Kristālu režģu veidi. Kristālu režģi Sausā ledus kristāla režģa mezglos atrodas

Ķīmija ir pārsteidzoša zinātne. Šķietami parastās lietās var atrast tik daudz neticama.

Viss materiāls, kas mūs ieskauj, eksistē vairākos agregācijas stāvokļos: gāzēs, šķidrumos un cietās vielās. Zinātnieki izdalījuši arī 4.- plazmu. Noteiktā temperatūrā viela var mainīties no viena stāvokļa uz otru. Piemēram, ūdens: sildot virs 100, no šķidras formas tas pārvēršas tvaikā. Temperatūrā zem 0 tas pāriet nākamajā agregāta struktūrā - ledū.

Saskarsmē ar

Visā materiālajā pasaulē ir identisku daļiņu masa, kas ir savstarpēji saistītas. Šie mazākie elementi ir stingri izvietoti telpā un veido tā saukto telpisko ietvaru.

Definīcija

Kristāla režģis ir īpaša cietas vielas struktūra, kurā daļiņas atrodas ģeometriski stingrā telpā. Tajā iespējams noteikt mezglus - vietas, kur atrodas elementi: atomi, joni un molekulas un starpmezglu telpa.

Cietās vielas, atkarībā no augstās un zemās temperatūras diapazona, ir kristāliski vai amorfi – tiem raksturīgs konkrētas kušanas temperatūras trūkums. Paaugstinātas temperatūras ietekmē tie mīkstina un pakāpeniski pārvēršas šķidrā veidā. Šādas vielas ietver: sveķus, plastilīnu.

Šajā sakarā to var iedalīt vairākos veidos:

atomu;
jonu;
molekulārais;
metāls.

Taču dažādās temperatūrās vienai vielai var būt dažādas formas un dažādas īpašības. Šo parādību sauc par allotropisko modifikāciju.

Atomu tips

Šajā tipā vienas vai citas vielas atomi atrodas mezglos, kurus savieno kovalentās saites. Šāda veida saites veido divu blakus esošo atomu elektronu pāris. Sakarā ar to tie ir savienoti vienmērīgi un stingrā secībā.

Vielas ar atomu kristālisko režģi raksturo šādas īpašības: izturība un augsta kušanas temperatūra. Šāda veida saites ir dimantā, silīcijā un borā..

Jonu tips

Pretēji lādēti joni atrodas mezglos, kas rada elektromagnētisko lauku, kas raksturo vielas fizikālās īpašības. Tie ietvers: elektrovadītspēju, ugunsizturību, blīvumu un cietību. Galda sāli un kālija nitrātu raksturo jonu kristāliskā režģa klātbūtne.

Nepalaidiet garām: izglītības mehānisms, gadījumu izpēte.

Molekulārais tips

Šāda veida vietās ir joni, kas saistīti kopā ar van der Vālsa spēkiem. Vāju starpmolekulāro saišu dēļ šādām vielām, piemēram, ledus, oglekļa dioksīdam un parafīnam, ir raksturīga plastiskums, elektriskā un siltumvadītspēja.

metāla tips

Pēc savas struktūras tas atgādina molekulāru, taču tai joprojām ir stiprākas saites. Šāda veida atšķirība ir tā, ka tā mezglos atrodas pozitīvi lādēti katjoni. Elektroni, kas atrodas intersticiālā telpa, piedalīties elektriskā lauka veidošanā. Tos sauc arī par elektrisko gāzi.

Vienkāršiem metāliem un sakausējumiem raksturīgs metāla režģa tips. Tiem ir raksturīgs metālisks spīdums, plastiskums, siltuma un elektriskā vadītspēja. Tie var izkausēt dažādās temperatūrās.

O. V. Mosins, I. Ignatovs (Bulgārija)

anotācija Ledus nozīmi dzīvības uzturēšanā uz mūsu planētas nevar novērtēt par zemu. Ledus ļoti ietekmē augu un dzīvnieku dzīves apstākļus un dzīvi, kā arī dažāda veida cilvēku saimniecisko darbību. Sedzot ūdeni, ledus zemā blīvuma dēļ dabā spēlē peldoša ekrāna lomu, aizsargājot upes un ūdenskrātuves no turpmākas aizsalšanas un saglabājot zemūdens iemītnieku dzīvību. Ledus izmantošana dažādiem mērķiem (sniega aizturēšana, ledus šķērsojumu un izotermisko noliktavu iekārtošana, krātuvju un raktuvju ledus ieklāšana) ir vairāku hidrometeoroloģijas un inženierzinātņu sekciju priekšmets, piemēram, ledus tehnoloģija, sniega tehnoloģija, inženierzinātnes. mūžīgais sasalums, kā arī speciālo dienestu darbība ledus izlūkošanai, ledlaužu transportam un sniega tīrītājiem. Dabīgo ledu izmanto pārtikas produktu, bioloģisko un medicīnisko preparātu uzglabāšanai un atdzesēšanai, kam tas tiek īpaši ražots un ievākts, bet kausējamo ūdeni, kas pagatavots, kausējot ledu, izmanto tautas medicīnā vielmaiņas paaugstināšanai un toksīnu izvadīšanai no organisma. Raksts iepazīstina lasītāju ar jaunām maz zināmām ledus īpašībām un modifikācijām.

Ledus ir ūdens kristāliska forma, kurai saskaņā ar jaunākajiem datiem ir četrpadsmit struktūras modifikācijas. To vidū ir gan kristāliskas (dabiskais ledus), gan amorfas (kubiskais ledus) un metastabilas modifikācijas, kas viena no otras atšķiras ar ūdens molekulu savstarpējo izvietojumu un fizikālajām īpašībām, kas savienotas ar ūdeņraža saitēm, kas veido ledus kristālisko režģi. Tie visi, izņemot pazīstamo dabisko ledu I h, kas kristalizējas sešstūra režģī, veidojas eksotiskos apstākļos - ļoti zemā sausā ledus un šķidrā slāpekļa temperatūrā un tūkstošiem atmosfēru lielā spiedienā, kad ūdeņraža saišu leņķi. ūdens molekulā mainās un veidojas kristāliskas sistēmas, kas atšķiras no sešstūrainas. Šādi apstākļi atgādina kosmiskos apstākļus un uz Zemes nav sastopami.

Dabā ledu galvenokārt pārstāv viena kristāliska šķirne, kas kristalizējas sešstūra režģī, kas atgādina dimanta struktūru, kur katru ūdens molekulu ieskauj četras tai vistuvāk esošās molekulas, kas atrodas vienādā attālumā no tā, vienāds ar 2,76 angstremiem un atrodas plkst. regulāra tetraedra virsotnes. Zemā koordinācijas skaitļa dēļ ledus struktūra ir tīkls, kas ietekmē tā zemo blīvumu, kas ir 0,931 g/cm 3 .

Ledus neparastākā īpašība ir pārsteidzošā ārējo izpausmju daudzveidība. Ar vienu un to pašu kristāla struktūru tas var izskatīties pavisam savādāk, izpaužoties caurspīdīgu krusu un lāsteku, pūkainu sniega pārslu, blīvas spīdīgas ledus garozas vai milzu ledāju masu formā. Ledus dabā sastopams kontinentālā, peldošā un pazemes ledus veidā, kā arī sniega un sarmas veidā. Tas ir plaši izplatīts visās cilvēku apdzīvotās vietās. Savācot lielos daudzumos, sniegs un ledus veido īpašas struktūras ar principiāli atšķirīgām īpašībām nekā atsevišķi kristāli vai sniegpārslas. Dabisko ledu veido galvenokārt nogulumiežu-metamorfiskas izcelsmes ledus, kas veidojas no cietiem atmosfēras nokrišņiem sekojošas sablīvēšanās un pārkristalizācijas rezultātā. Dabīgajam ledusm raksturīga iezīme ir granularitāte un joslu veidošanās. Granulitāte ir saistīta ar pārkristalizācijas procesiem; katrs ledāja ledus graudiņš ir neregulāras formas kristāls, kas ledus masā cieši piekļaujas citiem kristāliem tā, ka viena kristāla izvirzījumi cieši iekļaujas cita kristāla padziļinājumos. Šādu ledu sauc par polikristālisko. Tajā katrs ledus kristāls ir plānāko lapu slānis, kas pārklājas viena ar otru pamata plaknē, kas ir perpendikulāra kristāla optiskās ass virzienam.

Tiek lēsts, ka kopējās ledus rezerves uz Zemes ir aptuveni 30 miljoni tonnu. km 3(1. tabula). Lielākā daļa ledus ir koncentrēta Antarktīdā, kur tā slāņa biezums sasniedz 4 km. Ir arī pierādījumi par ledus klātbūtni uz Saules sistēmas planētām un komētās. Ledus ir tik nozīmīgs mūsu planētas klimatam un dzīvo būtņu apmešanās vietai uz tā, ka zinātnieki ledum iecēluši īpašu vidi - kriosfēru, kuras robežas sniedzas augstu atmosfērā un dziļi zemes garozā.

Tab. viens. Ledus daudzums, izplatība un kalpošanas laiks.

Ledus veids; Svars; Izplatīšanas zona; Vidējā koncentrācija, g/cm2; Svara pieauguma temps, g/gadā; Vidējais kalpošanas laiks, gads
G; %; miljons km2; %
Ledāji; 2,4 1022; 98,95; 16,1; 10,9 suši; 1,48 105; 2,5 1018; 9580
pazemes ledus; 2 1020; 0,83; 21; 14,1 suši; 9,52 103; 6 1018; 30-75
jūras ledus; 3,5 1019; 0,14; 26; 7,2 okeāni; 1,34 102; 3,3 1019; 1.05
Sniega sega; 1,0 1019; 0,04; 72,4; 14.2 Zemes; 14,5; 2 1019; 0,3-0,5
aisbergi; 7,6 1018; 0,03; 63,5; 18,7 okeāns; 14,3; 1,9 1018; 4.07
atmosfēras ledus; 1,7 1018; 0,01; 510,1; 100 Zeme; 3,3 10-1; 3,9 1020; 4 10-3

Ledus kristāli ir unikāli savā formā un proporcijās. Jebkurš augošs dabiskais kristāls, arī ledus ledus kristāls, vienmēr cenšas izveidot ideālu, regulāru kristāla režģi, jo tas ir izdevīgi no tā iekšējās enerģijas minimuma viedokļa. Jebkuri piemaisījumi, kā zināms, deformē kristāla formu, tāpēc ūdens kristalizācijas laikā režģī vispirms tiek iebūvētas ūdens molekulas, un šķidrumā tiek izspiesti sveši atomi un piemaisījumu molekulas. Un tikai tad, kad piemaisījumiem nav kur iet, ledus kristāls sāk tos iestrādāt savā struktūrā vai atstāj tos dobu kapsulu veidā ar koncentrētu nesasalstošu šķidrumu – sālījumu. Tāpēc jūras ledus ir svaigs un pat visnetīrākās ūdenstilpes ir klātas ar caurspīdīgu un tīru ledu. Kad ledus kūst, tas izspiež piemaisījumus sālījumā. Planētu mērogā ūdens sasalšanas un atkušanas fenomens, kā arī ūdens iztvaikošana un kondensācija spēlē milzīgu attīrīšanās procesu, kurā ūdens uz Zemes pastāvīgi attīrās.

Tab. 2. Dažas ledus fizikālās īpašības I.

Īpašums

Nozīme

Piezīme

Siltuma jauda, cal/(g °C) Kušanas siltums, cal/g Iztvaikošanas siltums, cal/g

0,51 (0°C) 79,69 677

Spēcīgi samazinās, pazeminoties temperatūrai

Termiskās izplešanās koeficients, 1/°C

9,1 10-5 (0°C)

Polikristālisks ledus

Siltumvadītspēja, cal/(cm sek °C)

4,99 10 -3

Polikristālisks ledus

Refrakcijas indekss:

1,309 (-3°C)

Polikristālisks ledus

Īpatnējā elektrovadītspēja, omi-1 cm-1

10-9 (0°C)

Šķietamā aktivācijas enerģija 11 kcal/mol

Virsmas elektrovadītspēja, omi-1

10-10 (-11°C)

Šķietamā aktivācijas enerģija 32 kcal/mol

Janga elastības modulis, dyne/cm2

9 1010 (-5 °C)

Polikristālisks ledus

Izturība, MN/m2: drupināšanas plīsuma bīde

2,5 1,11 0,57

polikristālisks ledus polikristālisks ledus polikristālisks ledus

Dinamiskā viskozitāte, nosvērtība

Polikristālisks ledus

Aktivizācijas enerģija deformācijas un mehāniskās relaksācijas laikā, kcal/mol

Lineāri palielinās par 0,0361 kcal/(mol °C) no 0 līdz 273,16 K

Piezīme: 1 cal/(g °C)=4,186 kJ/(kg K); 1 oms -1 cm -1 \u003d 100 sim / m; 1 dinam = 10–5 N ; 1 N = 1 kg m/s²; 1 dins/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.

Ņemot vērā ledus plašo izplatību uz Zemes, daudzos dabas procesos liela nozīme ir ledus fizikālo īpašību (2. tabula) atšķirībām no citu vielu īpašībām. Ledumam piemīt daudzas citas dzīvību uzturošas īpašības un anomālijas – blīvuma, spiediena, tilpuma un siltumvadītspējas anomālijas. Ja nebūtu ūdeņraža saišu, kas savieno ūdens molekulas kristālā, ledus izkusīs -90 ° C temperatūrā. Bet tas nenotiek ūdeņraža saišu klātbūtnes dēļ starp ūdens molekulām. Ledus blīvuma mazāka nekā ūdens blīvuma dēļ uz ūdens virsmas veido peldošu segumu, kas aizsargā upes un ūdenskrātuves no grunts aizsalšanas, jo tā siltumvadītspēja ir daudz mazāka nekā ūdenim. Tajā pašā laikā zemākais blīvums un tilpums tiek novērots pie +3,98 °C (1. att.). Turpmāka ūdens dzesēšana līdz 0 0 C pakāpeniski noved nevis pie tā tilpuma samazināšanās, bet gan pieauguma par gandrīz 10%, kad ūdens pārvēršas ledū. Šāda ūdens uzvedība liecina par divu līdzsvara fāžu - šķidrās un kvazikristāliskas - vienlaicīgu pastāvēšanu ūdenī, pēc analoģijas ar kvazikristāliem, kuru kristāliskajam režģim ir ne tikai periodiska struktūra, bet arī dažādas kārtas simetrijas asis, kuru esamība iepriekš bija pretrunā kristalogrāfu priekšstatiem. Šī teorija, ko pirmo reizi izvirzīja pazīstamais pašmāju teorētiskais fiziķis Ya. I. Frenkel, balstās uz pieņēmumu, ka dažas šķidruma molekulas veido kvazikristālisku struktūru, bet pārējās molekulas ir brīvi līdzīgas gāzēm. pārvietojas pa skaļumu. Molekulu sadalījumam nelielā jebkuras fiksētas ūdens molekulas apkārtnē ir noteikta secība, kas nedaudz atgādina kristālisku, kaut arī ir vairāk brīva. Šī iemesla dēļ ūdens struktūru dažreiz sauc par kvazikristālisku vai kristālisku, t.i., tai ir simetrija un kārtības klātbūtne atomu vai molekulu savstarpējā izkārtojumā.

Rīsi. viens. Ledus un ūdens īpatnējā tilpuma atkarība no temperatūras

Vēl viena īpašība ir tāda, ka ledus plūsmas ātrums ir tieši proporcionāls aktivācijas enerģijai un apgriezti proporcionāls absolūtajai temperatūrai, tā ka, temperatūrai pazeminoties, ledus pēc savām īpašībām tuvojas absolūti cietam ķermenim. Vidēji temperatūrā, kas ir tuvu kušanai, ledus plūstamība ir 10 6 reizes lielāka nekā iežiem. Ledus plūstamības dēļ neuzkrājas vienuviet, bet gan nemitīgi pārvietojas ledāju veidā. Attiecība starp plūsmas ātrumu un spriegumu polikristāliskā ledū ir hiperboliska; ar aptuvenu tā aprakstu ar jaudas vienādojumu, eksponents palielinās, palielinoties spriegumam.

Redzamo gaismu ledus praktiski neuzsūc, jo gaismas stari iziet cauri ledus kristālam, taču tas bloķē ultravioleto starojumu un lielāko daļu Saules infrasarkanā starojuma. Šajos spektra reģionos ledus šķiet absolūti melns, jo gaismas absorbcijas koeficients šajos spektra reģionos ir ļoti augsts. Atšķirībā no ledus kristāliem, baltā gaisma, kas krīt uz sniega, netiek absorbēta, bet ledus kristālos daudzkārt tiek lauzta un atstarota no to sejas. Tāpēc sniegs izskatās balts.

Ledus (0,45) un sniega (līdz 0,95) ļoti augstās atstarošanās spējas dēļ to aizņemtā platība ir vidēji ap 72 miljoniem hektāru gadā. km 2 abu pusložu augstajos un vidējos platuma grādos tas saņem saules siltumu par 65% mazāk nekā norma un ir spēcīgs zemes virsmas dzesēšanas avots, kas lielā mērā nosaka mūsdienu platuma klimatisko zonalitāti. Vasarā polārajos reģionos saules starojums ir lielāks nekā ekvatoriālajā joslā, tomēr temperatūra saglabājas zema, jo ievērojama daļa no absorbētā siltuma tiek tērēta ledus kušanai, kuram ir ļoti augsts kušanas siltums.

Citas neparastas ledus īpašības ietver elektromagnētiskā starojuma radīšanu, ko izraisa tā augošie kristāli. Ir zināms, ka lielākā daļa ūdenī izšķīdušo piemaisījumu netiek pārnesti uz ledus, kad tas sāk augt; viņi sasalst. Tāpēc arī uz netīrākās peļķes ledus plēve ir tīra un caurspīdīga. Šajā gadījumā piemaisījumi uzkrājas uz cietas un šķidras vides robežas divu dažādu pazīmju elektrisko lādiņu slāņu veidā, kas rada būtisku potenciālu atšķirību. Uzlādētais piemaisījumu slānis pārvietojas kopā ar jaunā ledus apakšējo robežu un izstaro elektromagnētiskos viļņus. Pateicoties tam, kristalizācijas procesu var novērot detalizēti. Tādējādi kristāls, kas aug garumā adatas formā, izstaro savādāk nekā tas, kas pārklāts ar sāniskiem procesiem, un augošo graudu starojums atšķiras no tā, kas rodas kristāliem plaisājot. Pēc starojuma impulsu formas, secības, frekvences un amplitūdas var noteikt, ar kādu ātrumu ledus sasalst un kāda ledus struktūra šajā gadījumā veidojas.

Taču pārsteidzošākais ledus struktūrā ir tas, ka ūdens molekulas zemā temperatūrā un augstā spiedienā oglekļa nanocaurulēs var kristalizēties dubultspirāles formā, kas atgādina DNS molekulas. To pierādījuši nesenie amerikāņu zinātnieku datoreksperimenti, kurus vadīja Sjao Čens Zengs no Nebraskas universitātes (ASV). Lai imitētā eksperimentā ūdens veidotu spirāli, tas tika ievietots nanocaurulēs ar diametru no 1,35 līdz 1,90 nm zem augsta spiediena, kas svārstījās no 10 līdz 40 000 atmosfērām, un tika iestatīta temperatūra –23 °C. Bija paredzēts, ka ūdens visos gadījumos veido plānu cauruļveida struktūru. Taču modelis parādīja, ka pie nanocaurules diametra 1,35 nm un ārējā spiediena 40 000 atmosfēru ūdeņraža saites ledus struktūrā bija saliektas, kas noveda pie dubultsienu spirāles - iekšējās un ārējās - veidošanās. Šādos apstākļos izrādījās, ka iekšējā siena bija savīta četrkāršā spirālē, un ārējā siena sastāvēja no četrām dubultspirālēm, kas ir līdzīga DNS molekulai (2. att.). Šis fakts var kalpot kā apstiprinājums saiknei starp dzīvībai svarīgās DNS molekulas struktūru un pašu ūdens struktūru un ka ūdens kalpoja kā matrica DNS molekulu sintēzei.

Rīsi. 2. Datormodelis saldēta ūdens struktūrai nanocaurulēs, kas atgādina DNS molekulu (Foto no New Scientist, 2006)

Vēl viena no vissvarīgākajām ūdens īpašībām, kas atklāta nesen, ir tā, ka ūdenim ir iespēja atcerēties informāciju par pagātnes iedarbību. To vispirms pierādīja japāņu pētnieks Masaru Emoto un mūsu tautietis Staņislavs Zenins, kurš viens no pirmajiem ierosināja klasteru teoriju par ūdens struktūru, kas sastāv no masveida daudzskaldņu struktūras cikliskiem asociētiem savienojumiem - vispārējās formulas (H) kopām. 2 O) n, kur n saskaņā ar jaunākajiem datiem var sasniegt simtus un pat tūkstošus vienību. Pateicoties klasteru klātbūtnei ūdenī, ūdenim ir informatīvas īpašības. Pētnieki fotografēja ūdens sasalšanas procesus ledus mikrokristālos, iedarbojoties uz to ar dažādiem elektromagnētiskiem un akustiskiem laukiem, melodijām, lūgšanu, vārdiem vai domām. Izrādījās, ka pozitīvas informācijas iespaidā skaistu melodiju un vārdu veidā ledus sasala simetriskos sešstūrainos kristālos. Tur, kur skanēja neritmiska mūzika, dusmīgi un aizvainojoši vārdi, ūdens, gluži pretēji, sasala haotiskos un bezveidīgos kristālos. Tas ir pierādījums tam, ka ūdenim ir īpaša struktūra, kas ir jutīga pret ārējās informācijas ietekmi. Jādomā, ka cilvēka smadzenēm, kas sastāv no 85-90% ūdens, ir spēcīga ūdens strukturējoša iedarbība.

Emoto kristāli izraisa gan interesi, gan nepietiekami pamatotu kritiku. Ja paskatās uz tiem uzmanīgi, jūs varat redzēt, ka to struktūra sastāv no sešām galotnēm. Taču vēl rūpīgāka analīze liecina, ka sniegpārslām ziemā ir tāda pati struktūra, vienmēr simetriskas un ar sešām galotnēm. Cik lielā mērā kristalizētās struktūras satur informāciju par vidi, kurā tās radītas? Sniegpārslu struktūra var būt skaista vai bezveidīga. Tas norāda, ka kontroles paraugam (mākonim atmosfērā), kur tie rodas, ir tāda pati ietekme kā sākotnējiem apstākļiem. Sākotnējie apstākļi ir saules aktivitāte, temperatūra, ģeofiziskie lauki, mitrums utt.. Tas viss nozīmē, ka no t.s. vidējais ansamblis, mēs varam secināt, ka ūdens pilienu un pēc tam sniegpārslu struktūra ir aptuveni vienāda. To masa ir gandrīz vienāda, un tie pārvietojas pa atmosfēru ar līdzīgu ātrumu. Atmosfērā tie turpina veidot savas struktūras un palielināt apjomu. Pat ja tās veidojās dažādās mākoņa daļās, vienā un tajā pašā grupā vienmēr ir noteikts skaits sniegpārslu, kas radušās gandrīz tādos pašos apstākļos. Un atbildi uz jautājumu par to, kas ir pozitīva un negatīva informācija par sniegpārslām, var atrast Emoto. Laboratorijas apstākļos negatīvā informācija (zemestrīce, cilvēkam nelabvēlīgas skaņas vibrācijas utt.) neveido kristālus, bet gan pozitīvo informāciju, tieši otrādi. Ļoti interesanti, cik lielā mērā viens faktors var veidot vienādas vai līdzīgas sniegpārslu struktūras. Vislielākais ūdens blīvums tiek novērots 4 °C temperatūrā. Ir zinātniski pierādīts, ka ūdens blīvums samazinās, kad, temperatūrai nokrītot zem nulles, sāk veidoties sešstūra formas ledus kristāli. Tas ir ūdeņraža saišu darbības rezultāts starp ūdens molekulām.

Kāds ir šīs strukturēšanas iemesls? Kristāli ir cietas vielas, un to sastāvā esošie atomi, molekulas vai joni ir sakārtoti regulārā, atkārtojošā struktūrā trīs telpiskās dimensijās. Ūdens kristālu struktūra ir nedaudz atšķirīga. Pēc Īzaka domām, tikai 10% no ledus ūdeņraža saitēm ir kovalentas, t.i. ar diezgan stabilu informāciju. Ūdeņraža saites starp vienas ūdens molekulas skābekli un citas molekulas ūdeņradi ir visjutīgākās pret ārējām ietekmēm. Ūdens spektrs kristālu veidošanās laikā ir relatīvi atšķirīgs laikā. Pēc Antonova un Juskeselijeva pierādītās ūdens piliena diskrētās iztvaikošanas efekta un atkarības no ūdeņraža saišu enerģētiskajiem stāvokļiem, varam meklēt atbildi par kristālu strukturēšanu. Katra spektra daļa ir atkarīga no ūdens pilienu virsmas spraiguma. Spektrā ir sešas virsotnes, kas norāda uz sniegpārslas atzariem.

Acīmredzot Emoto eksperimentos sākotnējam "kontroles" paraugam ir ietekme uz kristālu izskatu. Tas nozīmē, ka pēc noteikta faktora iedarbības var sagaidīt šādu kristālu veidošanos. Ir gandrīz neiespējami iegūt identiskus kristālus. Pārbaudot vārda "mīlestība" ietekmi uz ūdeni, Emoto skaidri nenorāda, vai šis eksperiments tika veikts ar dažādiem paraugiem.

Ir nepieciešami dubultakli eksperimenti, lai pārbaudītu, vai Emoto tehnika pietiekami diferencē. Īzaka pierādījums, ka 10% ūdens molekulu pēc sasalšanas veido kovalentās saites, parāda, ka ūdens izmanto šo informāciju, kad tas sasalst. Emoto sasniegums, pat bez dubultmaskētiem eksperimentiem, joprojām ir diezgan svarīgs saistībā ar ūdens informatīvajām īpašībām.

Dabiskā sniegpārsla, Vilsons Bentlijs, 1925

Emoto sniegpārsla iegūta no dabīgā ūdens

Viena sniegpārsla ir dabiska, bet otra ir Emoto radīta, norādot, ka ūdens spektra daudzveidība nav neierobežota.

Zemestrīce, Sofija, 4,0 Rihtera skala, 2008. gada 15. novembris,
Dr. Ignatovs, 2008©, Prof. Antonova ierīce ©

Šis skaitlis parāda atšķirību starp kontroles paraugu un paraugu, kas ņemts citās dienās. Ūdens molekulas pārrauj enerģētiskākās ūdeņraža saites ūdenī, kā arī divas spektra virsotnes dabas parādības laikā. Pētījums tika veikts, izmantojot Antonova ierīci. Biofizikālais rezultāts parāda ķermeņa vitalitātes samazināšanos zemestrīces laikā. Zemestrīces laikā ūdens nevar mainīt savu struktūru sniegpārslās Emoto laboratorijā. Ir pierādījumi par ūdens elektriskās vadītspējas izmaiņām zemestrīces laikā.

1963. gadā Tanzānijas skolnieks Erasto Mpemba pamanīja, ka karstais ūdens sasalst ātrāk nekā aukstais ūdens. Šo parādību sauc par Mpemba efektu. Lai gan ūdens unikālo īpašību daudz agrāk pamanīja Aristotelis, Frensiss Bēkons un Renē Dekarts. Šī parādība ir daudzkārt pierādīta ar vairākiem neatkarīgiem eksperimentiem. Ūdenim ir vēl kāda dīvaina īpašība. Manuprāt, izskaidrojums tam ir šāds: vārīta ūdens diferenciālajam nelīdzsvara enerģijas spektram (DNES) ir zemāka ūdeņraža saišu vidējā enerģija starp ūdens molekulām nekā paraugam, kas ņemts istabas temperatūrā. Tas nozīmē, ka vārītam ūdenim ir nepieciešams mazāk enerģijas. lai sāktu strukturēt kristālus un sasalst.

Ledus struktūras un tā īpašību atslēga slēpjas tā kristāla struktūrā. Visu ledus modifikāciju kristāli ir veidoti no ūdens molekulām H 2 O, kas ar ūdeņraža saitēm savienotas trīsdimensiju sieta rāmjos ar noteiktu ūdeņraža saišu izvietojumu. Ūdens molekulu var vienkārši iedomāties kā tetraedru (piramīdu ar trīsstūrveida pamatni). Tā centrā atrodas skābekļa atoms, kas atrodas sp 3 hibridizācijas stāvoklī, un divās virsotnēs atrodas ūdeņraža atoms, kura viens no 1s elektroniem ir iesaistīts kovalentās H-O saites veidošanā ar skābekli. Divas atlikušās virsotnes aizņem nepāra skābekļa elektronu pāri, kas nepiedalās intramolekulāro saišu veidošanā, tāpēc tos sauc par vientuļajiem. H 2 O molekulas telpiskā forma ir izskaidrojama ar ūdeņraža atomu un centrālā skābekļa atoma vientuļo elektronu pāru savstarpēju atgrūšanos.

Ūdeņraža saite ir svarīga starpmolekulāro mijiedarbību ķīmijā, un to virza vāji elektrostatiskie spēki un donora-akceptora mijiedarbība. Tas notiek, kad vienas ūdens molekulas ūdeņraža atoms ar elektronu deficītu mijiedarbojas ar blakus esošās ūdens molekulas skābekļa atoma vientuļo elektronu pāri (О-Н…О). Ūdeņraža saites īpatnība ir salīdzinoši zemā stiprība; tā ir 5-10 reizes vājāka par ķīmisko kovalento saiti. Enerģijas ziņā ūdeņraža saite ieņem starpposmu starp ķīmisko saiti un van der Vālsa mijiedarbību, kas satur molekulas cietā vai šķidrā fāzē. Katra ūdens molekula ledus kristālā var vienlaikus veidot četras ūdeņraža saites ar citām blakus esošām molekulām stingri noteiktos leņķos, kas vienādi ar 109 ° 47 ", kas vērsti uz tetraedra virsotnēm, kas neļauj veidot blīvu struktūru, kad ūdens sasalst (att. . 3). I, Ic, VII un VIII ledus struktūrās šis tetraedrs ir regulārs. II, III, V un VI ledus struktūrās tetraedri ir manāmi izkropļoti. VI, VII un VIII ledus struktūrās divi. var izšķirt savstarpēji šķērsojošas ūdeņraža saišu sistēmas.Šis neredzamais ūdeņraža saišu karkass sakārto ūdens molekulas režģa formā, kuras struktūra atgādina sešstūrainu šūnveida ar dobiem iekšējiem kanāliem.Ja ledu sakarsē, režģa struktūra tiek iznīcināta: ūdens molekulas sāk krist režģa tukšumos, kas noved pie blīvākas šķidruma struktūras - tas izskaidro, kāpēc ūdens ir smagāks par ledu.

Rīsi. 3. Ūdeņraža saites veidošanās starp četrām H 2 O molekulām (sarkanas bumbiņas norāda centrālos skābekļa atomus, baltas bumbiņas norāda uz ūdeņraža atomiem)

Ledus struktūrai raksturīgā ūdeņraža saišu specifika un starpmolekulārā mijiedarbība tiek saglabāta kūstošajā ūdenī, jo ledus kristāla kušanas laikā tiek iznīcināti tikai 15% no visām ūdeņraža saitēm. Tāpēc ledus raksturīgā saite starp katru ūdens molekulu un tās četriem kaimiņiem ("īsa diapazona secība") netiek pārkāpta, lai gan skābekļa karkasa režģis ir izkliedētāks. Ūdeņraža saites var saglabāties arī tad, kad ūdens vārās. Ūdeņraža saites nav tikai ūdens tvaikos.

Ledus, kas veidojas atmosfēras spiedienā un kūst 0 ° C temperatūrā, ir vispazīstamākā, bet joprojām līdz galam neizprotamā viela. Daudzas tās struktūras un īpašību ziņā izskatās neparasti. Ledus kristāliskā režģa mezglos ūdens molekulu tetraedru skābekļa atomi ir sakārtoti, veidojot regulārus sešstūrus, piemēram, sešstūra šūnveida, un ūdeņraža atomi ieņem dažādas pozīcijas uz ūdeņraža saitēm, kas savieno skābekļa atomus ( 4. att.). Tāpēc ir sešas līdzvērtīgas ūdens molekulu orientācijas attiecībā pret kaimiņiem. Daži no tiem ir izslēgti, jo divu protonu klātbūtne vienā un tajā pašā ūdeņraža saitē vienlaikus ir maz ticama, taču ūdens molekulu orientācijā joprojām ir pietiekama nenoteiktība. Šāda atomu uzvedība ir netipiska, jo cietā vielā visi atomi ievēro vienu un to pašu likumu: vai nu tie ir sakārtoti sakārtoti atomi, un tad tas ir kristāls, vai nejauši, un tad tā ir amorfa viela. Šādu neparastu struktūru var realizēt lielākajā daļā ledus modifikāciju - Ih, III, V, VI un VII (un, acīmredzot, Ic) (3. tabula), un II, VIII un IX ledus struktūrā ūdens. molekulas ir orientēti sakārtotas. Pēc Dž.Bernāla domām, ledus ir kristālisks attiecībā pret skābekļa atomiem un stiklveida attiecībā pret ūdeņraža atomiem.

Rīsi. 4. Dabiskas sešstūra konfigurācijas ledus uzbūve I h

Citos apstākļos, piemēram, kosmosā pie augsta spiediena un zemas temperatūras, ledus kristalizējas atšķirīgi, veidojot citus kristāliskos režģus un modifikācijas (kubiskus, trigonālus, tetragonālus, monoklīniskus utt.), kuriem katram ir sava struktūra un kristāliskais režģis ( 3. tabula). Dažādu modifikāciju ledus struktūras aprēķinājuši Krievijas pētnieki, ķīmijas zinātņu doktors. G.G. Maļenkovs un Ph.D. E.A. Želigovskaja no Fizikālās ķīmijas un elektroķīmijas institūta. A.N. Frumkins no Krievijas Zinātņu akadēmijas. Ledus modifikācijas II, III un V ilgstoši saglabājas atmosfēras spiedienā, ja temperatūra nepārsniedz -170 °C (5. att.). Atdzesējot līdz aptuveni -150 ° C, dabiskais ledus pārvēršas kubiskā ledū Ic, kas sastāv no kubiem un oktaedriem, kuru izmērs ir daži nanometri. Ledus I c dažkārt parādās arī ūdenim sasalstot kapilāros, ko acīmredzot veicina ūdens mijiedarbība ar sienas materiālu un tā struktūras atkārtošanās. Ja temperatūra ir nedaudz augstāka par -110 0 C, uz metāla pamatnes veidojas blīvāka un smagāka stiklveida amorfa ledus kristāli ar blīvumu 0,93 g/cm 3. Abas šīs ledus formas var spontāni pārveidoties par sešstūra ledu, un jo ātrāk, jo augstāka ir temperatūra.

Tab. 3. Dažas ledus modifikācijas un to fizikālie parametri.

Modifikācija

Kristāla struktūra

Ūdeņraža saites garums, Å

H-O-H leņķi tetraedros, 0

Sešstūrains

kub

Trigonāls

tetragonāls

Monoklīnika

tetragonāls

kub

tetragonāls

Piezīme. 1 Å = 10 -10 m

Rīsi. 5. Dažādu modifikāciju kristālisko ledu stāvokļu diagramma.

Ir arī augstspiediena ledus - II un III trigonālas un tetragonālas modifikācijas, kas veidojas no dobiem akriem, ko veido sešstūraini rievoti elementi, kas nobīdīti viens pret otru par vienu trešdaļu (6. un 7. att.). Šie ledus tiek stabilizēti hēlija un argona cēlgāzu klātbūtnē. Monoklīniskās modifikācijas ledus V struktūrā leņķi starp blakus esošajiem skābekļa atomiem svārstās no 860 līdz 132°, kas ļoti atšķiras no saites leņķa ūdens molekulā, kas ir 105°47'. Tetragonālās modifikācijas ledus VI sastāv no diviem viens otrā ievietotiem rāmjiem, starp kuriem nav ūdeņraža saites, kā rezultātā veidojas uz ķermeni centrēts kristāliskais režģis (8. att.). Ledus VI struktūras pamatā ir heksamēri – sešu ūdens molekulu bloki. To konfigurācija precīzi atkārto aprēķinos iegūto stabila ūdens kopas struktūru. Kubiskās modifikācijas ledus VII un VIII, kas ir zemas temperatūras sakārtotas VII ledus formas, ir līdzīgas struktūras ar ledus I karkasiem, kas ievietoti viens otrā. Ar sekojošu spiediena pieaugumu samazināsies attālums starp skābekļa atomiem ledus VII un VIII kristāla režģī, kā rezultātā veidojas ledus X struktūra, kurā skābekļa atomi ir sakārtoti regulārā režģī, un protoni ir sakārtoti.

Rīsi. 7. III konfigurācijas ledus.

Ledus XI veidojas, dziļi atdzesējot ledu I h, pievienojot sārmu zem 72 K normālā spiedienā. Šādos apstākļos veidojas hidroksilkristālu defekti, kas ļauj augošajam ledus kristālam mainīt savu struktūru. Ledus XI ir rombveida kristāla režģis ar sakārtotu protonu izvietojumu, un tas veidojas vienlaikus daudzos kristalizācijas centros kristāla hidroksildefektu tuvumā.

Rīsi. astoņi. Ice VI konfigurācija.

Ledus vidū sastopamas arī metastabilās formas IV un XII, kuru mūža ilgums ir sekundes, kurām ir visskaistākā struktūra (9. un 10. att.). Lai iegūtu metastabilu ledu, nepieciešams ledus I h saspiest līdz 1,8 GPa spiedienam šķidrā slāpekļa temperatūrā. Šie ledus veidojas daudz vieglāk un ir īpaši stabili, ja pārdzesēts smagais ūdens tiek pakļauts spiedienam. Vēl viena metastabila modifikācija, ledus IX, veidojas pēc ledus III pārdzesēšanas un būtībā ir tā zemas temperatūras forma.

Rīsi. deviņi. Ice IV konfigurācija.

Rīsi. desmit. Ice XII konfigurācija.

Pēdējās divas ledus modifikācijas - ar monoklinisko XIII un rombveida konfigurāciju XIV zinātnieki no Oksfordas (Lielbritānija) atklāja pavisam nesen - 2006. gadā. Pieņēmumu, ka vajadzētu pastāvēt ledus kristāliem ar monoklīniskiem un rombveida režģiem, bija grūti apstiprināt: ūdens viskozitāte -160 ° C temperatūrā ir ļoti augsta, un tīra pārdzesēta ūdens molekulām ir grūti apvienoties tādā daudzumā. ka veidojas kristāla kodols. Tas tika panākts ar katalizatora - sālsskābes palīdzību, kas palielināja ūdens molekulu mobilitāti zemā temperatūrā. Uz Zemes šādas ledus modifikācijas nevar veidoties, taču tās var pastāvēt kosmosā uz atdzesētām planētām un sasalušiem pavadoņiem un komētām. Tādējādi Jupitera un Saturna pavadoņu virsmas blīvuma un siltuma plūsmu aprēķins ļauj apgalvot, ka Ganimēdam un Kalisto vajadzētu būt ledus apvalkam, kurā mijas I, III, V un VI ledus. Pie Titāna ledus veido nevis garozu, bet gan mantiju, kuras iekšējo slāni veido ledus VI, citi augstspiediena ledus un klatrāta hidrāti, bet virsū atrodas ledus I h.

Rīsi. vienpadsmit. Sniegpārslu daudzveidība un forma dabā

Augstu Zemes atmosfērā zemā temperatūrā ūdens kristalizējas no tetraedriem, veidojot sešstūra ledu I h . Ledus kristālu veidošanās centrs ir cietas putekļu daļiņas, kuras vējš paceļ atmosfēras augšējos slāņos. Ap šo embrionālo ledus mikrokristālu sešos simetriskos virzienos aug adatas, ko veido atsevišķas ūdens molekulas, uz kurām aug sānu procesi - dendrīti. Gaisa temperatūra un mitrums ap sniegpārsliņu ir vienādi, tāpēc sākotnēji tā ir simetriskas formas. Veidojoties sniegpārslām, tās pakāpeniski nogrimst atmosfēras zemākajos slāņos, kur temperatūra ir augstāka. Šeit notiek kušana un tiek izkropļota to ideālā ģeometriskā forma, veidojot dažādas sniegpārslas (11. att.).

Turpinot kušanu, ledus sešstūra struktūra tiek iznīcināta un veidojas klasteru ciklisko asociēto savienojumu maisījums, kā arī no ūdens tri-, tetra-, penta-, heksamēriem (12. att.) un brīvajām ūdens molekulām. Iegūto klasteru struktūras izpēte bieži vien ir ievērojami sarežģīta, jo saskaņā ar mūsdienu datiem ūdens ir dažādu neitrālu kopu (H 2 O) n un to lādēto klasteru jonu [H 2 O] + n un [H maisījums. 2 O] - n, kas atrodas dinamiskā līdzsvarā starp ar kalpošanas laiku 10 -11 -10 -12 sekundes.

Rīsi. 12. Iespējamie ūdens klasteri (a-h) ar sastāvu (H 2 O) n, kur n = 5-20.

Kopas spēj savstarpēji mijiedarboties, pateicoties ūdeņraža saišu izvirzītajām virsmām, veidojot sarežģītākas daudzskaldņa struktūras, piemēram, heksaedru, oktaedru, ikosaedru un dodekaedru. Tādējādi ūdens uzbūve ir saistīta ar tā saucamajām platoniskajām cietvielām (tetraedrs, heksaedrs, oktaedrs, ikosaedrs un dodekaedrs), kas nosauktas tās atklājēja sengrieķu filozofa un ģeometra Platona vārdā, kuru formu nosaka zelta griezums. (13. att.).

Rīsi. trīspadsmit. Platoniskas cietvielas, kuru ģeometrisko formu nosaka zelta attiecība.

Virsotņu (B), šķautņu (G) un malu (P) skaitu jebkurā telpiskā daudzskaldnī apraksta ar attiecību:

C + D = P + 2

Regulāra daudzskaldņa virsotņu skaita (B) attiecība pret vienas tās skaldnes malu skaitu (P) ir vienāda ar tā paša daudzskaldņa skalu skaita (G) attiecību pret malu skaitu ( P), kas iziet no vienas no tās virsotnēm. Tetraedram šī attiecība ir 4:3, heksaedram (6 skaldnes) un oktaedram (8 skalas) - 2:1, bet dodekaedram (12 skaldnes) un ikosaedram (20 skaldnes) - 4:1.

Krievu zinātnieku aprēķinātās daudzskaldņu ūdens kopu struktūras tika apstiprinātas, izmantojot mūsdienu analīzes metodes: protonu magnētiskās rezonanses spektroskopiju, femtosekundes lāzera spektroskopiju, rentgenstaru un neitronu difrakciju uz ūdens kristāliem. Ūdens kopu atklāšana un ūdens spēja uzglabāt informāciju ir divi svarīgākie 21. tūkstošgades atklājumi. Tas skaidri pierāda, ka dabai ir raksturīga ledus kristāliem raksturīga simetrija precīzu ģeometrisku formu un proporciju veidā.

LITERATŪRA.

1. Beļaņins V., Romanova E. Dzīve, ūdens molekula un zelta griezums // Zinātne un dzīve, 2004, 10. sēj., 3. sēj., 3. lpp. 23-34.

2. Shumsky P. A., Strukturālās ledus zinātnes pamati. - Maskava, 1955b lpp. 113.

3. Mosins O.V., Ignatovs I. Ūdens kā dzīvības vielas apzināšanās. // Apziņa un fiziskā realitāte. 2011, T 16, Nr. 12, lpp. 9-22.

4. Petrjanovs I. V. Visneparastākā viela pasaulē.Maskava, Pedagoģija, 1981, lpp. 51-53.

5 Eizenbergs D, Kautsmans V. Ūdens uzbūve un īpašības. - Ļeņingrad, Gidrometeoizdat, 1975, 1. lpp. 431.

6. Kulsky L. A., Dal V. V., Lenchina L. G. Ūdens ir pazīstams un noslēpumains. - Kijeva, Rodjanskas skola, 1982, lpp. 62-64.

7. G. N. Zacepina, Ūdens struktūra un īpašības. - Maskava, red. Maskavas Valsts universitāte, 1974, lpp. 125.

8. Antončenko V. Ja., Davydovs N. S., Iļjins V. V. Ūdens fizikas pamati - Kijeva, Naukova Dumka, 1991, lpp. 167.

9. Simonīts T. Oglekļa nanocaurulēs "redzēts" DNS līdzīgais ledus // New Scientist, V. 12, 2006.

10. Emoto M. Ūdens vēstījumi. Ledus kristālu slepenie kodi. - Sofija, 2006. lpp. 96.

11. S. V. Zenins un B. V. Tyaglovs, Hidrofobās mijiedarbības daba. Orientācijas lauku rašanās ūdens šķīdumos // Journal of Physical Chemistry, 1994, V. 68, Nr. 3, lpp. 500-503.

12. Pimentel J., McClellan O. Ūdeņraža savienojums - Maskava, Nauka, 1964, 1. lpp. 84-85.

13. Bernal J., Fowler R. Struktūra ūdens un jonu šķīdumi // Uspekhi fizicheskikh nauk, 1934, 14. sēj., Nr. 5, lpp. 587-644.

14. Hobza P., Zahradnik R. Starpmolekulārie kompleksi: Van der Vālsa sistēmu loma fizikālajā ķīmijā un biodisciplīnās. - Maskava, Mir, 1989, lpp. 34-36.

15. E. R. Pounder, Physics of Ice, tulk. no angļu valodas. - Maskava, 1967, 1. lpp. 89.

16. Komarovs S. M. Augsta spiediena ledus modeļi. // Ķīmija un Dzīve, 2007, 2.nr., 48.-51.lpp.

17. E. A. Želigovska un G. G. Maļenkovs. Kristālisks ledus // Uspekhi khimii, 2006, Nr. 75, lpp. 64.

18. Fletcher N. H. Ledus ķīmiskā fizika, Cambreage, 1970.

19. Nemuhins A. V. Klasteru daudzveidība // Russian Chemical Journal, 1996, 40. sēj., 2. nr., lpp. 48-56.

20. Mosins O.V., Ignatovs I. Ūdens struktūra un fiziskā realitāte. // Apziņa un fiziskā realitāte, 2011, 16. sēj., 9. nr., lpp. 16-32.

21. Ignatovs I. Bioenerģētiskā medicīna. Dzīvās vielas izcelsme, ūdens atmiņa, biorezonanse, biofizikālie lauki. - GaiaLibris, Sofija, 2006, lpp. 93.

Šķidra ūdens trīsdimensiju stāvokli ir grūti izpētīt, taču daudz ir uzzināts, analizējot ledus kristālu struktūru. Četri blakus esoši skābekļa atomi, kas mijiedarbojas ar ūdeņradi, aizņem tetraedra virsotnes (tetra = četri, hedrons = plakne). Vidējā enerģija, kas nepieciešama, lai pārrautu šādu saiti ledū, tiek lēsta 23 kJ/mol -1.

Ūdens molekulu spēja veidot noteiktu skaitu ūdeņraža ķēžu, kā arī noteiktais stiprums rada neparasti augstu kušanas temperatūru. Kad tas kūst, to notur šķidrs ūdens, kura struktūra ir neregulāra. Lielākā daļa ūdeņraža saišu ir izkropļotas. Lai iznīcinātu ledus kristālisko režģi ar ūdeņraža saiti, ir nepieciešama liela enerģijas masa siltuma veidā.

Ledus izskata iezīmes (Ih)

Daudzi iedzīvotāji interesējas par to, kāds ir ledus kristāla režģis. Jāņem vērā, ka lielākajai daļai vielu blīvums palielinās sasalšanas laikā, kad molekulārās kustības palēninās un veidojas blīvi iesaiņoti kristāli. Arī ūdens blīvums palielinās, kad tas atdziest līdz maksimumam pie 4°C (277K). Tad, kad temperatūra nokrītas zem šīs vērtības, tā izplešas.

Šis pieaugums ir saistīts ar atvērta, ar ūdeņraža savienojumu saistīta ledus kristāla veidošanos ar tā režģi un mazāku blīvumu, kurā katra ūdens molekula ir stingri saistīta ar iepriekš minēto elementu un četrām citām vērtībām, vienlaikus pārvietojoties pietiekami ātri, lai tai būtu lielāka masa. Tā kā šī darbība notiek, šķidrums sasalst no augšas uz leju. Tam ir svarīgi bioloģiski rezultāti, kā rezultātā ledus kārta uz dīķa izolē dzīvās būtnes no liela aukstuma. Turklāt divas papildu ūdens īpašības ir saistītas ar tā ūdeņraža īpašībām: īpatnējā siltumietilpība un iztvaikošana.

Detalizēts konstrukciju apraksts

Pirmais kritērijs ir daudzums, kas nepieciešams, lai 1 grama vielas temperatūru paaugstinātu par 1°C. Ūdens pakāpes paaugstināšanai ir nepieciešams salīdzinoši liels siltuma daudzums, jo katra molekula ir iesaistīta daudzās ūdeņraža saitēs, kuras jāsarauj, lai palielinātu kinētisko enerģiju. Starp citu, H 2 O pārpilnība visu lielo daudzšūnu organismu šūnās un audos nozīmē, ka temperatūras svārstības šūnu iekšienē tiek samazinātas līdz minimumam. Šī īpašība ir kritiska, jo lielākās daļas bioķīmisko reakciju ātrums ir jutīgs.

Arī ievērojami augstāks par daudziem citiem šķidrumiem. Lai šo ķermeni pārvērstu gāzē, nepieciešams liels siltuma daudzums, jo ir jāpārrauj ūdeņraža saites, lai ūdens molekulas viena no otras izbīdītos un nonāktu minētajā fāzē. Maināmie ķermeņi ir pastāvīgi dipoli un var mijiedarboties ar citiem līdzīgiem savienojumiem un tiem, kas jonizē un izšķīst.

Citas iepriekš minētās vielas var nonākt saskarē tikai tad, ja ir polaritāte. Tieši šis savienojums ir iesaistīts šo elementu struktūrā. Turklāt tas var izlīdzināties ap šīm daļiņām, kas veidojas no elektrolītiem, tā, ka ūdens molekulu negatīvie skābekļa atomi ir orientēti uz katjoniem, bet pozitīvie joni un ūdeņraža atomi – uz anjoniem.

In veidojas, kā likums, molekulāro kristālu režģi un atomu. Tas ir, ja jods ir konstruēts tā, ka tajā atrodas I 2, tad cietā oglekļa dioksīdā, tas ir, sausajā ledā, CO 2 molekulas atrodas kristāla režģa mezglos. Mijiedarbojoties ar līdzīgām vielām, ledam ir jonu kristāliskais režģis. Piemēram, grafīts, kura atomu struktūra ir balstīta uz oglekli, nespēj to mainīt, tāpat kā dimants.

Kas notiek, kad vārāmā sāls kristāls izšķīst ūdenī, ir tas, ka polārās molekulas tiek piesaistītas kristāla lādētajiem elementiem, kā rezultātā uz tā virsmas veidojas līdzīgas nātrija un hlorīda daļiņas, kā rezultātā šie ķermeņi tiek izmežģīti. viens no otra, un tas sāk izšķīst. No šejienes var novērot, ka ledus ir kristāla režģis ar jonu saiti. Katrs izšķīdušais Na + piesaista vairāku ūdens molekulu negatīvos galus, savukārt katrs izšķīdušais Cl - piesaista pozitīvos galus. Apvalku, kas ieskauj katru jonu, sauc par evakuācijas sfēru, un tajā parasti ir vairāki šķīdinātāja daļiņu slāņi.

Tiek uzskatīts, ka mainīgie vai jons, ko ieskauj elementi, ir sulfāti. Ja šķīdinātājs ir ūdens, šādas daļiņas tiek hidratētas. Tādējādi jebkura polāra molekula mēdz būt izšķīdināta ar šķidrā ķermeņa elementiem. Sausajā ledū kristāla režģa veids veido atomu saites agregācijas stāvoklī, kas ir nemainīgas. Vēl viena lieta ir kristālisks ledus (sasaldēts ūdens). Jonu organiskajiem savienojumiem, piemēram, karboksilāzēm un protonētiem amīniem, jābūt šķīstošiem hidroksilgrupās un karbonilgrupās. Šādās struktūrās esošās daļiņas pārvietojas starp molekulām, un to polārās sistēmas veido ūdeņraža saites ar šo ķermeni.

Protams, pēdējo minēto grupu skaits molekulā ietekmē tās šķīdību, kas ir atkarīga arī no dažādu struktūru reakcijas elementā: piemēram, viena, divu un trīs oglekļa spirti sajaucas ar ūdeni, bet lielāki. ogļūdeņraži ar atsevišķiem hidroksilgrupas savienojumiem šķidrumos ir daudz mazāk atšķaidīti.

Sešstūra Ih pēc formas ir līdzīga atomu kristāliskajam režģim. Ledus un visu dabisko sniegu uz Zemes tas izskatās tieši šādi. Par to liecina ledus kristāliskā režģa simetrija, kas izaugusi no ūdens tvaikiem (tas ir, sniegpārslām). Tas ir kosmosa grupā P 63/mm no 194; D 6h, Laue klase 6/mm; līdzīgi kā β-, kam ir 6 spirālveida ass daudzkārtnis (rotācija apkārt, kā arī nobīde gar to). Tam ir diezgan atvērta zema blīvuma struktūra, kur efektivitāte ir zema (~1/3), salīdzinot ar vienkāršām kubiskām (~1/2) vai uz sejas centrētām kubiskām (~3/4) struktūrām.

Salīdzinot ar parasto ledu, sausā ledus kristāliskais režģis, ko saista CO 2 molekulas, ir statisks un mainās tikai atomiem sadaloties.

Režģu un to veidojošo elementu apraksts

Kristālus var uzskatīt par kristāliskiem modeļiem, kas sastāv no loksnēm, kas sakrautas viena virs otras. Ūdeņraža saite ir sakārtota, lai gan patiesībā tā ir nejauša, jo protoni var pārvietoties starp ūdens (ledus) molekulām temperatūrā, kas pārsniedz aptuveni 5 K. Patiešām, protoni pastāvīgā tuneļa plūsmā uzvedas kā kvantu šķidrums. To pastiprina neitronu izkliede, parādot to izkliedes blīvumu pusceļā starp skābekļa atomiem, norādot uz lokalizāciju un saskaņotu kustību. Šeit ir ledus līdzība ar atomu, molekulāro kristāla režģi.

Molekulām ir pakāpenisks ūdeņraža ķēdes izvietojums attiecībā pret to trim kaimiņiem plaknē. Ceturtajam elementam ir aptumšota ūdeņraža saites izkārtojums. Ir neliela novirze no perfektas sešstūra simetrijas, piemēram, par 0,3% īsāka šīs ķēdes virzienā. Visām molekulām ir tāda pati molekulārā vide. Katras "kastes" iekšpusē ir pietiekami daudz vietas, lai noturētu intersticiāla ūdens daļiņas. Lai gan tie parasti netiek uzskatīti, tie nesen ir efektīvi atklāti ar ledus pulverveida kristāliskā režģa neitronu difrakciju.

Vielu maiņa

Sešstūra korpusam ir trīs punkti ar šķidru un gāzveida ūdeni 0,01 ° C, 612 Pa, cietie elementi - trīs -21,985 ° C, 209,9 MPa, vienpadsmit un divi -199,8 ° C, 70 MPa un -34 ,7 ° C, 212,9 MPa. Sešstūra ledus dielektriskā konstante ir 97,5.

Šī elementa kušanas līkni nosaka MPa. Stāvokļa vienādojumi ir pieejami papildus tiem, dažas vienkāršas nevienādības, kas saista fizikālo īpašību izmaiņas ar sešstūra ledus un tā ūdens suspensiju temperatūru. Cietība svārstās ar grādiem, kas paaugstinās no vai zem ģipša (≤2) 0°C temperatūrā līdz laukšpatam (6 pie -80°C, neparasti lielas absolūtās cietības izmaiņas (>24 reizes).

Ledus sešstūra kristāla režģis veido sešstūrainas plāksnes un kolonnas, kur augšējā un apakšējā virsma ir pamatplaknes (0 0 0 1) ar entalpiju 5,57 μJ cm -2, bet pārējās līdzvērtīgās sānu virsmas sauc par prizmas daļām. (1 0 -1 0) ar 5,94 μJ cm -2. Sekundārās virsmas (1 1 -2 0) ar 6,90 μJ ˣ cm -2 var veidot pa plaknēm, ko veido konstrukciju malas.

Līdzīga struktūra parāda anomālu siltumvadītspējas samazināšanos, palielinoties spiedienam (kā arī kubiskais un amorfais zema blīvuma ledus), taču atšķiras no vairuma kristālu. Tas ir saistīts ar ūdeņraža saites izmaiņām, kas samazina skaņas šķērsvirziena ātrumu ledus un ūdens kristāliskajā režģī.

Ir metodes, kas apraksta, kā sagatavot lielus kristāla paraugus un jebkuru vēlamo ledus virsmu. Tiek pieņemts, ka ūdeņraža saite uz pētāmā sešstūra ķermeņa virsmas būs sakārtotāka nekā lielapjoma sistēmā. Variāciju spektroskopija ar fāzes režģa frekvences ģenerēšanu ir parādījusi, ka sešstūra ledus pamatvirsmas zemvirsmas H O ķēdē starp diviem augšējiem slāņiem (L1 un L2) pastāv strukturāla asimetrija. Pieņemtās ūdeņraža saites sešstūru augšējos slāņos (L1 O ··· HO L2) ir stiprākas nekā tās, kas pieņemtas otrajā slānī uz augšējo akumulāciju (L1 OH ··· O L2). Ir pieejamas interaktīvas sešstūra ledus struktūras.

Attīstības iezīmes

Minimālais ūdens molekulu skaits, kas nepieciešams ledus kodolu veidošanai, ir aptuveni 275 ± 25, tāpat kā pilnīgai ikozaedru kopai ar 280. Veidošanās notiek ar koeficientu 10 10 gaisa un ūdens saskarnē, nevis lielajā ūdenī. Ledus kristālu augšana ir atkarīga no dažādiem dažādu enerģiju augšanas ātrumiem. Bioloģisko paraugu, pārtikas un orgānu kriokonservēšanas laikā ūdens ir jāaizsargā no sasalšanas.

To parasti panāk ar ātru dzesēšanas ātrumu, mazu paraugu un kriokonservatora izmantošanu, kā arī paaugstinātu spiedienu, lai radītu ledu kodolu un novērstu šūnu bojājumus. Ledus/šķidruma brīvā enerģija palielinās no ~30 mJ/m2 atmosfēras spiedienā līdz 40 mJ/m -2 pie 200 MPa, norādot iemeslu, kāpēc šis efekts rodas.

Alternatīvi, tie var augt ātrāk no prizmu virsmām (S2) uz ātri sasalušu vai satrauktu ezeru nejauši izjauktās virsmas. Izaugums no skaldnēm (1 1 -2 0) ir vismaz tāds pats, bet pārvērš tās par prizmu pamatnēm. Dati par ledus kristāla attīstību ir pilnībā izpētīti. Dažādu seju elementu relatīvie augšanas ātrumi ir atkarīgi no spējas veidot lielu locītavu mitrināšanas pakāpi. Apkārtējā ūdens temperatūra (zemā) nosaka sazarojuma pakāpi ledus kristālā. Daļiņu augšanu ierobežo difūzijas ātrums zemā pārdzesēšanas pakāpē, t.i.<2 ° C, что приводит к большему их количеству.

Taču to ierobežo attīstības kinētika pie augstāka depresijas līmeņa >4°C, kā rezultātā veidojas adatai līdzīga augšana. Šī forma ir līdzīga sausajam ledus (tam ir kristāla režģis ar sešstūra struktūru), atšķirīgi virsmas attīstības raksturlielumi un apkārtējā (pārdzesēta) ūdens temperatūra, kas atrodas aiz plakanajām sniegpārslu formām.

Ledus veidošanās atmosfērā būtiski ietekmē mākoņu veidošanos un īpašības. Laukšpats, kas atrodams tuksneša putekļos, kas gadā nonāk atmosfērā miljonos tonnu, ir svarīgi veidotāji. Datormodelēšana ir parādījusi, ka tas ir saistīts ar prizmatisku ledus kristālu plakņu kodolu veidošanos uz augstas enerģijas virsmas plaknēm.

Daži citi elementi un režģi

Izšķīdinātās vielas (izņemot ļoti mazus hēliju un ūdeņradi, kas var iekļūt starpsienās) nevar iekļauties Ih struktūrā atmosfēras spiedienā, bet tiek pārvietotas uz virsmu vai amorfu slāni starp mikrokristāliskā ķermeņa daļiņām. Sausā ledus režģa vietās ir daži citi elementi: haotropie joni, piemēram, NH 4 + un Cl - , kas ir iekļauti vieglākā šķidruma sasalšanā nekā citi kosmotropi, piemēram, Na + un SO 4 2-, tāpēc to noņemšana nav iespējama, jo tie veido plānu atlikušā šķidruma plēvi starp kristāliem. Tas var izraisīt virsmas elektrisko uzlādi virszemes ūdens disociācijas dēļ, līdzsvarojot atlikušos lādiņus (kas var izraisīt arī magnētisko starojumu) un atlikušo šķidruma kārtiņu pH izmaiņas, piemēram, NH 4 2 SO 4 kļūst skābāks. un NaCl kļūst bāziskāks.

Tie ir perpendikulāri ledus kristāla režģa virsmām, parādot pievienoto nākamo slāni (ar O-melnajiem atomiem). Tiem ir raksturīga lēni augoša pamatvirsma (0 0 0 1), kur pievienotas tikai izolētas ūdens molekulas. Strauji augoša (1 0 -1 0) prizmas virsma, kur jaunpiesaistītu daļiņu pāri var savienoties viens ar otru ar ūdeņradi (viena ūdeņraža saite/divas elementa molekulas). Visstraujāk augošā seja (1 1 -2 0) (sekundāra prizmatiska), kur tikko pievienotu daļiņu ķēdes var mijiedarboties viena ar otru, veidojot ūdeņraža saiti. Viena no tās ķēdes/elementu molekulām ir forma, kas veido izciļņus, kas sadala un veicina pārvēršanos divās prizmas pusēs.

Nulles punkta entropija

k Bˣ Ln ( N

Zinātnieki un viņu darbi šajā jomā

Var definēt kā S 0 = k Bˣ Ln ( N E0), kur k B ir Bolcmana konstante, N E ir konfigurāciju skaits pie enerģijas E, un E0 ir zemākā enerģija. Šī sešstūra ledus entropijas vērtība pie nulles kelviniem nepārkāpj trešo termodinamikas likumu "Ideāla kristāla entropija pie absolūtās nulles ir tieši nulle", jo šie elementi un daļiņas nav ideāli, tiem ir nesakārtota ūdeņraža saite.

Šajā ķermenī ūdeņraža saite ir nejauša un strauji mainīga. Šīs struktūras nav gluži vienādas enerģētikā, bet sniedzas līdz ļoti lielam skaitam enerģētiski tuvu stāvokļu, pakļaujas "ledus likumiem". Nulles punkta entropija ir traucējumi, kas saglabātos pat tad, ja materiālu varētu atdzesēt līdz absolūtai nullei (0 K = -273,15 °C). Rada eksperimentālu apjukumu sešstūra ledus 3,41 (± 0,2) ˣ mol -1 ˣ K -1. Teorētiski būtu iespējams aprēķināt zināmo ledus kristālu nulles entropiju ar daudz lielāku precizitāti (neņemot vērā defektus un enerģijas līmeņa izplatību), nekā to noteikt eksperimentāli.

Lai gan protonu secība lielapjoma ledū nav sakārtota, virsma, iespējams, dod priekšroku šo daļiņu secībai karājošo H atomu joslu un O-vienu pāru veidā (nulles entropija ar sakārtotām ūdeņraža saitēm). Konstatēts nulles punkta ZPE, J ˣ mol -1 ˣ K -1 un citu nekārtība. No visa iepriekš minētā ir skaidrs un saprotams, kādi kristāla režģu veidi ir raksturīgi ledus.

Ja kristāla režģa mezglos atrodas kādas vielas nepolāras molekulas (piemēram jods es 2, skābeklis Apmēram 2 vai slāpeklis N 2), tad viņi neizjūt nekādas elektriskās "simpātijas" viens pret otru. Citiem vārdiem sakot, to molekulas nedrīkst piesaistīt elektrostatiskajiem spēkiem. Un tomēr kaut kas viņus tur kopā. Kas tieši?

Izrādās, ka cietā stāvoklī šīs molekulas nonāk tik tuvu viena otrai, ka to elektronu mākoņos sākas momentānas (kaut arī ļoti vājas) reakcijas. aizspriedums- elektronu mākoņu kondensācija un retināšana. Nepolāro daļiņu vietā parādās "momentānie dipoli", kurus jau tagad var elektrostatiski piesaistīt viens otram. Tomēr šī pievilcība ir ļoti vāja. Tāpēc nepolāru vielu kristāla režģi ir trausli un pastāv tikai ļoti zemā temperatūrā, "kosmiskā" aukstumā.

Astronomi patiešām ir atklājuši debess ķermeņus - komētas, asteroīdus, pat veselas planētas, kas sastāv no sasalušām slāpeklis, skābeklis un citas vielas, kas parastos sauszemes apstākļos pastāv gāzu veidā un kļūst cietas starpplanētu telpā.

	Daudzas vienkāršas un sarežģītas vielas ar molekulārā kristāla režģis ir labi zināms visiem. Tas ir, piemēram, kristālisks jods es 2:
Šādi tiek veidots kristāliskais režģis jods: sastāv no joda molekulām (katrā no tām ir divi joda atomi).
	Un šīs molekulas ir diezgan vāji saistītas. Tāpēc kristāliskais jods ir tik gaistošs un iztvaiko pat ar mazāko karsēšanu, pārvēršoties gāzveida jodā - skaistas purpursarkanas krāsas tvaikā.

Kuras izplatītas vielas molekulārais kristāla režģis?

Kristālisks ūdens (ledus) sastāv no polārām molekulām ūdens H2O.
"Sausā ledus" kristāli, ko izmanto saldējuma atdzesēšanai, ir arī molekulāri kristāli. oglekļa dioksīds CO2.
Vēl viens piemērs ir cukurs, kas no molekulām veido kristālus saharoze.

Ja kristāla režģa mezglos atrodas vielas molekulas, saites starp tām nav ļoti spēcīgas, pat ja šīs molekulas ir polāras.
Tāpēc, lai izkausētu šādus kristālus vai iztvaicētu vielas ar molekulāro kristālu struktūru, nav nepieciešams tos karsēt līdz sarkanam karstumam.
Jau pie 0 °C kristāla struktūra ledus sadalās un kļūst ūdens. Un "sausais ledus" normālā spiedienā neizkūst, bet uzreiz pārvēršas gāzveida oglekļa dioksīds- pacilāts.

Cita lieta ir vielas ar atomu kristāla režģis, kur katrs atoms ir savienots ar saviem kaimiņiem ar ļoti spēcīgām kovalentām saitēm, un visu kristālu kopumā, ja vēlas, var uzskatīt par milzīgu molekulu.

Piemēram, apsveriet dimanta kristāls, kas sastāv no atomiem ogleklis.

	Atom ogleklis Ar, kurā ir divi nesapāroti R - elektrons pārvēršas par atomu ogleklis AR, kur visi četri ārējā valences līmeņa elektroni atrodas orbītās pa vienam un spēj veidot ķīmiskās saites. Ķīmiķi sauc šādu atomu " satraukti*".
Šajā gadījumā ir pat četras ķīmiskās saites, un viss ļoti izturīgs. ne bez iemesla dimants - cietākā viela dabā un kopš neatminamiem laikiem tiek uzskatīts par visu dārgakmeņu un dārgakmeņu karali. Un pats tā nosaukums grieķu valodā nozīmē "neiznīcināms".
	No slīpētiem kristāliem dimants tiek iegūti dimanti, kas rotā dārgas rotaslietas

Skaistākajiem cilvēku atrastajiem dimantiem ir sava, dažkārt traģiska vēsture. Lasīt >>>

Bet dimants iet ne tikai uz dekorācijām. Tās kristālus izmanto instrumentos cietāko materiālu apstrādei, urbšanai akmeņos, stikla un kristāla griešanai un griešanai.

Dimanta (pa kreisi) un grafīta (pa labi) kristāla režģis

Grafīts tāds pats sastāvs ogleklis, taču tā kristāla režģa struktūra nav tāda pati kā dimantam. AT grafīts oglekļa atomi ir sakārtoti slāņos, kuru ietvaros oglekļa atomu savienojums ir līdzīgs šūnveida šūnām. Šie slāņi ir daudz vājāk saistīti nekā oglekļa atomi katrā slānī. Tātad grafīts viegli noslāņojas mērogos, un viņi var rakstīt. To izmanto zīmuļu ražošanai, kā arī sausu smērvielu, kas piemērota mašīnu daļām, kas darbojas augstā temperatūrā. Turklāt, grafīts labi vada elektrību, un no tā tiek izgatavoti elektrodi.

Var lēti grafīts pārvērsties par vērtīgu dimants? Tas ir iespējams, taču tam būs vajadzīgs neiedomājami augsts spiediens (vairāki tūkstoši atmosfēru) un augsta temperatūra (pusotrs tūkstotis grādu).
Daudz vieglāk sajaukt dimants: jums tas vienkārši jāuzsilda bez gaisa piekļuves līdz 1500 ° C un kristāla struktūrai dimants pārvērsties par mazāk sakārtotu struktūru grafīts.

Ledus kristāla struktūra: ūdens molekulas ir savienotas regulāros sešstūros. Ledus kristāliskais režģis: Ūdens molekulas H 2 O (melnas bumbiņas) tā mezglos ir izkārtotas tā, lai katrai būtu četri kaimiņi. Ūdens molekula (centrs) ir saistīta ar ūdeņradi ar četrām tuvākajām blakus esošajām molekulām. Ledus ir ūdens kristāliska modifikācija. Saskaņā ar jaunākajiem datiem ledus ir 14 struktūras modifikācijas. To vidū ir gan kristāliskas (tās ir lielākā daļa), gan amorfās modifikācijas, taču tās visas viena no otras atšķiras ar ūdens molekulu savstarpējo izvietojumu un īpašībām. Tiesa, viss, izņemot parasto ledu, kas kristalizējas sešstūra singonijā, veidojas eksotiskos apstākļos pie ļoti zemām temperatūrām un augsta spiediena, kad ūdens molekulā mainās ūdeņraža saišu leņķi un veidojas sistēmas, kas nav sešstūrainas. Šādi apstākļi atgādina kosmiskos apstākļus un uz Zemes nav sastopami. Piemēram, temperatūrā zem -110 °C ūdens tvaiki nogulsnējas uz metāla plāksnes oktaedru un dažu nanometru lielu kubu veidā, tas ir tā sauktais kubiskais ledus. Ja temperatūra ir nedaudz virs –110 °C un tvaiku koncentrācija ir ļoti zema, uz plāksnes veidojas īpaši blīva amorfa ledus slānis. Ledus neparastākā īpašība ir pārsteidzošā ārējo izpausmju daudzveidība. Ar vienu un to pašu kristāla struktūru tas var izskatīties pavisam savādāk, izpaužoties caurspīdīgu krusu un lāsteku, pūkainu sniega pārslu, blīvas spīdīgas ledus garozas vai milzu ledāju masu formā.

Sniegpārsla ir viens ledus kristāls - sava veida sešstūra kristāls, bet ātri izaug nelīdzsvarotos apstākļos. Zinātnieki gadsimtiem ilgi ir cīnījušies ar sava skaistuma un bezgalīgās daudzveidības noslēpumu. Sniegpārslas dzīve sākas ar kristālisku ledus kodolu veidošanos ūdens tvaiku mākonī, temperatūrai pazeminoties. Kristalizācijas centrs var būt putekļu daļiņas, jebkuras cietas daļiņas vai pat joni, bet jebkurā gadījumā šiem ledus gabaliem, kas ir mazāki par milimetra desmitdaļu, jau ir sešstūra kristāla režģis.Ūdens tvaiki, kondensējoties uz šo kodolu virsmas, vispirms veido niecīgu sešstūra prizmu, no kuras sešiem stūriem sākam izaudzēt identiskas ledus adatas sāniski, jo temperatūra un mitrums ap embriju arī ir vienādi. Uz tiem savukārt aug, tāpat kā uz koka, zara sānu zari. Šādus kristālus sauc par dendritiem, tas ir, līdzīgi kokam. Virzoties uz augšu un uz leju mākonī, sniegpārsla nonāk apstākļos ar atšķirīgu temperatūru un ūdens tvaiku koncentrāciju. Tā forma mainās līdz pēdējam, ievērojot sešstūra simetrijas likumus. Tātad sniegpārslas kļūst dažādas. Līdz šim starp sniegpārslām nav izdevies atrast divas vienādas sniegpārslas.

Ledus krāsa ir atkarīga no tā vecuma, un to var izmantot, lai novērtētu tā stiprumu. Okeāna ledus pirmajā dzīves gadā ir balts, jo tas ir piesātināts ar gaisa burbuļiem, no kuru sienām gaisma atstarojas uzreiz, pirms tam ir laiks uzsūkties. Vasarā ledus virsma kūst, zaudē spēku, un zem jaunu slāņu svara, kas atrodas virsū, gaisa burbuļi saraujas un pilnībā izzūd. Ledus iekšpusē esošā gaisma pārvietojas lielāku attālumu nekā iepriekš un parādās kā zilgani zaļa nokrāsa. Zilais ledus ir vecāks, blīvāks un stiprāks par balto "putojošo" ledu, kas piesātināts ar gaisu. Polārie pētnieki to zina un savām peldošajām bāzēm, zinātniskajām stacijām un ledus lidlaukiem izvēlas uzticamus zilus un zaļus ledus gabalus. Ir melnie aisbergi. Pirmais preses ziņojums par tiem parādījās 1773. gadā.Aisbergu melno krāsu rada vulkānu darbība - ledu klāj bieza vulkānisko putekļu kārta, ko neaizskalo pat jūras ūdens. Ledus nav vienlīdz auksts. Ir ļoti auksts ledus, kura temperatūra ir aptuveni mīnus 60 grādi, tas ir dažu Antarktikas ledāju ledus. Grenlandes ledāju ledus ir daudz siltāks. Tā temperatūra ir aptuveni mīnus 28 grādi. Diezgan "silts ledus" (ar temperatūru aptuveni 0 grādu) guļ Alpu un Skandināvijas kalnu virsotnēs.

Ūdens blīvums ir maksimālais pie +4 C un ir vienāds ar 1 g/ml, tas samazinās, pazeminoties temperatūrai. Ūdenim kristalizējoties blīvums krasi samazinās, ledum tas ir vienāds ar 0,91 g/cm 3. Sakarā ar to ledus ir vieglāks par ūdeni un, ūdenstilpēm sasalstot, virsū sakrājas ledus, bet blīvāks ūdens ar temperatūru 4 ̊. Ūdenstilpju dibenā parādās C. Slikta ledus siltumvadītspēja un To klājošā sniega sega pasargā ūdenstilpes no sasalšanas līdz dibenam un tādējādi rada apstākļus ūdenstilpju iemītnieku dzīvei ziemā.

Ledāji, ledus segas, mūžīgais sasalums, sezonālā sniega sega būtiski ietekmē lielo reģionu klimatu un planētu kopumā: pat tie, kas nekad nav redzējuši sniegu, izjūt tā Zemes polios uzkrāto masu elpu, piemēram, ilgtermiņa līmeņa svārstības Pasaules okeāns. Ledus ir tik nozīmīgs mūsu planētas izskatam un dzīvo būtņu ērtai mitināšanai uz tās, ka zinātnieki tam ir piešķīruši īpašu vidi - kriosfēru, kas izplešas savus īpašumus augstu atmosfērā un dziļi zemes garozā. Dabiskais ledus parasti ir daudz tīrāks par ūdeni, jo vielu (izņemot NH4F) šķīdība ledū ir ārkārtīgi zema. Kopējās ledus rezerves uz Zemes ir aptuveni 30 miljoni km 3. Lielākā daļa ledus ir koncentrēta Antarktīdā, kur tā slāņa biezums sasniedz 4 km.