Rodzaje sieci krystalicznych. Sieci krystaliczne W węzłach sieci krystalicznej suchego lodu znajdują się

Chemia to niesamowita nauka. Tyle niesamowitości można znaleźć w pozornie zwyczajnych rzeczach.

Wszystko, co otacza nas wszędzie, istnieje w kilku stanach skupienia: gazy, ciecze i ciała stałe. Naukowcy wyizolowali również czwartą - plazmę. W określonej temperaturze substancja może przechodzić z jednego stanu do drugiego. Na przykład woda: po podgrzaniu powyżej 100 z postaci płynnej zamienia się w parę. W temperaturach poniżej 0 przechodzi w kolejną strukturę kruszyw - lód.

W kontakcie z

Cały świat materialny ma w swoim składzie masę identycznych cząstek, które są ze sobą połączone. Te najmniejsze elementy są ściśle ułożone w przestrzeni i tworzą tzw. ramy przestrzenne.

Definicja

Sieć krystaliczna to specjalna struktura substancji stałej, w której cząsteczki są uporządkowane geometrycznie w przestrzeni. Można w nim wykryć węzły - miejsca, w których znajdują się pierwiastki: atomy, jony i cząsteczki oraz przestrzeń międzywęzłowa.

ciała stałe, w zależności od zakresu wysokich i niskich temperatur, są krystaliczne lub amorficzne – charakteryzują się brakiem określonej temperatury topnienia. Pod wpływem podwyższonej temperatury miękną i stopniowo przybierają postać płynną. Do takich substancji należą: żywica, plastelina.

W związku z tym można go podzielić na kilka typów:

• atomowy;
• joński;
• molekularny;
• metal.

Ale w różnych temperaturach jedna substancja może mieć różne formy i wykazywać różne właściwości. Zjawisko to nazywa się modyfikacją alotropową.

Typ atomowy

W tym typie atomy tej lub innej substancji znajdują się w węzłach, które są połączone wiązaniami kowalencyjnymi. Ten rodzaj wiązania tworzy para elektronów dwóch sąsiednich atomów. Dzięki temu są połączone równomiernie iw ścisłej kolejności.

Substancje z atomową siecią krystaliczną charakteryzują się następującymi właściwościami: wytrzymałością i wysoką temperaturą topnienia. Ten rodzaj wiązania występuje w diamencie, krzemie i borze..

Typ jonowy

Przeciwnie naładowane jony znajdują się w węzłach, które wytwarzają pole elektromagnetyczne charakteryzujące fizyczne właściwości substancji. Będą to: przewodność elektryczna, ogniotrwałość, gęstość i twardość. Sól kuchenna i azotan potasu charakteryzują się obecnością jonowej sieci krystalicznej.

Nie przegap: Mechanizm edukacji, studia przypadków.

Typ molekularny

W miejscach tego typu znajdują się jony związane siłami van der Waalsa. Ze względu na słabe wiązania międzycząsteczkowe takie substancje, na przykład lód, dwutlenek węgla i parafina, charakteryzują się plastycznością, przewodnością elektryczną i cieplną.

rodzaj metalu

W swojej strukturze przypomina molekularną, ale nadal ma silniejsze wiązania. Różnica tego typu polega na tym, że w jej węzłach znajdują się dodatnio naładowane kationy. Elektrony znajdujące się w przestrzeni międzywęzłowej przestrzeń, uczestniczyć w tworzeniu pola elektrycznego. Nazywane są również gazem elektrycznym.

Proste metale i stopy charakteryzują się metalicznym typem siatki. Charakteryzują się obecnością metalicznego połysku, plastyczności, przewodności cieplnej i elektrycznej. Mogą topić się w różnych temperaturach.

O. W. Mosin, I. Ignatow (Bułgaria)

adnotacja Nie można nie doceniać znaczenia lodu w podtrzymywaniu życia na naszej planecie. Lód ma ogromny wpływ na warunki życia i życie roślin i zwierząt oraz na różne rodzaje działalności gospodarczej człowieka. Pokrywający wodę lód, ze względu na swoją małą gęstość, pełni w przyrodzie rolę pływającego ekranu, chroniącego rzeki i zbiorniki przed dalszym zamarzaniem oraz chroniąc życie podwodnych mieszkańców. Wykorzystanie lodu do różnych celów (retencja śniegu, układanie przejść lodowych i magazynów izotermicznych, odlodzenie magazynów i kopalń) jest przedmiotem wielu działów nauk hydrometeorologicznych i inżynierskich, takich jak technologia lodu, technologia śniegu, inżynieria wiecznej zmarzliny, a także działalność służb specjalnych w zakresie rozpoznania lodu, transportu lodołamaczy i pługów śnieżnych. Lód naturalny służy do przechowywania i chłodzenia produktów spożywczych, preparatów biologicznych i medycznych, dla których jest specjalnie produkowany i zbierany, a woda roztopiona przygotowana przez topienie lodu jest stosowana w medycynie ludowej w celu zwiększenia przemiany materii i usunięcia toksyn z organizmu. Artykuł wprowadza czytelnika w nowe, mało znane właściwości i modyfikacje lodu.

Lód to krystaliczna forma wody, która według najnowszych danych ma czternaście modyfikacji strukturalnych. Wśród nich znajdują się zarówno modyfikacje krystaliczne (lód naturalny), jak i amorficzne (lód sześcienny) oraz metastabilne, różniące się wzajemnym układem i właściwościami fizycznymi cząsteczek wody połączonych wiązaniami wodorowymi tworzącymi sieć krystaliczną lodu. Wszystkie z nich, poza znanym nam naturalnym lodem I h, który krystalizuje w siatce heksagonalnej, powstają w egzotycznych warunkach – w bardzo niskich temperaturach suchego lodu i ciekłego azotu oraz wysokich ciśnieniach tysięcy atmosfer, gdy kąty wiązań wodorowych w wodzie zmienia się cząsteczka i tworzą się układy krystaliczne, które różnią się od heksagonalnych. Takie warunki przypominają przestrzeń kosmiczną i nie występują na Ziemi.

W naturze lód reprezentowany jest głównie przez jedną odmianę krystaliczną, krystalizującą w siatce heksagonalnej przypominającej strukturę diamentu, gdzie każda cząsteczka wody jest otoczona przez cztery najbliższe jej molekuły, znajdujące się w tej samej odległości od niej, równej 2,76 angstremów i zlokalizowane na wierzchołki czworościanu foremnego. Ze względu na niską liczbę koordynacyjną, struktura lodu jest siecią, co wpływa na jego niską gęstość, która wynosi 0,931 g/cm 3 .

Najbardziej niezwykłą właściwością lodu jest niesamowita różnorodność zewnętrznych przejawów. Przy tej samej strukturze krystalicznej może wyglądać zupełnie inaczej, przybierając postać przezroczystych gradów i sopli, puszystych płatków śniegu, gęstej lśniącej skorupy lodowej lub gigantycznych mas lodowcowych. Lód występuje w naturze w postaci lodu kontynentalnego, pływającego i podziemnego, a także w postaci śniegu i szronu. Jest szeroko rozpowszechniony we wszystkich obszarach zamieszkania człowieka. Zbierając w dużych ilościach śnieg i lód tworzą specjalne struktury o zasadniczo innych właściwościach niż pojedyncze kryształy czy płatki śniegu. Lód naturalny tworzony jest głównie przez lód pochodzenia sedymentacyjno-metamorficznego, powstały w wyniku stałych opadów atmosferycznych w wyniku późniejszego zagęszczania i rekrystalizacji. Charakterystyczną cechą lodu naturalnego jest ziarnistość i prążkowanie. Ziarnistość wynika z procesów rekrystalizacji; każde ziarno lodu lodowcowego jest kryształem o nieregularnym kształcie, który ściśle przylega do innych kryształów w masie lodowej w taki sposób, że występy jednego kryształu ściśle przylegają do zagłębień drugiego. Taki lód nazywa się polikrystalicznym. W nim każdy kryształek lodu jest warstwą najcieńszych liści zachodzących na siebie w płaszczyźnie podstawowej prostopadłej do kierunku osi optycznej kryształu.

Całkowite rezerwy lodu na Ziemi szacuje się na około 30 milionów ton. km 3(Tabela 1). Większość lodu koncentruje się na Antarktydzie, gdzie grubość jego warstwy sięga 4 km. Istnieją również dowody na obecność lodu na planetach Układu Słonecznego iw kometach. Lód jest tak ważny dla klimatu naszej planety i przebywania na niej żywych istot, że naukowcy wyznaczyli specjalne środowisko dla lodu - kriosferę, której granice sięgają wysoko w atmosferę i głęboko w skorupę ziemską.

Patka. jeden. Ilość, rozmieszczenie i żywotność lodu.

• rodzaj lodu; Waga; Obszar dystrybucji; Średnie stężenie, g/cm2; Wskaźnik przyrostu masy ciała, g/rok; Średni czas życia, rok
• G; %; mln km2; %
• Lodowce; 2,4 1022; 98,95; 16,1; 10.9 sushi; 1,48 105; 2,5 1018; 9580
• podziemny lód; 2 1020; 0,83; 21; 14,1 sushi; 9,52 103; 6 1018; 30-75
• lód morski; 3,5 1019; 0,14; 26; 7.2 oceany; 1,34 102; 3,3 1019; 1,05
• Śnieżna pokrywa; 1,0 1019; 0,04; 72,4; 14.2 Ziemie; 14,5; 2 1019; 0,3-0,5
• góry lodowe; 7,6 1018; 0,03; 63,5; 18,7 ocean; 14,3; 1,9 1018; 4.07
• lód atmosferyczny; 1,7 1018; 0,01; 510,1; 100 Ziemia; 3,3 10-1; 3,9 1020; 4 10-3

Kryształki lodu mają unikalny kształt i proporcje. Każdy rosnący naturalny kryształ, w tym kryształ lodu lodu, zawsze dąży do stworzenia idealnej regularnej sieci krystalicznej, ponieważ jest to korzystne z punktu widzenia minimum jego energii wewnętrznej. Ewentualne zanieczyszczenia, jak wiadomo, zniekształcają kształt kryształu, dlatego podczas krystalizacji wody molekuły wody wbudowują się przede wszystkim w siatkę, a obce atomy i molekuły zanieczyszczeń są przemieszczane do cieczy. I dopiero gdy zanieczyszczenia nie mają dokąd się przedostać, kryształek lodu zaczyna wbudowywać je w swoją strukturę lub opuszcza je w postaci pustych kapsułek ze skoncentrowaną niezamarzającą cieczą - solanką. Dlatego lód morski jest świeży i nawet najbrudniejsze zbiorniki wodne pokryte są przezroczystym i czystym lodem. Gdy lód topi się, wypiera zanieczyszczenia do solanki. W skali planetarnej zjawisko zamarzania i rozmrażania wody wraz z parowaniem i kondensacją wody pełni rolę gigantycznego procesu oczyszczania, w którym woda na Ziemi nieustannie się oczyszcza.

Patka. 2. Niektóre właściwości fizyczne lodu I.

Nieruchomość

Oznaczający

Notatka

Pojemność cieplna, cal/(g °C) Ciepło topnienia, cal/g Ciepło parowania, cal/g

0,51 (0°C) 79,69 677

Silnie spada wraz ze spadkiem temperatury

Współczynnik rozszerzalności cieplnej, 1/°C

9,1 10-5 (0°C)

Lód polikrystaliczny

Przewodność cieplna, cal/(cm s °C)

4,99 10 -3

Lód polikrystaliczny

Współczynnik załamania światła:

1,309 (-3°C)

Lód polikrystaliczny

Właściwa przewodność elektryczna, om-1 cm-1

10-9 (0°C)

Pozorna energia aktywacji 11 kcal/mol

Przewodność elektryczna powierzchni, om-1

10-10 (-11°C)

Pozorna energia aktywacji 32 kcal/mol

Moduł sprężystości Younga, dyna/cm2

9 1010 (-5 °C)

Lód polikrystaliczny

Wytrzymałość, MN/m2: rozdarcie na zgniatanie

2,5 1,11 0,57

lód polikrystaliczny lód polikrystaliczny lód polikrystaliczny

Lepkość dynamiczna, równowaga

Lód polikrystaliczny

Energia aktywacji podczas deformacji i mechanicznej relaksacji, kcal/mol

Zwiększa się liniowo o 0,0361 kcal/(mol °C) od 0 do 273,16 K

Uwaga: 1 cal/(g °C)=4,186 kJ/(kg K); 1 ohm -1 cm -1 \u003d 100 sim / m; 1 dyn = 10 -5 N ; 1 N = 1 kg m/s²; 1 dyna/cm=10-7 N/m; 1 cal / (cm s ° C) \u003d 418,68 W / (m·K); 1 puaz \u003d g / cm s \u003d 10 -1 N s / m 2.

Ze względu na szerokie rozmieszczenie lodu na Ziemi, różnica we właściwościach fizycznych lodu (tab. 2) od właściwości innych substancji odgrywa ważną rolę w wielu procesach naturalnych. Lód ma wiele innych właściwości i anomalii podtrzymujących życie – anomalie gęstości, ciśnienia, objętości i przewodności cieplnej. Gdyby nie było wiązań wodorowych łączących cząsteczki wody w kryształ, lód topiłby się w temperaturze -90°C. Ale tak się nie dzieje z powodu obecności wiązań wodorowych między cząsteczkami wody. Ze względu na mniejszą gęstość niż woda, lód tworzy pływającą pokrywę na powierzchni wody, która chroni rzeki i zbiorniki przed zamarzaniem dna, ponieważ jego przewodność cieplna jest znacznie mniejsza niż wody. Jednocześnie najniższą gęstość i objętość obserwuje się w temperaturze +3,98 °C (rys. 1). Dalsze schładzanie wody do 0 0 C stopniowo prowadzi nie do zmniejszenia, ale do zwiększenia jej objętości o prawie 10%, gdy woda zamienia się w lód. Takie zachowanie wody wskazuje na jednoczesne istnienie w wodzie dwóch faz równowagi - ciekłej i quasi-krystalicznej, analogicznie do quasi-kryształów, których sieć krystaliczna ma nie tylko strukturę okresową, ale także osie symetrii różnych rzędów, których istnienie przeczyło wcześniej ideom krystalografów. Teoria ta, po raz pierwszy wysunięta przez znanego krajowego fizyka teoretycznego Ya I. Frenkla, opiera się na założeniu, że niektóre cząsteczki cieczy tworzą strukturę quasi-krystaliczną, podczas gdy reszta jest gazopodobna, swobodnie poruszanie się po woluminie. Rozkład molekuł w niewielkim sąsiedztwie jakiejkolwiek utrwalonej cząsteczki wody ma pewien porządek, nieco przypominający krystaliczny, choć bardziej luźny. Z tego powodu struktura wody bywa nazywana quasi-krystaliczną lub kryształopodobną, czyli posiadającą symetrię i obecność porządku we wzajemnym ułożeniu atomów lub cząsteczek.

Ryż. jeden. Zależność objętości właściwej lodu i wody od temperatury

Inną właściwością jest to, że prędkość przepływu lodu jest wprost proporcjonalna do energii aktywacji i odwrotnie proporcjonalna do temperatury bezwzględnej, tak że wraz ze spadkiem temperatury lód zbliża się pod względem swoich właściwości do całkowicie stałego ciała. Średnio w temperaturze zbliżonej do topnienia płynność lodu jest 10 6 razy większa niż płynność skał. Ze względu na swoją płynność lód nie gromadzi się w jednym miejscu, ale nieustannie przemieszcza się w postaci lodowców. Związek między prędkością przepływu a naprężeniem w lodzie polikrystalicznym jest hiperboliczny; z przybliżonym opisem równania mocy, wykładnik rośnie wraz ze wzrostem napięcia.

Światło widzialne praktycznie nie jest pochłaniane przez lód, ponieważ promienie świetlne przechodzą przez kryształ lodu, ale blokują promieniowanie ultrafioletowe i większość promieniowania podczerwonego pochodzącego od Słońca. W tych obszarach widma lód wydaje się całkowicie czarny, ponieważ współczynnik pochłaniania światła w tych obszarach widma jest bardzo wysoki. W przeciwieństwie do kryształków lodu, białe światło padające na śnieg nie jest pochłaniane, ale jest wielokrotnie załamywane w kryształkach lodu i odbijane od ich twarzy. Dlatego śnieg wygląda na biały.

Ze względu na bardzo wysoki współczynnik odbicia lodu (0,45) i śniegu (do 0,95) powierzchnia przez nie pokryta wynosi średnio około 72 mln ha rocznie. km 2 w wysokich i średnich szerokościach geograficznych obu półkul odbiera ciepło słoneczne o 65% mniej niż norma i jest potężnym źródłem chłodzenia powierzchni Ziemi, co w dużej mierze determinuje współczesną strefę klimatyczną na równikach. Latem w rejonach polarnych promieniowanie słoneczne jest większe niż w pasie równikowym, jednak temperatura pozostaje niska, ponieważ znaczna część pochłoniętego ciepła jest zużywana na topnienie lodu, który ma bardzo wysokie ciepło topnienia.

Inne niezwykłe właściwości lodu to generowanie promieniowania elektromagnetycznego przez rosnące kryształy. Wiadomo, że większość zanieczyszczeń rozpuszczonych w wodzie nie przenosi się do lodu, gdy zaczyna rosnąć; zamarzają. Dzięki temu nawet na najbrudniejszej kałuży warstwa lodu jest czysta i przezroczysta. W tym przypadku zanieczyszczenia gromadzą się na granicy mediów stałych i ciekłych w postaci dwóch warstw ładunków elektrycznych o różnych znakach, które powodują znaczną różnicę potencjałów. Naładowana warstwa zanieczyszczeń porusza się wzdłuż dolnej granicy młodego lodu i promieniuje falami elektromagnetycznymi. Dzięki temu proces krystalizacji można szczegółowo obserwować. Tak więc kryształ rosnący na długość w postaci igły promieniuje inaczej niż ten pokryty wyrostkami bocznymi, a promieniowanie rosnących ziaren jest inne niż przy pękaniu kryształów. Na podstawie kształtu, sekwencji, częstotliwości i amplitudy impulsów promieniowania można określić, z jaką prędkością lód zamarza i jaka jest w tym przypadku struktura lodu.

Ale najbardziej zaskakującą rzeczą w strukturze lodu jest to, że cząsteczki wody w niskich temperaturach i pod wysokim ciśnieniem wewnątrz nanorurek węglowych mogą krystalizować w postaci podwójnej helisy, przypominającej cząsteczki DNA. Udowodniły to niedawne eksperymenty komputerowe przeprowadzone przez amerykańskich naukowców pod kierunkiem Xiao Cheng Zeng z University of Nebraska (USA). Aby w symulowanym eksperymencie woda uformowała się w spiralę, umieszczono ją w nanorurkach o średnicy od 1,35 do 1,90 nm pod wysokim ciśnieniem, zmieniającym się od 10 do 40 000 atmosfer i ustawiono temperaturę –23 °C. Oczekiwano, że woda we wszystkich przypadkach tworzy cienką strukturę rurową. Model wykazał jednak, że przy średnicy nanorurki 1,35 nm i ciśnieniu zewnętrznym 40 000 atmosfer wiązania wodorowe w strukturze lodu uległy wygięciu, co doprowadziło do powstania dwuściennej helisy – wewnętrznej i zewnętrznej. W tych warunkach wewnętrzna ściana okazała się skręcona w poczwórną helisę, a zewnętrzna składała się z czterech podwójnych helis, podobnych do cząsteczki DNA (ryc. 2). Fakt ten może służyć jako potwierdzenie związku między strukturą ważnej cząsteczki DNA a strukturą samej wody oraz że woda służyła jako matryca do syntezy cząsteczek DNA.

Ryż. 2. Komputerowy model struktury zamrożonej wody w nanorurkach, przypominający cząsteczkę DNA (fot. New Scientist, 2006)

Inną z najważniejszych właściwości wody odkrytych niedawno jest to, że woda ma zdolność zapamiętywania informacji o przeszłych ekspozycjach. Po raz pierwszy udowodnił to japoński badacz Masaru Emoto i nasz rodak Stanislav Zenin, który jako jeden z pierwszych zaproponował klasterową teorię struktury wody, składającą się z cyklicznych współpracowników masywnej struktury wielościennej - klastrów o wzorze ogólnym (H 2 O) n, gdzie n, według ostatnich danych, może sięgać setek, a nawet tysięcy jednostek. To właśnie dzięki obecności skupisk w wodzie woda ma właściwości informacyjne. Naukowcy sfotografowali procesy zamarzania wody w mikrokryształy lodu, oddziałując na nią różnymi polami elektromagnetycznymi i akustycznymi, melodiami, modlitwą, słowami czy myślami. Okazało się, że pod wpływem pozytywnych informacji w postaci pięknych melodii i słów lód zamarzł w symetryczne, heksagonalne kryształy. Tam, gdzie brzmiała nierytmiczna muzyka, gniewne i obraźliwe słowa, woda przeciwnie zamarzała w chaotyczne i bezkształtne kryształy. To dowód na to, że woda ma specjalną strukturę, która jest wrażliwa na zewnętrzne wpływy informacyjne. Przypuszczalnie ludzki mózg, który składa się w 85-90% z wody, ma silny wpływ na strukturę wody.

Kryształy Emoto wzbudzają zarówno zainteresowanie, jak i niewystarczająco uzasadnioną krytykę. Jeśli przyjrzysz się im uważnie, zobaczysz, że ich konstrukcja składa się z sześciu blatów. Ale jeszcze dokładniejsza analiza pokazuje, że płatki śniegu zimą mają tę samą strukturę, zawsze symetryczną i z sześcioma wierzchołkami. W jakim stopniu skrystalizowane struktury zawierają informacje o środowisku, w którym powstały? Struktura płatków śniegu może być piękna lub bezkształtna. Wskazuje to, że próbka kontrolna (chmura w atmosferze), w której występują, ma na nie taki sam wpływ jak warunki początkowe. Warunki początkowe to aktywność słoneczna, temperatura, pola geofizyczne, wilgotność itp. Wszystko to oznacza, że ​​z tzw. przeciętny zespół, możemy wywnioskować, że struktura kropli wody, a następnie płatków śniegu jest w przybliżeniu taka sama. Ich masa jest prawie taka sama i poruszają się w atmosferze z podobną prędkością. W atmosferze nadal kształtują swoje struktury i zwiększają swoją objętość. Nawet jeśli uformowały się w różnych częściach chmury, zawsze jest pewna liczba płatków śniegu w tej samej grupie, które powstały w prawie tych samych warunkach. A odpowiedź na pytanie, co stanowi pozytywną i negatywną informację o płatkach śniegu, można znaleźć w Emoto. W warunkach laboratoryjnych informacje negatywne (trzęsienie ziemi, niekorzystne dla człowieka wibracje dźwiękowe itp.) nie tworzą kryształów, a informacje pozytywne, wręcz przeciwnie. Bardzo interesujące jest, w jakim stopniu jeden czynnik może tworzyć taką samą lub podobną strukturę płatków śniegu. Największą gęstość wody obserwuje się w temperaturze 4 °C. Udowodniono naukowo, że gęstość wody spada, gdy heksagonalne kryształki lodu zaczynają tworzyć się, gdy temperatura spada poniżej zera. Jest to wynik działania wiązań wodorowych między cząsteczkami wody.

Jaki jest powód takiej struktury? Kryształy są ciałami stałymi, a tworzące je atomy, cząsteczki lub jony układają się w regularną, powtarzającą się strukturę, w trzech wymiarach przestrzennych. Struktura kryształów wody jest nieco inna. Według Izaaka tylko 10% wiązań wodorowych w lodzie jest kowalencyjnych, tj. z dość stabilnymi informacjami. Wiązania wodorowe między tlenem jednej cząsteczki wody a wodorem drugiej są najbardziej wrażliwe na wpływy zewnętrzne. Widmo wody podczas tworzenia kryształów jest stosunkowo różne w czasie. Zgodnie z efektem dyskretnego parowania kropli wody wykazanym przez Antonowa i Juskeselijewa oraz jego zależnością od stanów energetycznych wiązań wodorowych, możemy poszukać odpowiedzi na temat strukturyzacji kryształów. Każda część widma zależy od napięcia powierzchniowego kropelek wody. W widmie jest sześć szczytów, które wskazują na rozgałęzienia płatka śniegu.

Oczywiście w eksperymentach Emoto początkowa próbka „kontrolna” ma wpływ na wygląd kryształów. Oznacza to, że po ekspozycji na pewien czynnik można spodziewać się powstawania takich kryształów. Uzyskanie identycznych kryształów jest prawie niemożliwe. Testując wpływ słowa „miłość” na wodę, Emoto nie wskazuje jednoznacznie, czy ten eksperyment przeprowadzono na różnych próbkach.

Potrzebne są eksperymenty z podwójnie ślepą próbą, aby sprawdzić, czy technika Emoto wystarczająco się różnicuje. Dowód Izaaka, że ​​10% cząsteczek wody tworzy wiązania kowalencyjne po zamrożeniu, pokazuje nam, że woda wykorzystuje tę informację, gdy zamarza. Osiągnięcie Emoto, nawet bez eksperymentów z podwójnie ślepą próbą, pozostaje dość ważne w odniesieniu do informacyjnych właściwości wody.

Naturalny płatek śniegu, Wilson Bentley, 1925

Płatek śniegu Emoto uzyskany z naturalnej wody

Jeden płatek śniegu jest naturalny, a drugi stworzony przez Emoto, co wskazuje, że różnorodność w spektrum wody nie jest nieograniczona.

Trzęsienie ziemi, Sofia, skala 4,0 Richtera, 15 listopada 2008 r.,
Dr. Ignatow, 2008©, prof. Urządzenie Antonowa ©

Ta liczba wskazuje różnicę między próbką kontrolną a próbką pobraną w inne dni. Cząsteczki wody rozrywają najbardziej energetyczne wiązania wodorowe w wodzie, a także dwa piki w widmie podczas zjawiska naturalnego. Badanie przeprowadzono za pomocą urządzenia Antonov. Wynik biofizyczny wskazuje na spadek witalności organizmu podczas trzęsienia ziemi. Podczas trzęsienia ziemi woda nie może zmienić swojej struktury w płatkach śniegu w laboratorium Emoto. Istnieją dowody na zmianę przewodności elektrycznej wody podczas trzęsienia ziemi.

W 1963 roku tanzański uczeń Erasto Mpemba zauważył, że gorąca woda zamarza szybciej niż zimna. Zjawisko to nazywa się efektem Mpemby. Mimo, że unikalną właściwość wody zauważyli znacznie wcześniej Arystoteles, Francis Bacon i Kartezjusz. Zjawisko to zostało wielokrotnie udowodnione w wielu niezależnych eksperymentach. Woda ma jeszcze jedną dziwną właściwość. Moim zdaniem wyjaśnienie tego jest następujące: różnicowe widmo energii nierównowagi (DNES) przegotowanej wody ma niższą średnią energię wiązań wodorowych między cząsteczkami wody niż próbka pobrana w temperaturze pokojowej Oznacza to, że przegotowana woda potrzebuje mniej energii w aby zacząć budować kryształy i zamrażać.

Kluczem do budowy lodu i jego właściwości jest budowa jego kryształu. Kryształy wszystkich odmian lodu zbudowane są z cząsteczek wody H 2 O, połączonych wiązaniami wodorowymi w trójwymiarowe siatki o określonym układzie wiązań wodorowych. Cząsteczka wody może być po prostu wyobrażana jako czworościan (piramida o podstawie trójkątnej). W jego centrum znajduje się atom tlenu, który znajduje się w stanie hybrydyzacji sp 3, aw dwóch wierzchołkach znajduje się atom wodoru, którego jeden z 1s elektronów bierze udział w tworzeniu kowalencyjnego wiązania H-O z tlenem. Dwa pozostałe wierzchołki są zajęte przez pary niesparowanych elektronów tlenu, które nie uczestniczą w tworzeniu wiązań wewnątrzcząsteczkowych, dlatego nazywa się je samotnymi. Przestrzenny kształt cząsteczki H 2 O tłumaczy się wzajemnym odpychaniem atomów wodoru i samotnych par elektronowych centralnego atomu tlenu.

Wiązanie wodorowe jest ważne w chemii oddziaływań międzycząsteczkowych i jest napędzane słabymi siłami elektrostatycznymi i oddziaływaniami donor-akceptor. Występuje, gdy pozbawiony elektronów atom wodoru jednej cząsteczki wody oddziałuje z wolną parą elektronów atomu tlenu sąsiedniej cząsteczki wody (О-Н…О). Charakterystyczną cechą wiązania wodorowego jest stosunkowo niska wytrzymałość; jest 5-10 razy słabsze niż chemiczne wiązanie kowalencyjne. Pod względem energii wiązanie wodorowe zajmuje pozycję pośrednią między wiązaniem chemicznym a oddziaływaniami van der Waalsa, które utrzymują cząsteczki w fazie stałej lub ciekłej. Każda cząsteczka wody w krysztale lodu może jednocześnie tworzyć cztery wiązania wodorowe z innymi sąsiednimi cząsteczkami pod ściśle określonymi kątami równymi 109°47” skierowanymi do wierzchołków czworościanu, co nie pozwala na tworzenie gęstej struktury podczas zamarzania wody (rys. 3) W strukturach lodowych I, Ic, VII i VIII ten czworościan jest regularny W strukturach lodu II, III, V i VI czworościany są wyraźnie zniekształcone. W strukturach lodu VI, VII i VIII dwa można wyróżnić wzajemnie krzyżujące się układy wiązań wodorowych.Ten niewidoczny szkielet wiązań wodorowych układa cząsteczki wody w formę siatki, przypominającej strukturę sześciokątnego plastra miodu z wydrążonymi kanałami wewnętrznymi.Podgrzanie lodu powoduje zniszczenie struktury siatki: woda cząsteczki zaczynają wpadać w puste przestrzenie siatki, prowadząc do gęstszej struktury cieczy - to wyjaśnia, dlaczego woda jest cięższa od lodu.

Ryż. 3. Powstawanie wiązania wodorowego między czterema cząsteczkami H 2 O (czerwone kulki oznaczają centralne atomy tlenu, białe kulki oznaczają atomy wodoru)

Specyfika wiązań wodorowych i oddziaływań międzycząsteczkowych, charakterystyczna dla struktury lodu, jest zachowana w wodzie roztopionej, ponieważ tylko 15% wszystkich wiązań wodorowych ulega zniszczeniu podczas topnienia kryształu lodu. Dlatego wiązanie nieodłącznie związane z lodem między każdą cząsteczką wody a jej czterema sąsiadami („rząd bliskiego zasięgu”) nie jest naruszone, chociaż sieć szkieletowa tlenu jest bardziej rozproszona. Wiązania wodorowe można również zachować, gdy woda się zagotuje. Wiązania wodorowe są nieobecne tylko w parze wodnej.

Najbardziej znaną, ale wciąż nie do końca poznaną substancją jest lód, który tworzy się pod ciśnieniem atmosferycznym i topi się w temperaturze 0 °C. Wiele w swojej strukturze i właściwościach wygląda niecodziennie. W węzłach sieci krystalicznej lodu atomy tlenu czworościanów cząsteczek wody są ułożone w uporządkowany sposób, tworząc regularne sześciokąty, jak sześciokątny plaster miodu, a atomy wodoru zajmują różne pozycje na wiązaniach wodorowych łączących atomy tlenu ( Rys. 4). Dlatego istnieje sześć równoważnych orientacji cząsteczek wody w stosunku do ich sąsiadów. Niektóre z nich są wykluczone, ponieważ obecność dwóch protonów na tym samym wiązaniu wodorowym w tym samym czasie jest mało prawdopodobna, ale pozostaje wystarczająca niepewność co do orientacji cząsteczek wody. To zachowanie atomów jest nietypowe, ponieważ w materii stałej wszystkie atomy podlegają temu samemu prawu: albo są to atomy uporządkowane, a potem jest kryształem, albo przypadkowo, a potem jest substancją amorficzną. Tak niezwykłą strukturę można zrealizować w większości odmian lodu – Ih, III, V, VI i VII (i podobno w Ic) (tab. 3), a w strukturze lodu II, VIII i IX woda cząsteczki są uporządkowane orientacyjnie. Według J. Bernala lód jest krystaliczny w stosunku do atomów tlenu i szklisty w stosunku do atomów wodoru.

Ryż. 4. Struktura lodu o naturalnej konfiguracji heksagonalnej I h

W innych warunkach, na przykład w kosmosie przy wysokich ciśnieniach i niskich temperaturach, lód krystalizuje inaczej, tworząc inne sieci krystaliczne i modyfikacje (sześcienne, trygonalne, tetragonalne, jednoskośne itp.), z których każda ma swoją własną strukturę i sieć krystaliczną ( Tabela 3). Struktury lodu różnych modyfikacji zostały obliczone przez rosyjskich badaczy, doktora nauk chemicznych. G.G. Malenkow i dr hab. EA Zheligovskaya z Instytutu Chemii Fizycznej i Elektrochemii. JAKIŚ. Frumkin z Rosyjskiej Akademii Nauk. Modyfikacje lodu II, III i V utrzymują się przez długi czas pod ciśnieniem atmosferycznym, jeśli temperatura nie przekracza -170 °C (rys. 5). Po schłodzeniu do około -150°C lód naturalny zamienia się w lód sześcienny Ic, składający się z sześcianów i ośmiościanów o wielkości kilku nanometrów. Lód I c pojawia się czasem także wtedy, gdy woda zamarza w naczyniach włosowatych, co najwyraźniej jest ułatwione przez oddziaływanie wody z materiałem ściany i powtarzalność jej struktury. Jeżeli temperatura jest nieco wyższa niż -110 0 C, na metalowym podłożu tworzą się kryształy gęstszego i cięższego szklistego lodu amorficznego o gęstości 0,93 g/cm3. Obie te formy lodu mogą samoistnie przekształcić się w lód heksagonalny, a im szybciej, tym wyższa temperatura.

Patka. 3. Niektóre modyfikacje lodu i ich parametry fizyczne.

Modyfikacja

Struktura krystaliczna

Długości wiązania wodorowego, Å

Kąty H-O-H w czworościanów, 0

Sześciokątny

sześcienny

Trójkątny

tetragonalny

Jednoskośny

tetragonalny

sześcienny

sześcienny

tetragonalny

Notatka. 1 Å = 10 -10 m²

Ryż. pięć. Diagram stanów lodu krystalicznego o różnych modyfikacjach.

Występują również lody wysokociśnieniowe - II i III o odmianach trygonalnych i tetragonalnych, utworzone z pustych arów utworzonych z sześciokątnych pofałdowanych elementów przesuniętych względem siebie o jedną trzecią (ryc. 6 i ryc. 7). Lody te są stabilizowane w obecności gazów szlachetnych helu i argonu. W strukturze lodu V modyfikacji jednoskośnej kąty pomiędzy sąsiednimi atomami tlenu wahają się od 860 do 132°, co bardzo różni się od kąta wiązania w cząsteczce wody, który wynosi 105°47'. Lód VI o tetragonalnej modyfikacji składa się z dwóch włożonych w siebie ramek, pomiędzy którymi nie ma wiązań wodorowych, w wyniku czego powstaje skupiona w ciele sieć krystaliczna (ryc. 8). Struktura lodu VI oparta jest na heksamerach - blokach sześciu cząsteczek wody. Ich konfiguracja dokładnie powtarza strukturę stabilnego klastra wodnego, którą podają obliczenia. Lody VII i VIII modyfikacji sześciennej, które są niskotemperaturowymi uporządkowanymi formami lodu VII, mają podobną budowę z włożonymi w siebie szkieletami lodu I. Wraz ze wzrostem ciśnienia, odległość między atomami tlenu w sieci krystalicznej lodów VII i VIII będzie się zmniejszać, w wyniku czego powstaje struktura lodu X, w której atomy tlenu układają się w regularną sieć, oraz protony są uporządkowane.

Ryż. 7. Lód III konfiguracji.

Lód XI powstaje przez głębokie schłodzenie lodu I h z dodatkiem alkaliów poniżej 72 K pod normalnym ciśnieniem. W tych warunkach powstają defekty kryształów hydroksylowych, co pozwala rosnącym kryształom lodu zmienić swoją strukturę. Ice XI ma rombową sieć krystaliczną z uporządkowanym układem protonów i powstaje jednocześnie w wielu centrach krystalizacji w pobliżu defektów hydroksylowych kryształu.

Ryż. 8. Konfiguracja Ice VI.

Wśród lodów znajdują się również formy metastabilne IV i XII, których czas życia to sekundy, które mają najpiękniejszą strukturę (ryc. 9 i ryc. 10). Aby uzyskać lód metastabilny, konieczne jest skompresowanie lodu I h do ciśnienia 1,8 GPa w temperaturze ciekłego azotu. Lody te tworzą się znacznie łatwiej i są szczególnie stabilne, gdy przechłodzona ciężka woda jest poddawana ciśnieniu. Inna metastabilna modyfikacja, lód IX, powstaje po przechłodzeniu lodu III i jest zasadniczo jego formą niskotemperaturową.

Ryż. dziewięć. Konfiguracja Ice IV.

Ryż. 10. Konfiguracja Ice XII.

Ostatnie dwie modyfikacje lodu - o jednoskośnej XIII i rombowej konfiguracji XIV odkryli naukowcy z Oksfordu (Wielka Brytania) całkiem niedawno - w 2006 roku. Założenie, że powinny istnieć kryształki lodu o sieciach jednoskośnych i rombowych było trudne do potwierdzenia: lepkość wody w temperaturze -160°C jest bardzo wysoka, a molekuły czystej przechłodzonej wody trudno skleić się w takiej ilości że tworzy się jądro kryształu. Udało się to osiągnąć za pomocą katalizatora – kwasu solnego, który zwiększył ruchliwość cząsteczek wody w niskich temperaturach. Na Ziemi takie modyfikacje lodu nie mogą powstać, ale mogą istnieć w kosmosie na schłodzonych planetach, zamarzniętych satelitach i kometach. Tak więc obliczenie gęstości i strumieni ciepła z powierzchni satelitów Jowisza i Saturna pozwala nam stwierdzić, że Ganimedes i Kallisto powinni mieć powłokę lodową, w której naprzemiennie występują lody I, III, V i VI. Na Tytanie lód nie tworzy skorupy, lecz płaszcz, którego wewnętrzna warstwa składa się z lodu VI, innych lodu pod wysokim ciśnieniem i hydratów klatratu, a lód I h znajduje się na górze.

Ryż. jedenaście. Różnorodność i kształt płatków śniegu w przyrodzie

Wysoko w atmosferze ziemskiej w niskich temperaturach woda krystalizuje z czworościanów, tworząc heksagonalny lód I h . Centrum formowania się kryształków lodu stanowią stałe cząstki pyłu, które wiatr unosi w górne warstwy atmosfery. Igły rosną wokół tego zarodkowego mikrokryształu lodu w sześciu symetrycznych kierunkach, utworzonych przez pojedyncze cząsteczki wody, na których narastają wyrostki boczne - dendryty. Temperatura i wilgotność powietrza wokół płatka śniegu są takie same, więc początkowo ma on symetryczny kształt. W miarę tworzenia się płatków śniegu stopniowo opadają w niższe warstwy atmosfery, gdzie temperatury są wyższe. Tutaj następuje topienie, a ich idealny geometryczny kształt jest zniekształcony, tworząc różnorodne płatki śniegu (ryc. 11).

Przy dalszym topnieniu heksagonalna struktura lodu ulega zniszczeniu i powstaje mieszanina cyklicznych asocjatów klastrów, a także tri-, tetra-, penta-, heksamerów wody (ryc. 12) i wolnych cząsteczek wody. Badanie struktury powstałych klastrów jest często znacznie trudne, ponieważ według współczesnych danych woda jest mieszaniną różnych neutralnych klastrów (H 2 O) n i ich naładowanych jonów klastrowych [H 2 O] + n i [H 2 O] - n, które są w dynamicznej równowadze o czasie życia 10 -11 -10 -12 sekund.

Ryż. 12. Możliwe skupiska wody (a-h) o składzie (H 2 O) n, gdzie n = 5-20.

Klastry mogą oddziaływać ze sobą dzięki wystającym ścianom wiązań wodorowych, tworząc bardziej złożone struktury wielościenne, takie jak sześcian, ośmiościan, dwudziestościan i dwunastościan. Tak więc budowa wody związana jest z tzw. bryłami platońskimi (czworościan, sześcian, ośmiościan, dwudziestościan i dwunastościan), nazwanymi na cześć starożytnego greckiego filozofa i geometra Platona, który je odkrył, których kształt określa złoty podział (rys. 13).

Ryż. 13. Bryły platońskie, których geometryczny kształt określa złoty podział.

Liczbę wierzchołków (B), ścian (G) i krawędzi (P) w dowolnym wielościanie przestrzennym opisuje zależność:

C + D = P + 2

Stosunek liczby wierzchołków (B) wielościanu foremnego do liczby krawędzi (P) jednej z jego ścian jest równy stosunkowi liczby ścian (G) tego samego wielościanu do liczby krawędzi ( P) wyłania się z jednego z jego wierzchołków. Dla czworościanu stosunek ten wynosi 4:3, dla sześcianu (6 ścian) i ośmiościanu (8 ścian) – 2:1, a dla dwunastościanu (12 ścian) i dwudziestościanu (20 ścian) – 4:1.

Struktury wielościennych klastrów wodnych obliczone przez rosyjskich naukowców zostały potwierdzone przy użyciu nowoczesnych metod analizy: spektroskopii protonowego rezonansu magnetycznego, spektroskopii lasera femtosekundowego, dyfrakcji rentgenowskiej i neutronowej na kryształach wody. Odkrycie gromad wodnych i zdolność wody do przechowywania informacji to dwa najważniejsze odkrycia XXI tysiąclecia. To wyraźnie dowodzi, że natura charakteryzuje się symetrią w postaci precyzyjnych geometrycznych kształtów i proporcji, charakterystycznych dla kryształków lodu.

LITERATURA.

1. Belyanin V., Romanova E. Life, cząsteczka wody i złoty podział // Science and Life, 2004, vol. 10, nr 3, s. 23-34.

2. Shumsky P. A., Podstawy nauki o lodzie strukturalnym. - Moskwa, 1955b s. 113.

3. Mosin O.V., Ignatov I. Świadomość wody jako substancji życia. // Świadomość i fizyczna rzeczywistość. 2011, T 16, nr 12, s. 9-22.

4. Petryanov I. V. Najbardziej niezwykła substancja na świecie Moskwa, Pedagogika, 1981, s. 51-53.

5 Eisenberg D, Kautsman V. Struktura i właściwości wody. - Leningrad, Gidrometeoizdat, 1975, s. 431.

6. Kulsky L. A., Dal V. V., Lenchina L. G. Woda jest znajoma i tajemnicza. - Kijów, szkoła Rodiansk, 1982, s. 62-64.

7. G. N. Zatsepina, Budowa i właściwości wody. - Moskwa, wyd. Moskiewski Uniwersytet Państwowy, 1974, s. 125.

8. Antonchenko V. Ya., Davydov N. S., Ilyin V. V. Podstawy fizyki wody - Kijów, Naukova Dumka, 1991, s. 167.

9. Simonite T. Lód podobny do DNA „widziany” wewnątrz nanorurek węglowych // New Scientist, V. 12, 2006.

10. Emoto M. Przesłanie wody. Tajne kody kryształków lodu. - Sofia, 2006. s. 96.

11. S.V. Zenin i B.V. Tyaglov, Natura interakcji hydrofobowych. Występowanie pól orientacyjnych w roztworach wodnych // Journal of Physical Chemistry, 1994, V. 68, nr 3, s. 500-503.

12. Pimentel J., McClellan O. Połączenie wodorowe - Moskwa, Nauka, 1964, s. 84-85.

13. Bernal J., Fowler R. Struktura wody i roztworów jonowych // Uspekhi fizicheskikh nauk, 1934, t. 14, nr 5, s. 587-644.

14. Hobza P., Zahradnik R. Kompleksy międzycząsteczkowe: Rola układów van der Waalsa w chemii fizycznej i biodyscyplinach. - Moskwa, Mir, 1989, s. 34-36.

15. E.R. Pounder, Fizyka lodu, przeł. z angielskiego. - Moskwa, 1967, s. 89.

16. Komarov S. M. Wzory lodu pod wysokim ciśnieniem. // Chemia i życie, 2007, nr 2, s. 48-51.

17. E. A. Żeligowska i G. G. Malenkow. Krystaliczny lód // Uspekhi khimii, 2006, nr 75, s. 64.

18. Fletcher N.H. Fizyka chemiczna lodu, Cambreage, 1970.

19. Nemukhin A. V. Różnorodność klastrów // Russian Chemical Journal, 1996, vol. 40, nr 2, s. 48-56.

20. Mosin O.V., Ignatov I. Struktura wody a rzeczywistość fizyczna. // Świadomość a rzeczywistość fizyczna, 2011, t. 16, nr 9, s. 16-32.

21. Ignatow I. Medycyna bioenergetyczna. Pochodzenie materii żywej, pamięć wody, biorezonans, pola biofizyczne. - GaiaLibris, Sofia, 2006, s. 93.

Trójwymiarowy stan ciekłej wody jest trudny do zbadania, ale wiele nauczyliśmy się analizując strukturę kryształków lodu. Cztery sąsiednie atomy tlenu oddziałujące z wodorem zajmują wierzchołki czworościanu (tetra = cztery, hedron = płaszczyzna). Średnia energia potrzebna do zerwania takiego wiązania w lodzie szacowana jest na 23 kJ/mol -1 .

Zdolność cząsteczek wody do tworzenia określonej liczby łańcuchów wodorowych, jak również wskazana siła, tworzą niezwykle wysoką temperaturę topnienia. Kiedy się topi, jest utrzymywany przez płynną wodę, której struktura jest nieregularna. Większość wiązań wodorowych jest zniekształcona. Aby zniszczyć sieć krystaliczną lodu wiązaniem wodorowym, potrzebna jest duża masa energii w postaci ciepła.

Cechy wyglądu lodu (Ih)

Wielu mieszkańców zastanawia się, jaki rodzaj lodu ma sieć krystaliczna. Należy zauważyć, że gęstość większości substancji wzrasta podczas zamrażania, gdy ruchy molekularne spowalniają i tworzą się gęsto upakowane kryształy. Gęstość wody również wzrasta, gdy ochładza się ona do maksimum przy 4°C (277K). Następnie, gdy temperatura spada poniżej tej wartości, rozszerza się.

Wzrost ten jest spowodowany tworzeniem się otwartego kryształu lodu związanego wiązaniami wodorowymi z jego siecią i mniejszą gęstością, w którym każda cząsteczka wody jest sztywno związana z powyższym pierwiastkiem i czterema innymi wartościami, poruszając się wystarczająco szybko, aby uzyskać większą masę. Ponieważ to działanie ma miejsce, ciecz zamarza od góry do dołu. Ma to ważne skutki biologiczne, w wyniku których warstwa lodu na stawie izoluje żywe istoty od ekstremalnego zimna. Ponadto dwie dodatkowe właściwości wody są związane z jej właściwościami wodorowymi: ciepło właściwe i parowanie.

Szczegółowy opis konstrukcji

Pierwszym kryterium jest ilość potrzebna do podniesienia temperatury 1 grama substancji o 1°C. Podnoszenie stopni wody wymaga stosunkowo dużej ilości ciepła, ponieważ każda cząsteczka jest zaangażowana w liczne wiązania wodorowe, które muszą zostać zerwane, aby energia kinetyczna wzrosła. Nawiasem mówiąc, obfitość H 2 O w komórkach i tkankach wszystkich dużych organizmów wielokomórkowych sprawia, że ​​wahania temperatury wewnątrz komórek są zminimalizowane. Ta cecha ma kluczowe znaczenie, ponieważ szybkość większości reakcji biochemicznych jest wrażliwa.

Również znacznie wyższy niż wiele innych płynów. Do przekształcenia tego ciała w gaz potrzebna jest duża ilość ciepła, ponieważ wiązania wodorowe muszą zostać zerwane, aby cząsteczki wody oddaliły się od siebie i weszły we wspomnianą fazę. Ciała zmienne są trwałymi dipolami i mogą wchodzić w interakcje z innymi podobnymi związkami oraz tymi, które jonizują i rozpuszczają się.

Inne substancje wymienione powyżej mogą wejść w kontakt tylko wtedy, gdy występuje polaryzacja. To właśnie ten związek bierze udział w budowie tych pierwiastków. Ponadto może ustawiać się wokół tych cząstek utworzonych z elektrolitów, tak że ujemne atomy tlenu cząsteczek wody są zorientowane na kationy, a jony dodatnie i atomy wodoru są zorientowane na aniony.

Powstają z reguły sieci krystaliczne molekularne i atomowe. Oznacza to, że jeśli jod jest skonstruowany w taki sposób, że I 2 jest w nim obecny, to w stałym dwutlenku węgla, czyli w suchym lodzie, cząsteczki CO 2 znajdują się w węzłach sieci krystalicznej. Podczas interakcji z podobnymi substancjami lód ma jonową sieć krystaliczną. Grafit, na przykład, mając strukturę atomową opartą na węglu, nie jest w stanie tego zmienić, podobnie jak diament.

Co się dzieje, gdy kryształ soli kuchennej rozpuszcza się w wodzie, to przyciąganie cząsteczek polarnych do naładowanych pierwiastków w krysztale, co prowadzi do powstania na jego powierzchni podobnych cząsteczek sodu i chloru, w wyniku czego ciała te ulegają dyslokacji od siebie i zaczyna się rozpuszczać. Stąd można zaobserwować, że lód ma sieć krystaliczną z wiązaniami jonowymi. Każdy rozpuszczony Na+ przyciąga ujemne końce kilku cząsteczek wody, a każdy rozpuszczony Cl – przyciąga dodatnie końce. Powłoka otaczająca każdy jon nazywana jest sferą ucieczki i zwykle zawiera kilka warstw cząsteczek rozpuszczalnika.

Mówi się, że zmienne lub jon otoczony pierwiastkami są siarczanowane. Gdy rozpuszczalnikiem jest woda, takie cząstki ulegają uwodnieniu. Tak więc każda cząsteczka polarna ma tendencję do solwatowania przez elementy ciała ciekłego. W suchym lodzie rodzaj sieci krystalicznej tworzy wiązania atomowe w stanie agregacji, które pozostają niezmienione. Kolejną rzeczą jest krystaliczny lód (zamrożona woda). Jonowe związki organiczne, takie jak karboksylazy i protonowane aminy, muszą być rozpuszczalne w grupach hydroksylowych i karbonylowych. Cząstki zawarte w takich strukturach poruszają się między cząsteczkami, a ich układy polarne tworzą z tym ciałem wiązania wodorowe.

Oczywiście ilość ostatnich wymienionych grup w cząsteczce wpływa na jej rozpuszczalność, która również zależy od reakcji różnych struktur w elemencie: np. alkohole jedno-, dwu- i trzywęglowe mieszają się z wodą, ale większe węglowodory z pojedynczymi związkami hydroksylowymi są znacznie mniej rozcieńczone w cieczach.

Sześciokątny Ih ma kształt podobny do atomowej sieci krystalicznej. W przypadku lodu i całego naturalnego śniegu na Ziemi wygląda to dokładnie tak. Świadczy o tym symetria sieci krystalicznej lodu, wyhodowanego z pary wodnej (czyli płatków śniegu). Jest w grupie kosmicznej P 63/mm od 194; D 6h, klasa Laue 6/mm; podobny do β-, który ma wielokrotność 6 osi śrubowej (obrót wokół oraz przesunięcie wzdłuż niej). Ma raczej otwartą strukturę o niskiej gęstości, w której wydajność jest niska (~1/3) w porównaniu do prostych struktur sześciennych (~1/2) lub sześciennych wyśrodkowanych na powierzchni (~3/4).

W porównaniu ze zwykłym lodem, sieć krystaliczna suchego lodu, związana cząsteczkami CO 2 , jest statyczna i zmienia się tylko wraz z rozpadem atomów.

Opis sieci i ich elementów składowych

Kryształy można traktować jako modele krystaliczne składające się z arkuszy ułożonych jeden na drugim. Wiązanie wodorowe jest uporządkowane, podczas gdy w rzeczywistości jest przypadkowe, ponieważ protony mogą poruszać się między cząsteczkami wody (lodu) w temperaturach powyżej około 5 K. Rzeczywiście, jest prawdopodobne, że protony zachowują się jak płyn kwantowy w stałym przepływie tunelowym. Jest to wzmocnione przez rozpraszanie neutronów, pokazujące ich gęstość rozpraszania w połowie odległości między atomami tlenu, co wskazuje na lokalizację i skoordynowany ruch. Tutaj jest podobieństwo lodu do atomowej, molekularnej sieci krystalicznej.

Cząsteczki mają schodkowy układ łańcucha wodorowego w stosunku do swoich trzech sąsiadów w samolocie. Czwarty pierwiastek ma zaćmiony układ wiązań wodorowych. Istnieje niewielkie odchylenie od idealnej symetrii heksagonalnej, np. 0,3% krótsza w kierunku tego łańcucha. Wszystkie cząsteczki doświadczają tych samych środowisk molekularnych. Wewnątrz każdego „pudełka” jest wystarczająco dużo miejsca, aby pomieścić cząsteczki wody śródmiąższowej. Chociaż nie są powszechnie brane pod uwagę, zostały ostatnio skutecznie wykryte za pomocą dyfrakcji neutronowej sproszkowanej sieci krystalicznej lodu.

Zmiana substancji

Sześciokątny korpus ma potrójne punkty z wodą ciekłą i gazową 0,01°C, 612 Pa, elementy stałe - trzy -21,985 °C, 209,9 MPa, jedenaście i dwa -199,8 °C, 70 MPa oraz -34,7 °C, 212,9 MPa. Stała dielektryczna heksagonalnego lodu wynosi 97,5.

Krzywą topnienia tego pierwiastka podaje MPa. Dostępne są równania stanu, oprócz nich kilka prostych nierówności związanych ze zmianą właściwości fizycznych od temperatury lodu heksagonalnego i jego wodnych zawiesin. Twardość zmienia się ze stopniami rosnącymi od lub poniżej gipsu (≤2) w 0°C do skalenia (6 w -80°C, nienormalnie duża zmiana twardości bezwzględnej (>24 razy).

Heksagonalna sieć krystaliczna lodu tworzy heksagonalne płyty i kolumny, w których górna i dolna ściana są płaszczyznami podstawowymi (0 0 0 1) o entalpii 5,57 μJ cm -2, a pozostałe równoważne ścianki boczne nazywane są częściami pryzmatu (10-1 0) z 5,94 μJ cm-2. Wzdłuż płaszczyzn utworzonych przez boki konstrukcji można tworzyć powierzchnie wtórne (1 1 -2 0) o 6,90 μJ ˣ cm -2.

Podobna struktura wykazuje anomalny spadek przewodności cieplnej wraz ze wzrostem ciśnienia (a także kubiczny i amorficzny lód o małej gęstości), ale różni się od większości kryształów. Wynika to ze zmiany wiązania wodorowego, które zmniejsza poprzeczną prędkość dźwięku w sieci krystalicznej lodu i wody.

Istnieją metody opisujące sposób przygotowania dużych próbek kryształów i dowolnej pożądanej powierzchni lodu. Zakłada się, że wiązanie wodorowe na powierzchni badanej bryły heksagonalnej będzie bardziej uporządkowane niż wewnątrz układu masowego. Spektroskopia wariacyjna z generowaniem częstotliwości fazowo-sieciowej wykazała, że ​​istnieje strukturalna asymetria między dwiema górnymi warstwami (L1 i L2) w podpowierzchniowym łańcuchu HO powierzchni podstawowej lodu heksagonalnego. Przyjęte wiązania wodorowe w górnych warstwach heksagonów (L1 O ··· HO L2) są silniejsze niż te przyjęte w warstwie drugiej do akumulacji górnej (L1 OH ··· O L2). Dostępne są interaktywne struktury heksagonalnego lodu.

Funkcje rozwojowe

Minimalna liczba cząsteczek wody wymagana do zarodkowania lodu wynosi około 275 ± 25, tak jak w przypadku kompletnego klastra dwudziestościennego liczącego 280. Formowanie następuje przy współczynniku 10 10 na granicy faz powietrze-woda, a nie w wodzie. Wzrost kryształków lodu zależy od różnych szybkości wzrostu i różnych energii. Podczas kriokonserwacji próbek biologicznych, żywności i narządów wodę należy chronić przed zamarzaniem.

Zwykle osiąga się to dzięki szybkim szybkościom chłodzenia, zastosowaniu małych próbek i kriokonserwatora oraz zwiększonemu ciśnieniu w celu zarodkowania lodu i zapobiegania uszkodzeniom komórek. Energia swobodna lodu/cieczy wzrasta z ~30 mJ/m2 przy ciśnieniu atmosferycznym do 40 mJ/m -2 przy 200 MPa, co wskazuje na przyczynę występowania tego efektu.

Alternatywnie, mogą rosnąć szybciej z powierzchni pryzmatów (S2), na losowo zaburzonej powierzchni szybko zamarzniętych lub wzburzonych jezior. Wzrost z twarzy (1 1 -2 0) jest co najmniej taki sam, ale zamienia je w podstawy pryzmatu. Dane dotyczące rozwoju kryształu lodu zostały w pełni zbadane. Względne tempo wzrostu elementów o różnych powierzchniach zależy od zdolności do wytworzenia dużego stopnia uwodnienia stawu. Temperatura (niska) otaczającej wody określa stopień rozgałęzienia kryształu lodu. Wzrost cząstek jest ograniczony szybkością dyfuzji przy niskim stopniu przechłodzenia, tj.<2 ° C, что приводит к большему их количеству.

Ale ograniczone przez kinetykę rozwojową przy wyższych poziomach depresji > 4°C, co powoduje wzrost przypominający igłę. Kształt ten jest podobny do suchego lodu (ma sieć krystaliczną o strukturze heksagonalnej), różne cechy rozwoju powierzchni i temperaturę otaczającej (przechłodzonej) wody, która kryje się za płaskimi kształtami płatków śniegu.

Tworzenie się lodu w atmosferze ma ogromny wpływ na powstawanie i właściwości chmur. Skaleń, znaleziony w pustynnym pyle, który dostaje się do atmosfery w milionach ton rocznie, są ważnymi prekursorami. Modelowanie komputerowe wykazało, że jest to spowodowane zarodkowaniem pryzmatycznych płaszczyzn kryształów lodu na wysokoenergetycznych płaszczyznach powierzchni.

Niektóre inne elementy i kraty

Substancje rozpuszczone (z wyjątkiem bardzo małych helu i wodoru, które mogą wnikać w szczeliny) nie mogą być włączone do struktury Ih pod ciśnieniem atmosferycznym, ale są przemieszczane do powierzchni lub warstwy amorficznej pomiędzy cząstkami ciała mikrokrystalicznego. W miejscach sieci suchego lodu znajdują się inne pierwiastki: jony chaotropowe, takie jak NH 4 + i Cl - , które są włączone do łatwiejszego zamrażania cieczy niż inne kosmotropowe, takie jak Na + i SO 4 2- , a więc ich usunięcie jest niemożliwe, ponieważ tworzą one cienką warstwę pozostałej cieczy pomiędzy kryształami. Może to prowadzić do elektrycznego naładowania powierzchni w wyniku dysocjacji wody powierzchniowej równoważąc pozostałe ładunki (co może również prowadzić do promieniowania magnetycznego) i zmiany pH resztkowych warstw cieczy, na przykład NH 4 2 SO 4 staje się bardziej kwaśny a NaCl staje się bardziej zasadowy.

Są one prostopadłe do ścian sieci kryształów lodu, ukazując dołączoną kolejną warstwę (z atomami O-czarnymi). Charakteryzują się wolno rosnącą powierzchnią podstawową (0 0 0 1), do której przyłączone są tylko izolowane cząsteczki wody. Szybko rosnąca (1 0 -10) powierzchnia pryzmatu, w której pary nowo przyłączonych cząstek mogą wiązać się ze sobą wodorem (jedno wiązanie wodorowe/dwie cząsteczki pierwiastka). Najszybciej rosnąca ściana (1 1 -2 0) (wtórny pryzmatyczny), gdzie łańcuchy nowo przyłączonych cząstek mogą oddziaływać ze sobą poprzez wiązania wodorowe. Jedną z jego cząsteczek łańcucha/elementu jest forma, która tworzy grzbiety, które dzielą i zachęcają do przekształcenia w dwie strony pryzmatu.

Entropia punktu zerowego

k Bˣ Ln ( n

Naukowcy i ich prace w tej dziedzinie

Można zdefiniować jako S 0 = k Bˣ Ln ( n E0), gdzie k B jest stałą Boltzmanna, N E jest liczbą konfiguracji przy energii E, a E0 jest najniższą energią. Ta wartość entropii lodu heksagonalnego przy zero kelwinów nie narusza trzeciej zasady termodynamiki „Entropia idealnego kryształu przy zerowej absolutnej wynosi dokładnie zero”, ponieważ te pierwiastki i cząstki nie są idealne, mają nieuporządkowane wiązania wodorowe.

W tym ciele wiązanie wodorowe jest przypadkowe i szybko się zmienia. Struktury te nie są dokładnie równe pod względem energii, ale rozciągają się na bardzo dużą liczbę stanów bliskich energetycznie, przestrzegają „zasad lodu”. Entropia punktu zerowego to zaburzenie, które pozostałoby, nawet gdyby materiał można było schłodzić do zera absolutnego (0 K = -273,15 °C). Generuje zamieszanie eksperymentalne dla sześciokątnego lodu 3,41 (± 0,2) ˣ mol -1 ˣ K -1 . Teoretycznie możliwe byłoby obliczenie zerowej entropii znanych kryształów lodu ze znacznie większą dokładnością (pomijając defekty i rozrzut poziomów energetycznych) niż wyznaczanie jej eksperymentalnie.

Chociaż porządek protonów w masie lodu nie jest uporządkowany, powierzchnia prawdopodobnie preferuje porządek tych cząstek w postaci pasm wiszących atomów H i par pojedynczych O (zero entropii z uporządkowanymi wiązaniami wodorowymi). Stwierdzono zaburzenie punktu zerowego ZPE, J ˣ mol -1 ˣ K -1 i inne. Z powyższego jest jasne i zrozumiałe, jakie rodzaje sieci krystalicznych są charakterystyczne dla lodu.

Jeśli w węzłach sieci krystalicznej znajdują się niepolarne cząsteczki jakiejś substancji (np. jod ja 2, tlen Około 2 lub azot N 2), wtedy nie doświadczają żadnej elektrycznej „sympatii” dla siebie. Innymi słowy, ich cząsteczki nie powinny być przyciągane przez siły elektrostatyczne. A jednak coś trzyma ich razem. Co dokładnie?

Okazuje się, że w stanie stałym cząsteczki te zbliżają się do siebie tak blisko siebie, że w ich obłokach elektronowych zaczynają się natychmiastowe (choć bardzo słabe) reakcje. stronniczość- kondensacja i rozrzedzenie chmur elektronowych. Zamiast cząstek niepolarnych pojawiają się „natychmiastowe dipole”, które już mogą być przyciągane do siebie elektrostatycznie. Jednak ta atrakcja jest bardzo słaba. Dlatego sieci krystaliczne substancji niepolarnych są kruche i istnieją tylko w bardzo niskich temperaturach, w „kosmicznym” chłodzie.

Astronomowie rzeczywiście odkryli ciała niebieskie - komety, asteroidy, a nawet całe planety składające się z zamarzniętych azot, tlen i inne substancje, które w zwykłych warunkach ziemskich występują w postaci gazów i stają się stałe w przestrzeni międzyplanetarnej.

	Wiele prostych i złożonych substancji z molekularny sieć krystaliczna jest wszystkim dobrze znana. To jest na przykład krystaliczny jod ja 2:
Tak zbudowana jest sieć krystaliczna jod: składa się z cząsteczek jodu (każda z nich zawiera dwa atomy jodu).
	A te cząsteczki są ze sobą dość luźno związane. Dlatego krystaliczny jod jest tak lotny i nawet przy najmniejszym podgrzaniu odparowuje, zamieniając się w gazowy jod – piękną fioletową parę.

Jakie powszechnie stosowane substancje? molekularna sieć krystaliczna?

• Woda krystaliczna (lód) składa się z cząsteczek polarnych woda H2O.
• Kryształy „suchego lodu” używane do chłodzenia lodów są również kryształami molekularnymi. dwutlenek węgla CO2.
• Innym przykładem jest cukier, który z cząsteczek tworzy kryształy sacharoza.

Gdy w węzłach sieci krystalicznej znajdują się cząsteczki substancji, wiązania między nimi nie są bardzo silne, nawet jeśli te cząsteczki są polarne.
Dlatego w celu stopienia takich kryształów lub odparowania substancji o molekularnej strukturze kryształu nie jest konieczne podgrzewanie ich do czerwonego ciepła.
Już w temperaturze 0 °C struktura krystaliczna lód załamuje się i staje woda. A „suchy lód” nie topi się przy normalnym ciśnieniu, tylko od razu zamienia się w gaz dwutlenek węgla- wywyższony.

Inną rzeczą są substancje z atomowy sieć krystaliczna, w której każdy atom jest połączony ze swoimi sąsiadami bardzo silnymi wiązaniami kowalencyjnymi, a cały kryształ, jeśli jest to pożądane, może być uważany za ogromną cząsteczkę.

Na przykład rozważ kryształ diamentu, który składa się z atomów węgiel.

	Atom węgiel OD, który zawiera dwa niesparowane r -elektron zamienia się w atom węgiel OD*, gdzie wszystkie cztery elektrony zewnętrznego poziomu walencyjnego znajdują się na orbitach jeden po drugim i zdolny do tworzenia wiązań chemicznych. Chemicy nazywają taki atom „ podekscytowany".
W tym przypadku są aż cztery wiązania chemiczne i wszystkie bardzo trwały. nie bez powodu diament - najtwardsza substancja w naturze i od niepamiętnych czasów uważany jest za króla wszystkich klejnotów i kamieni szlachetnych. A sama jego nazwa oznacza po grecku „niezniszczalny”.
	Z fasetowanych kryształów diament pozyskuje się diamenty, które zdobią kosztowną biżuterię

Najpiękniejsze diamenty znalezione przez ludzi mają swoją, czasem tragiczną, historię. Przeczytaj >>>

Jednak diament idzie nie tylko na dekoracje. Jej kryształy wykorzystywane są w narzędziach do obróbki najtwardszych materiałów, wiercenia w skałach, cięcia i cięcia szkła i kryształu.

Sieć krystaliczna diamentu (po lewej) i grafitu (po prawej)

Grafit ta sama kompozycja węgiel, ale jego struktura sieci krystalicznej nie jest taka sama jak diamentu. W grafit Atomy węgla są ułożone warstwami, w których połączenie atomów węgla jest podobne do plastra miodu. Warstwy te są znacznie słabiej związane niż atomy węgla w każdej warstwie. Dlatego grafitłatwo rozwarstwiają się na skale i mogą pisać. Służy do produkcji ołówków, a także suchego smaru odpowiedniego do części maszyn pracujących w wysokich temperaturach. Oprócz, grafit dobrze przewodzi prąd, a elektrody są z niego wykonane.

Czy niedrogi? grafit zamienić się w drogocenny diament? Jest to możliwe, ale będzie to wymagało niewyobrażalnie wysokiego ciśnienia (kilka tysięcy atmosfer) i wysokiej temperatury (półtora tysiąca stopni).
O wiele łatwiej zepsuć diament: wystarczy podgrzać bez dostępu powietrza do 1500 ° C i struktury krystalicznej diament przekształcić się w mniej uporządkowaną strukturę grafit.

Struktura krystaliczna lodu: Cząsteczki wody są połączone w regularne sześciokąty Sieć krystaliczna lodu: Cząsteczki wody H 2 O (czarne kulki) w swoich węzłach są ułożone tak, że każdy ma czterech sąsiadów. Cząsteczka wody (w środku) jest połączona wiązaniem wodorowym z czterema najbliższymi sąsiednimi cząsteczkami. Lód to krystaliczna modyfikacja wody. Według najnowszych danych lód ma 14 modyfikacji strukturalnych. Wśród nich znajdują się zarówno modyfikacje krystaliczne (jest ich większość), jak i amorficzne, ale wszystkie różnią się między sobą wzajemnym ułożeniem cząsteczek wody i właściwościami. To prawda, że ​​wszystko poza zwykłym lodem, który krystalizuje w heksagonalnej syngonii, powstaje w egzotycznych warunkach, w bardzo niskich temperaturach i pod wysokim ciśnieniem, kiedy zmieniają się kąty wiązań wodorowych w cząsteczce wody i tworzą się układy inne niż heksagonalne. Takie warunki przypominają przestrzeń kosmiczną i nie występują na Ziemi. Na przykład w temperaturach poniżej -110°C para wodna wytrąca się na metalowej płycie w postaci ośmiościanów i sześcianów o wielkości kilku nanometrów, jest to tak zwany lód sześcienny. Jeśli temperatura jest nieco wyższa niż –110 °C, a stężenie pary jest bardzo niskie, na płycie tworzy się warstwa wyjątkowo gęstego amorficznego lodu. Najbardziej niezwykłą właściwością lodu jest niesamowita różnorodność zewnętrznych przejawów. Przy tej samej strukturze krystalicznej może wyglądać zupełnie inaczej, przybierając postać przezroczystych gradów i sopli, puszystych płatków śniegu, gęstej lśniącej skorupy lodowej lub gigantycznych mas lodowcowych.

Płatek śniegu to pojedynczy kryształ lodu - rodzaj kryształu heksagonalnego, ale rośnie szybko, w warunkach braku równowagi. Naukowcy od wieków zmagają się z sekretem ich piękna i nieskończonej różnorodności. Życie płatka śniegu zaczyna się od wytworzenia się krystalicznych jąder lodu w chmurze pary wodnej wraz ze spadkiem temperatury. Centrum krystalizacji mogą być drobinki pyłu, dowolne cząstki stałe, a nawet jony, ale w każdym razie te cząstki lodu mniejsze niż jedna dziesiąta milimetra mają już heksagonalną sieć krystaliczną.Para wodna, kondensująca na powierzchni tych jąder, najpierw tworzy malutki heksagonalny pryzmat, z którego sześciu rogów zaczynamy wyrastać identyczne igiełki lodu wyrostki boczne, ponieważ temperatura i wilgotność wokół zarodka również są takie same. Na nich z kolei wyrastają, jak na drzewie, boczne gałęzie gałęzi. Takie kryształy nazywane są dendrytami, czyli podobnymi do drzewa. Poruszając się w górę iw dół w chmurze, płatek śniegu wchodzi w warunki o różnej temperaturze i stężeniu pary wodnej. Jej kształt zmienia się do ostatniego, przestrzegając praw heksagonalnej symetrii. Więc płatki śniegu stają się inne. Do tej pory nie udało się znaleźć dwóch identycznych płatków śniegu wśród płatków śniegu.

Kolor lodu zależy od jego wieku i można go wykorzystać do oceny jego wytrzymałości. Lód oceaniczny jest biały w pierwszym roku swojego życia, ponieważ jest nasycony bąbelkami powietrza, od ścian których światło odbija się natychmiast, zanim zostanie wchłonięte. Latem powierzchnia lodu topi się, traci swoją wytrzymałość, a pod ciężarem nowych warstw leżących na wierzchu pęcherzyki powietrza kurczą się i całkowicie znikają. Światło wewnątrz lodu pokonuje większą odległość niż wcześniej i pojawia się jako niebiesko-zielony odcień. Niebieski lód jest starszy, gęstszy i mocniejszy niż biały „spieniony” lód nasycony powietrzem. Odkrywcy polarni wiedzą o tym i wybierają niezawodne niebieskie i zielone kry do swoich pływających baz, stacji naukowych i lotnisk lodowych. Są czarne góry lodowe. Pierwsze doniesienie prasowe na ich temat pojawiło się w 1773 roku. Czarny kolor gór lodowych spowodowany jest działalnością wulkanów - lód pokryty jest grubą warstwą pyłu wulkanicznego, którego nie zmywa nawet woda morska. Lód nie jest równie zimny. Jest bardzo zimny lód, o temperaturze około minus 60 stopni, jest to lód niektórych lodowców Antarktyki. Lód na grenlandzkich lodowcach jest znacznie cieplejszy. Jego temperatura wynosi około minus 28 stopni. Dość „ciepły lód” (o temperaturze około 0 stopni) leżą na szczytach Alp i skandynawskich gór.

Gęstość wody jest maksymalna przy +4 C i wynosi 1 g/ml, maleje wraz ze spadkiem temperatury. Gdy woda krystalizuje, gęstość gwałtownie spada, dla lodu wynosi 0,91 g / cm3. Z tego powodu lód jest lżejszy od wody, a gdy zbiorniki wodne zamarzają, lód gromadzi się na górze, a gęstsza woda o temperaturze 4 ̊ Na dnie zbiorników wodnych pojawia się C. Słaba przewodność cieplna lodu i pokrywająca go pokrywa śnieżna chroni zbiorniki wodne przed zamarzaniem do dna i stwarza w ten sposób warunki do życia mieszkańców zbiorników wodnych w okresie zimowym.

Lodowce, pokrywy lodowe, wieczna zmarzlina, sezonowa pokrywa śnieżna znacząco wpływają na klimat dużych regionów i planety jako całości: nawet ci, którzy nigdy nie widzieli śniegu, czują oddech jego mas nagromadzonych na biegunach Ziemi, na przykład w postaci długoterminowe wahania poziomu Oceanu Światowego. Lód jest tak ważny dla wyglądu naszej planety i wygodnego przebywania na niej żywych istot, że naukowcy wyznaczyli mu specjalne środowisko - kriosferę, która rozciąga swoje posiadłości wysoko w atmosferę i głęboko w skorupę ziemską. Naturalny lód jest zwykle znacznie czystszy niż woda, ponieważ rozpuszczalność substancji (z wyjątkiem NH4F) w lodzie jest wyjątkowo niska. Całkowite rezerwy lodu na Ziemi wynoszą około 30 milionów km 3. Większość lodu koncentruje się na Antarktydzie, gdzie grubość jego warstwy sięga 4 km.