Kristalinių gardelių rūšys. Kristalinės gardelės Sauso ledo kristalinės gardelės mazguose yra

Chemija yra nuostabus mokslas. Tiek daug neįtikėtino galima rasti iš pažiūros įprastuose dalykuose.

Viskas, kas mus supa, visur egzistuoja keliose agregacijos būsenose: dujose, skysčiuose ir kietosiose medžiagose. Mokslininkai taip pat išskyrė 4-ąją – plazmą. Tam tikroje temperatūroje medžiaga gali pereiti iš vienos būsenos į kitą. Pavyzdžiui, vanduo: kaitinamas virš 100, iš skystos formos virsta garais. Esant žemesnei nei 0 temperatūrai, jis pereina į kitą agregato struktūrą – ledą.

Susisiekus su

Visas materialus pasaulis savo sudėtyje turi masę identiškų dalelių, kurios yra tarpusavyje susijusios. Šie mažiausi elementai yra griežtai išdėstyti erdvėje ir sudaro vadinamąjį erdvinį karkasą.

Apibrėžimas

Kristalinė gardelė – tai ypatinga kietos medžiagos struktūra, kurioje dalelės erdvėje yra geometriškai griežta tvarka. Jame galima aptikti mazgus – vietas, kuriose išsidėstę elementai: atomai, jonai ir molekulės bei tarpmazginė erdvė.

Kietosios medžiagos, priklausomai nuo aukštų ir žemų temperatūrų diapazono, yra kristaliniai arba amorfiniai – jiems būdingas specifinės lydymosi temperatūros nebuvimas. Veikiant aukštai temperatūrai, jie suminkštėja ir palaipsniui virsta skysta forma. Tokios medžiagos yra: derva, plastilinas.

Šiuo atžvilgiu jis gali būti suskirstytas į keletą tipų:

• atominis;
• joninis;
• molekulinis;
• metalo.

Tačiau esant skirtingoms temperatūroms, viena medžiaga gali turėti skirtingas formas ir pasižymėti įvairiomis savybėmis. Šis reiškinys vadinamas alotropine modifikacija.

Atominis tipas

Šio tipo vienos ar kitos medžiagos atomai yra mazguose, kurie yra sujungti kovalentiniais ryšiais. Šio tipo ryšį sudaro dviejų gretimų atomų elektronų pora. Dėl to jie sujungiami tolygiai ir griežta tvarka.

Medžiagos, turinčios atominę kristalinę gardelę, pasižymi šiomis savybėmis: stiprumu ir aukšta lydymosi temperatūra. Šio tipo jungtys yra deimantuose, silicyje ir bore..

Joninis tipas

Priešingai įkrauti jonai yra mazguose, kurie sukuria elektromagnetinį lauką, apibūdinantį fizines medžiagos savybes. Tai apims: elektros laidumą, atsparumą ugniai, tankį ir kietumą. Stalo druska ir kalio nitratas pasižymi joninėmis kristalų gardelėmis.

Nepraleiskite: ugdymo mechanizmas, atvejų analizė.

Molekulinis tipas

Tokio tipo vietose yra van der Waals jėgų sujungtų jonų. Dėl silpnų tarpmolekulinių ryšių tokioms medžiagoms, pavyzdžiui, ledui, anglies dioksidui ir parafinui, būdingas plastiškumas, elektrinis ir šilumos laidumas.

metalo tipo

Savo struktūra jis primena molekulinę, tačiau vis tiek turi stipresnius ryšius. Šio tipo skirtumas yra tas, kad teigiamai įkrauti katijonai yra jo mazguose. Elektronai, esantys intersticiniame elemente erdvę, dalyvauti formuojant elektrinį lauką. Jie taip pat vadinami elektrinėmis dujomis.

Paprastiems metalams ir lydiniams būdingas metalinės gardelės tipas. Jie pasižymi metaliniu blizgesiu, plastiškumu, šilumos ir elektros laidumu. Jie gali ištirpti esant skirtingoms temperatūroms.

O. V. Mosinas, I. Ignatovas (Bulgarija)

anotacija Negalima nuvertinti ledo svarbos palaikant gyvybę mūsų planetoje. Ledas daro didelę įtaką augalų ir gyvūnų gyvenimo sąlygoms ir gyvenimui bei įvairioms žmonių ūkinės veiklos rūšims. Vandenį dengiantis ledas dėl mažo tankio atlieka plūduriuojančio ekrano vaidmenį gamtoje, saugantis upes ir rezervuarus nuo tolesnio užšalimo ir išsaugantis povandeninių gyventojų gyvybę. Ledo panaudojimas įvairiems tikslams (sniego sulaikymas, ledo sankryžų ir izoterminių sandėlių įrengimas, saugyklų ir kasyklų ledo klojimas) yra daugelio hidrometeorologijos ir inžinerijos mokslų skyrių, tokių kaip ledo technologija, sniego technologija, inžinerija, tema. amžinojo įšalo, taip pat specialiųjų tarnybų ledo žvalgybos, ledo laužymo transporto ir sniego valytuvų veiklai. Natūralus ledas naudojamas maisto produktams, biologiniams ir medicininiams preparatams laikyti ir vėsinti, kuriems jis specialiai gaminamas ir renkamas, o tirpstantis ledas paruoštas tirpstantis vanduo liaudies medicinoje naudojamas medžiagų apykaitai gerinti ir toksinams iš organizmo šalinti. Straipsnis supažindina skaitytoją su naujomis mažai žinomomis ledo savybėmis ir modifikacijomis.

Ledas – kristalinė vandens forma, kuri, naujausiais duomenimis, turi keturiolika struktūrinių modifikacijų. Tarp jų yra ir kristalinių (natūralaus ledo), ir amorfinių (kubinio ledo) ir metastabilių modifikacijų, kurios viena nuo kitos skiriasi vandenilio ryšiais, sudarančiomis ledo kristalinę gardelę, susietų vandens molekulių tarpusavio išsidėstymu ir fizinėmis savybėmis. Visi jie, išskyrus pažįstamą natūralų ledą I h, kuris kristalizuojasi šešiakampėje gardelėje, susidaro egzotiškomis sąlygomis – esant labai žemai sauso ledo ir skysto azoto temperatūrai bei dideliam tūkstančių atmosferų slėgiui, kai susijungia vandenilinių jungčių kampai. vandens molekulėje keičiasi ir susidaro kristalinės sistemos, kurios skiriasi nuo šešiakampių. Tokios sąlygos primena kosmines sąlygas ir Žemėje neaptinkamos.

Gamtoje ledą daugiausia vaizduoja viena kristalinė atmaina, kristalizuojasi šešiakampėje gardelėje, primenančioje deimantinę struktūrą, kur kiekvieną vandens molekulę supa keturios arčiausiai jos esančios molekulės, esančios tuo pačiu atstumu nuo jos, lygios 2,76 angstremo ir esančios taisyklingo tetraedro viršūnės. Dėl mažo koordinavimo skaičiaus ledo struktūra yra tinklinė, o tai turi įtakos jo mažam tankiui, kuris yra 0,931 g/cm 3 .

Labiausiai neįprasta ledo savybė yra nuostabi išorinių apraiškų įvairovė. Turėdamas tą pačią kristalų struktūrą, jis gali atrodyti visiškai kitaip – ​​skaidrių krušos akmenų ir varveklių, purių sniego dribsnių, tankios blizgančios ledo plutos ar milžiniškų ledynų masių pavidalu. Ledas gamtoje pasitaiko žemyninio, plūduriuojančio ir požeminio ledo, taip pat sniego ir šerkšno pavidalu. Jis yra plačiai paplitęs visose žmonių gyvenamosiose srityse. Surinkus didelius kiekius, sniegas ir ledas sudaro ypatingas struktūras, kurių savybės iš esmės skiriasi nuo atskirų kristalų ar snaigių. Natūralų ledą daugiausia sudaro nuosėdinės-metamorfinės kilmės ledas, susidaręs iš kietų atmosferos kritulių dėl vėlesnio tankinimo ir perkristalizavimo. Būdingas natūralaus ledo bruožas yra granuliuotumas ir juostingumas. Granuliuotumas atsiranda dėl rekristalizacijos procesų; kiekvienas ledyninio ledo grūdelis yra netaisyklingos formos kristalas, glaudžiai besiribojantis su kitais ledo masės kristalais taip, kad vieno kristalo išsikišimai tvirtai tilptų į kito įdubimus. Toks ledas vadinamas polikristaliniu. Jame kiekvienas ledo kristalas yra ploniausių lapelių sluoksnis, persidengiantis vienas su kitu bazinėje plokštumoje, statmenai kristalo optinės ašies krypčiai.

Apskaičiuota, kad visos ledo atsargos Žemėje yra apie 30 milijonų tonų. km 3(1 lentelė). Didžioji ledo dalis telkiasi Antarktidoje, kur jo sluoksnio storis siekia 4 km. Taip pat yra įrodymų, kad saulės sistemos planetose ir kometose yra ledo. Ledas yra toks svarbus mūsų planetos klimatui ir gyvų būtybių apsigyvenimui jame, kad mokslininkai ledui paskyrė specialią aplinką – kriosferą, kurios ribos driekiasi aukštai į atmosferą ir giliai į žemės plutą.

Skirtukas. vienas. Ledo kiekis, pasiskirstymas ir tarnavimo laikas.

• Ledo rūšis; Svoris; Paskirstymo zona; Vidutinė koncentracija, g/cm2; Svorio augimo tempas, g/metus; Vidutinis gyvenimo laikas, metai
• G; %; milijonas km2; %
• Ledynai; 2,4 1022; 98,95; 16,1; 10,9 sušių; 1,48 105; 2,5 1018; 9580
• požeminis ledas; 2 1020; 0,83; 21; 14,1 sušių; 9,52 103; 6 1018; 30-75
• jūros ledas; 3,5 1019; 0,14; 26; 7,2 vandenynai; 1,34 102; 3,3 1019; 1.05
• Sniego danga; 1,0 1019; 0,04; 72,4; 14.2 Žemės; 14,5; 2 1019; 0,3-0,5
• ledkalniai; 7,6 1018; 0,03; 63,5; 18,7 vandenynas; 14,3; 1,9 1018; 4.07
• atmosferos ledas; 1,7 1018; 0,01; 510,1; 100 Žemė; 3,3 10-1; 3,9 1020; 4 10-3

Ledo kristalai yra unikalūs savo forma ir proporcijomis. Bet koks augantis natūralus kristalas, įskaitant ledo ledo kristalą, visada stengiasi sukurti idealią taisyklingą kristalinę gardelę, nes tai naudinga minimalios jo vidinės energijos požiūriu. Bet kokios priemaišos, kaip žinoma, iškreipia kristalo formą, todėl kristalizuojant vandenį į gardelę pirmiausia patenka vandens molekulės, o į skystį išstumiami svetimi atomai ir priemaišų molekulės. Ir tik tada, kai priemaišos neturi kur dingti, ledo kristalas pradeda jas statyti į savo struktūrą arba palieka tuščiavidurių kapsulių pavidalu su koncentruotu neužšąlančiu skysčiu – sūrymu. Todėl jūros ledas yra gaivus ir net nešvariausi vandens telkiniai yra padengti skaidriu ir švariu ledu. Kai ledas tirpsta, jis išstumia nešvarumus į sūrymą. Planetiniu mastu vandens užšalimo ir atitirpimo reiškinys kartu su vandens garavimu ir kondensacija atlieka milžiniško valymo proceso, kurio metu vanduo Žemėje nuolat valosi, vaidmenį.

Skirtukas. 2. Kai kurios fizinės ledo savybės I.

Nuosavybė

Reikšmė

Pastaba

Šiluminė talpa, cal/(g °C) Lydymosi šiluma, cal/g Garavimo šiluma, cal/g

0,51 (0 °C) 79,69 677

Stipriai mažėja mažėjant temperatūrai

Šiluminio plėtimosi koeficientas, 1/°C

9,1 10-5 (0 °C)

Polikristalinis ledas

Šilumos laidumas, cal/(cm sek °C)

4,99 10 -3

Polikristalinis ledas

Lūžio rodiklis:

1,309 (-3°C)

Polikristalinis ledas

Savitasis elektros laidumas, om-1 cm-1

10-9 (0°C)

Tariama aktyvavimo energija 11 kcal/mol

Paviršinis elektrinis laidumas, om-1

10-10 (-11°C)

Tariama aktyvavimo energija 32 kcal/mol

Youngo tamprumo modulis, dyne/cm2

9 1010 (-5 °C)

Polikristalinis ledas

Atsparumas, MN/m2: gniuždymo plyšimas

2,5 1,11 0,57

polikristalinis ledas polikristalinis ledas polikristalinis ledas

Dinaminis klampumas, pusiausvyra

Polikristalinis ledas

Aktyvacijos energija deformacijos ir mechaninio atsipalaidavimo metu, kcal/mol

Tiesiškai didėja 0,0361 kcal/(mol °C) nuo 0 iki 273,16 K

Pastaba: 1 cal/(g °C)=4,186 kJ/(kg K); 1 omas -1 cm -1 \u003d 100 sim / m; 1 dina = 10–5 N ; 1 N = 1 kg m/s²; 1 dinas/cm=10-7 N/m; 1 cal / (cm sek ° C) \u003d 418,68 W / (m K); 1 poise \u003d g / cm s \u003d 10 -1 N sek / m 2.

Dėl plataus ledo paplitimo Žemėje, ledo fizikinių savybių skirtumas (2 lentelė) nuo kitų medžiagų savybių vaidina svarbų vaidmenį daugelyje gamtos procesų. Ledas turi daug kitų gyvybę palaikančių savybių ir anomalijų – tankio, slėgio, tūrio ir šilumos laidumo anomalijų. Jei nebūtų vandenilio jungčių, jungiančių vandens molekules į kristalą, ledas ištirptų -90 °C temperatūroje. Bet tai neįvyksta dėl vandenilio ryšių tarp vandens molekulių. Dėl mažesnio nei vandens tankio ledas vandens paviršiuje sudaro plūduriuojančią dangą, kuri apsaugo upes ir rezervuarus nuo dugno užšalimo, nes jo šilumos laidumas yra daug mažesnis nei vandens. Tuo pačiu metu mažiausias tankis ir tūris stebimas esant +3,98 °C (1 pav.). Tolesnis vandens aušinimas iki 0 0 C laipsniškai lemia ne jo tūrio sumažėjimą, o padidėjimą beveik 10%, kai vanduo virsta ledu. Toks vandens elgesys rodo, kad vandenyje vienu metu egzistuoja dvi pusiausvyros fazės – skystoji ir kvazikristalinė, pagal analogiją su kvazikristalais, kurių kristalinė gardelė ne tik turi periodinę struktūrą, bet ir turi skirtingos eilės simetrijos ašis. kurių egzistavimas anksčiau prieštaravo kristalografų idėjoms. Ši teorija, kurią pirmą kartą iškėlė žinomas šalies teorinis fizikas Ya. I. Frenkelis, remiasi prielaida, kad kai kurios skysčio molekulės sudaro beveik kristalinę struktūrą, o likusios molekulės yra panašios į dujas. juda per garsumą. Molekulių pasiskirstymas nedidelėje bet kurios fiksuotos vandens molekulės kaimynystėje turi tam tikrą tvarką, šiek tiek primenančią kristalinę, nors ir laisvesnę. Dėl šios priežasties vandens struktūra kartais vadinama kvazikristaline arba panašia į kristalą, t.

Ryžiai. vienas. Ledo ir vandens specifinio tūrio priklausomybė nuo temperatūros

Kita savybė yra ta, kad ledo tėkmės greitis yra tiesiogiai proporcingas aktyvacijos energijai ir atvirkščiai proporcingas absoliučiai temperatūrai, todėl temperatūrai mažėjant ledas savo savybėmis priartėja prie absoliučiai kieto kūno. Vidutiniškai esant temperatūrai, artimai tirpimui, ledo takumas yra 10 6 kartus didesnis nei uolienų. Ledas dėl savo takumo nesikaupia vienoje vietoje, o nuolat juda ledynų pavidalu. Ryšys tarp srauto greičio ir įtempių polikristaliniame lede yra hiperbolinis; apytiksliai apibūdinant jį galios lygtimi, rodiklis didėja didėjant įtampai.

Matomos šviesos ledas praktiškai nesugeria, nes šviesos spinduliai praeina pro ledo kristalą, tačiau blokuoja ultravioletinę spinduliuotę ir didžiąją dalį Saulės infraraudonosios spinduliuotės. Šiose spektro srityse ledas atrodo visiškai juodas, nes šviesos sugerties koeficientas šiose spektro srityse yra labai didelis. Skirtingai nuo ledo kristalų, balta šviesa, krintanti ant sniego, nėra sugeriama, o daug kartų lūžta ledo kristaluose ir atsispindi nuo jų veidų. Štai kodėl sniegas atrodo baltas.

Dėl itin didelio ledo (0,45) ir sniego (iki 0,95) atspindžio koeficiento jais per metus vidutiniškai tenka apie 72 mln. km 2 abiejų pusrutulių aukštosiose ir vidutinėse platumose saulės šilumos gauna 65% mažiau nei įprasta ir yra galingas žemės paviršiaus aušinimo šaltinis, kuris iš esmės lemia šiuolaikinį platumos klimato zoniškumą. Vasarą poliariniuose regionuose saulės spinduliuotė yra didesnė nei pusiaujo juostoje, nepaisant to, temperatūra išlieka žema, nes nemaža dalis sugertos šilumos išleidžiama tirpstančiam ledui, kurio tirpimo šiluma yra labai didelė.

Kitos neįprastos ledo savybės yra elektromagnetinės spinduliuotės generavimas dėl augančių kristalų. Yra žinoma, kad dauguma vandenyje ištirpusių priemaišų nepersikelia į ledą, kai jis pradeda augti; jie sustingsta. Todėl net ant nešvariausios balos ledo plėvelė yra švari ir skaidri. Šiuo atveju prie kietos ir skystos terpės ribos kaupiasi priemaišos dviejų skirtingų ženklų elektros krūvių sluoksnių pavidalu, kurie sukelia didelį potencialų skirtumą. Įkrautas priemaišų sluoksnis juda kartu su apatine jauno ledo riba ir spinduliuoja elektromagnetines bangas. Dėl šios priežasties kristalizacijos procesą galima stebėti išsamiai. Taigi kristalas, augantis į ilgį adatos pavidalu, spinduliuoja kitaip nei padengtas šoniniais procesais, o augančių grūdelių spinduliavimas skiriasi nuo to, kuris atsiranda kristalams trūkinėjant. Iš spinduliavimo impulsų formos, sekos, dažnio ir amplitudės galima nustatyti, kaip greitai ledas užšąla ir kokia ledo struktūra susidaro.

Tačiau labiausiai stebina ledo sandara, kad vandens molekulės esant žemai temperatūrai ir aukštam slėgiui anglies nanovamzdelių viduje gali kristalizuotis dvigubos spiralės pavidalu, primenančios DNR molekules. Tai įrodė naujausi kompiuteriniai eksperimentai, kuriuos atliko amerikiečių mokslininkai, vadovaujami Xiao Cheng Zeng iš Nebraskos universiteto (JAV). Kad vanduo imituojamo eksperimento metu susidarytų spiralę, jis buvo patalpintas į nanovamzdelius, kurių skersmuo 1,35–1,90 nm, esant aukštam slėgiui, svyruojančiam nuo 10 iki 40 000 atmosferų, ir nustatyta –23 °C temperatūra. Tikėtasi, kad vanduo visais atvejais sudaro ploną vamzdinę struktūrą. Tačiau modelis parodė, kad esant 1,35 nm nanovamzdelio skersmeniui ir esant 40 000 atmosferų išoriniam slėgiui, vandenilio ryšiai ledo struktūroje buvo sulinkę, todėl susidarė dvisienė spiralė – vidinė ir išorinė. Tokiomis sąlygomis vidinė sienelė pasirodė susisukusi į keturgubą spiralę, o išorinę sieną sudarė keturios dvigubos spiralės, panašios į DNR molekulę (2 pav.). Šis faktas gali patvirtinti ryšį tarp gyvybiškai svarbios DNR molekulės struktūros ir pačios vandens struktūros, o vanduo tarnavo kaip DNR molekulių sintezės matrica.

Ryžiai. 2. Kompiuterinis sušalusio vandens nanovamzdiuose struktūros modelis, panašus į DNR molekulę (Nuotrauka iš „New Scientist“, 2006 m.)

Dar viena iš svarbiausių neseniai atrastų vandens savybių yra ta, kad vanduo turi galimybę atsiminti informaciją apie praeitį. Tai pirmasis įrodė japonų tyrinėtojas Masaru Emoto ir mūsų tautietis Stanislavas Zeninas, vienas pirmųjų pasiūlęs vandens sandaros klasterių teoriją, susidedančią iš tūrinės daugiakampės struktūros ciklinių junginių – bendrosios formulės (H) sankaupų. 2 O) n, kur n, naujausiais duomenimis, gali siekti šimtus ir net tūkstančius vienetų. Būtent dėl ​​vandenyje esančių sankaupų vanduo turi informacinių savybių. Tyrėjai fotografavo vandens užšalimo į ledo mikrokristalus procesus, veikiantį jį įvairiais elektromagnetiniais ir akustiniais laukais, melodijomis, malda, žodžiais ar mintimis. Paaiškėjo, kad veikiamas teigiamos informacijos gražių melodijų ir žodžių pavidalu, ledas sustingo į simetriškus šešiakampius kristalus. Ten, kur skambėjo neritmiška muzika, pikti ir įžeidžiantys žodžiai, vanduo, priešingai, sustingo į chaotiškus ir beformius kristalus. Tai yra įrodymas, kad vanduo turi ypatingą struktūrą, jautrią išorinei informacijos įtakai. Manoma, kad žmogaus smegenys, kurias sudaro 85–90% vandens, turi stiprų vandens struktūrą.

Emoto kristalai kelia ir susidomėjimą, ir nepakankamai pagrįstą kritiką. Atidžiai pažvelgę ​​į juos, pamatysite, kad jų struktūra susideda iš šešių viršūnių. Tačiau dar kruopštesnė analizė rodo, kad snaigės žiemą yra vienodos struktūros, visada simetriškos ir su šešiomis viršūnėmis. Kiek kristalizuotose struktūrose yra informacijos apie aplinką, kurioje jos buvo sukurtos? Snaigių struktūra gali būti graži arba beformė. Tai rodo, kad kontrolinis mėginys (debesis atmosferoje), kur jie atsiranda, daro jiems tokį patį poveikį kaip ir pradinės sąlygos. Pradinės sąlygos yra saulės aktyvumas, temperatūra, geofiziniai laukai, drėgmė ir tt Visa tai reiškia, kad iš vadinamųjų. Vidutinis ansamblis, galime daryti išvadą, kad vandens lašų, ​​o vėliau ir snaigių struktūra yra maždaug tokia pati. Jų masė yra beveik tokia pati, o atmosfera jie juda panašiu greičiu. Atmosferoje jie toliau formuoja savo struktūras ir didina tūrį. Net jei jie susiformavo skirtingose ​​debesies dalyse, toje pačioje grupėje visada yra tam tikras skaičius snaigių, kurios atsirado beveik tomis pačiomis sąlygomis. O atsakymą į klausimą, kas yra teigiama ir neigiama informacija apie snaiges, galima rasti Emoto. Laboratorinėmis sąlygomis neigiama informacija (žemės drebėjimas, žmogui nepalankios garso vibracijos ir kt.) formuojasi ne kristalais, o teigiama informacija, kaip tik atvirkščiai. Labai įdomu, kiek vienas veiksnys gali suformuoti tokias pačias ar panašias snaigių struktūras. Didžiausias vandens tankis stebimas esant 4 °C temperatūrai. Moksliškai įrodyta, kad vandens tankis mažėja, kai temperatūrai nukritus žemiau nulio pradeda formuotis šešiakampiai ledo kristalai. Tai yra vandenilio ryšių tarp vandens molekulių veikimo rezultatas.

Kokia šio struktūrizavimo priežastis? Kristalai yra kietos medžiagos, o juos sudarantys atomai, molekulės ar jonai yra išsidėstę taisyklinga, pasikartojančia struktūra, trimis erdviniais matmenimis. Vandens kristalų struktūra šiek tiek skiriasi. Anot Izaoko, tik 10% ledo vandenilio ryšių yra kovalentiniai, t.y. su gana stabilia informacija. Vandeniliniai ryšiai tarp vienos vandens molekulės deguonies ir kitos vandenilio yra jautriausi išorės poveikiui. Vandens spektras kristalų susidarymo metu yra gana skirtingas laike. Pagal Antonovo ir Juskeselijevo įrodytą vandens lašo diskretiško garavimo efektą ir jo priklausomybę nuo vandenilinių jungčių energetinių būsenų galime ieškoti atsakymo apie kristalų sandarą. Kiekviena spektro dalis priklauso nuo vandens lašelių paviršiaus įtempimo. Spektre yra šešios smailės, kurios rodo snaigės pasekmes.

Akivaizdu, kad Emoto eksperimentuose pradinis „kontrolinis“ mėginys turi įtakos kristalų išvaizdai. Tai reiškia, kad po tam tikro veiksnio poveikio galima tikėtis tokių kristalų susidarymo. Beveik neįmanoma gauti vienodų kristalų. Tikrindamas žodžio „meilė“ poveikį vandeniui, Emoto aiškiai nenurodo, ar šis eksperimentas buvo atliktas su skirtingais mėginiais.

Norint patikrinti, ar Emoto technika pakankamai skiriasi, reikia dvigubai aklų eksperimentų. Izaoko įrodymas, kad 10% vandens molekulių sudaro kovalentinius ryšius po užšalimo, rodo, kad vanduo naudoja šią informaciją, kai užšąla. Emoto pasiekimas, net ir be dvigubai aklų eksperimentų, išlieka gana svarbus, atsižvelgiant į vandens informacines savybes.

Natūrali snaigė, Wilsonas Bentley, 1925 m

Emoto snaigė, gauta iš natūralaus vandens

Viena snaigė yra natūrali, o kita sukurta Emoto, tai rodo, kad vandens spektro įvairovė nėra beribė.

Žemės drebėjimas, Sofija, 4,0 Richterio skalė, 2008 m. lapkričio 15 d.
Dr. Ignatovas, 2008©, Prof. Antonovo prietaisas ©

Šis skaičius rodo skirtumą tarp kontrolinio mėginio ir paimtų kitomis dienomis. Vandens molekulės nutraukia energingiausius vandenilio ryšius vandenyje, taip pat du spektro smailes gamtos reiškinio metu. Tyrimas atliktas naudojant Antonovo aparatą. Biofizinis rezultatas rodo kūno gyvybingumo sumažėjimą žemės drebėjimo metu. Žemės drebėjimo metu vanduo negali pakeisti savo struktūros snaigėse Emoto laboratorijoje. Yra įrodymų, kad žemės drebėjimo metu pasikeitė vandens elektrinis laidumas.

1963 metais Tanzanijos moksleivis Erasto Mpemba pastebėjo, kad karštas vanduo užšąla greičiau nei šaltas. Šis reiškinys vadinamas Mpemba efektu. Nors unikalią vandens savybę daug anksčiau pastebėjo Aristotelis, Francis Baconas ir Renė Dekartas. Šis reiškinys buvo daug kartų įrodytas daugybe nepriklausomų eksperimentų. Vanduo turi dar vieną keistą savybę. Mano nuomone, tai paaiškinama taip: virinto vandens diferencinis nepusiausvyros energijos spektras (DNES) turi mažesnę vidutinę vandenilio jungčių tarp vandens molekulių energiją nei mėginys, paimtas kambario temperatūroje. Tai reiškia, kad virintam vandeniui reikia mažiau energijos. kad pradėtų struktūrizuoti kristalus ir užšalti.

Raktas į ledo struktūrą ir jo savybes slypi jo kristalo struktūroje. Visų ledo modifikacijų kristalai yra pastatyti iš vandens molekulių H 2 O, sujungtų vandeniliniais ryšiais į trimačius tinklinius rėmus su tam tikru vandenilinių ryšių išdėstymu. Vandens molekulę galima tiesiog įsivaizduoti kaip tetraedrą (piramidę su trikampiu pagrindu). Jo centre yra deguonies atomas, kuris yra sp 3 hibridizacijos būsenoje, o dviejose viršūnėse yra vandenilio atomas, kurio vienas iš 1s elektronų dalyvauja formuojant kovalentinį H-O ryšį su deguonimi. Dvi likusias viršūnes užima nesuporuotų deguonies elektronų poros, kurios nedalyvauja formuojant molekulinius ryšius, todėl jos vadinamos vienišomis. Erdvinė H 2 O molekulės forma paaiškinama vandenilio atomų ir centrinio deguonies atomo vienišų elektronų porų tarpusavio atstūmimu.

Vandenilio jungtis yra svarbi tarpmolekulinės sąveikos chemijoje ir ją lemia silpnos elektrostatinės jėgos ir donoro-akceptoriaus sąveika. Jis atsiranda, kai vienos vandens molekulės vandenilio atomas, kuriam trūksta elektronų, sąveikauja su gretimos vandens molekulės (О-Н…О) deguonies atomo vieniša elektronų pora. Išskirtinis vandenilinės jungties bruožas yra palyginti mažas stiprumas; jis 5-10 kartų silpnesnis už cheminį kovalentinį ryšį. Kalbant apie energiją, vandenilinė jungtis užima tarpinę padėtį tarp cheminės jungties ir van der Waals sąveikos, kuri molekules laiko kietoje arba skystoje fazėje. Kiekviena vandens molekulė ledo kristale vienu metu gali sudaryti keturis vandenilinius ryšius su kitomis kaimyninėmis molekulėmis griežtai nustatytais kampais, lygiais 109 ° 47 ", nukreiptais į tetraedro viršūnes, kurios neleidžia susidaryti tankiai struktūrai, kai vanduo užšąla (1 pav.). . 3). I, Ic, VII ir VIII ledo struktūrose šis tetraedras yra taisyklingas. II, III, V ir VI ledo struktūrose tetraedrai pastebimai iškrypę. VI, VII ir VIII ledo struktūrose du Galima išskirti vienas kitą kertančias vandenilinių ryšių sistemas.Šis nematomas vandenilio jungčių karkasas sutvarko vandens molekules tinklelio pavidalu, kurios struktūra primena šešiakampį korio pavidalą su tuščiaviduriais vidiniais kanalais.Jei ledas kaitinamas, tinklelio struktūra sunaikinama: vanduo molekulės pradeda kristi į tinklelio tuštumas, todėl skysčio struktūra tampa tankesnė – tai paaiškina, kodėl vanduo yra sunkesnis už ledą.

Ryžiai. 3. Vandenilio jungties susidarymas tarp keturių H 2 O molekulių (raudoni rutuliukai žymi centrinius deguonies atomus, balti rutuliukai – vandenilio atomus)

Vandenilio jungčių ir tarpmolekulinių sąveikų specifiškumas, būdingas ledo struktūrai, išsaugomas tirpstančiame vandenyje, nes tirpstant ledo kristalui sunaikinama tik 15% visų vandenilio jungčių. Todėl ryšys, būdingas ledui tarp kiekvienos vandens molekulės ir keturių jos kaimynų ("trumpo diapazono tvarka"), nėra pažeistas, nors deguonies karkaso gardelė yra labiau išsklaidyta. Vandeniliniai ryšiai taip pat gali likti verdant vandeniui. Vandenilinių jungčių nėra tik vandens garuose.

Ledas, kuris susidaro esant atmosferos slėgiui ir tirpsta 0 ° C temperatūroje, yra labiausiai žinoma, bet vis dar ne visiškai suprantama medžiaga. Daug savo struktūros ir savybių atrodo neįprastai. Ledo kristalinės gardelės mazguose vandens molekulių tetraedrų deguonies atomai išsidėstę tvarkingai, sudarydami taisyklingus šešiakampius, kaip šešiakampį korį, o vandenilio atomai užima įvairias pozicijas ant vandenilio ryšių, jungiančių deguonies atomus ( 4 pav.). Todėl yra šešios lygiavertės vandens molekulių orientacijos, palyginti su jų kaimynais. Kai kurie iš jų neįtraukiami, nes dviejų protonų buvimas ant tos pačios vandenilio jungties tuo pačiu metu yra mažai tikėtinas, tačiau vandens molekulių orientacija išlieka pakankamai neapibrėžta. Toks atomų elgesys yra netipiškas, nes kietoje medžiagoje visi atomai paklūsta tam pačiam dėsniui: arba jie yra tvarkingai išsidėstę atomai, ir tada tai yra kristalas, arba atsitiktinai, o tada amorfinė medžiaga. Tokią neįprastą struktūrą galima realizuoti daugumoje ledo modifikacijų – Ih, III, V, VI ir VII (ir, matyt, Ic) (3 lentelė), o II, VIII ir IX ledo struktūroje – vanduo. molekulės yra išdėstytos orientacine tvarka. J. Bernalio teigimu, ledas deguonies atomų atžvilgiu yra kristalinis, o vandenilio atomų atžvilgiu – stiklinis.

Ryžiai. 4. Natūralios šešiakampės konfigūracijos ledo struktūra I h

Kitomis sąlygomis, pavyzdžiui, erdvėje esant aukštam slėgiui ir žemai temperatūrai, ledas kristalizuojasi skirtingai, sudarydamas kitas kristalines gardeles ir modifikacijas (kubines, trigonalines, tetragonines, monoklines ir kt.), kurių kiekviena turi savo struktūrą ir kristalinę gardelę ( 3 lentelė). Įvairių modifikacijų ledo struktūras apskaičiavo Rusijos mokslininkai, chemijos mokslų daktaras. G.G. Malenkovas ir dr. E.A. Zheligovskaya iš Fizikinės chemijos ir elektrochemijos instituto. A.N. Frumkinas iš Rusijos mokslų akademijos. Ledo modifikacijos II, III ir V ilgą laiką išlieka esant atmosferos slėgiui, jei temperatūra neviršija -170 °C (5 pav.). Atvėsęs iki maždaug -150 °C, natūralus ledas virsta kubiniu ledu Ic, susidedančiu iš kelių nanometrų dydžio kubelių ir oktaedrų. Ledas I c kartais atsiranda ir vandeniui užšalus kapiliaruose, o tai, matyt, palengvina vandens sąveika su sienelės medžiaga ir jos struktūros pasikartojimas. Jei temperatūra šiek tiek aukštesnė nei -110 0 C, ant metalinio pagrindo susidaro tankesnio ir sunkesnio stiklinio amorfinio ledo kristalai, kurių tankis 0,93 g/cm 3. Abi šios ledo formos gali spontaniškai virsti šešiakampiu ledu ir kuo greičiau, tuo aukštesnė temperatūra.

Skirtukas. 3. Kai kurios ledo modifikacijos ir jų fiziniai parametrai.

Modifikacija

Kristalinė struktūra

Vandenilinio ryšio ilgiai, Å

H-O-H kampai tetraedruose, 0

Šešiakampis

kub

Trigonalis

tetragonalinis

Monoklinika

tetragonalinis

kub

kub

tetragonalinis

Pastaba. 1 Å = 10 -10 m

Ryžiai. penkios. Įvairių modifikacijų kristalinių ledų būsenos diagrama.

Taip pat yra aukšto slėgio ledų – II ir III trigonalinių ir tetragoninių modifikacijų, susidarančių iš tuščiavidurių akrų, suformuotų šešiakampiais banguotais elementais, pasislinkusiais vienas kito atžvilgiu trečdaliu (6 pav. ir 7 pav.). Šie ledai stabilizuojami esant tauriosioms dujoms helio ir argono. Monoklininės modifikacijos ledo V struktūroje kampai tarp gretimų deguonies atomų svyruoja nuo 860 iki 132°, o tai labai skiriasi nuo ryšio kampo vandens molekulėje, kuris yra 105°47'. Tetragoninės modifikacijos ledas VI susideda iš dviejų vienas į kitą įterptų rėmų, tarp kurių nėra vandenilinių jungčių, dėl to susidaro į kūną orientuota kristalinė gardelė (8 pav.). Ledo VI struktūra paremta heksamerais – šešių vandens molekulių blokais. Jų konfigūracija tiksliai pakartoja stabilaus vandens klasterio struktūrą, kurią pateikia skaičiavimai. Kubinės modifikacijos VII ir VIII ledai, kurie yra žemoje temperatūroje sutvarkytos VII ledo formos, turi panašią struktūrą su I ledo karkasais, įterptais vienas į kitą. Vėliau padidėjus slėgiui, atstumas tarp deguonies atomų VII ir VIII ledų kristalinėse gardelėse sumažės, todėl susidaro ledo X struktūra, kurioje deguonies atomai išsidėstę taisyklingoje gardelėje, ir protonai yra sutvarkyti.

Ryžiai. 7. III konfigūracijos ledas.

Ledas XI susidaro giliai aušinant ledą I h pridedant šarmo, žemesnės nei 72 K esant normaliam slėgiui. Tokiomis sąlygomis susidaro hidroksilo kristalų defektai, leidžiantys augančiam ledo kristalui pakeisti savo struktūrą. Ledas XI turi rombinę kristalinę gardelę su tvarkingu protonų išsidėstymu ir susidaro vienu metu daugelyje kristalizacijos centrų šalia kristalo hidroksilo defektų.

Ryžiai. 8. Ice VI konfigūracija.

Tarp ledų taip pat yra metastabilios formos IV ir XII, kurių gyvenimo trukmė yra sekundės, kurios turi gražiausią struktūrą (9 pav. ir 10 pav.). Norint gauti metastabilų ledą, reikia suspausti ledą I h iki 1,8 GPa slėgio esant skysto azoto temperatūrai. Šie ledai susidaro daug lengviau ir yra ypač stabilūs, kai per aušinamas sunkusis vanduo yra veikiamas spaudimo. Kita metastabili modifikacija, ledas IX, susidaro peršaldant III ledą ir iš esmės yra jo žemos temperatūros forma.

Ryžiai. devynios. Ledo IV konfigūracija.

Ryžiai. 10. Ledo XII konfigūracija.

Paskutines dvi ledo modifikacijas – su monoklinikine XIII ir rombine konfigūracija XIV mokslininkai iš Oksfordo (Didžioji Britanija) atrado visai neseniai – 2006 m. Prielaidą, kad turėtų egzistuoti ledo kristalai su monoklininėmis ir rombinėmis gardelėmis, buvo sunku patvirtinti: -160 °C temperatūros vandens klampumas yra labai didelis, o gryno peraušinto vandens molekulėms sunku susijungti tokiu kiekiu. kad susidaro kristalinis branduolys. Tai buvo pasiekta naudojant katalizatorių – druskos rūgštį, kuri padidino vandens molekulių judrumą esant žemai temperatūrai. Žemėje tokios ledo modifikacijos negali susidaryti, tačiau jos gali egzistuoti erdvėje ant atvėsusių planetų ir užšalusių palydovų bei kometų. Taigi Jupiterio ir Saturno palydovų paviršiaus tankio ir šilumos srautų apskaičiavimas leidžia teigti, kad Ganymede ir Callisto turėtų turėti ledo apvalkalą, kuriame pakaitomis keistųsi I, III, V ir VI ledai. Titane ledas sudaro ne plutą, o mantiją, kurios vidinį sluoksnį sudaro ledas VI, kiti aukšto slėgio ledai ir klatrato hidratai, o viršuje yra ledas I h.

Ryžiai. vienuolika. Snaigių įvairovė ir forma gamtoje

Aukštai Žemės atmosferoje esant žemai temperatūrai vanduo kristalizuojasi iš tetraedrų, sudarydamas šešiakampį ledą I h. Ledo kristalų susidarymo centras – kietos dulkių dalelės, kurias vėjas iškelia į viršutinius atmosferos sluoksnius. Aplink šį embrioninį ledo mikrokristalą šešiomis simetriškomis kryptimis auga adatos, suformuotos atskirų vandens molekulių, ant kurių auga šoniniai procesai – dendritai. Oro temperatūra ir drėgmė aplink snaigę yra vienodi, todėl iš pradžių ji yra simetriškos formos. Kai susidaro snaigės, jos palaipsniui grimzta į apatinius atmosferos sluoksnius, kur temperatūra yra aukštesnė. Čia vyksta tirpimas ir iškreipiama jų ideali geometrinė forma, susidaro įvairios snaigės (11 pav.).

Toliau tirpstant, sunaikinama šešiakampė ledo struktūra ir susidaro klasterių ciklinių asocijuotų junginių mišinys, taip pat iš vandens tri-, tetra-, penta-, heksamerų (12 pav.) ir laisvųjų vandens molekulių. Gautų klasterių sandaros tyrimas dažnai būna labai sunkus, nes, remiantis šiuolaikiniais duomenimis, vanduo yra įvairių neutralių klasterių (H 2 O) n ir jų įkrautų klasterių jonų [H 2 O] + n ir [H] mišinys. 2 O] - n, kurie yra dinaminėje pusiausvyroje tarp kurių tarnavimo laikas yra 10 -11 -10 -12 sekundžių.

Ryžiai. 12. Galimi vandens klasteriai (a-h) sudėties (H 2 O) n, kur n = 5-20.

Klasteriai gali sąveikauti vienas su kitu dėl išsikišusių vandenilinių jungčių paviršių, sudarydamos sudėtingesnes daugiakampes struktūras, tokias kaip šešiaedras, oktaedras, ikosaedras ir dodekaedras. Taigi vandens sandara siejama su vadinamosiomis platoniškomis kietosiomis medžiagomis (tetraedras, šešiaedras, oktaedras, ikosaedras ir dodekaedras), pavadintomis juos atradusio senovės graikų filosofo ir geometro Platono vardu, kurių formą lemia aukso pjūvis. (13 pav.).

Ryžiai. 13. Platoniški kietieji kūnai, kurių geometrinę formą lemia aukso pjūvis.

Viršūnių (B), paviršių (G) ir briaunų (P) skaičius bet kuriame erdviniame daugiakampyje apibūdinamas ryšiu:

C + D = P + 2

Taisyklingo daugiakampio viršūnių skaičiaus (B) ir vienos jo briaunos kraštinių skaičiaus (P) santykis yra lygus to paties daugiakampio paviršių skaičiaus (G) ir briaunų skaičiaus santykiui ( P) išeinantis iš vienos iš jos viršūnių. Tetraedrui šis santykis yra 4:3, šešiaedrui (6 veidai) ir oktaedrui (8 veidų) - 2:1, o dodekaedrui (12 veidų) ir ikosaedrui (20 veidų) - 4:1.

Rusijos mokslininkų apskaičiuotos daugiakampių vandens spiečių struktūros buvo patvirtintos šiuolaikiniais analizės metodais: protonų magnetinio rezonanso spektroskopija, femtosekundine lazerine spektroskopija, rentgeno ir neutronų difrakcija ant vandens kristalų. Vandens sankaupų atradimas ir vandens gebėjimas kaupti informaciją yra du svarbiausi XXI tūkstantmečio atradimai. Tai aiškiai įrodo, kad gamtai būdinga ledo kristalams būdinga tikslių geometrinių formų ir proporcijų simetrija.

LITERATŪRA.

1. Belyanin V., Romanova E. Gyvybė, vandens molekulė ir aukso pjūvis // Mokslas ir gyvenimas, 2004, t. 10, nr. 3, p. 23-34.

2. Shumsky P. A., Struktūrinio ledo mokslo pagrindai. - Maskva, 1955b p. 113.

3. Mosin O.V., Ignatovas I. Vandens kaip gyvybės substancijos suvokimas. // Sąmonė ir fizinė tikrovė. 2011, T 16, Nr. 12, p. 9-22.

4. Petrjanovas I. V. Pati neįprasčiausia substancija pasaulyje.Maskva, Pedagogika, 1981, p. 51-53.

5 Eisenberg D, Kautsman V. Vandens sandara ir savybės. - Leningradas, Gidrometeoizdat, 1975, p. 431.

6. Kulsky L. A., Dal V. V., Lenchina L. G. Vanduo pažįstamas ir paslaptingas. - Kijevas, Rodjansko mokykla, 1982, p. 62-64.

7. G. N. Zatsepina, Vandens sandara ir savybės. – Maskva, red. Maskvos valstybinis universitetas, 1974, p. 125.

8. Antonchenko V. Ya., Davydov N. S., Ilyin V. V. Vandens fizikos pagrindai - Kijevas, Naukova Dumka, 1991, p. 167.

9. Simonitas T. Anglies nanovamzdelių viduje „matomas“ į DNR panašus ledas // New Scientist, V. 12, 2006.

10. Emoto M. Vandens pranešimai. Slapti ledo kristalų kodai. - Sofija, 2006. p. 96.

11. S. V. Zeninas ir B. V. Tyaglovas, Hidrofobinės sąveikos prigimtis. Orientacinių laukų atsiradimas vandeniniuose tirpaluose // Fizikinės chemijos žurnalas, 1994, V. 68, Nr. 3, p. 500-503.

12. Pimentel J., McClellan O. Vandenilio jungtis – Maskva, Nauka, 1964, p. 84-85.

13. Bernal J., Fowler R. Vandens ir joninių tirpalų struktūra // Uspekhi fizicheskikh nauk, 1934, t. 14, Nr. 5, p. 587-644.

14. Hobza P., Zahradnik R. Tarpmolekuliniai kompleksai: Van der Waals sistemų vaidmuo fizikinėje chemijoje ir biodisciplinose. - Maskva, Mir, 1989, p. 34-36.

15. E. R. Pounder, Physics of Ice, vert. iš anglų kalbos. - Maskva, 1967, p. 89.

16. Komarovas S. M. Aukšto slėgio ledo modeliai. // Chemija ir gyvenimas, 2007, Nr. 2, p. 48-51.

17. E. A. Želigovskaja ir G. G. Malenkovas. Kristalinis ledas // Uspekhi khimii, 2006, Nr. 75, p. 64.

18. Fletcher N. H. Cheminė ledo fizika, Cambreage, 1970 m.

19. Nemukhin A. V. Klasterių įvairovė // Russian Chemical Journal, 1996, t. 40, Nr. 2, p. 48-56.

20. Mosin O.V., Ignatovas I. Vandens struktūra ir fizinė tikrovė. // Sąmonė ir fizinė tikrovė, 2011, t. 16, nr. 9, p. 16-32.

21. Ignatovas I. Bioenergetinė medicina. Gyvosios medžiagos kilmė, vandens atmintis, biorezonansas, biofiziniai laukai. - GaiaLibris, Sofija, 2006, p. 93.

Skysto vandens trimatę būseną sunku ištirti, tačiau daug sužinota analizuojant ledo kristalų struktūrą. Keturi gretimi su vandeniliu sąveikaujantys deguonies atomai užima tetraedro viršūnes (tetra = keturi, edronas = plokštuma). Apskaičiuota, kad vidutinė energija, reikalinga tokiam ryšiui leduose nutraukti, yra 23 kJ/mol -1.

Vandens molekulių gebėjimas sudaryti tam tikrą vandenilio grandinių skaičių, taip pat nurodytas stiprumas sukuria neįprastai aukštą lydymosi temperatūrą. Kai tirpsta, jį sulaiko skystas vanduo, kurio struktūra netaisyklinga. Dauguma vandenilio jungčių yra iškraipytos. Norint sunaikinti ledo kristalinę gardelę vandeniliniu ryšiu, reikia didelės energijos masės šilumos pavidalu.

Ledo išvaizdos ypatybės (Ih)

Daugelis gyventojų domisi, kokios ledo krištolinės gardelės. Pažymėtina, kad daugumos medžiagų tankis didėja užšaldant, kai sulėtėja molekuliniai judesiai ir susidaro tankiai supakuoti kristalai. Vandens tankis taip pat didėja, kai jis atvėsta iki maksimumo esant 4°C (277K). Tada, kai temperatūra nukrenta žemiau šios vertės, ji plečiasi.

Tokį padidėjimą lėmė atviro, vandeniliu sujungto ledo kristalo, kurio gardelė ir mažesnis tankis, susidarymas, kuriame kiekviena vandens molekulė yra tvirtai surišta su aukščiau nurodytu elementu ir keturiomis kitomis reikšmėmis, o juda pakankamai greitai, kad turėtų daugiau masės. Kadangi šis veiksmas įvyksta, skystis užšąla iš viršaus į apačią. Tai turi svarbių biologinių rezultatų, dėl kurių ledo sluoksnis ant tvenkinio izoliuoja gyvas būtybes nuo didelio šalčio. Be to, su vandenilio savybėmis yra susijusios dvi papildomos vandens savybės: savitoji šiluma ir garavimas.

Išsamus konstrukcijų aprašymas

Pirmasis kriterijus yra kiekis, kurio reikia norint pakelti 1 gramo medžiagos temperatūrą 1°C. Norint pakelti vandens laipsnius, reikia palyginti daug šilumos, nes kiekviena molekulė yra susijusi su daugybe vandenilio ryšių, kurie turi būti nutraukti, kad kinetinė energija padidėtų. Beje, H 2 O gausa visų stambių daugialąsčių organizmų ląstelėse ir audiniuose reiškia, kad temperatūros svyravimai ląstelių viduje yra minimalūs. Ši savybė yra labai svarbi, nes daugumos biocheminių reakcijų greitis yra jautrus.

Taip pat žymiai didesnis nei daugelis kitų skysčių. Šiam kūnui paversti dujomis reikalingas didelis šilumos kiekis, nes vandeniliniai ryšiai turi būti nutrūkę, kad vandens molekulės išsiskirtų viena nuo kitos ir patektų į minėtą fazę. Keičiami kūnai yra nuolatiniai dipoliai ir gali sąveikauti su kitais panašiais junginiais ir tais, kurie jonizuojasi ir tirpsta.

Kitos aukščiau paminėtos medžiagos gali liestis tik esant poliškumui. Būtent šis junginys dalyvauja šių elementų struktūroje. Be to, jis gali išsilyginti aplink šias daleles, susidariusias iš elektrolitų, kad neigiami vandens molekulių deguonies atomai būtų orientuoti į katijonus, o teigiami jonai ir vandenilio atomai – į anijonus.

Paprastai susidaro molekulinės kristalinės gardelės ir atominės. Tai yra, jei jodas yra sukonstruotas taip, kad jame yra I 2, tada kietajame anglies dioksido, tai yra, sausame lede, CO 2 molekulės yra kristalinės gardelės mazguose. Sąveikaujant su panašiomis medžiagomis, ledas turi joninę kristalinę gardelę. Pavyzdžiui, grafitas, kurio atominė struktūra yra anglies pagrindu, negali jos pakeisti, kaip ir deimantas.

Kas atsitinka, kai valgomosios druskos kristalas ištirpsta vandenyje, yra tai, kad polinės molekulės pritraukiamos į krūvą kristalo elementų, todėl ant jo paviršiaus susidaro panašios natrio ir chlorido dalelės, dėl kurių šie kūnai išsislenka. vienas nuo kito, ir jis pradeda tirpti. Iš čia galima pastebėti, kad ledas turi kristalinę gardelę su joniniu ryšiu. Kiekvienas ištirpęs Na + pritraukia kelių vandens molekulių neigiamus galus, o kiekvienas ištirpęs Cl - teigiamus galus. Kiekvieną joną supantis apvalkalas vadinamas pabėgimo sfera ir paprastai jame yra keli tirpiklio dalelių sluoksniai.

Teigiama, kad kintamieji arba jonai, apsupti elementų, yra sulfatuoti. Kai tirpiklis yra vanduo, tokios dalelės yra hidratuojamos. Taigi bet kuri polinė molekulė yra linkusi ištirpti skysto kūno elementų. Sausame lede kristalinės gardelės tipas formuoja atominius ryšius agregacijos būsenoje, kurie nesikeičia. Kitas dalykas – kristalinis ledas (užšalęs vanduo). Joniniai organiniai junginiai, tokie kaip karboksilazės ir protonuoti aminai, turi būti tirpūs hidroksilo ir karbonilo grupėse. Tokiose struktūrose esančios dalelės juda tarp molekulių, o jų polinės sistemos sudaro vandenilinius ryšius su šiuo kūnu.

Žinoma, pastarųjų minėtų grupių skaičius molekulėje turi įtakos jos tirpumui, o tai priklauso ir nuo įvairių elemento struktūrų reakcijos: pavyzdžiui, vienos, dviejų ir trijų anglies alkoholiai maišosi su vandeniu, bet didesni. angliavandeniliai su atskirais hidroksilo junginiais skysčiuose yra daug mažiau atskiesti.

Šešiakampė Ih savo forma panaši į atominę kristalinę gardelę. Ledas ir visas natūralus sniegas Žemėje atrodo būtent taip. Tai liudija ledo kristalinės gardelės, išaugintos iš vandens garų (tai yra, snaigių), simetrija. Jis yra erdvėje grupėje P 63/mm nuo 194; D 6h, Laue klasė 6/mm; panašus į β-, kuris turi 6 spiralinės ašies kartotinį (sukimas aplinkui, be to, poslinkis išilgai jos). Jis turi gana atvirą mažo tankio struktūrą, kur efektyvumas yra mažas (~ 1/3), palyginti su paprastomis kubinėmis (~ 1/2) arba į paviršių nukreiptomis kubinėmis (~ 3/4) struktūromis.

Lyginant su įprastu ledu, sauso ledo kristalinė gardelė, surišta CO 2 molekulėmis, yra statiška ir pasikeičia tik skylant atomams.

Grotelių ir jas sudarančių elementų aprašymas

Kristalai gali būti laikomi kristaliniais modeliais, susidedančiais iš lapų, sukrautų vienas ant kito. Vandenilio ryšys yra tvarkingas, o iš tikrųjų jis yra atsitiktinis, nes protonai gali judėti tarp vandens (ledo) molekulių esant aukštesnei nei 5 K temperatūrai. Iš tikrųjų tikėtina, kad protonai elgiasi kaip kvantinis skystis nuolatiniame tuneliniame sraute. Tai sustiprina neutronų sklaida, rodanti jų sklaidos tankį pusiaukelėje tarp deguonies atomų, nurodant lokalizaciją ir koordinuotą judėjimą. Čia yra ledo panašumas su atomine, molekuline kristaline gardele.

Molekulės turi pakopinį vandenilio grandinės išdėstymą trijų kaimynų plokštumoje atžvilgiu. Ketvirtasis elementas turi užtemdytą vandenilio ryšio išdėstymą. Yra nedidelis nukrypimas nuo tobulos šešiakampės simetrijos, pavyzdžiui, 0,3% trumpesnis šios grandinės kryptimi. Visos molekulės patiria tą pačią molekulinę aplinką. Kiekvienos „dėžutės“ viduje yra pakankamai vietos tarpląstelinio vandens dalelėms laikyti. Nors jie paprastai nėra laikomi, jie neseniai buvo veiksmingai aptikti ledo miltelių kristalinės gardelės neutronų difrakcija.

Medžiagų keitimas

Šešiakampis korpusas turi tris taškus su skystu ir dujiniu vandeniu 0,01 ° C, 612 Pa, kietieji elementai - trys -21,985 ° C, 209,9 MPa, vienuolika ir du -199,8 ° C, 70 MPa ir -34 ,7 ° C, 212,9 MPa. Šešiakampio ledo dielektrinė konstanta yra 97,5.

Šio elemento lydymosi kreivė pateikiama MPa. Būsenos lygtys, be jų, yra keletas paprastų nelygybių, susiejančių fizikinių savybių pasikeitimą su šešiakampio ledo ir jo vandeninių suspensijų temperatūra. Kietumas svyruoja, kai laipsniai pakyla nuo gipso arba žemiau (≤2), esant 0°C, iki lauko špato (6 esant -80°C, neįprastai didelis absoliutaus kietumo pokytis (>24 kartus).

Šešiakampė ledo kristalinė gardelė sudaro šešiakampes plokštes ir kolonas, kurių viršutinė ir apatinė paviršiai yra bazinės plokštumos (0 0 0 1), kurių entalpija yra 5,57 μJ cm -2, o kiti lygiaverčiai šoniniai paviršiai vadinami prizmės dalimis. (1 0 -1 0) su 5,94 μJ cm -2. Antriniai paviršiai (1 1 -2 0) su 6,90 μJ ˣ cm -2 gali būti formuojami išilgai konstrukcijų šonų suformuotų plokštumų.

Panaši struktūra rodo nenormalų šilumos laidumo sumažėjimą didėjant slėgiui (taip pat kubiniam ir amorfiniam mažo tankio ledui), tačiau skiriasi nuo daugumos kristalų. Taip yra dėl vandenilinio ryšio pasikeitimo, dėl kurio sumažėja skersinis garso greitis ledo ir vandens kristalinėje gardelėje.

Yra metodų, apibūdinančių, kaip paruošti didelius kristalų pavyzdžius ir bet kokį norimą ledo paviršių. Daroma prielaida, kad vandenilinis ryšys tiriamo šešiakampio kūno paviršiuje bus tvarkingesnis nei tūrinės sistemos viduje. Variacinė spektroskopija su fazės-gardelės dažnio generavimu parodė, kad šešiakampio ledo bazinio paviršiaus požeminėje H O grandinėje yra struktūrinė asimetrija tarp dviejų viršutinių sluoksnių (L1 ir L2). Vandeniliniai ryšiai viršutiniuose šešiakampių sluoksniuose (L1 O ··· HO L2) yra stipresni nei tie, kurie priimti antrajame viršutiniame akumuliacijos sluoksnyje (L1 OH ··· O L2). Galimos interaktyvios šešiakampio ledo struktūros.

Plėtros ypatybės

Mažiausias vandens molekulių skaičius, reikalingas ledo branduoliui susidaryti, yra maždaug 275 ± 25, kaip ir pilnam 280 ikosaedrų klasteriui. Formavimasis vyksta 10 10 koeficientu oro ir vandens sąsajoje, o ne biriame vandenyje. Ledo kristalų augimas priklauso nuo skirtingų skirtingų energijų augimo greičio. Vanduo turi būti apsaugotas nuo užšalimo, kai šaldomi biologiniai mėginiai, maistas ir organai.

Paprastai tai pasiekiama greitai aušinant, naudojant mažus mėginius ir kriokonservatorių bei padidinus slėgį ledo branduoliui susidaryti ir ląstelių pažeidimui išvengti. Ledo/skysčio laisvoji energija padidėja nuo ~30 mJ/m2 esant atmosferos slėgiui iki 40 mJ/m -2 esant 200 MPa, o tai rodo šio poveikio priežastį.

Arba jie gali greičiau augti iš prizminių paviršių (S2), ant atsitiktinai sutrikdyto greitai užšalusių ar susijaudinusių ežerų paviršiaus. Išaugimas iš veidų (1 1 -2 0) yra bent toks pat, bet paverčia juos prizmės pagrindais. Duomenys apie ledo kristalo vystymąsi buvo visiškai ištirti. Skirtingų veidų elementų santykiniai augimo tempai priklauso nuo gebėjimo suformuoti didelį sąnario hidratacijos laipsnį. Aplinkinio vandens temperatūra (žema) lemia ledo kristalo šakojimosi laipsnį. Dalelių augimą riboja difuzijos greitis esant žemam peršalimo laipsniui, t.y.<2 ° C, что приводит к большему их количеству.

Tačiau jį riboja vystymosi kinetika esant aukštesniam depresijos lygiui > 4 °C, todėl augimas panašus į adatą. Ši forma yra panaši į sausą ledą (turi šešiakampės struktūros kristalinę gardelę), skiriasi paviršiaus vystymosi charakteristikos ir aplinkinio (peršalusio) vandens temperatūra, esanti už plokščių snaigių formų.

Ledo susidarymas atmosferoje daro didelę įtaką debesų susidarymui ir savybėms. Lauko špatai, randami dykumos dulkėse, kurių per metus į atmosferą patenka milijonai tonų, yra svarbūs formuotojai. Kompiuterinis modeliavimas parodė, kad taip yra dėl prizminių ledo kristalų plokštumų branduolių susidarymo didelės energijos paviršiaus plokštumose.

Kai kurie kiti elementai ir grotelės

Tirpiosios medžiagos (išskyrus labai mažą helio ir vandenilio, kurie gali patekti į tarpus) negali būti įtraukiami į Ih struktūrą esant atmosferos slėgiui, bet yra išstumiami į paviršių arba amorfinį sluoksnį tarp mikrokristalinio kūno dalelių. Sauso ledo gardelės vietose yra ir kitų elementų: chaotropinių jonų, tokių kaip NH 4 + ir Cl - , kurie lengviau užšaldo skystį nei kiti kosmotropiniai, tokie kaip Na + ir SO 4 2-, todėl jų pašalinti neįmanoma, nes jie sudaro ploną likusio skysčio plėvelę tarp kristalų. Tai gali sukelti paviršiaus elektrinį įkrovimą dėl paviršinio vandens disociacijos, subalansuojančio likusius krūvius (tai taip pat gali sukelti magnetinę spinduliuotę) ir likusių skystų plėvelių pH pasikeitimą, pavyzdžiui, NH 4 2 SO 4 tampa rūgštesnis. ir NaCl tampa baziškesnis.

Jie yra statmeni ledo kristalų gardelės paviršiams, rodydami pritvirtintą kitą sluoksnį (su O-juodaisiais atomais). Jiems būdingas lėtai augantis bazinis paviršius (0 0 0 1), kuriame yra prijungtos tik izoliuotos vandens molekulės. Sparčiai augantis (1 0 -1 0) prizmės paviršius, kuriame naujai prisijungusių dalelių poros gali jungtis viena su kita vandeniliu (viena vandenilio jungtis / dvi elemento molekulės). Greičiausiai augantis paviršius (1 1 -2 0) (antrinis prizminis), kuriame naujai prijungtų dalelių grandinės gali sąveikauti viena su kita vandeniliniu ryšiu. Viena iš jos grandinės / elemento molekulių yra forma, kuri sudaro keteras, kurios dalijasi ir skatina transformaciją į dvi prizmės puses.

Nulinio taško entropija

k Bˣ Ln ( N

Mokslininkai ir jų darbai šioje srityje

Galima apibrėžti kaip S 0 = k Bˣ Ln ( N E0), kur k B yra Boltzmanno konstanta, N E yra konfigūracijų skaičius prie energijos E, o E0 yra mažiausia energija. Ši šešiakampio ledo entropijos vertė, esant nuliui kelvinų, nepažeidžia trečiojo termodinamikos dėsnio „Idealaus kristalo entropija esant absoliučiam nuliui yra lygiai nulis“, nes šie elementai ir dalelės nėra idealūs, turi netvarkingą vandenilio ryšį.

Šiame kūne vandenilio ryšys yra atsitiktinis ir greitai kintantis. Šios struktūros nėra visiškai vienodos savo energija, bet tęsiasi iki labai daug energetiškai artimų būsenų, paklūsta „ledo taisyklėms“. Nulinio taško entropija yra sutrikimas, kuris išliktų, net jei medžiagą būtų galima atvėsinti iki absoliutaus nulio (0 K = -273,15 °C). Sukuria šešiakampio ledo eksperimentinę painiavą 3,41 (± 0,2) ˣ mol -1 ˣ K -1 . Teoriškai žinomų ledo kristalų nulinę entropiją būtų galima apskaičiuoti daug tiksliau (neatsižvelgiant į defektus ir energijos lygio sklaidą), nei nustatyti eksperimentiniu būdu.

Nors biriame ledo protonų tvarka nėra sutvarkyta, paviršius tikriausiai teikia pirmenybę šių dalelių tvarkai kabančių H atomų juostų ir pavienių O porų pavidalu (nulinė entropija su tvarkingais vandenilio ryšiais). Randamas nulinio taško ZPE, J ˣ mol -1 ˣ K -1 ir kt. Iš viso to, kas išdėstyta aukščiau, aišku ir suprantama, kokių tipų kristalinės gardelės būdingos ledui.

Jei kristalinės gardelės mazguose yra nepolinių kokios nors medžiagos molekulių (pvz jodo aš 2, deguonies Apie 2 arba azoto N 2), tada jie nepatiria jokios elektrinės „simpatijos“ vienas kitam. Kitaip tariant, jų molekulių neturėtų traukti elektrostatinės jėgos. Ir vis dėlto kažkas juos laiko kartu. Kas tiksliai?

Pasirodo, kietoje būsenoje šios molekulės taip priartėja viena prie kitos, kad jų elektronų debesyse prasideda momentinės (nors ir labai silpnos) reakcijos. šališkumas- elektronų debesų kondensacija ir retėjimas. Vietoj nepolinių dalelių atsiranda „momentiniai dipoliai“, kuriuos jau galima elektrostatiškai pritraukti vienas prie kito. Tačiau ši trauka labai silpna. Todėl nepolinių medžiagų kristalinės gardelės yra trapios ir egzistuoja tik labai žemoje temperatūroje, „kosminiame“ šaltyje.

Astronomai iš tiesų atrado dangaus kūnus – kometas, asteroidus, net ištisas planetas, sudarytas iš sustingusių azoto, deguonies ir kitos medžiagos, kurios įprastomis antžeminėmis sąlygomis egzistuoja dujų pavidalu ir tampa kietos tarpplanetinėje erdvėje.

	Daug paprastų ir sudėtingų medžiagų su molekulinis krištolo gardelė visiems gerai žinoma. Tai, pavyzdžiui, kristalas jodo aš 2:
Taip statoma kristalinė gardelė jodo: susideda iš jodo molekulių (kiekvienoje iš jų yra du jodo atomai).
	Ir šios molekulės yra gana silpnai surištos. Štai kodėl kristalinis jodas yra toks lakus ir net menkiausiai kaitinant išgaruoja, virsdamas dujiniu jodu – gražiais purpuriniais garais.

Kurios bendros medžiagos molekulinė kristalinė gardelė?

• Kristalinis vanduo (ledas) susideda iš polinių molekulių vandens H2O.
• Ledams vėsinti naudojami „sauso ledo“ kristalai taip pat yra molekuliniai kristalai. anglies dvideginis CO2.
• Kitas pavyzdys – cukrus, kuris iš molekulių formuoja kristalus sacharozės.

Kai kristalinės gardelės mazguose yra medžiagos molekulių, ryšiai tarp jų nėra labai stiprūs, net jei šios molekulės yra polinės.
Todėl norint išlydyti tokius kristalus ar išgarinti molekulinės kristalinės struktūros medžiagas, nebūtina jų kaitinti iki raudonos ugnies.
Jau esant 0 °C, kristalų struktūra ledas suyra ir tampa vandens. O „sausasis ledas“ esant normaliam slėgiui netirpsta, o iškart virsta dujiniu anglies dvideginis– išaukštintas.

Kitas dalykas yra medžiagos su atominis kristalinė gardelė, kur kiekvienas atomas yra sujungtas su savo kaimynais labai stipriais kovalentiniais ryšiais, o visas kristalas, jei pageidaujama, gali būti laikomas didžiule molekule.

Pavyzdžiui, apsvarstykite deimantų kristalas, kuri sudaryta iš atomų anglies.

	Atom anglies NUO, kuriame yra du nesuporuoti R -elektronas virsta atomu anglies FROM*, kur visi keturi išorinio valentinio lygio elektronai išsidėstę po vieną orbitose ir gali sudaryti cheminius ryšius. Chemikai tokį atomą vadina " susijaudinęs".
Šiuo atveju yra net keturios cheminės jungtys, ir viskas labai patvarus. ne be reikalo deimantas - kiečiausia medžiaga gamtoje ir nuo neatmenamų laikų laikomas visų brangakmenių ir brangakmenių karaliumi. Ir pats jo pavadinimas graikiškai reiškia „nesunaikinamas“.
	Iš briaunuotų kristalų deimantas gaunami deimantai, kurie puošia brangius papuošalus

Gražiausi žmonių rasti deimantai turi savo, kartais tragišką istoriją. Skaityti >>>

Bet deimantas tinka ne tik dekoracijoms. Jo kristalai naudojami kiečiausių medžiagų apdirbimo, uolienų gręžimo, stiklo ir krištolo pjovimo ir pjovimo įrankiuose.

Deimantų (kairėje) ir grafito (dešinėje) kristalinė gardelė

Grafitas ta pati kompozicija anglies, tačiau jo kristalinės gardelės struktūra nėra tokia pati kaip deimanto. IN grafitas anglies atomai yra išsidėstę sluoksniais, kuriuose anglies atomų jungtis panaši į korį. Šie sluoksniai yra surišti daug silpniau nei anglies atomai kiekviename sluoksnyje. Štai kodėl grafitas lengvai suskirstyti į skales ir jie gali rašyti. Jis naudojamas pieštukų gamybai, taip pat sausas tepalas, tinkantis mašinų dalims, veikiančioms aukštoje temperatūroje. Be to, grafitas gerai praleidžia elektrą, iš jo gaminami elektrodai.

Gali nebrangiai grafitas pavirsti brangiu deimantas? Tai įmanoma, tačiau tam reikės neįsivaizduojamai didelio slėgio (keli tūkstančiai atmosferų) ir aukštos temperatūros (pusantro tūkstančio laipsnių).
Sujaukti daug lengviau deimantas: tereikia pašildyti be oro prieigos iki 1500 °C ir kristalinės struktūros deimantas virsta mažiau tvarkinga struktūra grafitas.

Ledo kristalinė struktūra: vandens molekulės sujungtos taisyklingais šešiakampiais. Ledo kristalinė gardelė: Vandens molekulės H 2 O (juodieji rutuliukai) jos mazguose išsidėstę taip, kad kiekviena turi keturis kaimynus. Vandens molekulė (centras) yra sujungta vandeniliu su keturiomis artimiausiomis kaimyninėmis molekulėmis. Ledas yra kristalinė vandens modifikacija. Naujausiais duomenimis, ledas turi 14 struktūrinių modifikacijų. Tarp jų yra ir kristalinių (jų yra daugiausia), ir amorfinių modifikacijų, tačiau jos visos skiriasi viena nuo kitos vandens molekulių tarpusavio išsidėstymu ir savybėmis. Tiesa, viskas, išskyrus įprastą ledą, kuris kristalizuojasi šešiakampėje singonijoje, susidaro egzotiškomis sąlygomis esant labai žemai temperatūrai ir dideliam slėgiui, kai vandens molekulėje kinta vandenilio ryšių kampai ir susidaro kitokios sistemos nei šešiakampės. Tokios sąlygos primena kosmines sąlygas ir Žemėje neaptinkamos. Pavyzdžiui, esant žemesnei nei -110 °C temperatūrai, vandens garai nusėda ant metalinės plokštės oktaedrų ir kelių nanometrų dydžio kubelių pavidalu, tai yra vadinamasis kubinis ledas. Jei temperatūra šiek tiek aukštesnė nei –110 °C, o garų koncentracija labai maža, ant plokštelės susidaro išskirtinio tankio amorfinio ledo sluoksnis. Labiausiai neįprasta ledo savybė yra nuostabi išorinių apraiškų įvairovė. Turėdamas tą pačią kristalų struktūrą, jis gali atrodyti visiškai kitaip – ​​skaidrių krušos akmenų ir varveklių, purių sniego dribsnių, tankios blizgančios ledo plutos ar milžiniškų ledynų masių pavidalu.

Snaigė yra vienas ledo kristalas – savotiškas šešiakampis kristalas, tačiau greitai išaugantis, nepusiausvyros sąlygomis. Mokslininkai šimtmečius grumiasi su savo grožio ir begalinės įvairovės paslaptimi. Snaigės gyvenimas prasideda nuo kristalinio ledo branduolių susidarymo vandens garų debesyje, temperatūrai nukritus. Kristalizacijos centru gali būti dulkių dalelės, bet kokios kietosios dalelės ar net jonai, tačiau bet kokiu atveju šios ledo sankaupos, mažesnės nei dešimtoji milimetro dalis, jau turi šešiakampę kristalinę gardelę.Vandens garai, kondensuodamiesi šių branduolių paviršiuje, pirmiausia suformuoja mažytę šešiakampę prizmę, iš kurios šešių kampų pradedame auginti vienodus ledo spyglius šoninius procesus, nes temperatūra ir drėgmė aplink embrioną taip pat yra vienodi. Ant jų, savo ruožtu, auga, kaip ant medžio, šoninės šakos šakos. Tokie kristalai vadinami dendritais, tai yra panašūs į medį. Judant aukštyn ir žemyn debesyje, snaigė patenka į sąlygas, kurių temperatūra ir vandens garų koncentracija skiriasi. Jo forma keičiasi iki galo, paklūstanti šešiakampės simetrijos dėsniams. Taigi snaigės tampa kitokios. Iki šiol tarp snaigių nepavyko rasti dviejų vienodų snaigių.

Ledo spalva priklauso nuo jo amžiaus ir pagal ją galima įvertinti jo stiprumą. Vandenyno ledas pirmaisiais gyvenimo metais yra baltas, nes yra prisotintas oro burbuliukų, nuo kurių sienelių šviesa atsispindi iš karto, nespėjus sugerti. Vasarą ledo paviršius tirpsta, praranda tvirtumą, o ant viršaus gulinčių naujų sluoksnių svorio oro burbuliukai susitraukia ir visiškai išnyksta. Ledo viduje esanti šviesa nukeliauja didesnį atstumą nei anksčiau ir išryškėja kaip melsvai žalsvas atspalvis. Mėlynas ledas yra senesnis, tankesnis ir stipresnis už baltą „putotą“ ledą, prisotintą oro. Poliariniai tyrinėtojai tai žino ir savo plūduriuojančioms bazėms, mokslo stotims ir ledo aerodromams renkasi patikimas mėlynas ir žalias ledo lytis. Yra juodųjų ledkalnių. Pirmasis spaudos pranešimas apie juos pasirodė 1773. Juodą ledkalnių spalvą lemia ugnikalnių veikla – ledas padengtas storu ugnikalnių dulkių sluoksniu, kurio nenuplauna net jūros vanduo. Ledas nėra vienodai šaltas. Ten labai šaltas ledas, kurio temperatūra apie minus 60 laipsnių, tai kai kurių Antarkties ledynų ledas. Grenlandijos ledynų ledas daug šiltesnis. Jo temperatūra yra maždaug minus 28 laipsniai. Gana „šiltas ledas“ (apie 0 laipsnių šilumos) guli Alpių ir Skandinavijos kalnų viršūnėse.

Vandens tankis didžiausias prie +4 C ir lygus 1 g/ml, mažėjant temperatūrai, jis mažėja. Vandeniui kristalizuojantis tankis smarkiai sumažėja, ledui lygus 0,91 g/cm 3. Dėl to ledas yra lengvesnis už vandenį ir užšąlant vandens telkiniams ant viršaus kaupiasi ledas, o tankesnis 4 ̊ temperatūros vanduo. Vandens telkinių dugne atsiranda C. Blogas ledo šilumos laidumas ir Jį dengianti sniego danga saugo vandens telkinius nuo užšalimo iki dugno ir taip sudaro sąlygas vandens telkinių gyventojų gyvenimui žiemą.

Ledynai, ledo sluoksniai, amžinasis įšalas, sezoninė sniego danga daro didelę įtaką didelių regionų ir visos planetos klimatui: net tie, kurie niekada nematė sniego, jaučia Žemės ašigalių susikaupusių jo masių alsavimą, pavyzdžiui, sniego pavidalu. ilgalaikiai lygio svyravimai Pasaulio vandenynas. Ledas yra toks svarbus mūsų planetos išvaizdai ir patogiam gyvų būtybių apsigyvenimui joje, kad mokslininkai jam paskyrė specialią aplinką – kriosferą, kuri išplečia savo valdas aukštai į atmosferą ir giliai į žemės plutą. Natūralus ledas paprastai yra daug švaresnis nei vanduo, nes medžiagų (išskyrus NH4F) tirpumas lede itin mažas. Bendros ledo atsargos Žemėje yra apie 30 milijonų km 3. Didžioji dalis ledo yra susitelkę Antarktidoje, kur jo sluoksnio storis siekia 4 km.