Лёд

[barzel]

Многие из нас читали Курта Воннегута-известного социального фантаста. В очень известном романе "Колыбель для кошки" он описывает одно мрачноватое вещество лёд-девять. Что же это такое? И насколько реальна картина, которую он описал?

В романах Курта есть куча всяких физических явлений. Сказывается влияние старшего брата, который был известным физиком.

Что же такое вообще лёд, и в частности лёд-девять. Лёд--это твердая фаза воды (Н2О). Чем лёд уникален в отличии от других веществ, тем что будучи менее плотный, чем вода, может в ней плавать. Твердая фаза большинства веществ плотней своей жидкой фазы. Это и понятно. В твердой фазе молекулы намного более упорядочены. Колебаний вокруг точки равновесия меньше (температура-эквивалент интенсивности движения частиц вещества). Поэтому почти всегда твердые вещества плотней жидкостей, из которых они образовались. Отчего же при замерзании воды она резко раздувается на восемь процентов? Молекула воды состоит из двух положительно заряженных (+) атомов водорода и одного электроотрицательного атома кислорода (-). За счет некоторой электрического сдвига молекулы воды тянуться друг к другу, между ними возникает водородная связь. Можно сказать, что молекулы воды "липкие" снаружи.

Водородная связь слаба, и ее недостаточно для того, чтобы очень сильно сблизить молекулы. Поэтому молекулы остаются необычно далеко друг от друга и между ними остается пространство для создания пространственных "дыр". "Дыры" невидимы, так как по размеру они как атомы. И все же из-за этого лед получаетсяя менее плотным, чем был бы при более плотном расположении молекул. С увеличением температуры льда его молекулы колеблются и движутся еще дальше друг от друга, так что его плотность достигает минимума при 0°С. Однако при нуле молекулярные колебания достигают значений, при которых они просто уравновешивают силы притяжения между молекулами. Если тепло продолжит поступать, молекулы начнут скользить и проваливаться в дыры. По мере того как лёд тает, тенденция к уменьшению плотности из-за увеличения энергии колебания компенсируется и даже перекрывается изчезновением дыр. Дыры продолжают исчезать вплоть до температуры 4°С. При болешей температуре энергия колебания нарастает и плотность начинает падать, как ей и "положено".

Это описание обычного льда при стандартном давлении и нормальной температуре. Благодаря таким свойствам льда океаны и озера не промерзают зимой, а только покрываются коркой льда. В дальнейшем лёд служит "шубой" для воды и рыбы могут пережить зиму в придонной воде.

Ученые делят лёд на несколько видом в зависимости от условий, в которых он находится. Обычный лёд называется лёд I.Если увеличить давление, получим: лед II при температурах ниже -35°С и лед III при темп. между -35°С и -20°С. Если продолжить увеличивать давление, образуется лёд V. Льда IV не существует, это была ошибка, потом от нее отказались. Если еще больше увеличивать давление, образуется лед VI и лед VII. В то время как все другие формы льда существуют только при 0°С и ниже, лед VI и лед VII могут существовать при температуре выше 0°С, но при огромных давлениях. При давлении 2 гигапаскаля он может быть даже при температуре 100°С-температура кипения воды. Дыры в таких льдах выжаты и они плотней воды, то есть они в ней тонут. Но давления даже на дне Марианской впадины не достаточно для образования льда II, так что можно быть спокойными. А лед-II самый неприхотливый в этом плане. А лед IX чистая выдумка фантаста. И в кармане герой нем ог его держать, для это нужны громадные давления. Так что можно спать спокойно.