Jäätä

Vakaa versio kirjattiin ulos 1.9.2022 . Malleissa tai malleissa on vahvistamattomia muutoksia .
Jäätä
Kenraali
Systemaattinen
nimi		 Vesi
Chem. kaava H2O _ _
Fyysiset ominaisuudet
Osavaltio kiinteä
Moolimassa 18,01528 g/ mol
Tiheys 0,9167 g/cm³
Kovuus 1,5 [1]
Lämpöominaisuudet
Lämpötila
 •  sulaminen 0 °C
kolmoispiste 0,01 °C, 611,73 Pa
Spesifinen sulamislämpö 3,3⋅105 J /  kg
Tiedot perustuvat standardiolosuhteisiin (25 °C, 100 kPa), ellei toisin mainita.
 Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

Jää   on kiinteässä tilassa olevaa vettä [2] .

Jäätä kutsutaan joskus joiksikin kiinteässä tilassa oleviksi aineiksi, jotka ovat yleensä nestemäisessä tai kaasumaisessa muodossa huoneenlämpötilassa; erityisesti kuivajää , ammoniakkijää tai metaanijää .

Vesijään perusominaisuudet

Tällä hetkellä tunnetaan kolme jään amorfista lajiketta ja 17 kiteistä muunnelmaa . Oikeanpuoleisen kuvan vaihekaavio näyttää, missä lämpötiloissa ja paineissa jotkut näistä muutoksista ovat olemassa ( katso alta tarkempi kuvaus ).

Maan luonnollisissa olosuhteissa vesi muodostaa yhden kiteisen muunnelman kiteitä - kuusikulmainen syngonia ( jää Ih ). Jäässä I h jokaista H 2 O -molekyyliä ympäröi neljä sitä lähinnä olevaa molekyyliä, jotka sijaitsevat samalla etäisyydellä siitä, 2,76 Å ja sijaitsevat säännöllisen tetraedrin huipuissa .

Uudet tutkimukset vesijään muodostumisesta tasaiselle kuparipinnalle lämpötiloissa -173 °C - -133 °C ovat osoittaneet, että ensimmäiset noin 1 nm leveät molekyyliketjut ilmestyvät viisikulmaisen rakenteen pintaan kuusikulmaisen rakenteen sijaan [3] .

Tällaisen jään avoin kiderakenne johtaa siihen, että sen tiheys , joka on 916,7 kg / m³ 0 ° C:ssa, on pienempi kuin veden tiheys (999,8 kg / m³) samassa lämpötilassa. Siksi jääksi muuttuva vesi lisää tilavuuttaan noin 9 % [4] . Jäätä, joka on nestemäistä vettä kevyempää, muodostuu vesistöjen pinnalle, mikä estää veden jäätymisen edelleen.

Jään korkea sulamislämpö , ​​330 kJ /kg (vertailun vuoksi, raudan sulamislämpö on 270 kJ/kg), on tärkeä tekijä lämmön vaihtumisessa maapallolla.

Jäätä esiintyy luonnossa itse jään muodossa (manner, kelluva, maanalainen ), samoin kuin lumena , kuurana , huurreena . Oman painonsa vaikutuksesta jää saa plastisia ominaisuuksia ja juoksevuutta.

Luonnonjää on yleensä paljon puhtaampaa kuin vesi, koska veden kiteytyessä vesimolekyylit tulevat ensimmäisenä hilaan (katso vyöhykkeen sulaminen ). Jää voi sisältää mekaanisia epäpuhtauksia  - kiinteitä hiukkasia, väkevöityjen liuospisaroita , kaasukuplia . Suolakiteiden ja suolavesipisaroiden läsnäolo selittää merijään murtopitoisuuden .

Maan päällä

Maapallon jäävarat ovat yhteensä noin 30 miljoonaa km³. Maan tärkeimmät jäävarat ovat keskittyneet napakorkeille (pääasiassa Etelämantereelle , jossa jääkerroksen paksuus on 4 km).

Meressä

Merien vesi on suolaista ja tämä estää jään muodostumisen, joten jäätä muodostuu vain polaarisilla ja subpolaarisilla leveysasteilla, joissa talvet ovat pitkiä ja erittäin kylmiä. Jotkut lauhkean vyöhykkeen matalat meret jäätyvät. Erottele vuotuinen ja monivuotinen jää. Merijää voi olla liikkumatonta, jos se on yhteydessä maahan, tai kellua, eli ajelehtia. Meressä on jäätiköitä, jotka ovat irronneet maan jäätiköistä ja laskeneet mereen ablaation seurauksena  - jäävuoria .

Avaruudessa

On olemassa todisteita jään esiintymisestä aurinkokunnan planeetoilla (kuten Marsissa ), niiden kuuilla , kääpiöplaneetoilla ja komeettojen ytimissä .

Jään käyttö tekniikassa

Jääliete. 1980-luvun lopulla amerikkalainen laboratorio Argonne kehitti teknologian jäälietteen (jäälietteen) valmistamiseksi, joka pystyy virtaamaan vapaasti halkaisijaltaan erilaisten putkien läpi, kerääntymättä jääkasviksi, tarttumatta yhteen ja tukkimatta jäähdytysjärjestelmää [5 ] . Suolavesisuspensio koostui monista hyvin pienistä pyöristetyistä jääkiteistä. Tämän ansiosta veden liikkuvuus säilyy ja samalla lämpötekniikan kannalta se on jäätä, joka on 5-7 kertaa tehokkaampi kuin pelkkä kylmä vesi rakennusten jäähdytysjärjestelmissä. Lisäksi tällaiset seokset ovat lupaavia lääketieteessä. Eläinkokeet ovat osoittaneet, että jääseoksen mikrokiteet kulkeutuvat täydellisesti melko pieniin verisuoniin eivätkä vahingoita soluja. Frozen Blood pidentää loukkaantuneen pelastamiseen kuluvaa aikaa. Esimerkiksi sydämenpysähdyksen aikana tämä aika pitenee varovaisten arvioiden mukaan 10-15 minuutista 30-45 minuuttiin [5] .

Jään käyttö rakennemateriaalina on laajalle levinnyt sirkumpolaarisilla alueilla asuntojen - iglujen - rakentamiseen . Jää on osa D. Pike pykreten ehdottamaa materiaalia , josta ehdotettiin maailman suurimman lentotukialuksen tekemistä . Jään käyttöä keinosaarten rakentamiseen kuvataan tieteisromaanissa Ice Island .

Jäävaiheet

Vaihe Ominaisuudet [6] [7]
amorfinen jää Amorfisella jäällä ei ole kiderakennetta. Sitä on kolmessa muodossa: Low Density Amorphous Ice (LDA), joka muodostuu ilmakehän paineessa ja sen alapuolella, High Density Amorfinen jää (HDA) ja Very High Density Amorfinen jää (VHDA), joka muodostuu korkeissa paineissa. LDA-jäätä valmistetaan jäähdyttämällä erittäin nopeasti nestemäistä vettä ("supercooled glassy water", HGW) tai kondensoimalla vesihöyryä erittäin kylmälle alustalle ("amorfinen kiinteä vesi", ASW) tai kuumentamalla suuritiheyksisiä jäämuotoja. normaalipaineessa ("LDA") .
Jää I h Tavallinen kuusikulmainen kiteinen jää. Melkein kaikki jää maan päällä kuuluu jäähän I h , ja vain hyvin pieni osa kuuluu jäätä I c .
Jää I c Metastabiili kuutiokiteinen jää. Happiatomit ovat järjestetty kuten timanttikidehilassa .
Sitä saadaan lämpötila-alueella -133 °C - -123 °C, se pysyy vakaana -73 °C:seen asti, ja edelleen kuumennettaessa se muuttuu jääksi I h . Sitä esiintyy toisinaan ilmakehän yläosassa .
Jää II Trigonaalinen kiteinen jää, jolla on erittäin järjestetty rakenne. Muodostuu jäästä I h puristuksen aikana ja lämpötiloissa -83 °C - -63 °C. Kuumennettaessa se muuttuu jääksi III.
Jää III Tetragonaalinen kiteinen jää, joka syntyy, kun vesi jäähdytetään -23 °C:seen ja 300 MPa :n paineeseen . Sen tiheys on suurempi kuin veden, mutta se on vähiten tiheä kaikista korkeapainevyöhykkeen jäätyypeistä.
Jää IV Metastabiili trigonaalinen jää. Sitä on vaikea saada ilman ytimen muodostavaa siementä.
Jää V Monokliininen kiteinen jää. Esiintyy, kun vesi jäähdytetään -20 °C:seen ja 500 MPa:n paineeseen. Sillä on monimutkaisin rakenne verrattuna kaikkiin muihin modifikaatioihin.
Jää VI Tetragonaalinen kiteinen jää. Se muodostuu, kun vesi jäähdytetään -3 °C:seen ja paineessa 1,1 GPa. Se esittelee Debyen rentoutumista .
Jää VII Kuutiomuunnos. Vetyatomien järjestys on häiriintynyt; Debyen rentoutuminen ilmenee aineessa . Vetysidokset muodostavat kaksi toisiinsa tunkeutuvaa hilaa.
Jää VIII Järjestäytynyt versio jäästä VII, jossa vetyatomit ovat näennäisesti kiinteissä paikoissa. Se muodostuu jäästä VII, kun se jäähdytetään alle 5 °C:een.
Jää IX Tetragonaalinen metastabiili modifikaatio. Muodostuu vähitellen jäästä III, kun se jäähdytetään -65 °C:sta -108 °C:seen, stabiili alle -133 °C:n lämpötiloissa ja 200 ja 400 MPa:n paineissa. Sen tiheys on 1,16 g / cm³, eli hieman korkeampi kuin tavallisen jään.
Jää X Symmetrinen jää, jossa protonit ovat järjestyneet. Muodostunut noin 70 GPa:n paineissa.
Jää XI Kuusikulmaisen jään rombinen matalan lämpötilan tasapainomuoto. Se on ferrosähköinen .
Jää XII Tetragonaalinen metastabiili tiheä kiteinen modifikaatio. Se havaitaan jään V ja jään VI vaiheavaruudessa . Se voidaan saada kuumentamalla suuritiheyksistä amorfista jäätä -196 °C:sta noin -90 °C:seen ja 810 MPa:n paineessa.
Jää XIII Monokliininen kiteinen lajike. Se saadaan jäähdyttämällä vettä alle -143 °C:n ja 500 MPa:n paineen. Erilainen jää V, jossa protonit ovat järjestyneet.
Jää XIV Rombinen kiteinen lajike. Se saadaan alle -155 °C:n lämpötilassa ja 1,2 GPa:n paineessa. Erilaisia ​​jäätä XII järjestetyllä protonijärjestelyllä.
Jää XV Jään VI pseudorombinen kiteinen lajike, jossa protonit ovat järjestyneet. Se voidaan saada jäähdyttämällä jää VI hitaasti noin -143 °C:seen ja 0,8-1,5 GPa:n paineeseen [8] .
Jää XVI Kiteinen jäälaji, jonka tiheys on pienin ( 0,81 g/cm 3 ) [9] kaikista kokeellisesti saaduista jäämuodoista . Sen rakenne vastaa topologisesti kaasuhydraattien onkalorakennetta KS-II ( eng  . sII ) .
Ice XVII Kiteinen jäälajike, jonka kristallografinen tiheys ( 0,85 g/cm3 ) [ 10] on pienempi kuin muilla kokeellisesti saaduilla jäämuodoilla . Sen rakenne, kuten jään XVI , on samanlainen kuin kaasuhydraattien klatraattirakenne . Se saadaan 280 K lämpötilassa ja ~ 400 MPa paineessa . Sen nimellinen koostumus on (H 2 O) 2 H 2 , jossa on kolme kaavayksikköä yksikkökennoa kohden.
Jää XVIII Jää XVIII, joka tunnetaan myös nimellä "superioninen vesi", on vesifaasi, joka esiintyy erittäin korkeissa lämpötiloissa ja paineissa, joissa vesimolekyylit hajoavat happi- ja vetyioneiksi. Happi-ionit kiteytyvät ja muodostavat tasaisesti jakautuneen hilan, kun taas vetyionit kelluvat vapaasti tuloksena olevalla happihilalla.
Ice XIX Jää XIX on jää VI:n toinen järjestysmuoto, joka syntyy, kun vesi jäähdytetään hitaasti 100 K:n lämpötilaan noin 2 GPa:n paineessa [11] .

Arktinen jää

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Petrushevsky F.F. , Gershun A.L. Led, fysiikassa // Encyclopedic Dictionary - St. Petersburg. : Brockhaus - Efron , 1896. - T. XVII. - S. 471-473.
  2. ↑ RMG 75-2014. Aineiden kosteusmittaukset. Termit ja määritelmät, 2015 , s. yksi.
  3. ↑ Yksiulotteinen jäärakenne, joka on rakennettu viisikulmioista. luonnon materiaaleja. 8. maaliskuuta 2009 (englanniksi) . Haettu 18. huhtikuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 22. huhtikuuta 2009.
  4. ↑ Jäätyvä vesi puristaa metallisäiliön pohjan (video) . Haettu 7. toukokuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 28. elokuuta 2012.
  5. ↑ 1 2 Kirurgit täyttävät potilaiden ruumiit virtaavalla jäällä (pääsemätön linkki) . Käyttöpäivä: 29. joulukuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 28. huhtikuuta 2011. 
  6. ↑ Jäävaiheet (eng.) (pääsemätön linkki) . Haettu 5. helmikuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 25. maaliskuuta 2009. 
  7. ↑ Korkeapaineiset jääkuviot (pääsemätön linkki) . Haettu 6. helmikuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 18. helmikuuta 2009. 
  8. ↑ Ice XV saatu ensimmäistä kertaa . Käyttöpäivä: 17. kesäkuuta 2009. Arkistoitu alkuperäisestä 27. maaliskuuta 2013.
  9. ↑ Andrzej Falenty, Thomas C. Hansen & Werner F. Kuhs . Tyypin sII klatraattihydraattia tyhjentämällä saadun jään XVI muodostuminen ja ominaisuudet // Luonto . — Voi. 516, P. 231-233 (11. joulukuuta 2014) - Falenty Andrzej , Hansen Thomas C. , Kuhs Werner F. Jään XVI muodostuminen ja ominaisuudet, joka on saatu tyhjentämällä tyypin sII klatraattihydraatti  // Nature. - 2014. - joulukuu ( nide 516 , nro 7530 ). - S. 231-233 . — ISSN 0028-0836 . - doi : 10.1038/luonto14014 .
  10. ↑ Timothy A. Strobel, Maddury Somayazulu, Stanislav V. Sinogeikin, Przemyslaw Dera & Russell J. Hemley . Vetytäyteinen, kvartsin kaltainen vesijää // Journal of the American Chemical Society . — Voi. 138. - P. 13786-13789 (19. elokuuta 2016) - Strobel Timothy A. , Somayazulu Maddury , Sinogeikin Stanislav V. , Dera Przemyslaw , Hemley Russell J. Vetytäyteinen, kvartsimainen Journal of Water I  American // yhteiskuntaan. - 2016. - 18. lokakuuta ( nide 138 , nro 42 ). - S. 13786-13789 . — ISSN 0002-7863 . - doi : 10.1021/jacs.6b06986 . .
  11. ↑ Jään XIX rakenteellinen karakterisointi toisena jään VI |:n polymorfina Luontoviestintä . Haettu 30. maaliskuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 22. maaliskuuta 2021.

Kirjallisuus

Linkit

 Jäävaiheet