű

Kocka alakú

Trigonális

Négyszögű

Monoklinika

Négyszögű

Kocka alakú

Négyszögű

Jegyzet. 1 Å = 10 -10 m

Rizs. 5. Különböző módosulatú kristályos jegek állapotának diagramja.

Vannak fagylaltok is magas nyomású- Hatszögletű hullámos elemekből kialakított üreges méhsejtekből kialakított, egymáshoz képest harmadával eltolt II és III trigonális és tetragonális módosulatok (6. és 7. ábra). Ezek a jegek hélium és argon nemesgázok jelenlétében stabilizálódnak. A jég V monoklin módosulatának szerkezetében a szomszédos oxigénatomok közötti szögek 86 0 és 132° között vannak, ami nagyon különbözik a vízmolekulában lévő kötési szögtől, amely 105 ° 47 '. A tetragonális módosulat VI jege két egymásba illesztett keretből áll, amelyek között nincsenek hidrogénkötések, így testközpontú kristályrács alakul ki (8. ábra). A jég VI szerkezete hexamereken – hat vízmolekulából álló blokkon – alapul. Konfigurációjuk pontosan megismétli egy stabil vízhalmaz szerkezetét, amelyet számítások adnak meg. A köbös módosulat VII. és VIII. jége, amelyek a VII. jég alacsony hőmérsékletű rendezett formái, hasonló szerkezetűek, egymásba illesztett I jégkeretekkel. A nyomás későbbi növekedésével a kristályrács oxigénatomjai közötti távolság jég VIIés VIII csökken, ennek eredményeként kialakul a jég X szerkezete, amelyben az oxigénatomok szabályos rácsban helyezkednek el, a protonok pedig rendezettek.

Rizs. 7. Ice III konfiguráció.

A XI jég az I h jég mélyhűtésével keletkezik lúg hozzáadásával 72 K alatt normál nyomáson. Ilyen körülmények között hidroxilkristály hibák képződnek, ami lehetővé teszi a növekvő jégkristály szerkezetének megváltoztatását. Az Ice XI ortorombikus kristályrácsa a protonok rendezett elrendezésével rendelkezik, és egyidejűleg számos kristályosodási központban képződik a kristály hidroxilhibái közelében.

Rizs. 8. Ice VI konfiguráció.

A jegek között megtalálhatóak a IV. és XII. metastabil formák is, amelyek élettartama másodperc, és a legszebb szerkezetű (9. és 10. ábra). A metastabil jég előállításához I h jeget folyékony nitrogén hőmérsékleten 1,8 GPa nyomásra kell összenyomni. Ezek a jegek sokkal könnyebben képződnek, és különösen stabilak, ha túlhűtött nehéz vizet nyomás alá helyeznek. Egy másik metastabil módosulás - a IX jég a túlhűtés során képződik jég IIIés lényegében annak alacsony hőmérsékletű formája.

Rizs. 9. Ice IV konfiguráció.

Rizs. 10. Ice XII konfiguráció.

A jég utolsó két módosulását – a XIII. monoklinikus és a XIV. ortorombikus konfigurációval – az oxfordi (Egyesült Királyság) tudósok nemrég fedezték fel, 2006-ban. Nehéz volt megerősíteni azt a feltételezést, hogy monoklin és rombuszos rácsos jégkristályoknak kell lenniük: a víz viszkozitása -160 °C hőmérsékleten nagyon magas, és a tiszta túlhűtött víz molekulái nehezen tudnak ilyen mennyiségben összeállni. kristálymagot képezni. Ezt katalizátorral - sósavval - érték el, amely alacsony hőmérsékleten növelte a vízmolekulák mobilitását. A jég ilyen módosulatai a Földön nem képződhetnek, de az űrben, lehűlt bolygókon, megfagyott műholdakon és üstökösökön előfordulhatnak. Így a Jupiter és a Szaturnusz műholdjainak felszínéről érkező sűrűségre és hőáramokra vonatkozó számítások lehetővé teszik, hogy kijelentsük, hogy Ganymedesnek és Callistonak jeges héjjal kell rendelkeznie, amelyben az I., III., V. és VI. jég váltakozik. A Titánon a jegek nem kérget, hanem köpenyt alkotnak, melynek belső rétege VI jégből, egyéb nagynyomású jégekből és klatráthidrátokból áll, a tetején pedig az I h jég található.

Rizs. 11. A hópelyhek sokfélesége és alakja a természetben

Magasan a Föld légkörében alacsony hőmérsékleten a víz tetraéderekből kristályosodik, hatszögletű jeget képezve Ih. A jégkristályok képződésének központja a szilárd porszemcsék, amelyeket a szél a légkör felső rétegeibe emel. A jég embrionális mikrokristálya körül hat szimmetrikus irányban egyedi vízmolekulák alkotta tűk nőnek, amelyeken oldalirányú folyamatok - dendritek - nőnek. A hópehely körüli levegő hőmérséklete és páratartalma azonos, ezért kezdetben szimmetrikus alakú. Ahogy a hópelyhek kialakulnak, fokozatosan a légkör alacsonyabb rétegeibe esnek, ahol a hőmérséklet magasabb. Itt olvadás következik be, és ideális geometriai alakjuk eltorzul, és különféle hópelyheket képez (11. ábra).

További olvadással a jég hatszögletű szerkezete tönkremegy, és klaszterek ciklikus asszociációi, valamint víz tri-, tetra-, penta-, hexamerei (12. ábra) és szabad vízmolekulák keveréke keletkezik. Az így létrejövő klaszterek szerkezetének tanulmányozása sokszor nagyon nehézkes, mivel a víz a modern adatok szerint különböző semleges klaszterek (H 2 O) n és ezek töltött klaszterionjai [H 2 O] + n és [H 2 O] keveréke. ] - n, amelyek dinamikus egyensúlyban vannak egymással, élettartamuk 10 -11 -10 -12 másodperc.

Rizs. 12. Lehetséges (H 2 O) n összetételű vízklaszterek (a-h), ahol n = 5-20.

A klaszterek a kifelé kiálló hidrogénkötési felületeken keresztül képesek kölcsönhatásba lépni egymással, és bonyolultabb poliédereket képeznek, mint például hexaéder, oktaéder, ikozaéder és dodekaéder. Így a víz szerkezetét az úgynevezett platóni szilárd testekkel (tetraéder, hexaéder, oktaéder, ikozaéder és dodekaéder) kötik össze, amelyek az őket felfedező ókori görög filozófus és geométerről, Platónról kapták a nevét, amelyek alakját az aranymetszés határozza meg. (13. ábra).

Rizs. 13. Platóni testek, amelyek geometriai alakját az aranymetszés határozza meg.

A csúcsok (B), lapok (G) és élek (P) számát bármely térbeli poliéderben a következő összefüggés írja le:

B + G = P + 2

Egy szabályos poliéder csúcsainak számának (B) az egyik lapja éleinek számához (P) egyenlő aránya ugyanazon poliéder lapjai számának (G) az élek számához ( P) egyik csúcsából kilépve. Egy tetraéder esetében ez az arány 4:3, egy hatlapnál (6 lap) és egy oktaédernél (8 lap) 2:1, egy dodekaédernél (12 lap) és ikozaédernél (20 lap) pedig 4:1.

Az orosz tudósok által kiszámított poliéderes vízhalmazok szerkezetét igazolták modern módszerek elemzés: proton mágneses rezonancia spektroszkópia, femtoszekundumos lézerspektroszkópia, diffrakció röntgensugarakés neutronok a vízkristályokon. A vízhalmazok felfedezése és a víz információtároló képessége a 21. évezred két legfontosabb felfedezése. Ez egyértelműen bizonyítja, hogy a természetet a jégkristályokra jellemző szimmetria jellemzi, pontos geometriai formák és arányok formájában.

IRODALOM.

1. Belyanin V., Romanova E. Az élet, a vízmolekula és az arany aránya // Tudomány és Élet, 2004, 10. évf., 3. o. 23-34.

2. Shumsky P.A., A szerkezeti jégtudomány alapjai. - Moszkva, 1955b p. 113.

3. Mosin O.V., Ignatov I. A víz, mint életanyag tudatosítása. // Tudat és fizikai valóság. 2011, T 16, 12. szám, p. 9-22.

4. Petryanov I.V. A világ legkülönlegesebb anyaga, Pedagógia, 1981, p. 51-53.

5 Eisenberg D, Kautsman V. A víz szerkezete és tulajdonságai. - Leningrád, Gidrometeoizdat, 1975, p. 431.

6. Kulsky L. A., Dal V. V., Lenchina L. G. Ismerős és titokzatos víz. – Kijev, Rodjanbszki iskola, 1982, p. 62-64.

7. Zatsepina G. N. A víz szerkezete és tulajdonságai. – Moszkva, szerk. Moszkvai Állami Egyetem, 1974, p. 125.

8. Antonchenko V. Ya., Davydov N. S., Ilyin V. V. A vízfizika alapjai - Kijev, Naukova Dumka, 1991, p. 167.

9. Simonite T. DNS-szerű jég "látott" szén nanocsövek belsejében // New Scientist, V. 12, 2006.

10. Emoto M. A víz üzenetei. A jégkristályok titkos kódjai. - Szófia, 2006. p. 96.

11. Zenin S.V., Tyaglov B.V. A hidrofób kölcsönhatás természete. Az orientációs mezők megjelenése ben vizes oldatok// Journal of Physical Chemistry, 1994, T. 68, No. 3, p. 500-503.

12. Pimentel J., McClellan O. Hidrogénkötés - Moszkva, Nauka, 1964, p. 84-85.

13. Bernal J., Fowler R. A víz és az ionos oldatok szerkezete // Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1934, T. 14, No. 5, p. 587-644.

14. Khobza P., Zahradnik R. Intermolekuláris komplexek: Van der Waals rendszerek szerepe a fizikai kémiában és a biodiszciplinákban. – Moszkva, Mir, 1989, p. 34-36.

15. Pounder E. R. A jég fizikája, ford. angolból - Moszkva, 1967, p. 89.

16. Komarov S. M. Magas nyomású jégminták. // Kémia és Élet, 2007, 2. sz., 48-51.

17. E. A. Zheligovskaya, G. G. Malenkov. Kristályos jég// Uspekhi khimii, 2006, 75. szám, p. 64.

18. Fletcher N. H. A jég kémiai fizikája, Cambreage, 1970.

19. Nemukhin A.V. Klaszterek sokfélesége // Russian Chemical Journal, 1996, T. 40, No. 2, p. 48-56.

20. Mosin O.V., Ignatov I. A víz szerkezete és a fizikai valóság. // Tudat és fizikai valóság, 2011, T. 16, No. 9, p. 16-32.

21. Ignatov I. Bioenergetikai gyógyászat. Az élőanyag eredete, a víz emléke, a biorezonancia, a biofizikai mezők. - GayaLibris, Szófia, 2006, p. 93.

szakaszok