Eis- ein Mineral mit der chemischen Formel H2O, ist Wasser in kristallinem Zustand.

Die chemische Zusammensetzung von Eis: H - 11,2 %, O - 88,8 %. Manchmal enthält Eis gasförmige und feste mechanische Verunreinigungen. In der Natur wird Eis hauptsächlich durch eine von mehreren kristallinen Modifikationen repräsentiert, stabil im Temperaturbereich von 0 bis 80°C, mit einem Schmelzpunkt von 0°C.

Kristallstruktur von Eisähnlich der Struktur von Diamant: Jedes H20-Molekül ist von vier Molekülen umgeben, die ihm am nächsten sind, sich im gleichen Abstand von ihm befinden, gleich 2,76 Å, und sich an den Ecken eines regelmäßigen Tetraeders befinden. Aufgrund der niedrigen Koordinationszahl ist die Eisstruktur durchbrochen, was sich auf ihre Dichte (0,917) auswirkt.

Eiseigenschaften: Eis ist farblos. In großen Clustern nimmt es einen bläulichen Farbton an. Glasglanz. Transparent. Hat kein Dekolleté. Härte 1,5. Zerbrechlich. Optisch positiv, Brechungsindex sehr niedrig (n = 1,310, nm = 1,309).

Formen der Eisfindung: Eis ist ein sehr häufig vorkommendes Mineral in der Natur. Es gibt mehrere Arten von Eis in der Erdkruste: Fluss, See, Meer, Boden, Firn und Gletscher. Häufiger bildet es Aggregatansammlungen feinkörniger Körner. Bekannt sind auch kristalline Eisformationen, die durch Sublimation, also direkt aus dem Dampfzustand entstehen. In diesen Fällen hat das Eis das Aussehen von Skelettkristallen (Schneeflocken) und Aggregaten von Skelett- und Dendritenwachstum (Höhleneis, Reif, Raureif und Muster auf Glas). Große, gut geschliffene Kristalle werden gefunden, aber sehr selten.
Eisstalaktiten, umgangssprachlich „Eiszapfen“ genannt, sind jedem ein Begriff. Bei Temperaturunterschieden von etwa 0 ° in der Herbst-Winter-Saison wachsen sie überall auf der Erdoberfläche unter langsamem Gefrieren (Kristallisation) von fließendem und tropfendem Wasser. Sie sind auch in Eishöhlen üblich.
Eisufer sind Streifen von Eisdecken aus Eis, die an der Wasser-Luft-Grenze entlang der Ränder von Stauseen kristallisieren und die Ränder von Pfützen, Ufern von Flüssen, Seen, Teichen, Stauseen usw. wobei der Rest des Wasserbereichs nicht gefriert. Bei ihrer vollständigen Koaleszenz bildet sich auf der Oberfläche des Reservoirs eine durchgehende Eisdecke.
Eis bildet auch parallele säulenförmige Aggregate in Form von faserigen Äderchen in porösen Böden und Eisantholithen auf ihrer Oberfläche.

Bildung und Ablagerung von Eis: Eis entsteht hauptsächlich in Wasserbecken, wenn die Lufttemperatur sinkt. Gleichzeitig erscheint auf der Wasseroberfläche Eisbrei, der aus Eisnadeln besteht. Von unten wachsen darauf lange Eiskristalle, bei denen die Symmetrieachsen sechster Ordnung senkrecht zur Krustenoberfläche stehen. Die Verhältnisse zwischen Eiskristallen unter verschiedenen Bildungsbedingungen sind in Abb. 1 dargestellt. Eis ist überall dort weit verbreitet, wo Feuchtigkeit herrscht und die Temperatur unter 0 °C sinkt. In einigen Gebieten taut Bodeneis nur bis zu einer unbedeutenden Tiefe auf, unterhalb derer Permafrost beginnt. Dies sind die sogenannten Permafrostregionen; In den Verbreitungsgebieten von Permafrost in den oberen Schichten der Erdkruste gibt es sogenannte. unterirdisches Eis, zwischen dem modernes und fossiles unterirdisches Eis unterschieden werden. Mindestens 10% der gesamten Landfläche der Erde sind von Gletschern bedeckt, das monolithische Eisgestein, aus dem sie bestehen, wird als Gletschereis bezeichnet. Gletschereis entsteht hauptsächlich aus der Ansammlung von Schnee infolge seiner Verdichtung und Umwandlung. Die Eisdecke bedeckt etwa 75 % der Fläche Grönlands und fast die gesamte Antarktis; Die größte Gletscherdicke (4330 m) wurde in der Nähe der Station Baird (Antarktis) festgestellt. In Zentralgrönland erreicht die Eisdicke 3200 m.

Eisablagerungen sind bekannt. In Gebieten mit kalten langen Wintern und kurzen Sommern sowie in Hochgebirgsregionen bilden sich Eishöhlen mit Stalaktiten und Stalagmiten, unter denen Kungurskaya in der Perm-Region des Urals sowie die Dobshine-Höhle in der Slowakei die interessantesten sind .
Meereis entsteht, wenn Meerwasser gefriert. Charakteristische Eigenschaften des Meereises sind Salzgehalt und Porosität, die den Bereich seiner Dichte von 0,85 bis 0,94 g/cm3 bestimmen. Aufgrund dieser geringen Dichte erheben sich Eisschollen um 1/7-1/10 ihrer Dicke über die Wasseroberfläche. Meereis beginnt bei Temperaturen über -2,3°C zu schmelzen; es ist elastischer und schwerer zu zerbrechen als Süßwassereis.

Eissorten:

ICH. Atmosphärisches Eis: Schnee, Frost, Hagel.

atmosphärisches Eis- Eispartikel, die in der Atmosphäre schweben oder auf die Erdoberfläche fallen (fester Niederschlag), sowie Eiskristalle oder amorphe Ablagerungen, die sich auf der Erdoberfläche, auf der Oberfläche von Bodenobjekten und auf Flugzeugen in der Luft gebildet haben.
Schnee- Fester Niederschlag, der in Form von Schneeflocken fällt. Schnee fällt aus vielen Arten von Wolken, insbesondere Nimbostratus (Schneefall). Schnee ist eine typische winterliche Niederschlagsart, die eine Schneedecke bildet.
Frost- eine dünne ungleichmäßige Schicht aus Eiskristallen, die sich auf Erde, Gras und Bodenobjekten aus atmosphärischem Wasserdampf bildet, wenn sich die Erdoberfläche auf negative Temperaturen abkühlt, die niedriger als die Lufttemperatur sind.
Heil- atmosphärischer Niederschlag in Form runder oder unregelmäßig geformter Eispartikel (Hagelkörner) mit einer Größe von 5-55 mm. Hagel fällt in der warmen Jahreszeit aus mächtigen Cumulonimbuswolken, stark nach oben entwickelt, meist bei Schauern und Gewittern.

II. Wassereis (Eisdecke) , gebildet auf der Wasseroberfläche und in der Wassermasse in verschiedenen Tiefen: Intra-Wasser, Grundeis.

Eisdecke- festes Eis, das sich während der kalten Jahreszeit auf der Oberfläche der Ozeane, Meere, Flüsse, Seen, künstlichen Stauseen bildet und aus benachbarten Gebieten mitgebracht wird. In Regionen mit hohen Breiten existiert es das ganze Jahr über.
Wassereis- Ansammlung von primären Eiskristallen, die sich in der Wassersäule und am Grund des Gewässers gebildet haben.
unteres Eis- Eis, das sich auf dem Boden eines Reservoirs abgelagert oder in Wasser suspendiert hat. Bodeneis wird am Grund von Flüssen, Meeren und kleinen Seen, an in Wasser getauchten Objekten und an seichten Stellen beobachtet. Grundeis entsteht bei der Kristallisation von unterkühltem Wasser und hat eine lockere poröse Struktur.

III. unterirdisches Eis.

unterirdisches Eis- Eis, das sich in den oberen Schichten der Erdkruste befindet. Unterirdisches Eis findet sich in Permafrostgebieten. Zum Zeitpunkt der Entstehung werden modernes und fossiles unterirdisches Eis nach Herkunft unterschieden:
a). primäres Eis, die beim Einfrieren loser Ablagerungen entstehen;
b). sekundäres Eis- ein Produkt der Kristallisation von Wasser und Wasserdampf (a) in Rissen (Adereis), (b) in Poren und Hohlräumen (Höhleneis), (c) vergrabenes Eis, das sich auf der Erdoberfläche bildet und dann von Sedimentgestein bedeckt wird .

IV. Gletschereis.

Gletschereis- monolithischer Eisfelsen, aus dem der Gletscher besteht. Gletschereis entsteht hauptsächlich aus der Ansammlung von Schnee infolge seiner Verdichtung und Umwandlung.

Und auch:

Nadeleis Eis, das sich in ruhigem Wasser auf der Oberfläche eines Flusses bildet. Nadeleis hat die Form von prismatischen Kristallen mit in horizontaler Richtung angeordneten Achsen, was dem Eis eine Schichtstruktur verleiht.
grauweißes Eis- junges Eis mit einer Dicke von 15-30 cm Normalerweise, wenn komprimiert, grauweiße Eishügel.
graues Eis- junges Eis mit einer Dicke von 10-15 cm Normalerweise wird graues Eis während der Kompression geschichtet.
Oberflächeneis- kristallines Eis, das auf der Wasseroberfläche erscheint.
Salo- Primäre Eisformationen an der Oberfläche, bestehend aus nadelartigen und lamellaren Kristallen in Form von Flecken oder einer dünnen, durchgehenden grauen Schicht.
speichern- Eisstreifen an den Ufern von Wasserläufen, Seen und Stauseen, wobei der Rest der Wasserfläche nicht zufriert.

Kungur-Eishöhle befindet sich in der Region Perm, am rechten Ufer des Flusses Sylva. Die Kungur-Eishöhle entstand vor mehreren tausend Jahren, als Schmelz- und Regenwasser nach und nach in die Gipsschicht gespült wurden Eisberg riesige Hohlräume und Tunnel.

Laut modernen Wissenschaftlern beträgt das Alter der Eishöhle etwa 10-12.000 Jahre. Die Höhle entstand an der Stelle des Meeres, das durch die Anhebung des Uralgebirges seicht wurde und hauptsächlich aus Gips- und Kalksteinfelsen besteht. Die Gesamtlänge des untersuchten Teils beträgt etwa 5,6 Kilometer. Davon sind 1,4 Kilometer für Ausflüge ausgestattet.

Die erste Person, die anfing, regelmäßige Führungen durch die Eishöhle durchzuführen, war der Großneffe eines herausragenden Wissenschaftlers, Entdeckers des russischen Amerikas - K.T. Khlebnikov - Alexei Timofeevich Khlebnikov. 1914 begann Khlebnikov, nachdem er die Höhle von der örtlichen Bauerngemeinschaft gemietet hatte, seine bezahlten Shows für die Einwohner von Kungur und Gäste der Stadt zu organisieren. Dank der Bemühungen von Alexei Khlebnikov verbreitete sich die Nachricht vom "Wunder von Kungur" schnell in verschiedenen Teilen des Landes. Nach Chlebnikovs Tod 1951 Führungen durch Eishöhle wurden von Mitarbeitern des Krankenhauses der Ural-Zweigstelle der Russischen Akademie der Wissenschaften organisiert, und 1969, als der Zustrom von Touristen auf 100.000 Menschen pro Jahr anstieg, wurde das Reise- und Ausflugsbüro Kungur eröffnet. 1983 wurde auf dem Gelände des ausgebrannten hölzernen Bürogebäudes ein moderner Touristenkomplex "Stalagmit" gebaut, der gleichzeitig bis zu 350 Touristen empfangen kann.

EISWEIN

Eiswein(französischer Vin de glace, italienischer Vino di ghiaccio, englischer Eiswein, deutscher Eiswein) ist ein Dessertwein, der aus am Stock gefrorenen Trauben hergestellt wird. Eiswein hat einen durchschnittlichen Alkoholgehalt (9-12%), einen erheblichen Zuckergehalt (150-25 g/l) und einen hohen Säuregehalt (10-14 g/l). Er wird in der Regel aus Riesling oder Vidal hergestellt.
Zucker und andere gelöste Stoffe gefrieren im Gegensatz zu Wasser nicht, sodass konzentrierterer Traubenmost aus gefrorenen Trauben gepresst werden kann. Das Ergebnis ist eine kleine Menge konzentrierter, sehr süßer Wein.
Aufgrund des arbeitsintensiven und riskanten Herstellungsprozesses relativ kleiner Mengen ist Eiswein recht teuer. Für die Herstellung von 350 ml eines solchen Weins werden 13-15 kg Trauben benötigt. Aus 50 Tonnen Trauben werden nur 2 Tonnen Wein gewonnen.

GEHEIMNISSE AUS EIS

Geben Sie einen kleinen Eiswürfel in ein teilweise mit Wasser gefülltes Glas. Dann nehmen Sie ein 30 Zentimeter langes Stück Faden und die Aufgabe besteht darin, den Eiswürfel aus dem Glas zu ziehen, indem Sie nur den Faden als Hebevorrichtung verwenden. Sie können keine Schleifen aus dem Faden machen, das Glas bewegen und den Eiswürfel mit den Fingern berühren. Ihre Vorschläge?

Die vollständige richtige Antwort lautet: Legen Sie die Mitte des Fadens auf die Oberseite des Würfels. Gießen Sie nun etwas Salz auf den Faden (die Übung wird zeigen, wie viel zu gießen ist). Aufgrund des Salzes schmilzt das Eis unter dem Faden ein wenig, Salzwasser läuft aus dem Würfel ab, die Salzkonzentration nimmt ab und das Wasser gefriert wieder um den Faden und gefriert zu Eis. Nach ein paar Minuten kannst du den Faden zusammen mit dem Eiswürfel anheben.

EISHAUS

Historischer Roman "Eishaus"(Autor Lazhechnikov I.I.) ist einer der besten russischen historischen Romane, der die düstere Ära der Herrschaft von Kaiserin Anna Ioannovna, die Dominanz von Birons Zeitarbeiter und die Deutschen am russischen Hof, der "Birovshchina" genannt wurde, darstellt. Das Eishaus wurde im August 1835 veröffentlicht.
1740 arrangierte Kaiserin Anna Ioannovna im Eishaus eine clowneske Hochzeit. Zum Spaß für die Kaiserin wurde am Ufer der Newa zwischen dem Winterpalast und der Admiralität eine ganze Stadt aus Eis mit einem Haus, Toren und Eisskulpturendekorationen gebaut. So wird diese historische Tatsache von I.I. Lazhechnikov in seinem Roman:

Narrenhochzeit im Eishaus

Die clowneske Hochzeit im Eishaus eröffnete die russischen Feierlichkeiten anlässlich des Friedensschlusses von Belgrad. Volynsky selbst führte die Prozession der Hochzeitsmaskerade an, und ein Elefant unter Filzdecken ging hinter der Kutsche des Ministers ...
Sie setzten die Braut und den Bräutigam auf einen Elefanten und brachten sie zum Eishaus. Auf dem Eis der Newa, einen lebenden Bruder begrüßend, brüllte ein Eiselefant, in dem die Musiker saßen und auf den Pfeifen spielten. Aus dem Rüssel eines Elefanten stürzte ihm eine brennende Quelle entgegen. Pyramiden standen an den Seiten des Hauses Eis mit Laternen. Die Leute drängten sich, weil in den Pyramiden "lustige Bilder" ausgestellt waren (nicht immer anständig, im Sinne von Catull' Ehe-Epithalien).
Die Jungen wurden vom Elefanten abgesetzt, sie wurden zuerst ins Badehaus gebracht, wo sie ein Dampfbad nahmen. Dann sie rein Eishaus erlaubt. Türen auf der linken Seite des Flurs enthüllten die Einrichtung des Schlafzimmers. Über der Toilette hingen Spiegel, und es gab Taschenuhren aus Eis. An das Schlafzimmer grenzte ein Ruheraum nach den Heiratsfreuden. Vor den eisigen Sofas stand ein eisiger Tisch, auf dem Eisutensilien(Geschirr, Gläser, Dekanter und Gläser). Das alles wurde in verschiedenen Farben gemalt - sehr schön!
Die Wachen ließen das Brautpaar nicht aus dem Eishaus:
- Wohin gehst du? Die Kaiserin hat dir befohlen, die ganze Nacht hier zu verbringen ... Geh und leg dich hin!
Hinter den Eiswänden schrie ein Eiselefant fürchterlich und spritzte Öl aus seinem Rüssel in 24 Fuß Höhe. Auch die Münder der Delfine loderten wie Höllenfeuer von Öl. Eiskanonen begrüßten die Jungen und warfen Eiskanonen mit einem schrecklichen Knistern um den Kern ...
Die Jungvermählten wurden ausgezogen. Auf Buzheninovas Kopf setzten sie eine Nachtmütze aus Eis, in der harter Frost die Spitze ersetzte. Eisschuhe wurden auf Golitsyns Füße gelegt. Das Brautpaar wurde auf Eisplatten gelegt - unter Eisdecken ... Und in den Pyramiden drehten sich die ganze Nacht bewegliche Tafeln mit lustigen Bildern ...
Um acht Uhr morgens wurden die Jungen hinausgetragen - steif. Diese Nacht - ihre erste Nacht! Sie sollten nie vergessen werden.

Kryotherapie

Die Geschichte der Menschheit enthält viele Beispiele für die Verwendung von kaltem Wasser und Eis, um Schönheit und aktive Langlebigkeit zu verlängern. Feldmarschall Suworow übergoss sich jeden Tag mit kaltem Wasser, und Katharina II. wischte ihr Gesicht mit Eis ab. Und heute gibt es in Russland viele Anhänger der Lehren von P. Ivanov, die sich zweimal täglich mit kaltem Wasser übergießen.
Das Ende des 20. Jahrhunderts war durch eine qualitative Veränderung in der Herangehensweise an die Nutzung der verjüngenden Wirkung von Kälte auf den menschlichen Körper gekennzeichnet, die natürlichen Mittel Eis und kaltes Wasser wurden durch Verfahren ersetzt, die auf der Verwendung extrem niedriger Temperaturen basieren - der Kryotherapie.

Die Kryo-Physiotherapie ist eine Verschmelzung der neuesten Errungenschaften auf dem Gebiet der Physik und Physiologie und gehört zu Recht zu den Technologien des 21. Jahrhunderts. Die wissenschaftliche Analyse jahrhundertelanger Erfahrung hat es ermöglicht, den Mechanismus der stimulierenden Wirkung von Kälte auf den menschlichen Körper zu bestimmen.

Kryotherapie- das schnellste und bequemste kosmetische Verfahren.
Die Essenz der Kryotherapie besteht darin, dass eine Person für kurze Zeit (2-3 Minuten) bis zum Hals in eine auf eine Temperatur von -140 ° C gekühlte Gasschicht eingetaucht wird. Die Temperatur und Zeit des Verfahrens werden unter Berücksichtigung der Eigenschaften der Haut des menschlichen Körpers ausgewählt, sodass während des Verfahrens nur eine dünne Oberflächenschicht, in der sich Wärmerezeptoren befinden, Zeit zum Abkühlen hat und der Körper selbst keine Zeit hat eine merkliche Unterkühlung erfahren.

Darüber hinaus ist das Verfahren aufgrund der besonderen Eigenschaften von Kaltgas recht komfortabel, das Kältegefühl ist insbesondere im Sommer unerwartet angenehm.
Der Grund für die Popularität der Kryotherapie ist, dass die Exposition gegenüber Hautkälterezeptoren eine starke Freisetzung von Endorphinen im Körper verursacht. Um den gleichen Effekt zu erzielen, benötigen Sie 1,5 - 2 Stunden intensive körperliche Aktivität. Das Verfahren hat einen enormen kosmetischen Effekt, insbesondere bei der Behandlung von Cellulite. Die Liste der positiven Ergebnisse aus der Anwendung der Kryotherapie kann unbegrenzt fortgesetzt werden, da dieses Verfahren die Immunität und den Stoffwechsel normalisiert, d. H. beseitigt die Ursachen aller Krankheiten. Für den Erfolg müssen Sie jedoch spezielle Geräte verwenden und die Methode der Kryotherapie befolgen.

GEHEIMNISSE DES WASSERS

Wasser- eine erstaunliche Substanz. Im Gegensatz zu anderen ähnlichen Verbindungen weist es viele Anomalien auf. Dazu gehören ein ungewöhnlich hoher Siedepunkt und Verdampfungswärme. Wasser zeichnet sich durch eine hohe Wärmekapazität aus, wodurch es als Wärmeträger in thermischen Kraftwerken eingesetzt werden kann. In der Natur manifestiert sich diese Eigenschaft in der Klimaerweichung in der Nähe von großen Gewässern. Die ungewöhnlich hohe Oberflächenspannung von Wasser bestimmt seine gute Fähigkeit, Oberflächen von Festkörpern zu benetzen und kapillare Eigenschaften zu zeigen, d.h. die Fähigkeit, trotz der Schwerkraft die Poren und Risse von Gesteinen und Materialien hinaufzuklettern.

Eine sehr seltene Eigenschaft des Wassers zeigt sich bei seiner Umwandlung vom flüssigen in den festen Zustand. Dieser Übergang ist mit einer Volumenzunahme und folglich mit einer Dichteabnahme verbunden.
Wissenschaftler haben bewiesen, dass Wasser im festen Zustand eine durchbrochene Struktur mit Hohlräumen und Hohlräumen hat. Wenn sie geschmolzen sind, sind sie mit Wassermolekülen gefüllt, sodass die Dichte von flüssigem Wasser höher ist als die Dichte von festem Wasser. Da Eis leichter als Wasser ist, schwimmt es darauf und sinkt nicht zu Boden, was in der Natur eine sehr wichtige Rolle spielt.

Interessant ist, dass, wenn über Wasser ein hoher Druck erzeugt und dann auf den Gefrierpunkt gekühlt wird, das unter erhöhten Druckbedingungen gebildete Eis nicht bei 0 ° C schmilzt, sondern bei einer höheren Temperatur. So schmilzt Eis, das durch Gefrieren von Wasser gewonnen wird, das unter normalen Bedingungen unter einem Druck von 20.000 atm steht, erst bei 80°C.

Eine weitere Anomalie von flüssigem Wasser ist mit ungleichmäßigen Änderungen seiner Dichte in Abhängigkeit von der Temperatur verbunden. Es ist seit langem bekannt, dass Wasser bei einer Temperatur von +4°C die höchste Dichte hat. Beim Abkühlen des Teichwassers sinken die schwereren Oberflächenschichten ab, wodurch sich das warme und leichtere Tiefenwasser gut mit dem Oberflächenwasser vermischt. Das Eintauchen der Oberflächenschichten erfolgt nur, solange das Wasser im Reservoir auf +4°C abkühlt. Ab dieser Schwelle nimmt die Dichte kälterer Oberflächenschichten nicht zu, sondern ab, und sie schwimmen auf der Oberfläche, ohne abzusinken. Bei Abkühlung unter 0°C verwandeln sich diese Oberflächenschichten in Eis.

EIS-SKALPELL

Eis-Skalpell- so heißt das Instrument, das in der Chirurgie zur Kryodestruktion verwendet wird. Dies ist eine spezielle Sonde, durch die flüssiger Stickstoff an einer bestimmten Stelle zugeführt wird. Um die Sondennadel herum bildet sich eine Eiskugel – eine Eiskugel mit festgelegten Parametern, die auf das zu entfernende Gewebe einwirkt. Mit anderen Worten, Kryodestruktion ist Erfrierung von pathologisch verändertem Gewebe. Beim Einfrieren bilden sich in seinen Zellen und im Interzellularraum Eiskristalle, die zu Nekrose und Tod führen.
Während der Kryodestruktion verspürt der Patient praktisch keine Schmerzen, da das "Eis-Skalpell" auch die Nervenenden einfriert. Die Methode ist ziemlich schnell, unblutig und schmerzlos.

Eissäure

Eissäure- wasserfreie Essigsäure CH3COOH. Es ist eine farblose hygroskopische Flüssigkeit oder farblose Kristalle mit einem stechenden Geruch. Es ist mit Wasser, Ethylalkohol und Diethylether in jedem Verhältnis mischbar. Diese Säure wird dampfdestilliert. Eisessig wird durch Fermentation einiger organischer Substanzen und durch Synthese gewonnen. Eissäure kommt bei der Trockendestillation von Holz vor. Kleine Mengen Eissäure sind im menschlichen Körper zu finden.
Anwendung.
Eisessig wird für die Synthese von Farbstoffen, die Herstellung von Celluloseacetat, Aceton und vielen anderen Stoffen verwendet. In Form von Essig und Essigessenz wird es in der Lebensmittelindustrie und im Alltag zum Kochen verwendet.

EIS ZUSTAND

Eisverhältnisse- Dies ist der Zustand der Eisbedeckung auf Meeren, Flüssen, Seen und Stauseen. Eisbedingungen sind durch eine ganze Reihe von Faktoren gekennzeichnet:
- Art des Reservoirs,
- Klimabedingungen,
- Dicke und Konzentration der Eisdecke,
- Eismenge
- die Art der Entwicklung der Eisdecke.

EISPILZ

Eispilz- auch bekannt als "Schneepilz", "essbarer Gallertpilz", "Korallenpilz", Tremella fucus-förmig (Tremella fuciformis), auch bekannt als "Schneepilz".
Eispilz so genannt, weil es wie ein Schneeball aussieht. Es ist essbar und gilt in China und Japan als Delikatesse. Der Eispilz hat keinen ausgeprägten Geschmack, zeichnet sich aber durch eine sehr interessante Textur aus, gleichzeitig zart, knackig und elastisch.
Eispilze werden auf unterschiedliche Weise zubereitet, können wie normale Pilze konserviert, zu einem Omelett hinzugefügt oder zu einem Dessert verarbeitet werden. Der besondere Wert dieser Pilze liegt in der gleichzeitigen Versorgung der Pilze mit Nährstoffen und deren Heilwirkung.
Eispilz zum Verkauf an Orten, die koreanisches Essen verkaufen.

EISZONE

Eiszone- Dies ist eine natürliche Zone neben den Polen der Erde.
Auf der Nordhalbkugel umfasst die Eiszone die nördlichen Außenbezirke der Taimyr-Halbinsel sowie zahlreiche Inseln der Arktis - Gebiete, die um den Nordpol herum unter dem Sternbild Ursa Major ("arktos" auf Griechisch - Bär) liegen. Dies sind die nördlichen Inseln des kanadisch-arktischen Archipels, Grönland, Spitzbergen, Franz-Josef-Land usw.

SCHMELZWASSER

Wasser schmelzen erscheint, wenn Eis schmilzt und bleibt bei einer Temperatur von 0 °C, bis das gesamte Eis geschmolzen ist. Die für die Eisstruktur charakteristische Spezifität zwischenmolekularer Wechselwirkungen bleibt auch im Schmelzwasser erhalten, da beim Schmelzen des Kristalls nur 15 % aller Wasserstoffbrückenbindungen zerstört werden. Daher wird die dem Eis innewohnende Bindung zwischen jedem Wassermolekül und seinen vier Nachbarn („Nahbereichsordnung“) nicht zu einem großen Teil verletzt, obwohl das Sauerstoffrahmengitter diffuser ist.

Yu I. GOLOVIN
Staatliche Universität Tambow GR. Derzhavin
Soros Educational Journal, Band 6, Nr. 9, 2000

Wasser und Eis: Wissen wir genug darüber?

Ju. I. GOLOVIN

Die physikalischen Eigenschaften von Wasser und Eis werden beschrieben. Mechanismen verschiedener Phänomene in diesen Substanzen werden diskutiert. Trotz langer Studienzeit und einfacher chemischer Zusammensetzung bergen Wasser und Eis – die für das Leben auf der Erde so wertvollen Substanzen – aufgrund ihrer komplizierten dynamischen Protonen- und Molekülstruktur viele Rätsel.

Es wird ein kurzer Überblick über die physikalischen Eigenschaften von Wasser und Eis gegeben. Es werden die Mechanismen verschiedener Erscheinungen in ihnen betrachtet. Es wird gezeigt, dass trotz der jahrhundertealten Studiengeschichte, der einfachsten chemischen Zusammensetzung und der außergewöhnlichen Bedeutung für das Leben auf der Erde, die Natur von Wasser und Eis aufgrund der komplexen dynamischen Protonen- und Molekülstruktur mit vielen Geheimnissen behaftet ist.

Obwohl Einfachheit für die Menschen notwendiger ist,
Alles Komplizierte ist ihnen klarer.

B.L. Pastinake

Vielleicht gibt es auf der Erde keine häufigere und gleichzeitig mysteriösere Substanz als Wasser in flüssiger und fester Phase. In der Tat reicht es aus, sich daran zu erinnern, dass alles Leben aus dem Wasser stammt und zu mehr als 50% aus Wasser besteht, dass 71% der Erdoberfläche mit Wasser und Eis bedeckt sind und ein erheblicher Teil der nördlichen Gebiete des Landes ist Permafrost. Um die Gesamtmenge an Eis auf unserem Planeten zu veranschaulichen, stellen wir fest, dass im Falle ihres Schmelzens das Wasser in den Ozeanen um mehr als 50 m ansteigen wird, was zur Überflutung riesiger Landgebiete auf der ganzen Welt führen wird. Riesige Eismassen wurden im Universum entdeckt, einschließlich des Sonnensystems. Es gibt keine einzige mehr oder weniger bedeutende Produktions-, Haushaltstätigkeit einer Person, bei der kein Wasser verwendet würde. In den letzten Jahrzehnten wurden große Brennstoffreserven in Form fester eisähnlicher Hydrate natürlicher Kohlenwasserstoffe entdeckt.

Gleichzeitig kann nach zahlreichen Erfolgen in der Physik und Physikochemie des Wassers in den letzten Jahren kaum behauptet werden, dass die Eigenschaften dieser einfachen Substanz vollständig verstanden und vorhersagbar sind. Dieser Artikel gibt einen kurzen Überblick über die wichtigsten physikalischen Eigenschaften von Wasser und Eis und ungelöste Probleme, die sich hauptsächlich auf die Physik ihrer Tieftemperaturzustände beziehen.

Dieses komplexe Molekül

Die Grundlagen des modernen Verständnisses der physikalischen Chemie des Wassers wurden vor etwa 200 Jahren von Henry Cavendish und Antoine Lavoisier gelegt, die entdeckten, dass Wasser kein einfaches chemisches Element ist, wie mittelalterliche Alchemisten glaubten, sondern eine Kombination aus Sauerstoff und Wasserstoff in einem bestimmtes Verhältnis. Tatsächlich erhielt Wasserstoff (Wasserstoff) - der Wasser hervorbrachte - seinen Namen erst nach dieser Entdeckung, und Wasser erhielt eine moderne chemische Bezeichnung, die jetzt jedem Schulkind bekannt ist - H 2 O.

Das H 2 O-Molekül ist also aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom aufgebaut. Wie durch Studien der optischen Spektren von Wasser festgestellt wurde, sollten Wasserstoff- und Sauerstoffionen in einem hypothetischen Zustand völliger Abwesenheit von Bewegung (ohne Vibrationen und Rotationen) Positionen an den Eckpunkten eines gleichschenkligen Dreiecks einnehmen, wobei der Eckpunkt von Sauerstoff besetzt ist von 104,5° (Abb. 1, a). Im nicht angeregten Zustand betragen die Abstände zwischen den H + - und O 2– -Ionen 0,96 Å. Aufgrund dieser Struktur ist das Wassermolekül ein Dipol, da die Elektronendichte im Bereich des O 2– -Ions viel höher ist als im Bereich der H + -Ionen, und das einfachste Modell, das Kugelmodell, dafür schlecht geeignet ist zur Beschreibung der Eigenschaften von Wasser. Man kann sich ein Wassermolekül in Form einer Kugel mit zwei kleinen Wölbungen im Bereich der Protonen vorstellen (Abb. 1b). Dies hilft jedoch nicht, ein weiteres Merkmal von Wasser zu verstehen - die Fähigkeit, gerichtete Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Molekülen zu bilden, die eine große Rolle bei der Bildung seiner gelockerten, aber gleichzeitig sehr stabilen räumlichen Struktur spielen, die den größten Teil des Wassers bestimmt physikalische Eigenschaften in flüssigem und festem Zustand.

Reis. einer. Geometrisches Schema (a), flaches Modell (b) und räumliche elektronische Struktur (c) des H 2 O-Monomers Zwei der vier Elektronen der äußeren Hülle des Sauerstoffatoms sind an der Bildung kovalenter Bindungen mit Wasserstoffatomen beteiligt und die anderen beiden bilden stark verlängerte Elektronenbahnen, die Ebene, die senkrecht zur H-OH-Ebene steht

Erinnern Sie sich, dass eine Wasserstoffbindung eine solche Bindung zwischen Atomen in einem Molekül oder benachbarten Molekülen ist, die durch ein Wasserstoffatom ausgeführt wird. Es nimmt eine Zwischenstellung zwischen einer kovalenten und einer nicht-valenten Bindung ein und entsteht, wenn sich ein Wasserstoffatom zwischen zwei elektronegativen Atomen (O, N, F etc.) befindet. Ein Elektron in einem H-Atom ist relativ schwach an ein Proton gebunden, sodass sich die maximale Elektronendichte zu einem elektronegativeren Atom verschiebt und das Proton freigelegt wird und mit einem anderen elektronegativen Atom in Wechselwirkung tritt. In diesem Fall erfolgt die Annäherung der Atome О⋅⋅⋅О, N⋅⋅⋅О usw. bis zu einem Abstand, der dem entspricht, der ohne ein H-Atom zwischen ihnen bestehen würde. Die Wasserstoffbrückenbindung bestimmt nicht nur die Struktur des Wassers, sondern spielt auch eine äußerst wichtige Rolle im Leben von Biomolekülen: Proteine, usw.

Um die Natur des Wassers zu erklären, ist es offensichtlich notwendig, die elektronische Struktur seiner Moleküle zu berücksichtigen. Wie Sie wissen, hat die obere Schale eines Sauerstoffatoms vier Elektronen, während Wasserstoff nur ein Elektron hat. Jede kovalente OH-Bindung wird durch ein Elektron aus Sauerstoff- und Wasserstoffatomen gebildet. Die beiden im Sauerstoff verbleibenden Elektronen werden als einsames Elektronenpaar bezeichnet, da sie in einem isolierten Wassermolekül frei bleiben und nicht an der Bildung von Bindungen innerhalb des H 2 O-Moleküls teilnehmen.Bei der Annäherung an andere Moleküle spielen jedoch diese einsamen Elektronen eine Rolle entscheidende Rolle bei der Bildung der Molekularstruktur von Wasser.

Einzelelektronen werden von den OH-Bindungen abgestoßen, sodass ihre Umlaufbahnen stark in die entgegengesetzte Richtung zu Wasserstoffatomen verlängert werden und die Ebenen der Umlaufbahnen relativ zu der von den OH-Bindungen gebildeten Ebene gedreht werden. Richtiger wäre es also, ein Wassermolekül in einem dreidimensionalen Koordinatenraum darzustellen xyz in Form eines Tetraeders, in dessen Mitte sich ein Sauerstoffatom und in zwei Ecken jeweils ein Wasserstoffatom befinden (Abb. 1, c). Die elektronische Struktur von H 2 O-Molekülen bestimmt die Bedingungen für ihre Assoziation zu einem komplexen dreidimensionalen Netzwerk von Wasserstoffbrückenbindungen sowohl in Wasser als auch in Eis. Jedes der Protonen kann mit dem einsamen Elektron eines anderen Moleküls eine Bindung eingehen. In diesem Fall fungiert das erste Molekül als Akzeptor und das zweite als Donor und bildet eine Wasserstoffbrücke. Da jedes H 2 O-Molekül zwei Protonen und zwei einsame Elektronen hat, kann es gleichzeitig vier Wasserstoffbrückenbindungen mit anderen Molekülen bilden. Wasser ist also eine komplex assoziierte Flüssigkeit mit einer dynamischen Art von Bindungen, und die Beschreibung seiner Eigenschaften auf molekularer Ebene ist nur mit Hilfe von quantenmechanischen Modellen unterschiedlicher Komplexität und Strenge möglich.

Eis und seine Eigenschaften

Aus der Sicht des Durchschnittsmenschen ist Eis mehr oder weniger gleich, egal wo es entsteht: in der Atmosphäre als Hagelkörner, an Dachrändern als Eiszapfen oder in Gewässern als Platten. Aus physikalischer Sicht gibt es viele Eissorten, die sich in ihrer molekularen und mesoskopischen Struktur unterscheiden. In Eis, das bei Normaldruck existiert, ist jedes H 2 O-Molekül von vier anderen umgeben, dh die Koordinationszahl der Struktur ist vier (das sogenannte Eis I h). Das entsprechende Kristallgitter - hexagonal - ist nicht dicht gepackt, daher ist die Dichte von gewöhnlichem Eis (∼0,9 g / cm 3) geringer als die Dichte von Wasser (∼1 g / cm 3), für dessen Struktur, wie Röntgenbeugungsstudien zeigen, dass die durchschnittliche Koordinationszahl ∼ 4,4 beträgt (gegenüber 4 für Eis Ih). Feste Positionen in der Eisstruktur werden nur von Sauerstoffatomen besetzt. Zwei Wasserstoffatome können an den vier Bindungen des H 2 O-Moleküls unterschiedliche Positionen zu anderen Nachbarn einnehmen. Aufgrund der Sechseckigkeit des Gitters haben frei wachsende Kristalle (z. B. Schneeflocken) eine sechseckige Form.

Die hexagonale Phase ist jedoch keineswegs die einzige Existenzform von Eis. Die genaue Anzahl anderer kristalliner Phasen – polymorpher Eisformen – ist noch unbekannt. Sie bilden sich bei hohen Drücken und niedrigen Temperaturen (Abb. 2). Einige Forscher halten das Vorhandensein von 12 solcher Phasen für genau festgestellt, während andere bis zu 14 zählen. Natürlich ist dies nicht die einzige Substanz, die Polymorphie aufweist (denken Sie beispielsweise an Graphit und Diamant, die aus chemisch identischen Kohlenstoffatomen bestehen). , aber die Anzahl der verschiedenen Eisphasen, die sich bis heute öffnen, ist erstaunlich. All dies bezieht sich auf die geordnete Anordnung von Sauerstoffionen im Kristallgitter von Eis. Was die Protonen - Wasserstoffionen - betrifft, so gibt es, wie durch Neutronenbeugung gezeigt, eine starke Unordnung in ihrer Anordnung. Somit ist kristallines Eis sowohl ein wohlgeordnetes Medium (in Bezug auf Sauerstoff) als auch gleichzeitig ungeordnet (in Bezug auf Wasserstoff).

Reis. 2. Phasendiagramm von kristallinem Eis.
Römische Ziffern zeigen Existenzbereiche an
stabile Phasen. Ice IV ist eine metastabile Phase
für, befindet sich auf dem Diagramm innerhalb der Region V

Oft scheint es, dass das Eis formbar und flüssig ist. Dies ist der Fall, wenn die Temperatur nahe am Schmelzpunkt liegt (dh t \u003d 0 ° C bei atmosphärischem Druck) und die Last lange wirkt. Und das steifste Material (z. B. Metall) bei Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt verhält sich ähnlich. Die plastische Verformung von Eis, wie auch von vielen anderen kristallinen Körpern, tritt als Ergebnis der Keimbildung und Bewegung verschiedener struktureller Unvollkommenheiten durch den Kristall auf: Leerstellen, Zwischengitteratome, Korngrenzen und, am wichtigsten, Versetzungen. Wie bereits in den 1930er Jahren festgestellt wurde, ist es das Vorhandensein des letzteren, das eine starke Abnahme des Widerstands kristalliner Festkörper gegen plastische Verformung vorbestimmt (um einen Faktor von 102–104 in Bezug auf den Widerstand eines idealen Gitters). Bis heute wurden alle Arten von Versetzungen, die für die hexagonale Struktur charakteristisch sind, in Eis Ih entdeckt und ihre mikromechanischen und elektrischen Eigenschaften untersucht.

Der Einfluss der Dehnungsrate auf die mechanischen Eigenschaften von Einkristalleis ist in Abb. 3, entnommen aus dem Buch von N. Maeno. Es ist ersichtlich, dass mit zunehmender Dehnungsrate die für das plastische Fließen erforderlichen mechanischen Spannungen σ schnell ansteigen und ein riesiger Fließzahn in Abhängigkeit der relativen Dehnung E von σ erscheint.

Reis. 3.(an ). Die Spannungskurven sind die relative Dehnung für einen Eiseinkristall Ih bei t = −15°С (Schlupf entlang der Basalebene, die in einem Winkel von 45° zur Kompressionsachse orientiert ist). Die Zahlen auf den Kurven geben die relative Dehnungsrate an ( ∆l– Änderung der Probenlänge l während ∆τ ) in Einheiten von 10 –7 s –1

Reis. 4. Schema der Defektbildung im Protonen-Subsystem von Eis: (a) ein Paar ionischer Defekte H 3 O + und OH − ; b – Paar Orientierungs-Bjerrum-Defekte D und L

Nicht weniger bemerkenswert sind die elektrischen Eigenschaften von Eis. Der Wert der Leitfähigkeit und ihr exponentiell schneller Anstieg bei steigender Temperatur unterscheidet Eis deutlich von metallischen Leitern und stellt es auf eine Stufe mit Halbleitern. Normalerweise ist Eis chemisch sehr rein, auch wenn es aus schmutzigem Wasser oder einer Lösung wächst (denken Sie an saubere, durchsichtige Eisstücke in einer schmutzigen Pfütze). Dies liegt an der geringen Löslichkeit von Verunreinigungen in der Eisstruktur. Dadurch werden beim Gefrieren Verunreinigungen an der Kristallisationsfront in die Flüssigkeit verdrängt und gelangen nicht in die Eisstruktur. Deshalb ist frisch gefallener Schnee immer weiß und das Wasser aus ihm außergewöhnlich rein.

Die Natur hat klugerweise eine gigantische Wasseraufbereitungsanlage im Ausmaß der gesamten Erdatmosphäre bereitgestellt. Daher kann man in Eis nicht mit einer hohen Fremdleitfähigkeit (wie zB bei dotiertem Silizium) rechnen. Aber es sind keine freien Elektronen darin, wie in Metallen. Erst in den 1950er Jahren wurde festgestellt, dass Ladungsträger im Eis ungeordnete Protonen sind, Eis also ein Protonenhalbleiter ist.

Das oben erwähnte Protonenspringen erzeugt zwei Arten von Defekten in der Eisstruktur: ionische und Orientierungsfehler (Abb. 4). Im ersten Fall hüpft das Proton entlang der Wasserstoffbrücke von einem H 2 O-Molekül zum anderen (Abb. 4, a), was zur Bildung eines Paares ionischer Defekte H 3 O + und OH − führt, und im zweiten , zu der benachbarten Wasserstoffbrücke in einem H 2 O-Molekül (Abb. 4b), was zu einem Paar Orientierungs-Bjerrum-Defekten führt, die L- und D-Defekte genannt werden (von deutsch leer – leer und doppelt – doppelt). Formal kann man sich einen solchen Sprung als Drehung des H 2 O-Moleküls um 120° vorstellen.

Das Fließen von Gleichstrom aufgrund der Bewegung von nur ionischen oder nur Orientierungsdefekten ist unmöglich. Wenn beispielsweise ein H 3 O + -Ion irgendeinen Teil des Gitters passiert hat, kann das nächste ähnliche Ion nicht denselben Weg passieren. Wird auf diesem Weg jedoch ein D-Defekt passiert, so kehrt die Anordnung der Protonen wieder zur ursprünglichen zurück und folglich kann auch das nächste H 3 O + -Ion passieren. OH − - und L-Defekte verhalten sich ähnlich, daher wird die elektrische Leitfähigkeit von chemisch reinem Eis durch die wenigen Defekte, nämlich ionische, begrenzt. Die dielektrische Polarisation ist andererseits auf zahlreichere Bjerrum-Orientierungsdefekte zurückzuführen. Tatsächlich laufen beim Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes beide Prozesse parallel ab, wodurch Eis einen Gleichstrom leiten kann und gleichzeitig eine starke dielektrische Polarisation erfährt, also sowohl die Eigenschaften eines Halbleiters als auch die Eigenschaften aufweist eines Isolators. In den letzten Jahren wurden Versuche unternommen, ferroelektrische und piezoelektrische Eigenschaften von reinem Eis bei niedrigen Temperaturen sowohl im Volumen als auch an Grenzflächen zu erfassen. Es besteht noch kein vollständiges Vertrauen in ihre Existenz, obwohl mehrere pseudopiezoelektrische Effekte im Zusammenhang mit dem Vorhandensein von Versetzungen und anderen strukturellen Defekten entdeckt wurden.

Physik der Oberfläche und Kristallisation von Eis

Im Zusammenhang mit der Entwicklung der Halbleitertechnologie, der Mikrominiaturisierung der Elementbasis und dem Übergang zu planaren Technologien hat das Interesse an der Oberflächenphysik im letzten Jahrzehnt stark zugenommen. Viele subtile Techniken wurden entwickelt, um oberflächennahe Zustände in Festkörpern zu untersuchen, die sich bei der Untersuchung von Metallen, Halbleitern und Dielektrika als nützlich erwiesen haben. Die Struktur und Eigenschaften der an Dampf oder Flüssigkeit angrenzenden Eisoberfläche bleiben jedoch weitgehend unklar. Eine der faszinierendsten Hypothesen, die von M. Faraday aufgestellt wurde, ist die Existenz einer quasi flüssigen Schicht auf der Eisoberfläche mit einer Dicke von zehn oder hundert Angstrom selbst bei einer Temperatur weit unter dem Schmelzpunkt. Grundlage dafür sind nicht nur spekulative Konstruktionen und Theorien zum Aufbau oberflächennaher Schichten stark polarisierter H 2 O-Moleküle, sondern auch subtile Bestimmungen (mit der Methode der Kernspinresonanz) des Phasenzustands der Eisoberfläche, wie sowie seine Oberflächenleitfähigkeit und seine Temperaturabhängigkeit. In den meisten Fällen von praktischer Bedeutung werden die Eigenschaften der Schnee- und Eisoberfläche jedoch höchstwahrscheinlich eher durch das Vorhandensein eines makroskopischen Wasserfilms als durch eine Quasi-Flüssigkeitsschicht bestimmt.

Das Abschmelzen oberflächennaher Eisschichten unter dem Einfluss von Sonnenlicht, einer wärmeren Atmosphäre oder darauf gleitenden Festkörpern (Schlittschuhe, Skier, Schlittenkufen) ist entscheidend für die Realisierung eines niedrigen Reibungskoeffizienten. Geringe Gleitreibung ist nicht, wie oft angenommen, das Ergebnis einer Schmelzpunkterniedrigung unter Einwirkung von erhöhtem Druck, sondern eine Folge der Freisetzung von Reibungswärme. Die Berechnung zeigt, dass die Druckwirkung selbst bei einem auf Eis gleitenden scharf geschliffenen Schlittschuh, unter dem sich ein Druck von etwa 1 MPa entwickelt, zu einer Absenkung der Schmelztemperatur um nur ∼0,1°C führt, was sich nicht wesentlich auswirken kann der Reibwert.

Eine etablierte Tradition bei der Beschreibung der Eigenschaften von Wasser und Eis ist die Feststellung und Diskussion vieler anomaler Eigenschaften, die diese Substanz von Homologen (H 2 S, H 2 Se, H 2 Te) unterscheiden. Am wichtigsten ist vielleicht die (unter einfachen Substanzen) sehr hohe spezifische Schmelzwärme (Kristallisation) und Wärmekapazität, d. h. es ist schwierig, Eis zu schmelzen, und es ist schwierig, Wasser einzufrieren. Dadurch ist das Klima auf unserem Planeten im Allgemeinen recht mild, aber ohne Wasser (zum Beispiel in den Wüsten des heißen Afrikas) ist der Kontrast zwischen Tag- und Nachttemperaturen viel höher als an der Meeresküste Breite. Entscheidend für die Biosphäre ist die Fähigkeit, während der Kristallisation an Volumen zuzunehmen und nicht abzunehmen, wie dies bei den meisten bekannten Substanzen der Fall ist. Infolgedessen schwimmt Eis im Wasser, anstatt zu sinken, und verlangsamt das Gefrieren von Gewässern bei kaltem Wetter erheblich und schützt alle Lebewesen, die sich darin für den Winter verstecken. Dies wird auch durch die nicht monotone Änderung der Dichte von Wasser erleichtert, wenn die Temperatur auf 0 °C fällt – eine der bekanntesten anomalen Eigenschaften von Wasser, die vor mehr als 300 Jahren entdeckt wurde. Die maximale Dichte wird bei t = 4°C erreicht, was verhindert, dass unterirdische Wasserschichten, die auf eine Temperatur unter 4°C abgekühlt sind, zu Boden sinken. Die konvektive Durchmischung der Flüssigkeit wird blockiert, was die weitere Abkühlung stark verlangsamt. Andere Anomalien von Wasser sind schon lange bekannt: Scherviskosität bei 20°C, spezifische Wärme bei 40°C, isotherme Kompressibilität bei 46°C, Sbei 60°C. Die Viskosität von Wasser nimmt mit zunehmendem Druck ab und steigt nicht wie bei anderen Flüssigkeiten an. Es ist klar, dass die anomalen Eigenschaften von Wasser auf die strukturellen Merkmale seines Moleküls und die Besonderheiten intermolekularer Wechselwirkungen zurückzuführen sind. Völlige Klarheit bezüglich letzterer ist noch nicht erreicht. Die oben beschriebenen Eigenschaften beziehen sich auf Wasser, Eis und die Grenzfläche zwischen ihnen, die unter Bedingungen des thermodynamischen Gleichgewichts existieren. Probleme ganz anderer Komplexität ergeben sich bei dem Versuch, die Dynamik des Wasser-Eis-Phasenübergangs zu beschreiben, insbesondere unter Bedingungen, die weit vom thermodynamischen Gleichgewicht entfernt sind.

Die thermodynamische Ursache eines jeden Phasenübergangs ist die Differenz zwischen den chemischen Potentialen der Teilchen auf der einen und der anderen Seite der Grenzfläche ∆µ = µ 1 − µ 2 . Das chemische Potential µ ist eine Zustandsfunktion, die die Änderungen der thermodynamischen Potentiale bestimmt, wenn sich die Anzahl N der Teilchen im System ändert, d. h. µ = G/N, wobei G = H − TS das thermodynamische Gibbs-Potential, H das ist Enthalpie, S ist die Entropie, T ist die Temperatur . Die Differenz der thermodynamischen Potentiale ist die treibende Kraft eines makroskopischen Prozesses (so wie die Differenz der elektrischen Potentiale an den Enden eines Leiters die Ursache eines elektrischen Stroms ist). Für µ1 = µ2 können beide Phasen beliebig lange im Gleichgewicht koexistieren. Bei Normaldruck ist das chemische Potential von Wasser gleich dem chemischen Potential von Eis bei t = 0°C. Bei t< 0°С более низким химическим потенциалом обладает лед, но это еще не означает, что при любом, самом маленьком переохлаждении начнется кристаллизация. Опыт показывает, что тщательно очищенный от примесей, обезгаженный, деионизированный расплав может быть переохлажден относительно точки равновесия фаз на десятки кельвин (а для некоторых веществ и на сотни). Анализ показывает, что причина заключается в отсутствии зародышей новой фазы (центров кристаллизации, конденсации, парообразования и т.д.).

Kerne können sich auch homogen, also aus dem Medium selbst, das sich in einem metastabilen Zustand befindet, bilden, allerdings müssen dafür bestimmte Bedingungen erfüllt sein. Beginnen wir mit der Betrachtung der Situation, indem wir die Tatsache berücksichtigen, dass jede Grenzfläche zwischen einem Kristall und einer Schmelze (oder einem Dampf, einer Lösung) zusätzliche Energie Sα einführt, wobei S die Fläche der Grenze ist, α die Oberflächenenergie. Außerdem haben N-Moleküle, die den Impfkristall gebildet haben, eine um N∆µ niedrigere Energie als in einer Flüssigkeit. Als Ergebnis erweist sich die Gesamtenergieänderung im System beim Auftreten des Kerns ∆U = −N∆µ + Sα als nichtmonoton abhängig von N. Und zwar für einen kugelförmigen Kern

wobei A = (36πV 2) 1/3 V das Volumen pro Molekül im Kristall ist. Daraus folgt, dass ∆U sein Maximum ∆Uc = - N c ∆µ + AN c 2/3 α erreicht, wenn N c = (2Aα/3∆µ) 3 Moleküle im Kern sind.

Wenn also Moleküle sequentiell an den Kern gebunden werden, muss das System je nach Unterkühlung zunächst auf die Spitze eines Potentialhügels mit einer Höhe ∆U s steigen, wonach das weitere Wachstum von N im Kristall mit abnehmender Energie fortschreitet , also einfacher. Es scheint, dass die Kristallisation umso schneller ablaufen sollte, je niedriger die Temperatur der Flüssigkeit ist, dh je stärker die Unterkühlung ist. So ist es wirklich mit nicht zu viel Unterkühlung. Wenn t jedoch abnimmt, steigt auch die Viskosität der Flüssigkeit exponentiell an, wodurch die Bewegung von Molekülen behindert wird. Dadurch kann sich bei starker Unterkühlung der Kristallisationsprozess um viele Jahre verzögern (wie es bei Gläsern unterschiedlicher Herkunft der Fall ist).

Numerische Schätzungen zeigen, dass für Wasser unter normalen Unterkühlungsgraden unter natürlichen Bedingungen (∆t = 1–10 °C) der Kern aus mehreren zehn Molekülen bestehen sollte, was viel größer ist als die Koordinationszahl in der flüssigen Phase (∼4,4 ). Das System benötigt also eine große Anzahl von Fluktuationsversuchen, um die Spitze des Energiehügels zu erklimmen. Bei nicht sehr sorgfältig gereinigtem Wasser wird eine starke Unterkühlung durch das Vorhandensein bereits vorhandener Kristallisationszentren verhindert, bei denen es sich um Verunreinigungspartikel, Staubpartikel, Unregelmäßigkeiten der Behälterwände usw. handeln kann. Anschließend hängt die Kristallwachstumskinetik von den Wärmeübertragungsbedingungen in der Nähe ab der Grenzfläche sowie auf deren Morphologie auf atomarer molekularer Ebene.

Stark unterkühltes Wasser hat zwei charakteristische Temperaturen t h = –36 °C und t g = –140 °C. Gut gereinigtes und entgastes Wasser im Temperaturbereich 0°C > t > th kann lange Zeit im Zustand unterkühlter Flüssigkeit verbleiben. Bei tg< t < t h происходит гомогенное зарождение кристалликов льда, и вода не может находиться в переохлажденном состоянии при любой степени очистки. В условиях достаточно быстрого охлаждения при t < tg подвижность молекул воды настолько падает (а вязкость растет), что она образует стеклообразное твердое тело с аморфной структурой, свойственной жидкостям. При этом в области невысоких давлений образуется аморфная фаза низкой плотности, а в области повышенных – аморфная фаза высокой плотности, то есть вода демонстрирует полиаморфизм. При изменениях давления или температуры одна аморфная фаза скачком переходит в другую с неожиданно большим изменением плотности (>20%).

Es gibt mehrere Standpunkte zur Natur der Wasserpolyamorphie. Somit lässt sich nach

Reis. fünf(an ). Hypothetische Potentialprofile: a – mit einem Energieminimum (z. B. das Lennard-Jones-Potential U(r) = A/r 6 − B/r 12) und b – mit zwei Energieminima, die zwei stabilen Konfigurationen von a entsprechen Cluster aus zwei wechselwirkenden Molekülen Wasser (1 und 2) mit unterschiedlichen Abständen zwischen den bedingten Zentren der Moleküle r H und r L ; der erste von ihnen entspricht einer Phase mit einer höheren Dichte, der zweite - mit einer niedrigeren.

und zwei (Abb. 5). Dann entspricht die amorphe Phase mit hoher Dichte dem mittleren Abstand rH und die Phase mit niedriger Dichte - rL. Computermodelle bestätigen diesen Standpunkt, aber es gibt noch immer keinen zuverlässigen experimentellen Beweis für diese Hypothese, ebenso wie es keine strenge Theorie gibt, die die Gültigkeit der Verwendung eines Doppelbrunnenpotentials zur Beschreibung solch ungewöhnlicher Eigenschaften von unterkühltem Wasser bestätigt.

Das Verhalten von unterkühltem Wasser ist aus verschiedenen Gründen von großem Interesse. Sie bestimmt insbesondere die für unser Land relevanten klimatischen Bedingungen, die Möglichkeit und Art der Schifffahrt in hohen Breiten. Im Prozess der dynamischen Kristallisation an der Grenzfläche treten viele interessante und bisher kaum verstandene Phänomene auf, beispielsweise die Umverteilung von Verunreinigungen, die Trennung und anschließende Relaxation elektrischer Ladungen, begleitet von elektromagnetischer Strahlung in einem breiten Frequenzband usw. Schließlich Die Kristallisation in einer stark unterkühlten Flüssigkeit ist hervorragend, vielfach gut reproduzierbar, eine Modellsituation für das Verhalten eines Systems fern vom thermodynamischen Gleichgewicht, das durch die Entwicklung von Instabilitäten zur Bildung von Dendriten verschiedener Ordnungen und Dimensionen befähigt ist (typische Vertreter sind Schneeflocken und Eismuster auf Fenstern), praktisch zum Erstellen und Modellieren des Verhaltens von Fraktalen.

Die Prozesse des Schmelzens von Eis scheinen auf den ersten Blick einfacher zu analysieren als die Prozesse der Kristallisation. Allerdings hinterlassen sie auch viele Fragen. So wird beispielsweise allgemein angenommen, dass Schmelzwasser seit einiger Zeit Eigenschaften hat, die sich von denen gewöhnlichen Wassers unterscheiden, zumindest in Bezug auf biologische Objekte: Pflanzen, Tiere, Menschen. Wahrscheinlich können diese Merkmale auf eine hohe chemische Reinheit (aufgrund des festgestellten niedrigen Einfangkoeffizienten für Verunreinigungen während der Eiskristallisation), Unterschiede im Gehalt an gelösten Gasen und Ionen und auch auf die Speicherung der Eisstruktur in multimolekularen Clustern der flüssigen Phase zurückzuführen sein. Verlässliche Informationen darüber, die mit modernen physikalischen Methoden gewonnen wurden, liegen dem Autor jedoch nicht vor.

Nicht minder schwierig ist die Analyse der Einflussmechanismen äußerer physikalischer Felder, insbesondere Magnetfelder, auf die Prozesse und Eigenschaften von Wasser, Eis und Phasenübergängen. Unser ganzes Leben findet unter der ständigen Einwirkung des Erdmagnetfeldes und seinen schwachen Schwankungen statt. Seit vielen Jahrhunderten werden die Magnetobiologie und magnetische Behandlungsmethoden in der Medizin entwickelt. Schließlich werden Einheiten kommerziell hergestellt und weit verbreitet für die Magnetisierung von Wasser verwendet, das zur Bewässerung in der Landwirtschaft verwendet wird (um die Produktivität zu steigern), um Dampfkessel anzutreiben (um die Rate der Kesselsteinbildung in ihnen zu verringern) usw. Allerdings gibt es in diesen und ähnlichen Fällen noch keine zufriedenstellende physikalische Beschreibung der Wirkmechanismen eines Magnetfeldes.

Fazit

Wasser, Eis und ihre gegenseitigen Phasenumwandlungen sind noch immer voller Rätsel. Ihre Lösung ist nicht nur ein sehr interessantes physikalisches Problem, sondern auch äußerst wichtig für das Leben auf der Erde, da es in direktem Zusammenhang mit der menschlichen Gesundheit und dem Wohlbefinden steht. Vielleicht liefern sie eines der auffälligsten Beispiele für die Rolle der elektronischen und molekularen Struktur bei der Bildung physikalischer Eigenschaften in der einfachsten und bekanntesten chemischen Zusammensetzung von Materie.

Literatur:

1. Bogorodsky V. V., Gavrilo V. P. Eis. L.: Gidrometeoizdat, 1980. 384 p.

2. Maeno N. Die Wissenschaft des Eises. M.: Mir, 1988. 231 S.

3. Hobbs PV Eis Physik. Oxford: Univ. Presse, 1974. 864 p.

4. Zatsepina G.N. Physikalische Eigenschaften und Struktur von Wasser. M.: Verlag der Staatlichen Universität Moskau, 1998. 184 p.

5. Mishima O., Stanley E. Die Beziehung zwischen flüssigem, unterkühltem und glasigem Wasser // Natur. 1998 Vol. 396. S. 329–335.

6. Solotuchin I.V. Fraktale in der Festkörperphysik // Soros Educational Journal. 1998. Nr. 7. S. 108–113. Artikelprüfer B.A. Strukov

Yuri Ivanovich Golovin, Doktor der physikalischen und mathematischen Wissenschaften, Professor, Leiter. Institut für Theoretische und Experimentelle Physik, Tambov State University. GR. Derzhavin, Verdienter Wissenschaftler der Russischen Föderation. Das wissenschaftliche Interessengebiet ist die elektronische Struktur von Defekten in Festkörpern und die dadurch verursachten makroskopischen Eigenschaften. Autor und Co-Autor von mehr als 200 wissenschaftlichen Arbeiten, darunter Monographien und 40 Erfindungen.

Heute sprechen wir über die Eigenschaften von Schnee und Eis. Es sollte klargestellt werden, dass Eis nicht nur aus Wasser gebildet wird. Neben Wassereis gibt es Ammoniak und Methan. Vor nicht allzu langer Zeit haben Wissenschaftler Trockeneis erfunden. Seine Eigenschaften sind einzigartig, wir werden sie etwas später betrachten. Es entsteht beim Gefrieren von Kohlendioxid. Trockeneis hat seinen Namen, weil es beim Schmelzen keine Pfützen hinterlässt. Das Kohlendioxid in seiner Zusammensetzung verdunstet sofort aus einem gefrorenen Zustand in die Luft.

Definition von Eis

Betrachten wir zunächst Eis, das aus Wasser gewonnen wird, etwas genauer. Darin befindet sich das richtige Kristallgitter. Eis ist ein weit verbreitetes natürliches Mineral, das entsteht, wenn Wasser gefriert. Ein Molekül dieser Flüssigkeit bindet an vier nächste. Wissenschaftler haben festgestellt, dass eine solche innere Struktur verschiedenen Edelsteinen und sogar Mineralien innewohnt. Beispielsweise haben Diamant, Turmalin, Quarz, Korund, Beryll und andere eine solche Struktur. Moleküle werden durch ein Kristallgitter auf Distanz gehalten. Diese Eigenschaften von Wasser und Eis legen nahe, dass die Dichte eines solchen Eises geringer ist als die Dichte des Wassers, aufgrund dessen es gebildet wurde. Daher schwimmt Eis auf der Wasseroberfläche und sinkt nicht darin ab.

Millionen Quadratkilometer Eis

Wissen Sie, wie viel Eis auf unserem Planeten ist? Nach neuesten Forschungsergebnissen von Wissenschaftlern gibt es auf der Erde etwa 30 Millionen Quadratkilometer gefrorenes Wasser. Wie Sie vielleicht erraten haben, befindet sich der Großteil dieses natürlichen Minerals auf den Polkappen. An einigen Stellen erreicht die Dicke der Eisdecke 4 km.

Wie man Eis bekommt

Eis machen ist ganz einfach. Dieser Vorgang wird nicht schwierig sein, da er keine besonderen Fähigkeiten erfordert. Dies erfordert eine niedrige Wassertemperatur. Dies ist die einzige konstante Bedingung für den Prozess der Eisbildung. Wasser gefriert, wenn Ihr Thermometer unter 0 Grad Celsius anzeigt. Der Prozess der Kristallisation beginnt im Wasser aufgrund niedriger Temperaturen. Seine Moleküle sind in eine interessante geordnete Struktur eingebaut. Dieser Vorgang wird als Bildung eines Kristallgitters bezeichnet. Es ist dasselbe im Ozean, in einer Pfütze und sogar in einem Gefrierschrank.

Forschung einfrieren

Bei einer Studie zum Gefrieren von Wasser kamen Wissenschaftler zu dem Schluss, dass das Kristallgitter in den oberen Wasserschichten aufgebaut ist. Auf der Oberfläche beginnen sich mikroskopisch kleine Eisstöcke zu bilden. Wenig später erstarrten sie zusammen. Dadurch bildet sich auf der Wasseroberfläche ein dünner Film. Große Gewässer brauchen viel länger zum Gefrieren als stehende Gewässer. Dies liegt daran, dass der Wind die Oberfläche eines Sees, Teichs oder Flusses schwankt und erschüttert.

Pfannkuchen aus Eis

Die Wissenschaftler machten eine weitere Beobachtung. Wenn die Wellen bei niedrigen Temperaturen anhalten, sammeln sich die dünnsten Filme zu Pfannkuchen mit einem Durchmesser von etwa 30 cm, die dann zu einer Schicht gefrieren, deren Dicke nicht weniger als 10 cm beträgt, und eine neue Eisschicht gefriert auf dem Eis Pfannkuchen von oben und unten. Dies bildet eine dicke und haltbare Eisdecke. Seine Stärke hängt von der Art ab: Das transparenteste Eis ist um ein Vielfaches stärker als weißes Eis. Umweltschützer haben festgestellt, dass 5-Zentimeter-Eis dem Gewicht eines Erwachsenen standhalten kann. Eine Schicht von 10 cm hält einem Pkw stand, aber es ist zu bedenken, dass es im Herbst und Frühling sehr gefährlich ist, aufs Eis zu gehen.

Eigenschaften von Schnee und Eis

Physiker und Chemiker beschäftigen sich seit langem mit den Eigenschaften von Eis und Wasser. Die bekannteste und für den Menschen auch wichtigste Eigenschaft von Eis ist seine Fähigkeit, selbst bei Nulltemperatur leicht zu schmelzen. Aber auch andere physikalische Eigenschaften des Eises sind für die Wissenschaft wichtig:

• Eis ist transparent, lässt also Sonnenlicht gut durch;
• farblos - Eis hat keine Farbe, kann aber leicht mit Farbzusätzen gefärbt werden;
• Härte - Eismassen behalten ihre Form ohne äußere Hüllen perfekt bei;
• Fließfähigkeit ist eine besondere Eigenschaft von Eis, die einem Mineral nur in einigen Fällen eigen ist;
• Zerbrechlichkeit - ein Stück Eis kann ohne großen Aufwand leicht gespalten werden;
• Spaltung - Eis spaltet sich leicht an den Stellen, an denen es entlang der kristallographischen Linie zusammengewachsen ist.

Eis: Verdrängungs- und Reinheitseigenschaften

Eis hat seiner Zusammensetzung nach einen hohen Reinheitsgrad, da das Kristallgitter keinen Freiraum für diverse Fremdmoleküle lässt. Wenn Wasser gefriert, verdrängt es verschiedene Verunreinigungen, die einst darin gelöst waren. Auf die gleiche Weise können Sie gereinigtes Wasser zu Hause erhalten.

Einige Substanzen können jedoch den Prozess des Gefrierens von Wasser verlangsamen. Zum Beispiel Salz im Meerwasser. Meereis bildet sich nur bei sehr niedrigen Temperaturen. Überraschenderweise ist der Prozess des Gefrierens von Wasser jedes Jahr in der Lage, die Selbstreinigung von verschiedenen Verunreinigungen über viele Millionen Jahre in Folge aufrechtzuerhalten.

Geheimnisse des Trockeneises

Die Besonderheit dieses Eises besteht darin, dass es Kohlenstoff in seiner Zusammensetzung enthält. Solches Eis bildet sich erst bei einer Temperatur von -78 Grad, schmilzt aber schon bei -50 Grad. Trockeneis, dessen Eigenschaften es ermöglichen, das Flüssigkeitsstadium zu überspringen, bildet beim Erhitzen sofort Dampf. Trockeneis hat wie sein Gegenstück - Wasser - keinen Geruch.

Wissen Sie, wo Trockeneis verwendet wird? Aufgrund seiner Eigenschaften wird dieses Mineral beim Transport von Lebensmitteln und Medikamenten über große Entfernungen verwendet. Und die Körner dieses Eises sind in der Lage, die Zündung von Benzin zu löschen. Wenn Trockeneis schmilzt, bildet es außerdem einen dichten Nebel, weshalb es auf Filmsets verwendet wird, um Spezialeffekte zu erzeugen. Zusätzlich zu all dem oben Genannten kann Trockeneis auf eine Wanderung und in den Wald mitgenommen werden. Wenn es schmilzt, vertreibt es schließlich Mücken, verschiedene Schädlinge und Nagetiere.

Was die Eigenschaften von Schnee betrifft, können wir diese erstaunliche Schönheit jeden Winter beobachten. Immerhin hat jede Schneeflocke die Form eines Sechsecks – diese bleibt unverändert. Aber neben der sechseckigen Form können Schneeflocken auch anders aussehen. Ihre Bildung wird jeweils durch Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und andere natürliche Faktoren beeinflusst.

Die Eigenschaften von Wasser, Schnee und Eis sind erstaunlich. Es ist wichtig, noch ein paar Eigenschaften von Wasser zu kennen. Beispielsweise kann es die Form des Gefäßes annehmen, in das es gegossen wird. Wenn Wasser gefriert, dehnt es sich aus und hat auch ein Gedächtnis. Es ist in der Lage, sich die umgebende Energie zu merken, und wenn es einfriert, „setzt“ es die Informationen zurück, die es in sich aufgenommen hat.

Wir haben das natürliche Mineral Eis untersucht: Eigenschaften und seine Qualitäten. Lernen Sie weiter Wissenschaft, es ist sehr wichtig und nützlich!

Eis- Dies ist ein für die meisten von uns bekannter fester Wasserzustand, den wir unter natürlichen Bedingungen antreffen können. Im Alltag nutzen wir oft seine einzigartigen Eigenschaften.

Es entsteht, wenn die Wassertemperatur unter 0 Grad Celsius sinkt. Diese Temperatur wird Kristallisationstemperatur von Wasser genannt. Eis besteht wie Schnee aus Eiskristallen, deren Formen Sie in unserem Artikel finden.

Lassen Sie uns einige genaue Definitionen geben.

Großes enzyklopädisches Wörterbuch

Eis ist festes Wasser. Es gibt 11 kristalline Modifikationen von Eis und amorphem Eis. In der Natur wurde nur eine Form von Eis gefunden - mit einer Dichte von 0,92 g / cm³, einer Wärmekapazität von 2,09 kJ / (kg.K) bei 0 ° C, einer Schmelzwärme von 324 kJ / kg, die in auftritt die Form des eigentlichen Eises (kontinental, schwimmend, unterirdisch), Schnee und Frost. Auf der Erde ca. 30 Millionen km³ Eis. Wird zur Aufbewahrung und Kühlung von Lebensmitteln verwendet. Produkte, Frischwassergewinnung, in der Medizin.

Großes enzyklopädisches Wörterbuch. 2000

Wortschatz der Marine

Eis hat eine geringere Dichte als flüssiges Wasser, sinkt also nicht ab. Diese Eigenschaft ist anomal, in der Regel haben die meisten Stoffe im festen Zustand eine hohe Dichte. Die geringere Dichte von Eis deutet darauf hin, dass Wasser beim Gefrieren an Volumen zunimmt. Dieser Tatsache muss im Alltag Rechnung getragen werden. Friert zum Beispiel eine Wasserleitung ein, dann kann das dabei entstehende Eis die Leitungen „brechen“, was im Prinzip jedem bekannt ist.

Wir listen die wichtigsten Eigenschaften von Eis auf (einige davon haben wir oben bereits beschrieben).

Eiseigenschaften

• Eisbildungstemperatur - 0°C;
• Das Volumen von Eis ist größer als das Volumen von flüssigem Wasser, d.h. die Dichte von Eis ist kleiner als die Dichte von flüssigem Wasser, das spezifische Gewicht von Eis bei 0 ° = 0,917 und dementsprechend das spezifische Gewicht von Wasser bei 0 ° = 0,9999;
• Bei weiterer Temperaturabnahme zieht sich das Eis zusammen, was die Risse in großen Eisräumen erklärt;
• Die Wärmekapazität von Eis ist fast zweimal geringer als die von Wasser;
• Der Gefrierpunkt von Meerwasser ist höher als der von Süßwasser und beträgt ~ 1,80 ° C (unter der Annahme, dass der Salzgehalt des Wassers dem gewichteten Durchschnittswert im Weltozean entspricht).

Eis und seine Sorten

• Bodeneis - Eis, das sich innerhalb der Grenzen der Erdkruste gebildet hat;
• Flusseis;
• Eis entsteht, wenn Seen zufrieren;
• Meeres-Eis.

Anwendung von Eis

Eis hat viele wirtschaftliche Verwendungen. Es wird verwendet, um die Temperatur von Lebensmitteln zu senken, was ihre Haltbarkeit erheblich verlängert. Es liegt auf der Hand, dass in diesem Zusammenhang die Herstellung von künstlichem Eis oder, wenn ich so sagen darf, künstlicher Kälte von besonderer Bedeutung ist. Eis wird auch in der Medizin häufig verwendet, um eine Reihe bestimmter Verfahren bereitzustellen und durchzuführen. Eiswürfel werden häufig in kosmetischen Verfahren und beim Kochen verwendet, insbesondere bei der Zubereitung von Getränken.

Eis ist ein Baumaterial für so wichtige Objekte für unseren Planeten wie Gletscher, die Indikatoren und Regulatoren vieler Prozesse sind, die auf unserem Planeten ablaufen. Unsere Publikation ist den Gletschern gewidmet -

Arbeit 1

Schneeflocken als physikalisches Phänomen

Die Arbeit wurde von Daniil Kholodyakov durchgeführt

Ziele: Erfahren Sie mehr über Schneeflocken aus MKT-Perspektive

Aufgaben: Verstehen Sie die Art der Bildung von Schneeflocken

1. Bildung von Schneeflocken

2. Schneeflockenformen

3. Kristallsymmetrie

4. Identische Schneeflocken

5. Farbe und Licht

6. Zusätzliche Materialien

1. Haben Sie sich jemals eine Schneeflocke angesehen und sich gefragt, wie sie entsteht und warum sie sich von anderen Schneearten unterscheidet, die Sie zuvor gesehen haben?

Schneeflocken sind eine besondere Form von Wassereis. Schneeflocken bilden sich in Wolken, die aus Wasserdampf bestehen. Wenn die Temperatur 0°C (32°F) oder kälter ist, verwandelt sich das Wasser von flüssig in Eis. Mehrere Faktoren beeinflussen die Bildung von Schneeflocken. Temperatur, Luftströmungen, Feuchtigkeit – all das wirkt sich auf ihre Form und Größe aus. Schmutz und Staub können sich mit dem Wasser vermischen und das Gewicht und die Haltbarkeit der Kristalle verändern. Schmutzpartikel machen eine Schneeflocke schwerer, können zum Schmelzen neigen und Risse und Brüche im Kristall verursachen. Die Bildung einer Schneeflocke ist ein dynamischer Prozess. Eine Schneeflocke kann vielen verschiedenen Umweltbedingungen ausgesetzt sein, mal schmelzen, mal wachsen – die Struktur einer Schneeflocke verändert sich ständig.

2. Was sind die häufigsten Schneeflockenformen?

Typischerweise bilden sich in hohen Wolken hexagonale Kristalle, in mittelhohen Wolken bilden sich Nadeln oder flache sechsseitige Kristalle und in niedrigen Wolken bildet sich eine Vielzahl sechsseitiger Formen. Kältere Temperaturen erzeugen Schneeflocken mit spitzeren Spitzen an den Seiten der Kristalle und können zu Pfeilverzweigungen führen. Schneeflocken, die bei wärmeren Bedingungen erscheinen, wachsen langsamer, was zu einer glatteren und weniger komplexen Form führt.

0; -3 °C - Dünne sechseckige Platten

3; -6° C - Nadeln

6; -10 ° C - Hohlsäulen

10; -12 Grad - Sektorplatten (Sechsecke mit Aussparungen)

12; -15 °C - Dendriten (sechseckige Spitzenformen)

3. Warum sind Schneeflocken symmetrisch?

Erstens sind nicht alle Schneeflocken auf allen Seiten gleich. Ungleichmäßige Temperaturen, das Vorhandensein von Schmutz und andere Faktoren können dazu führen, dass eine Schneeflocke schief wird. Allerdings sind viele Schneeflocken symmetrisch und sehr komplex aufgebaut. Denn die Form der Schneeflocke spiegelt die innere Ordnung der Wassermoleküle wider. Wassermoleküle im festen Zustand, wie Schnee und Eis, gehen untereinander schwache Bindungen (sogenannte Wasserstoffbrückenbindungen) ein. Diese geordneten Anordnungen ergeben die symmetrische, sechseckige Form der Schneeflocke. Während der Kristallisation unterliegen Wassermoleküle der maximalen Anziehungskraft und die Abstoßungskräfte werden auf ein Minimum reduziert. Folglich reihen sich die Wassermoleküle in bestimmten Räumen in einer bestimmten Anordnung auf, um beispielsweise den Raum einzunehmen und die Symmetrie aufrechtzuerhalten.

4. Stimmt es, dass es keine zwei identischen Schneeflocken gibt?

Ja und nein. Keine zwei Schneeflocken werden jemals identisch sein, bis hin zur genauen Anzahl von Wassermolekülen, Elektronenspins, Wasserstoff- und Sauerstoffisotopen und so weiter. Andererseits können zwei Schneeflocken gleich aussehen, und jede Schneeflocke hatte wahrscheinlich irgendwann in der Geschichte ihren Prototyp. Die Struktur einer Schneeflocke ändert sich ständig entsprechend den Umweltbedingungen und unter dem Einfluss vieler Faktoren, sodass es unwahrscheinlich erscheint, zwei identische Schneeflocken zu sehen.

5. Wenn Wasser und Eis durchsichtig sind, warum sieht Schnee dann weiß aus?

Die kurze Antwort ist, dass Schneeflocken so viele reflektierende Oberflächen haben, dass sie Licht in all seinen Farben streuen, weshalb Schnee weiß erscheint. Die lange Antwort hat damit zu tun, wie das menschliche Auge Farbe wahrnimmt. Auch wenn eine Lichtquelle nicht wirklich „weiß“ sein kann (z. B. Sonnenlicht, Leuchtstofflampen und Glühlampen haben alle eine bestimmte Farbe), kompensiert das menschliche Gehirn die Lichtquelle. Obwohl also das Sonnenlicht gelb ist und das vom Schnee gestreute Licht ebenfalls gelb ist, sieht das Gehirn den Schnee so weiß wie möglich, weil das gesamte vom Gehirn empfangene Bild einen Gelbstich hat, der automatisch subtrahiert wird.

Ergebnisse:

1. Schneeflocken sind eine besondere Form von Wassereis.

2. Temperatur, Luftströmungen, Feuchtigkeit sind Faktoren, die die Form und Größe einer Schneeflocke beeinflussen.

3. Es ist die Reihenfolge der Wassermoleküle, die die Symmetrie der Schneeflocke bestimmt.

Ich bin in echten Schneekristallen.

Arbeit 2

Eis und Wasser in der Natur.

Die Arbeit wurde von Guseva Alina erledigt

Zweck: etwas Neues lernen.

Aufgaben :

Betrachten Sie die Werte des Wassers in der Natur;

Die Eigenschaften und Arten von Wasser verstehen;

Machen Sie sich mit den grundlegenden Eigenschaften von Wassereis vertraut;

Erweitern Sie Ihr Wissen über Wasser im Allgemeinen.

Wasser (Wasserstoffoxid) ist eine binäre anorganische Verbindung, die chemische Formel ist H2O. Das Wassermolekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom, die durch eine kovalente Bindung miteinander verbunden sind. Unter normalen Bedingungen ist es eine klare Flüssigkeit, farb-, geruch- und geschmacklos. Im festen Zustand nennt man es Eis, Schnee oder Raureif, im gasförmigen Zustand Wasserdampf. Wasser kann auch in Form von Flüssigkristallen vorliegen.

Etwa 71 % der Erdoberfläche sind mit Wasser bedeckt (Ozeane, Meere, Seen, Flüsse, Eis) – 361,13 Millionen km2. Auf der Erde befinden sich ungefähr 96,5 % des Wassers in den Ozeanen (1,7 % der weltweiten Reserven sind Grundwasser, weitere 1,7 % in den Gletschern und Eiskappen der Antarktis und Grönlands, ein kleiner Teil in Flüssen, Seen und Sümpfen und 0,001 % in Wolken). Der größte Teil des Wassers der Erde ist salzig und für Landwirtschaft und Trinkwasser ungeeignet. Der Frischwasseranteil beträgt ca. 2,5 %.

Wasser ist ein gutes hochpolares Lösungsmittel. Unter natürlichen Bedingungen enthält es immer gelöste Stoffe (Salze, Gase). Wasser ist von zentraler Bedeutung für die Entstehung und Erhaltung des Lebens auf der Erde, für den chemischen Aufbau lebender Organismen, für die Klima- und Wetterbildung. Es ist der wichtigste Stoff für alle Lebewesen auf dem Planeten Erde.

In der Atmosphäre unseres Planeten kommt Wasser in Form kleiner Tröpfchen, in Wolken und Nebel, aber auch in Form von Wasserdampf vor. Bei der Kondensation wird es der Atmosphäre in Form von Niederschlag (Regen, Schnee, Hagel, Tau) entzogen. Wasser ist eine im Weltraum weit verbreitete Substanz, aber aufgrund des hohen Flüssigkeitsdrucks kann Wasser im Vakuum des Weltraums nicht in flüssigem Zustand existieren, weshalb es nur in Form von Dampf oder Eis vorliegt.

Arten von Wasser.

Wasser auf der Erde kann in drei Hauptzuständen existieren – flüssig, gasförmig und fest, und verschiedene Formen annehmen, die gleichzeitig miteinander koexistieren können: Wasserdampf und Wolken am Himmel, Meerwasser und Eisberge, Gletscher und Flüsse auf der Erdoberfläche , Grundwasserleiter in der Erde. Wasser wird oft nach verschiedenen Prinzipien in Typen eingeteilt. Nach den Besonderheiten der Herkunft, Zusammensetzung oder Anwendung unterscheiden sie unter anderem: weiches und hartes Wasser – je nach Gehalt an Calcium- und Magnesiumkationen. Nach den Wasserstoffisotopen im Molekül: leicht (in der Zusammensetzung entspricht es fast gewöhnlichem), schwerem (Deuterium), superschwerem Wasser (Tritium). Auch unterschieden: Frisch-, Regen-, Meer-, Mineral-, Brack-, Trink-, Leitungs-, destilliertes, deionisiertes, pyrogenfreies, heiliges, strukturiertes, Schmelz-, Grund-, Abwasser- und Oberflächenwasser.

physikalische Eigenschaften.

Wasser unter normalen Bedingungen behält einen flüssigen Aggregatzustand bei, während ähnliche Wasserstoffverbindungen Gase sind (H2S, CH4, HF). Durch den großen Unterschied in der Elektronegativität von Wasserstoff- und Sauerstoffatomen werden Elektronenwolken stark in Richtung Sauerstoff verschoben. Aus diesem Grund das Wassermolekül hat ein großes Dipolmoment(D = 1,84, nach Blausäure an zweiter Stelle). Bei der Übergangstemperatur in den festen Zustand werden die Wassermoleküle geordnet, dabei nehmen die Volumina der Hohlräume zwischen den Molekülen zu und die Gesamtdichte des Wassers nimmt ab, was den Grund erklärt geringere Wasserdichte in der Eisphase. Die Verdunstung hingegen bricht alle Bindungen. Das Aufbrechen von Bindungen erfordert viel Energie, daher Wasser am meisten hohe spezifische Wärmekapazität unter anderem Flüssigkeiten und Feststoffe. Um einen Liter Wasser um ein Grad zu erwärmen, werden 4,1868 kJ Energie benötigt. Aufgrund dieser Eigenschaft wird häufig Wasser als Kühlmittel verwendet. Wasser hat neben seiner hohen spezifischen Wärmekapazität auch eine hohe Werte der spezifischen Wärme schmelzen(bei 0 °C - 333,55 kJ/kg) und Verdampfung(2250 kJ/kg).

Wasser hat auch hohe Oberflächenspannung unter den Flüssigkeiten nach Quecksilber an zweiter Stelle. Die relativ hohe Viskosität von Wasser ist darauf zurückzuführen, dass Wasserstoffbrücken verhindern, dass sich Wassermoleküle mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen. Wasser ist gutes Lösungsmittel für polare Substanzen. Jedes gelöste Molekül ist von Wassermolekülen umgeben, und die positiv geladenen Teile des gelösten Moleküls ziehen Sauerstoffatome an, und die negativ geladenen Teile ziehen Wasserstoffatome an. Da das Wassermolekül klein ist, können viele Wassermoleküle jedes gelöste Molekül umgeben negatives elektrisches Potential der Oberfläche.

Reines Wasser - guter Isolator. Denn Wasser tut gut Lösungsmittel, sind fast immer bestimmte Salze darin gelöst, das heißt, im Wasser sind positive und negative Ionen vorhanden. Wasser leitet also Strom. Anhand der elektrischen Leitfähigkeit von Wasser lässt sich dessen Reinheit bestimmen.

Wasser hat Brechungsindex n = 1,33 im optischen Bereich. Es absorbiert jedoch stark Infrarotstrahlung, und daher ist Wasserdampf das wichtigste natürliche Treibhausgas, das für mehr als 60 % des Treibhauseffekts verantwortlich ist.

Eis - Wasser in festem Aggregatzustand. Eis wird manchmal als einige Substanzen in einem festen Aggregatzustand bezeichnet, die dazu neigen, bei Raumtemperatur eine flüssige oder gasförmige Form anzunehmen; insbesondere Trockeneis, Ammoniakeis oder Methaneis.

Grundlegende Eigenschaften von Wassereis.

Derzeit sind drei amorphe Varianten und 15 kristalline Modifikationen von Eis bekannt. Die durchbrochene Kristallstruktur eines solchen Eises führt dazu, dass seine Dichte (gleich 916,7 kg / m bei 0 ° C) bei gleicher Temperatur niedriger ist als die Dichte von Wasser (999,8 kg / m). Daher erhöht Wasser, das sich in Eis verwandelt, sein Volumen um etwa 9%. Eis, das leichter als flüssiges Wasser ist, bildet sich an der Oberfläche von Gewässern, wodurch ein weiteres Gefrieren des Wassers verhindert wird.

Hohe spezifische Schmelzwärme Eis ist mit 330 kJ/kg ein wichtiger Faktor für die Wärmezirkulation auf der Erde. Um also 1 kg Eis oder Schnee zu schmelzen, braucht man so viel Wärme, wie um einen Liter Wasser auf 80 °C zu erhitzen. Eis kommt in der Natur in Form von Eis (kontinental, schwimmend, unterirdisch) sowie in Form von Schnee, Raureif usw. vor. Eis erhält unter dem Einfluss seines Eigengewichts plastische Eigenschaften und Fließfähigkeit. Natürliches Eis ist normalerweise viel sauberer als Wasser, denn wenn Wasser kristallisiert, dringen als erste Wassermoleküle in das Gitter ein.

Bei normalem Atmosphärendruck verfestigt sich Wasser bei 0°C und siedet (wird zu Wasserdampf) bei 100°C. Wenn der Druck abnimmt, steigt die Schmelztemperatur von Eis langsam an und der Siedepunkt von Wasser sinkt. Bei einem Druck von 611,73 Pa (etwa 0,006 atm) fallen Siede- und Schmelzpunkt zusammen und werden gleich 0,01 ° C. Diese Drücke und Temperaturen werden genannt Tripelpunkt Wasser . Bei niedrigeren Drücken kann Wasser nicht flüssig sein und Eis verwandelt sich direkt in Dampf. Die Sublimationstemperatur von Eis sinkt mit abnehmendem Druck. Bei hohem Druck gibt es Modifikationen von Eis mit Schmelzpunkten oberhalb der Raumtemperatur.

Mit zunehmendem Druck steigt auch die Dichte von Wasserdampf am Siedepunkt, während die von flüssigem Wasser abnimmt. Bei einer Temperatur von 374 °C (647 K) und einem Druck von 22,064 MPa (218 atm) tritt Wasser durch kritischer Punkt. An diesem Punkt sind die Dichte und andere Eigenschaften von flüssigem und gasförmigem Wasser gleich. Bei höherem Druck und/oder Temperatur verschwindet der Unterschied zwischen flüssigem Wasser und Wasserdampf. Dieser Aggregatzustand wird aufgerufen superkritische Flüssigkeit».

Eventuell ist Wasser drin metastabile Zuständeübersättigter Dampf, überhitzte Flüssigkeit, unterkühlte Flüssigkeit. Diese Zustände können lange bestehen bleiben, aber sie sind instabil und bei Kontakt mit einer stabileren Phase tritt ein Übergang auf. Sie können beispielsweise eine unterkühlte Flüssigkeit erhalten, indem Sie reines Wasser in einem sauberen Gefäß unter 0 ° C kühlen. Wenn jedoch ein Kristallisationszentrum auftritt, verwandelt sich flüssiges Wasser schnell in Eis.

Daten .

Im Durchschnitt enthält der Körper von Pflanzen und Tieren mehr als 50 % Wasser.

Die Zusammensetzung des Erdmantels enthält 10-12 mal mehr Wasser als die Wassermenge der Ozeane.

Wenn alle Gletscher schmelzen, dann würde der Wasserspiegel in den Ozeanen der Erde um 64 m steigen und etwa 1/8 der Landoberfläche würde mit Wasser überflutet.

Manchmal gefriert Wasser bei einer positiven Temperatur.

Unter bestimmten Bedingungen (innerhalb von Nanoröhren) nehmen Wassermoleküle einen neuen Zustand ein, in dem sie auch bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt ihre Fließfähigkeit behalten.

Wasser reflektiert 5 % der Sonnenstrahlen, während Schnee etwa 85 % reflektiert. Nur 2 % des Sonnenlichts dringt unter das Ozeaneis.

Die blaue Farbe von klarem Meerwasser ist auf die selektive Absorption und Streuung von Licht im Wasser zurückzuführen.

Mit Hilfe von Wassertropfen aus Wasserhähnen kann man eine Spannung von bis zu 10 Kilovolt erzeugen, das Experiment heißt „Kelvin Dropper“.

Wasser ist eine der wenigen Substanzen in der Natur, die sich ausdehnt, wenn sie von flüssig zu fest wird.

Ergebnisse:

Wasser behält einen flüssigen Aggregatzustand, hat ein großes Dipolmoment, eine große spezifische Wärmekapazität, einen Verdampfungswert, eine hohe Oberflächenspannung, ein negatives elektrisches Oberflächenpotential, ist ein guter Isolator und ein gutes Lösungsmittel.

Literatur

1. Wasser // Enzyklopädisches Wörterbuch von Brockhaus und Efron: In 86 Bänden (82 Bände und 4 weitere). - Sankt Petersburg, 1890-1907.

2. Losev K. S. Wasser. - L.: Gidrometeoizdat, 1989. - 272 p.

3. Hydrobionten bei der Selbstreinigung von Gewässern und biogene Migration von Elementen. - M.: MAKS-Presse. 2008. 200 S. Vorwort des korrespondierenden Mitglieds RAS V. V. Malakhov. (Reihe: Wissenschaft. Bildung. Innovationen. Ausgabe 9). ISBN 978-5-317-02625-7.

4. Zu einigen Fragen der Aufrechterhaltung der Wasserqualität und ihrer Selbstreinigung // Wasserressourcen. 2005. Vol. 32. Nr. 3. S. 337-347.

5. Andreev VG Die Auswirkung der Protonenaustauschwechselwirkung auf die Struktur des Wassermoleküls und die Stärke der Wasserstoffbindung. Materialien der V. Internationalen Konferenz „Aktuelle Probleme der Wissenschaft in Russland“. - Kuznetsk 2008, v.3 S. 58-62.