Особливості появи льоду (Ih)
Багато хто з обивателів задаються питанням про те, яка кристалічна решітка у льоду. Необхідно відзначити, що густина більшості речовин збільшується при заморожуванні, коли молекулярні рухи сповільнюються і утворюються щільно упаковані кристали. Щільність води також збільшується, коли вона вистигає до досягнення максимуму при 4°C (277K). Потім, коли температура опускається нижче цього значення, вона розширюється. Це збільшення обумовлене утворенням відкритого воднево-пов'язаного кристала льоду з його ґратами і меншою щільністю, в якому кожна молекула води жорстко пов'язана зазначеним вище елементом і чотирма іншими значеннями, і при цьому рухається досить швидко, щоб володіти більшою масою. Оскільки подібне відбувається дія, рідина замерзає зверху вниз. Це має важливі біологічні результати, внаслідок яких шар льоду на ставку ізолює живих істот подалі від сильного холоду. Крім того, два додаткових властивості води пов'язані з його водневими характеристиками: питомої теплоемкостьюи випаровуванням.Детальний опис структур
Перший критерій являє собою кількість, необхідна для підвищення температури 1 г речовини на 1°С. Для підвищення градусів води потрібна відносно більша частина тепла, тому що кожна молекула бере участь у численних водневих зв'язках, які повинні бути зруйновані, щоб кінетична енергія збільшувалася. До речі, велика кількість H 2 O у клітинах і тканинах всіх великих багатоклітинних організмів означає, що флуктуація температури всередині клітин зведена до мінімуму. Ця особливість має вирішальне значення, оскільки швидкість більшості біохімічних реакцій чутлива. Теплота випаровування води також значно вище, ніж у багатьох інших рідин. Для перетворення цього тіла в газ потрібна велика кількість тепла, тому що водневі зв'язки повинні бути зруйновані, щоб молекули води могли дислокуватися один від одного і увійти в цю фазу. Змінні тіла являють собою постійні диполі і можуть взаємодіяти з іншими подібними сполуками і тими, що іонізуються і розчиняються. Інші речовини, зазначені вище, можуть вступати в контакт тільки при наявності полярності. Саме таке з'єднання бере участь в будові цих елементів. Крім того, воно може вирівнюватися навколо цих частинок, утворених з електролітів, так що негативні атоми кисню молекул води орієнтовані на катіони, а позитивні іони і атоми водню, орієнтовані на аніони.В твердих речовинах утворюються, як правило, молекулярні кристалічні решітки та атомні. Тобто якщо йод побудований таким чином, що в ньому присутня I 2 у твердому діоксиду вуглецю, тобто в сухому льоді, у вузлах кристалічної решітки знаходяться молекули CO 2 . При взаємодії з подібними речовинами, іонну кристалічну решітку має лід. Графіт, наприклад, володіє атомною структурою, в основі якої вуглець, не здатний її міняти, також як і алмаз. Що відбувається, коли кристал столової солі розчиняється у воді: полярні молекули притягуються до заряджених елементів у кристалі, що призводить до утворення подібних частинок натрію та хлориду на його поверхні, в результаті ці тіла дислокуються один від одного, і він починає розчинятися. Звідси можна спостерігати, що лід має кристалічну решітку з іонним зв'язком. Кожен розчинений Na + притягує негативні кінці декількох молекул води, тоді як кожен розчинений Cl - притягує позитивні кінці. Оболонка, що оточує кожен іон, називається сферою порятунку і, зазвичай, містить кілька шарів частинок розчинника.
Кристалічна решітка сухого льоду
Кажуть, що змінні або іон, що оточені елементами, є сульфатированными. Коли розчинником виступає вода, такі частинки гідратуючи. Таким чином, будь-яка полярна молекула має тенденцію до сольватації елементами рідкого тіла. У сухого льоду тип кристалічної решітки утворює в агрегатному стані атомні зв'язку, які незмінні. Інша справа кристалічний лід (заморожена вода). Іонні органічні сполуки, такі як карбоксилазы і протонированные аміни, повинні володіти розчинністю у гідроксильної і карбонільної групи. Частинки, що містяться в таких структурах, рухаються між молекулами, причому їх полярні системи утворюють водневі зв'язку з цим тілом.Звичайно, кількість останніх зазначених груп в молекулі впливає на її розчинність, яка також залежить від реакції різних структур в елементі: наприклад, одне-, двох - і трьох вуглецеві спирти змішуються з водою, але більш великі вуглеводні з поодинокими гідроксильними сполуками набагато менше разбавляемы в рідині. Шестикутний Ih схожий за формою з атомною кристалічною решіткою. У льоду і всього природного снігу на Землі вона виглядає саме так. Про це свідчить симетрія кристалічної решітки льоду, вирощена з водяної пари (тобто сніжинок). Знаходиться в космічній групі P 63/мм 194; D 6h, класу Лауе 6/мм; аналогічний ?-, що має кратну 6-ти гвинтову вісь обертання навколо додаток до зсуву вздовж неї). Він володіє досить відкритою структурою з низькою щільністю, де ефективність низька (~ 1/3) порівняно з простими кубічними (~ 1/2) або гранецентрированными кубічними (~ 3/4) структурами. У порівнянні зі звичайним льодом, кристалічна решітка сухого льоду, пов'язана молекулами CO 2 , статична і змінюється лише при розпаді атомів.
Опис решіток і вхідних у них елементів
Кристали можна розглядати як кристалічні моделі, що складаються з листів, розташованих один над одним. Воднева зв'язок впорядковано, тоді як насправді вона випадкова, оскільки протони можуть переміщатися між молекулами води (льоду) при температурах вище приблизно 5 К. Дійсно, цілком ймовірно, що протони ведуть себе, як квантова рідина в постійному туннелированном потоці. Це посилюється розсіюванням нейтронів, що показують щільність їх розсіювання на півдорозі між атомами кисню, що вказує на локалізацію і погоджений рух. Тут спостерігається схожість льоду з атомної, молекулярної кристалічною решіткою. Молекули мають ступінчасте розташування водневої ланцюга по відношенню до трьом своїм сусідам у площині. Четвертий елемент має затмеваемое розташування водневої зв'язку. Існує невелике відхилення від ідеальної шестикутної симетрії, як елементарної комірки на 03% коротше в напрямку цього ланцюга. Всі молекули відчувають однакові молекулярні середовища. Всередині кожної "коробки" достатньо місця для утримання частинок інтерстиціальної води. Хоча це, як правило, не вважається, нещодавно вони були ефективно виявлені нейтронної дифракцією порошкоподібної кристалічною решіткою льоду.Зміна речовин
Шестикутні тіло має потрійні точки з рідкої і газоподібної водою 001 ° C, 612 Па, твердими елементами – три -21985 ° C, 2099 МПа, одинадцять і два -1998 ° C, 70 МПа, а також становила 347 ° C, 2129 МПа. Діелектрична проникність гексагонального льоду становить 975. Крива плавлення цього елемента дається МПа. Рівняння стану доступні, крім них деякі прості нерівності, що зв'язують зміну фізичних властивостей з температурою гексагонального льоду і його водних суспензій. Твердість коливається в залежності від градусів, зростаючих приблизно від або нижче гіпсу ( 24 рази). Шестикутна кристалічна решітка льоду утворює гексагональні пластини і стовпці, де верхня і нижня межі є базальними площинами {000 1} з ентальпією 557 мкДж · см -2 , а інші еквівалентні бічні називаються частинами призми {1 0 -1 0} з 594 мкДж · см -2 . Вторинні поверхні {1 1 -2 0} з 690 ?J ? см -2 можуть бути сформовані по площинах, утвореними сторонами структур. Подібну будову показує аномальне зменшення теплопровідності зі збільшенням тиску (як і кубічний, і аморфний лід низької щільності), але відрізняється від більшості кристалів. Це пов'язано зі зміною водневої зв'язку, зменшує поперечну швидкість звуку в кристалічній решітці льоду і води. Існують методи, описують, як підготувати великі зразки кристала і будь-яку бажану поверхню льоду. Передбачається, що воднева зв'язок на поверхні гексагонального досліджуваного тіла буде більш впорядкованою, ніж усередині об'ємної системи. Варіаційна спектроскопія з генерацією по частоті коливань з фазовою ґратами показала, що існує структурна асиметрія між двома верхніми шарами (L1 і L2) в підповерхневого HO ланцюга базальної поверхні гексагонального льоду. Прийняті водневі зв'язки в верхніх шарах шестикутниках (L1 O ··· HO L2) сильніше, ніж прийняті у другому шарі до верхнього накопичення (L1 OH ··· O L2). Доступні інтерактивні структури гексагонального льоду.
Особливості розвитку
Мінімальна кількість молекул води, необхідних для зародження льоду, приблизно 275 ± 25 як і для повного икосаэдрического кластера 280. Освіта відбувається з коефіцієнтом 10 10 на поверхні розділу повітря-вода, а не в об'ємній воді. Зростання кристалів льоду залежить від різних темпів зростання різних енергій. Вода повинна бути захищена від замерзання при кріо консервуванні біологічних зразків, їжі і органів. Зазвичай це досягається високими швидкостями охолодження, використанням невеликих зразків і кріо консерватора, а також збільшенням тиску для утворення зародків льоду та запобігання пошкодження клітин. Вільна енергія льоду /рідини збільшується від ~ 30 мДж/м 2 при атмосферному тиску до 40 мДж/м -2 при 200 МПа, що вказує на причину, по якій відбувається подібний ефект.Який тип кристалічної решітки характерний для льоду
У якості альтернативи вони можуть зростати швидше з поверхонь призми (S2), на випадково порушеною поверхні быстрозамороженных або схвильованих озер. Зростання від граней {1 1 -2 0}, принаймні, такий ж, але перетворює їх у підстави призми. Дані про розвиток кристала льоду були повністю досліджені. Відносні швидкості росту елементів різних граней залежать від здатності утворювати велику ступінь спільної гідратації. Температура (низька) навколишнього води визначає ступінь розгалуження в кристалі льоду. Зростання частинок обмежується швидкістю дифузії при низькій ступені переохолодження, тобто <2 ° C, что приводит к большему их количеству.
Деякі інші елементи та решітки
Розчинені речовини (за винятком дуже невеликого гелію і водню, які можуть входити в міжвузля) не можуть бути включені в структуру Ih при атмосферному тиску, але витісняються на поверхню або аморфний шар між частинками мікрокристалічного тіла. У вузлах кристалічної решітки сухого льоду знаходяться деякі інші елементи: хаотропные іони, такі як NH 4 + і Cl - , які включені в більш легке заморожування рідини, ніж інші космотропные, такі як Na + і SO 4 2 - , тому видалення їх неможливо, зважаючи на те, що вони утворюють тонку плівку з решти рідини між кристалами. Це може призвести до електричної зарядки поверхні через дисоціації поверхневої води, що врівноважувала б залишилися заряди (що також може призвести до магнітного випромінювання) і зміни рН залишкових рідких плівок, наприклад, NH 4 2 SO 4 стає більш кислим і NaCl стає більш лужним. Вони перпендикулярні гранях кристалічній решітці льоду, що показує приєднаний наступний шар (з атомами О-чорний). Їм характерна повільно зростаюча базальна поверхня {000 1}, де прикріплюються тільки ізольовані молекули води. Швидко зростаюча {1 0 -1 0} поверхню призми, де пари знову приєднаних частинок можуть зв'язуватися один з одним воднем (одна його зв'язок/дві молекули елемента). Найбільш швидко зростаюча грань {1 1 -2 0} (вторинна прізматіка), де ланцюжка знову приєднаних частинок можуть взаємодіяти один з одним водневої зв'язком. Одна її ланцюжок/молекула елемента – це форма, що утворює хребти, які ділять і заохочують перетворення в дві сторони призми.
Ентропія нульової точки
Може бути визначена, як S 0 = k B ? Ln ( N E0 ), де k B – це постійна Больцмана, N E – эточисло конфігурацій при енергії E, а E0 - найменша енергія. Це значення ентропії гексагонального льоду при нульовому кельвине не порушує третього закону термодинаміки Ентропія ідеального кристала при абсолютному нулі рівне дорівнює нулю», оскільки ці елементи і частинки не ідеальні, мають невпорядкований водневе зв'язування. В цьому тілі воднева зв'язок є випадковою і швидко змінюється. Ці структури не точно дорівнюють по енергії, а поширюються на дуже велику кількість енергетично близьких станів, підкоряються «правилами льоду». Ентропія нульової точки – це безлад, який залишався б, навіть якщо матеріал міг би бути охолоджений до абсолютного нуля (0 K = -27315 ° C). Породжує експериментальну плутанину для гексагонального льоду 341 (± 02) ? моль -1 ? K -1 . Теоретично, можна було б обчислити нульову ентропію відомих крижаних кристалів з набагато більшою точністю (нехтуючи дефектами і розкидом енергетичних рівнів), ніж визначити її експериментально.Вчені і їх праці в цій сфері
Може бути визначена, як S 0 = k B ? Ln ( N E0 ), де k B – це постійна Больцмана, N E – эточисло конфігурацій при енергії E, а E0 - найменша енергія. Це значення ентропії гексагонального льоду при нульовому кельвине не порушує третього закону термодинаміки Ентропія ідеального кристала при абсолютному нулі рівне дорівнює нулю», оскільки ці елементи і частинки не ідеальні, мають невпорядкований водневе зв'язування. В цьому тілі воднева зв'язок є випадковою і швидко змінюється. Ці структури не точно дорівнюють по енергії, а поширюються на дуже велику кількість енергетично близьких станів, підкоряються «правилами льоду». Ентропія нульової точки – це безлад, який залишався б, навіть якщо матеріал міг би бути охолоджений до абсолютного нуля (0 K = -27315 ° C). Породжує експериментальну плутанину для гексагонального льоду 341 (± 02) ? моль -1 ? K -1 . Теоретично, можна було б обчислити нульову ентропію відомих крижаних кристалів з набагато більшою точністю (нехтуючи дефектами і розкидом енергетичних рівнів), ніж визначити її експериментально.