Es- mineral dengan rumus kimia H2O, adalah air dalam keadaan kristal.

Komposisi kimia es: H - 11,2%, O - 88,8%. Terkadang es mengandung kotoran mekanis berupa gas dan padat. Di alam, es terutama diwakili oleh salah satu dari beberapa modifikasi kristal, stabil dalam kisaran suhu dari 0 hingga 80 ° C, dengan titik leleh 0 ° C.

Struktur kristal es mirip dengan struktur berlian: setiap molekul H20 dikelilingi oleh empat molekul yang paling dekat dengannya, terletak pada jarak yang sama darinya, sama dengan 2,76 A dan terletak di simpul tetrahedron biasa. Karena bilangan koordinasi yang rendah, struktur es bersifat kerawang, yang mempengaruhi kerapatannya (0,917).

Sifat es: Es tidak berwarna. Dalam kelompok besar, ia memperoleh warna kebiruan. Kilau kaca. Transparan. Tidak memiliki belahan. Kekerasan 1.5. Rentan. Optik positif, indeks bias sangat rendah (n = 1,310, nm = 1,309).

Bentuk menemukan es: Es adalah mineral yang sangat umum di alam. Ada beberapa jenis es di kerak bumi: sungai, danau, laut, tanah, cemara dan gletser. Lebih sering membentuk akumulasi agregat butiran halus. Juga dikenal formasi kristal es yang muncul melalui sublimasi, yaitu, langsung dari keadaan uap. Dalam kasus ini, es memiliki penampilan kristal kerangka (kepingan salju) dan agregat pertumbuhan kerangka dan dendritik (es gua, es, embun beku, dan pola pada kaca). Kristal besar yang dipotong dengan baik ditemukan, tetapi sangat jarang.
Stalaktit es, bahasa sehari-hari disebut "es", sudah tidak asing lagi bagi semua orang. Dengan perbedaan suhu sekitar 0 ° di musim gugur-musim dingin, mereka tumbuh di mana-mana di permukaan bumi dengan pembekuan lambat (kristalisasi) air yang mengalir dan menetes. Mereka juga umum di gua es.
Tepian es adalah lapisan penutup es dari kristalisasi es di batas air-udara di sepanjang tepi waduk dan tepi tepi genangan air, tepi sungai, danau, kolam, waduk, dll. dengan sisa area air tidak membeku. Dengan perpaduan lengkap mereka, lapisan es terus menerus terbentuk di permukaan reservoir.
Es juga membentuk agregat kolumnar paralel dalam bentuk urat berserat di tanah berpori, dan antholit es di permukaannya.

Pembentukan dan endapan es: Es terbentuk terutama di cekungan air ketika suhu udara turun. Pada saat yang sama, bubur es, yang terbuat dari jarum es, muncul di permukaan air. Dari bawah, kristal es panjang tumbuh di atasnya, di mana sumbu simetri orde enam tegak lurus dengan permukaan kerak. Rasio antara kristal es di bawah kondisi pembentukan yang berbeda ditunjukkan pada gambar. Es tersebar luas di mana pun ada kelembaban dan di mana suhu turun di bawah 0 ° C. Di beberapa daerah, es tanah hanya mencair hingga kedalaman yang tidak signifikan, di mana lapisan es dimulai. Inilah yang disebut daerah permafrost; di daerah distribusi permafrost di lapisan atas kerak bumi, ada yang disebut. es bawah tanah, di antaranya es bawah tanah modern dan fosil dibedakan. Setidaknya 10% dari seluruh daratan Bumi ditutupi oleh gletser, batuan es monolitik yang menyusunnya disebut es glasial. Es glasial terbentuk terutama dari akumulasi salju sebagai hasil dari pemadatan dan transformasinya. Lapisan es menutupi sekitar 75% wilayah Greenland dan hampir seluruh Antartika; ketebalan gletser terbesar (4330 m) terbentuk di dekat Stasiun Baird (Antartika). Di Greenland tengah, ketebalan es mencapai 3.200 m.

Deposit es sudah terkenal. Di daerah dengan musim dingin yang panjang dan musim panas yang pendek, serta di daerah pegunungan tinggi, gua es dengan stalaktit dan stalagmit terbentuk, di antaranya yang paling menarik adalah Kungurskaya di wilayah Perm di Ural, serta gua Dobshine di Slovakia.
Es laut terbentuk ketika air laut membeku. Sifat karakteristik es laut adalah salinitas dan porositas, yang menentukan kisaran kerapatannya dari 0,85 hingga 0,94 g/cm3. Karena kepadatannya yang rendah, es yang mengapung naik di atas permukaan air sebesar 1/7-1/10 ketebalannya. Es laut mulai mencair pada suhu di atas -2,3°C; itu lebih elastis dan lebih sulit pecah daripada es air tawar.

Berbagai es:

SAYA. Es atmosfer: salju, es, hujan es.

es atmosfer- partikel es yang tersuspensi di atmosfer atau jatuh di permukaan bumi (presipitasi padat), serta kristal es atau endapan amorf yang terbentuk di permukaan bumi, di permukaan benda darat dan di pesawat terbang di udara.
Salju- presipitasi padat yang jatuh dalam bentuk kepingan salju. Salju turun dari berbagai jenis awan, terutama nimbostratus (hujan salju). Salju adalah jenis curah hujan khas musim dingin yang membentuk lapisan salju.
Embun beku- lapisan tipis kristal es yang tidak rata, terbentuk di tanah, rumput, dan objek tanah dari uap air atmosfer ketika permukaan bumi didinginkan hingga suhu negatif, lebih rendah dari suhu udara.
hujan es- presipitasi atmosfer berupa partikel es berbentuk bulat atau tidak beraturan (hailstones) berukuran 5-55 mm. Hujan es turun di musim hangat dari awan cumulonimbus yang kuat, berkembang kuat ke atas, biasanya selama hujan dan badai petir.

II. Air es (penutup es) , terbentuk di permukaan air dan dalam massa air pada kedalaman yang berbeda: intra-air, dasar es.

penutup es- es padat yang terbentuk selama musim dingin di permukaan samudra, laut, sungai, danau, waduk buatan, serta dibawa dari daerah tetangga. Di daerah lintang tinggi, itu ada sepanjang tahun.
air es- akumulasi kristal es primer yang terbentuk di kolom air dan di dasar badan air.
es bawah- es yang diendapkan di dasar reservoir atau tersuspensi dalam air. Es dasar diamati di dasar sungai, laut dan danau kecil, pada benda-benda yang terendam air dan di tempat-tempat dangkal. Es dasar terbentuk selama kristalisasi air yang sangat dingin dan memiliki struktur berpori yang longgar.

AKU AKU AKU. es bawah tanah.

es bawah tanah- es, terletak di lapisan atas kerak bumi. Es bawah tanah ditemukan di daerah permafrost. Pada saat pembentukan, es bawah tanah modern dan fosil dibedakan, berdasarkan asalnya:
sebuah). es utama, yang timbul dalam proses pembekuan simpanan lepas;
b). es sekunder- produk kristalisasi air dan uap air (a) di celah-celah (vein ice), (b) di pori-pori dan rongga (cave ice), (c) es yang terkubur yang terbentuk di permukaan bumi dan kemudian ditutupi oleh batuan sedimen .

IV. Es glasial.

es glasial- batu es monolitik yang membentuk gletser. Es glasial terbentuk terutama dari akumulasi salju sebagai hasil dari pemadatan dan transformasinya.

Sebaik:

es jarum Es yang terbentuk di air yang tenang di permukaan sungai. Es acicular memiliki bentuk kristal prismatik dengan sumbu yang terletak di arah horizontal, yang memberi es struktur berlapis.
es putih abu-abu- es muda setebal 15-30 cm Biasanya, saat dikompresi, bongkahan es berwarna putih keabu-abuan.
es abu-abu- es muda setebal 10-15 cm Biasanya es abu-abu berlapis selama kompresi.
permukaan es- es kristal yang muncul di permukaan air.
salam- formasi es primer permukaan, terdiri dari kristal seperti jarum dan pipih dalam bentuk bintik-bintik atau lapisan tipis warna abu-abu terus menerus.
menyimpan- lapisan es yang berbatasan dengan tepi aliran air, danau dan waduk, dengan sisa area air tidak membeku.

Gua es Kungur terletak di wilayah Perm, di tepi kanan Sungai Sylva. Gua es Kungur terbentuk beberapa ribu tahun yang lalu, ketika mencair dan air hujan secara bertahap menyapu lapisan gipsum. gunung es lubang besar dan terowongan.

Menurut ilmuwan modern, usia Gua Es adalah sekitar 10-12 ribu tahun. Gua itu muncul di lokasi laut, yang menjadi dangkal karena pengangkatan Pegunungan Ural dan terutama terdiri dari batu gipsum dan batu kapur. Panjang total bagian yang dipelajari adalah sekitar 5,6 kilometer. Dari jumlah tersebut, 1,4 kilometer dilengkapi untuk tamasya.

Orang pertama yang mulai melakukan tur reguler ke Gua Es adalah keponakan buyut seorang ilmuwan luar biasa, penjelajah Amerika Rusia - K.T. Khlebnikov - Alexei Timofeevich Khlebnikov. Pada tahun 1914 Khlebnikov, setelah menyewa gua dari komunitas petani setempat, mulai mengatur pertunjukan berbayarnya untuk penduduk Kungur dan tamu kota. Berkat upaya Alexei Khlebnikov, berita tentang "keajaiban Kungur" dengan cepat menyebar ke berbagai bagian negara. Setelah kematian Khlebnikov pada tahun 1951, tur ke gua es diselenggarakan oleh karyawan rumah sakit cabang Ural dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, dan pada tahun 1969, ketika arus wisatawan meningkat menjadi 100 ribu orang per tahun, agen perjalanan dan tamasya Kungur dibuka. Pada tahun 1983, sebuah kompleks wisata modern "Stalagmit" dibangun di lokasi gedung perkantoran kayu yang terbakar, yang mampu menerima hingga 350 wisatawan pada saat yang bersamaan.

ANGGUR ES

anggur es(Prancis Vin de glace, Italian Vino di ghiaccio, English Ice wine, German Eiswein) adalah anggur penutup yang dibuat dari buah anggur yang dibekukan pada pokok anggur. Anggur es memiliki kadar alkohol rata-rata (9-12%), kandungan gula yang signifikan (150-25 g/l) dan keasaman tinggi (10-14 g/l). Biasanya terbuat dari Riesling atau Vidal.
Gula dan zat terlarut lainnya tidak membeku, tidak seperti air, memungkinkan anggur yang lebih pekat harus diperas dari anggur beku; hasilnya adalah sejumlah kecil anggur yang lebih pekat dan sangat manis.
Karena proses produksi yang padat karya dan berisiko dalam jumlah yang relatif kecil, es anggur cukup mahal. Dibutuhkan 13-15 kg anggur untuk membuat 350 ml anggur tersebut. Dari 50 ton anggur, hanya 2 ton anggur yang diperoleh.

MISTERI ES

Jatuhkan es batu kecil ke dalam gelas yang sebagian berisi air. Kemudian ambil seutas benang yang panjangnya 30 cm, tugasnya mengeluarkan es batu dari kaca, hanya menggunakan benang sebagai alat pengangkat. Anda tidak dapat membuat loop dari utas, memindahkan gelas dan menyentuh es batu dengan jari-jari Anda. Saran Anda?

Jawaban lengkap yang benar adalah: Tempatkan bagian tengah utas pada permukaan atas kubus. Sekarang tuangkan garam di atas utas (latihan akan menunjukkan berapa banyak yang harus dituangkan). Karena garam, es di bawah benang akan sedikit mencair, air garam akan mengalir dari kubus, konsentrasi garam akan berkurang, dan air akan kembali membeku di sekitar benang, membekukannya menjadi es. Setelah beberapa menit, Anda akan dapat mengangkat benang bersama dengan es batu.

RUMAH ES

Novel sejarah "Rumah Es"(penulis Lazhechnikov I.I.) - salah satu novel sejarah Rusia terbaik, yang menggambarkan era gelap pemerintahan Permaisuri Anna Ioannovna, dominasi pekerja sementara Biron dan Jerman di pengadilan Rusia, yang disebut "Birovshchina". The Ice House diterbitkan pada Agustus 1835.
Pada 1740, Permaisuri Anna Ioannovna mengatur pernikahan badut di Rumah Es. Demi kesenangan permaisuri, di tepi Neva antara Istana Musim Dingin dan Angkatan Laut, seluruh kota dibangun dari es dengan rumah, gerbang, dekorasi pahatan es. Demikianlah fakta sejarah ini digambarkan oleh I.I. Lazhechnikov dalam novelnya:

Pernikahan Jester di Rumah Es

Pernikahan badut di Ice House membuka perayaan Rusia pada kesempatan berakhirnya perdamaian Beograd. Volynsky sendiri memimpin prosesi penyamaran pernikahan, dan seekor gajah di bawah selimut kain berjalan di belakang kereta menteri ...
Mereka menempatkan pengantin di atas gajah dan membawa mereka ke Rumah Es. Di atas es Neva, menyambut saudara yang masih hidup, terdengar auman gajah es di mana para musisi duduk, bermain di pipa. Dari belalai gajah, air mancur yang menyala mengalir ke arahnya. Piramida berdiri di sisi rumah es dengan lentera. Orang-orang berkerumun, karena "gambar lucu" dipamerkan di piramida (tidak selalu layak, dalam semangat epithal pernikahan Catullus).
Yang muda diturunkan dari gajah, mereka dibawa ke pemandian dulu, di mana mereka mandi uap. Kemudian mereka masuk rumah es diizinkan. Pintu di sebelah kiri aula mengungkapkan perabotan kamar tidur. Cermin tergantung di atas toilet, dan ada arloji saku yang terbuat dari es. Berdekatan dengan kamar tidur adalah ruang untuk istirahat setelah kesenangan pernikahan. Di depan sofa es berdiri sebuah meja es, di mana peralatan es(piring, gelas, decanters dan gelas). Semua ini dicat dengan warna berbeda - sangat indah!
Para penjaga tidak membiarkan pengantin baru keluar dari Rumah Es:
- Kemana kamu pergi? Permaisuri memerintahkan Anda untuk menghabiskan sepanjang malam di sini ... Pergi dan berbaring!
Di balik dinding es, seekor gajah es berteriak sangat keras, mengeluarkan minyak dari belalainya setinggi dua puluh empat kaki ke udara. Mulut lumba-lumba juga menyala dengan minyak, seperti api neraka. Meriam es memberi hormat kepada yang muda, melemparkan meriam es di sekitar inti dengan derak yang mengerikan ...
Pengantin baru itu menanggalkan pakaian. Di kepala Buzheninova mereka meletakkan topi malam yang terbuat dari es, di mana es yang keras menggantikan renda. Sepatu es ditempatkan di kaki Golitsyn. Pengantin baru dibaringkan di atas lapisan es - di bawah selimut es ... Dan di piramida, papan gambar lucu diputar sepanjang malam ...
Pukul delapan pagi, yang muda dibawa - kaku. Malam ini - malam pertama mereka! Mereka tidak pernah untuk dilupakan.

krioterapi

Sejarah umat manusia berisi banyak contoh penggunaan air dingin dan es untuk memperpanjang kecantikan dan umur panjang yang aktif. Field Marshal Suvorov menyiram dirinya dengan air dingin setiap hari, dan Catherine II menyeka wajahnya dengan es. Dan hari ini di Rusia ada banyak penganut ajaran P. Ivanov, yang menyiram dirinya dengan air dingin dua kali sehari.
Akhir abad kedua puluh ditandai oleh perubahan kualitatif dalam pendekatan untuk menggunakan efek peremajaan dingin pada tubuh manusia, agen alami es dan air dingin digantikan oleh prosedur berdasarkan penggunaan suhu yang sangat rendah - cryotherapy.

Fisioterapi kriogenik adalah perpaduan dari pencapaian terbaru di bidang fisika dan fisiologi dan berhak menjadi milik teknologi abad ke-21. Analisis ilmiah dari pengalaman berabad-abad telah memungkinkan untuk menentukan mekanisme efek stimulasi dingin pada tubuh manusia.

Krioterapi- prosedur kosmetik tercepat dan paling nyaman.
Inti dari terapi kriogenik adalah seseorang direndam dalam lapisan gas yang didinginkan hingga suhu -140 ° C untuk waktu yang singkat (2-3 menit) hingga ke leher. Suhu dan waktu prosedur dipilih dengan mempertimbangkan karakteristik kulit tubuh manusia, sehingga selama prosedur hanya lapisan permukaan tipis di mana reseptor termal berada yang memiliki waktu untuk mendingin, dan tubuh itu sendiri tidak punya waktu. mengalami hipotermia yang nyata.

Selain itu, karena sifat khusus dari gas dingin, prosedurnya cukup nyaman, perasaan dingin secara tak terduga menyenangkan, terutama di musim panas.
Alasan popularitas cryotherapy adalah bahwa paparan reseptor dingin kulit menyebabkan pelepasan endorfin yang kuat dalam tubuh. Untuk mendapatkan efek yang sama, Anda membutuhkan 1,5 - 2 jam aktivitas fisik yang intens. Prosedur ini memberikan efek kosmetik yang luar biasa, terutama dalam perawatan selulit. Daftar hasil positif dari penggunaan cryotherapy dapat dilanjutkan tanpa batas waktu, karena prosedur ini menormalkan kekebalan dan metabolisme, mis. menghilangkan akar penyebab semua penyakit. Tapi, untuk sukses, Anda perlu menggunakan peralatan khusus dan mengikuti metode cryotherapy.

MISTERI AIR

Air- zat yang luar biasa. Tidak seperti senyawa sejenis lainnya, ia memiliki banyak anomali. Ini termasuk titik didih yang sangat tinggi dan panas penguapan. Air dicirikan oleh kapasitas panas yang tinggi, yang memungkinkannya digunakan sebagai pembawa panas di pembangkit listrik termal. Di alam, properti ini dimanifestasikan dalam pelunakan iklim di dekat perairan besar. Tegangan permukaan air yang luar biasa tinggi menentukan kemampuannya yang baik untuk membasahi permukaan padatan dan menunjukkan sifat kapiler, yaitu. kemampuan untuk memanjat pori-pori dan retakan batuan dan material meskipun ada gravitasi.

Sifat air yang sangat langka dimanifestasikan selama transformasinya dari cair menjadi padat. Transisi ini dikaitkan dengan peningkatan volume dan, akibatnya, dengan penurunan kepadatan.
Para ilmuwan telah membuktikan bahwa air dalam keadaan padat memiliki struktur kerawang dengan rongga dan rongga. Ketika dicairkan, mereka diisi dengan molekul air, sehingga massa jenis air cair lebih tinggi daripada massa jenis air padat. Karena es lebih ringan dari air, es mengapung di atasnya, dan tidak tenggelam ke dasar, yang memainkan peran yang sangat penting di alam.

Menariknya, jika tekanan tinggi dibuat di atas air dan kemudian didinginkan hingga membeku, maka es yang terbentuk dalam kondisi peningkatan tekanan tidak meleleh pada 0 ° C, tetapi pada suhu yang lebih tinggi. Jadi, es yang diperoleh dengan membekukan air, yang berada di bawah tekanan 20.000 atm, dalam kondisi normal, hanya meleleh pada 80°C.

Anomali lain dari air cair dikaitkan dengan perubahan kepadatan yang tidak merata dengan suhu. Telah lama diketahui bahwa air memiliki kerapatan tertinggi pada suhu +4°C. Saat air di kolam mendingin, lapisan permukaan yang lebih berat tenggelam, menghasilkan pencampuran yang baik antara air dalam yang hangat dan yang lebih ringan dengan air permukaan. Perendaman lapisan permukaan hanya terjadi selama air di reservoir mendingin hingga +4°C. Setelah ambang batas ini, kepadatan lapisan permukaan yang lebih dingin tidak meningkat, tetapi berkurang, dan mereka mengapung di permukaan tanpa tenggelam. Ketika didinginkan di bawah 0 ° C, lapisan permukaan ini berubah menjadi es.

SCALPEL ES

pisau bedah es- ini adalah nama instrumen yang digunakan dalam operasi untuk cryodestruction. Ini adalah probe khusus di mana nitrogen cair disuplai ke titik tertentu. Bola es terbentuk di sekitar jarum probe - bola es dengan parameter tertentu yang bekerja pada jaringan yang akan diangkat. Dengan kata lain, cryodestruction adalah radang dingin jaringan yang berubah secara patologis. Ketika beku, kristal es terbentuk di sel dan ruang antar selnya, yang menyebabkan nekrosis, kematian.
Selama cryodestruction, pasien praktis tidak mengalami rasa sakit, karena "pisau es" juga membekukan ujung saraf. Metodenya cukup cepat, tidak berdarah dan tidak menyakitkan.

asam glasial

asam glasial- asam asetat anhidrat CH3COOH. Ini adalah cairan higroskopis tidak berwarna atau kristal tidak berwarna dengan bau menyengat. Hal ini larut dengan air, etil alkohol dan dietil eter dalam semua proporsi. Asam ini disuling dengan uap. Asam asetat glasial diperoleh dengan fermentasi beberapa zat organik dan dengan sintesis. Asam glasial ditemukan dalam distilasi kering kayu. Sejumlah kecil asam glasial dapat ditemukan dalam tubuh manusia.
Aplikasi.
Asam asetat glasial digunakan untuk sintesis pewarna, produksi selulosa asetat, aseton, dan banyak zat lainnya. Dalam bentuk cuka dan sari cuka, digunakan dalam industri makanan dan dalam kehidupan sehari-hari untuk memasak.

KONDISI ES

kondisi es- ini adalah keadaan lapisan es di laut, sungai, danau, dan waduk. Kondisi es dicirikan oleh berbagai macam faktor:
- jenis waduk,
- kondisi iklim,
- ketebalan dan konsentrasi lapisan es,
- jumlah es
- sifat evolusi lapisan es.

ES JAMUR

jamur es- alias "Jamur salju", "jamur agar-agar yang dapat dimakan", "jamur karang", berbentuk tremella fucus (Tremella fuciformis), alias "jamur salju".
jamur es Disebut demikian karena bentuknya seperti bola salju. Ini dapat dimakan dan dianggap sebagai makanan lezat di Cina dan Jepang. Jamur es tidak memiliki rasa yang menonjol, tetapi ditandai dengan tekstur yang sangat menarik, sekaligus empuk, renyah, dan kenyal.
Jamur es disiapkan dengan cara yang berbeda, dapat diawetkan seperti jamur biasa, ditambahkan ke telur dadar, atau dibuat menjadi makanan penutup. Nilai khusus dari jamur ini terletak pada penyediaan jamur secara simultan dengan nutrisi dan sifat obatnya.
Es jamur untuk dijual di tempat-tempat yang menjual makanan Korea.

ZONA ES

zona es- Ini adalah zona alami yang berdekatan dengan kutub dunia.
Di belahan bumi utara, zona es termasuk pinggiran utara Semenanjung Taimyr, serta banyak pulau di Kutub Utara - daerah yang terletak di sekitar Kutub Utara, di bawah konstelasi Ursa Major ("arktos" dalam bahasa Yunani - beruang). Ini adalah pulau-pulau utara Kepulauan Arktik Kanada, Greenland, Svalbard, Franz Josef Land, dll.

AIR CELUR

air yang meleleh muncul ketika es mencair dan tetap pada suhu 0 ° C sampai semua es mencair. Kekhususan interaksi antarmolekul, karakteristik struktur es, juga dipertahankan dalam air lelehan, karena hanya 15% dari semua ikatan hidrogen yang hancur selama pencairan kristal. Oleh karena itu, ikatan yang melekat dalam es dari setiap molekul air dengan empat molekul tetangga ("urutan jarak pendek") tidak dilanggar untuk sebagian besar, meskipun pengaburan lebih besar dari kisi kerangka oksigen diamati.

Yu.I.GOLOVIN
Universitas Negeri Tambov G.R. Derzhavina
Jurnal Pendidikan Soros, Vol.6, No.9, 2000

Air dan es: apakah kita cukup tahu tentang mereka?

Yu. I. GOLOVIN

Sifat fisik air dan es dijelaskan. Mekanisme berbagai fenomena dalam zat ini dibahas. Terlepas dari periode studi yang panjang dan komposisi kimia yang sederhana, air dan es – zat yang sangat berharga bagi kehidupan di bumi – menyimpan banyak misteri karena proton dinamis dan struktur molekulnya yang rumit.

Sebuah tinjauan singkat tentang sifat fisik air dan es diberikan. Mekanisme berbagai fenomena di dalamnya dipertimbangkan. Ditunjukkan bahwa, terlepas dari sejarah studi berabad-abad, komposisi kimia paling sederhana dan kepentingan luar biasa bagi kehidupan di Bumi, sifat air dan es penuh dengan banyak misteri karena proton dinamis yang kompleks dan struktur molekul.

Meskipun kesederhanaan lebih diperlukan bagi orang-orang,
Segala sesuatu yang rumit lebih jelas bagi mereka.

B.L. ubi

Mungkin tidak ada zat yang lebih umum dan sekaligus lebih misterius di Bumi selain air dalam fase cair dan padat. Memang, cukup untuk diingat bahwa semua kehidupan keluar dari air dan terdiri dari lebih dari 50%, bahwa 71% dari permukaan bumi ditutupi dengan air dan es, dan sebagian besar wilayah utara tanah. adalah permafrost. Untuk memvisualisasikan jumlah total es di planet kita, kami mencatat bahwa jika mereka mencair, air di lautan akan naik lebih dari 50 m, yang akan menyebabkan banjir di daratan raksasa di seluruh dunia. Massa besar es telah ditemukan di alam semesta, termasuk tata surya. Tidak ada satu produksi yang kurang lebih signifikan, aktivitas rumah tangga seseorang, di mana air tidak akan digunakan. Dalam beberapa dekade terakhir, cadangan besar bahan bakar telah ditemukan dalam bentuk hidrat hidrokarbon alami seperti es padat.

Pada saat yang sama, setelah banyak keberhasilan dalam fisika dan fisikokimia air dalam beberapa tahun terakhir, hampir tidak dapat dikatakan bahwa sifat-sifat zat sederhana ini sepenuhnya dipahami dan dapat diprediksi. Artikel ini memberikan ikhtisar singkat tentang sifat fisik air dan es yang paling penting dan masalah yang belum terpecahkan yang terutama terkait dengan fisika keadaan suhu rendahnya.

Molekul kompleks ini

Fondasi pemahaman modern tentang kimia fisik air diletakkan sekitar 200 tahun yang lalu oleh Henry Cavendish dan Antoine Lavoisier, yang menemukan bahwa air bukanlah unsur kimia sederhana, seperti yang diyakini para alkemis abad pertengahan, tetapi kombinasi oksigen dan hidrogen dalam rasio tertentu. Sebenarnya, hidrogen (hidrogen) - melahirkan air - menerima namanya hanya setelah penemuan ini, dan air memperoleh sebutan kimia modern, yang sekarang dikenal oleh setiap anak sekolah, - H 2 O.

Jadi, molekul H 2 O dibangun dari dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Sebagaimana ditetapkan oleh studi tentang spektrum optik air, dalam keadaan hipotetis sama sekali tidak ada gerakan (tanpa getaran dan rotasi), ion hidrogen dan oksigen harus menempati posisi pada titik sudut segitiga sama kaki dengan sudut pada titik yang ditempati oleh oksigen. 104,5° (Gbr. 1, a). Dalam keadaan tidak tereksitasi, jarak antara ion H + dan O 2− adalah 0,96 . Karena struktur ini, molekul air adalah dipol, karena kerapatan elektron di wilayah ion O 2− jauh lebih tinggi daripada di wilayah ion H +, dan model paling sederhana, model bola, kurang cocok. untuk menggambarkan sifat-sifat air. Seseorang dapat membayangkan sebuah molekul air dalam bentuk bola dengan dua pembengkakan kecil di daerah tempat proton berada (Gbr. 1b). Namun, ini tidak membantu untuk memahami fitur lain dari air - kemampuan untuk membentuk ikatan hidrogen terarah antara molekul, yang memainkan peran besar dalam pembentukannya yang longgar, tetapi pada saat yang sama struktur spasial yang sangat stabil, yang menentukan sebagian besar sifat fisik baik dalam keadaan cair maupun padat.

Beras. satu. Skema geometris (a), model datar (b) dan struktur elektronik spasial (c) monomer H 2 O. Dua dari empat elektron kulit terluar atom oksigen berpartisipasi dalam pembentukan ikatan kovalen dengan atom hidrogen, dan dua lainnya membentuk orbit elektron yang sangat memanjang, bidang yang tegak lurus terhadap bidang H–O–H

Ingatlah bahwa ikatan hidrogen adalah ikatan antara atom dalam satu molekul atau molekul tetangga, yang dilakukan melalui atom hidrogen. Ini menempati posisi perantara antara ikatan kovalen dan non-valen dan terbentuk ketika atom hidrogen terletak di antara dua atom elektronegatif (O, N, F, dll.). Sebuah elektron dalam atom H relatif lemah terikat pada proton, sehingga kerapatan elektron maksimum bergeser ke atom yang lebih elektronegatif, dan proton terpapar dan mulai berinteraksi dengan atom elektronegatif lain. Dalam hal ini, pendekatan atom , N⋅⋅⋅О, dll terjadi. ke jarak yang dekat dengan apa yang akan terbentuk di antara mereka tanpa adanya atom H. Ikatan hidrogen tidak hanya menentukan struktur air, tetapi juga memainkan peran yang sangat penting dalam kehidupan biomolekul: protein, karbohidrat, asam nukleat, dll.

Jelas, untuk menjelaskan sifat air, perlu memperhitungkan struktur elektronik molekulnya. Seperti yang Anda ketahui, kulit atas atom oksigen memiliki empat elektron, sedangkan hidrogen hanya memiliki satu elektron. Setiap ikatan kovalen O-H dibentuk oleh satu elektron dari atom oksigen dan hidrogen. Dua elektron yang tersisa dalam oksigen disebut pasangan menyendiri, karena dalam molekul air yang terisolasi mereka tetap bebas, tidak berpartisipasi dalam pembentukan ikatan di dalam molekul H 2 O. Tetapi ketika mendekati molekul lain, elektron bebas inilah yang memainkan peran berperan menentukan dalam pembentukan struktur molekul air.

Elektron tunggal ditolak dari ikatan O-H, sehingga orbitnya sangat memanjang ke arah yang berlawanan dengan atom hidrogen, dan bidang orbitnya berotasi relatif terhadap bidang yang dibentuk oleh ikatan O-H-O. Dengan demikian, akan lebih tepat untuk menggambarkan molekul air dalam ruang koordinat tiga dimensi xyz dalam bentuk tetrahedron, di tengahnya ada atom oksigen, dan di dua simpul masing-masing ada atom hidrogen (Gbr. 1, c). Struktur elektronik molekul H2O menentukan kondisi untuk asosiasi mereka ke dalam jaringan tiga dimensi yang kompleks dari ikatan hidrogen baik dalam air maupun dalam es. Masing-masing proton dapat membentuk ikatan dengan elektron tunggal dari molekul lain. Dalam hal ini, molekul pertama bertindak sebagai akseptor, dan yang kedua bertindak sebagai donor, membentuk ikatan hidrogen. Karena setiap molekul H 2 O memiliki dua proton dan dua elektron bebas, ia dapat secara bersamaan membentuk empat ikatan hidrogen dengan molekul lain. Dengan demikian, air adalah cairan terkait yang kompleks dengan sifat ikatan yang dinamis, dan deskripsi sifat-sifatnya pada tingkat molekuler hanya mungkin dengan bantuan model mekanika kuantum dengan berbagai tingkat kerumitan dan ketelitian.

Es dan Sifatnya

Dari sudut pandang rata-rata orang, es kurang lebih sama di mana pun ia terbentuk: di atmosfer sebagai batu es, di tepi atap sebagai es, atau di badan air sebagai lempeng. Dari sudut pandang fisika, ada banyak jenis es yang berbeda dalam struktur molekul dan mesoskopiknya. Dalam es yang berada pada tekanan normal, setiap molekul H 2 O dikelilingi oleh empat molekul lainnya, yaitu, bilangan koordinasi strukturnya adalah empat (disebut es I h). Kisi kristal yang sesuai - heksagonal - tidak padat, oleh karena itu kerapatan es biasa (∼0,9 g / cm 3) lebih rendah daripada kerapatan air (∼1 g / cm 3), untuk strukturnya, sebagai Studi difraksi sinar-x menunjukkan, bilangan koordinasi rata-rata adalah 4,4 (terhadap 4 untuk es Ih). Posisi tetap dalam struktur es hanya ditempati oleh atom oksigen. Dua atom hidrogen dapat menempati posisi yang berbeda pada empat ikatan molekul H2O dengan tetangga lainnya. Karena heksagonalitas kisi, kristal yang tumbuh dalam keadaan bebas (misalnya, kepingan salju) memiliki bentuk heksagonal.

Namun, fase heksagonal bukanlah satu-satunya bentuk keberadaan es. Jumlah pasti fase kristal lainnya - bentuk polimorfik es - masih belum diketahui. Mereka terbentuk pada tekanan tinggi dan suhu rendah (Gbr. 2). Beberapa peneliti menganggap keberadaan 12 fase seperti itu telah ditetapkan secara tepat, sementara yang lain menghitungnya hingga 14. Tentu saja, ini bukan satu-satunya zat yang memiliki polimorfisme (ingat, misalnya, grafit dan berlian, yang terdiri dari atom karbon yang identik secara kimia. ), tetapi jumlah fase es yang berbeda, yang terus terbuka hingga hari ini, sungguh menakjubkan. Semua hal di atas mengacu pada susunan teratur ion oksigen dalam kisi kristal es. Adapun proton - ion hidrogen - seperti yang ditunjukkan oleh difraksi neutron, ada gangguan yang kuat dalam pengaturannya. Jadi, es kristal adalah media yang tertata dengan baik (berkenaan dengan oksigen) dan secara bersamaan tidak teratur (sehubungan dengan hidrogen).

Beras. 2. Diagram fase es kristal.
Angka Romawi menunjukkan area keberadaan
fase stabil. Ice IV adalah fase metastabil
untuk, terletak pada diagram di dalam wilayah V

Seringkali tampaknya es itu mudah dibentuk dan cair. Jadi, jika suhu mendekati titik leleh (yaitu, t \u003d 0 ° C pada tekanan atmosfer), dan beban bekerja untuk waktu yang lama. Dan bahan yang paling kaku (misalnya, logam) pada suhu yang mendekati titik leleh berperilaku dengan cara yang sama. Deformasi plastis es, seperti halnya banyak benda kristal lainnya, terjadi sebagai akibat dari nukleasi dan pergerakan melalui kristal dari berbagai ketidaksempurnaan struktural: kekosongan, atom interstisial, batas butir, dan, yang paling penting, dislokasi. Seperti yang ditetapkan kembali pada tahun 1930-an, kehadiran yang terakhir inilah yang menentukan penurunan tajam dalam ketahanan padatan kristal terhadap deformasi plastis (dengan faktor 102-104 sehubungan dengan ketahanan kisi ideal). Sampai saat ini, semua jenis karakteristik dislokasi struktur heksagonal telah ditemukan di es Ih, dan karakteristik mikromekanis dan listriknya telah dipelajari.

Pengaruh laju regangan pada sifat mekanik es kristal tunggal diilustrasikan dengan baik pada Gambar. 3, diambil dari buku karya N. Maeno. Dapat dilihat bahwa dengan peningkatan laju regangan, tegangan mekanis yang diperlukan untuk aliran plastis meningkat dengan cepat, dan gigi hasil raksasa muncul pada ketergantungan regangan relatif E pada .

Beras. 3.(pada ). Kurva tegangan adalah regangan relatif untuk kristal es tunggal Ih pada t = 15°С (slip sepanjang bidang dasar yang berorientasi pada sudut 45° terhadap sumbu kompresi). Angka-angka pada kurva menunjukkan laju regangan relatif ( l– perubahan panjang sampel aku selama ∆τ ) dalam satuan 10 7 s 1

Beras. 4. Skema pembentukan cacat pada subsistem proton es: (a) sepasang cacat ionik H 3 O + dan OH ; b – sepasang cacat orientasi Bjerrum D dan L

Yang tidak kalah luar biasa adalah sifat listrik es. Nilai konduktivitas dan peningkatannya yang cepat secara eksponensial dengan meningkatnya suhu secara tajam membedakan es dari konduktor logam dan membuatnya setara dengan semikonduktor. Biasanya es sangat murni secara kimiawi, bahkan jika itu tumbuh dari air atau larutan yang kotor (bayangkan potongan es yang bersih dan transparan di genangan air yang kotor). Hal ini disebabkan oleh rendahnya kelarutan pengotor dalam struktur es. Akibatnya, selama pembekuan, kotoran didorong ke samping di bagian depan kristalisasi ke dalam cairan dan tidak masuk ke struktur es. Itulah sebabnya salju yang baru turun selalu berwarna putih, dan airnya sangat murni.

Alam telah dengan bijaksana menyediakan instalasi pengolahan air raksasa pada skala seluruh atmosfer Bumi. Oleh karena itu, seseorang tidak dapat mengandalkan konduktivitas pengotor yang tinggi (seperti, misalnya, dalam silikon yang didoping) dalam es. Tetapi tidak ada elektron bebas di dalamnya, seperti pada logam. Baru pada 1950-an ditetapkan bahwa pembawa muatan dalam es adalah proton yang tidak teratur, yaitu, es adalah semikonduktor proton.

Lompatan proton yang disebutkan di atas menciptakan dua jenis cacat pada struktur es: ionik dan orientasional (Gbr. 4). Dalam kasus pertama, proton melompat sepanjang ikatan hidrogen dari satu molekul H 2 O ke yang lain (Gbr. 4, a), menghasilkan pembentukan pasangan cacat ionik H 3 O + dan OH , dan yang kedua , ke ikatan hidrogen yang berdekatan dalam satu molekul H 2 O (Gbr. 4b), menghasilkan sepasang cacat orientasi Bjerrum, yang disebut cacat L dan D (dari bahasa Jerman leer - kosong dan doppelt - ganda). Secara formal, lompatan seperti itu dapat dianggap sebagai rotasi molekul H2O sebesar 120°.

Aliran arus searah karena pergerakan hanya cacat ionik atau hanya orientasi tidak mungkin. Jika, misalnya, ion H 3 O + telah melewati bagian mana pun dari kisi, maka ion serupa berikutnya tidak akan dapat melewati jalur yang sama. Namun, jika cacat D dilewatkan di sepanjang jalur ini, maka susunan proton akan kembali ke susunan semula dan, akibatnya, ion H 3 O + berikutnya juga akan dapat lewat. Cacat OH dan L berperilaku serupa.Oleh karena itu, konduktivitas listrik es murni kimia dibatasi oleh cacat tersebut, yang lebih sedikit, yaitu cacat ionik. Polarisasi dielektrik, di sisi lain, disebabkan oleh lebih banyak cacat orientasi Bjerrum. Faktanya, ketika medan listrik eksternal diterapkan, kedua proses berjalan secara paralel, yang memungkinkan es mengalirkan arus searah dan pada saat yang sama mengalami polarisasi dielektrik yang kuat, yaitu, untuk menunjukkan sifat semikonduktor dan sifat dari sebuah isolator. Dalam beberapa tahun terakhir, upaya telah dilakukan untuk mendeteksi sifat feroelektrik dan piezoelektrik es murni pada suhu rendah baik dalam jumlah besar maupun pada antarmuka. Tidak ada kepercayaan penuh dalam keberadaan mereka, meskipun beberapa efek pseudo-piezoelektrik yang terkait dengan keberadaan dislokasi dan cacat struktural lainnya telah ditemukan.

Fisika permukaan dan kristalisasi es

Sehubungan dengan perkembangan teknologi semikonduktor, mikrominiaturisasi dasar elemen, dan transisi ke teknologi planar, minat pada fisika permukaan telah meningkat pesat dalam dekade terakhir. Banyak teknik halus telah dikembangkan untuk mempelajari keadaan dekat permukaan dalam padatan, yang telah terbukti berguna dalam studi logam, semikonduktor, dan dielektrik. Namun, struktur dan sifat permukaan es yang berdampingan dengan uap atau cairan sebagian besar masih belum jelas. Salah satu hipotesis paling menarik yang dikemukakan oleh M. Faraday adalah adanya lapisan quasi-liquid di permukaan es dengan ketebalan puluhan atau ratusan angstrom bahkan pada suhu jauh di bawah titik leleh. Alasan untuk ini bukan hanya konstruksi spekulatif dan teori struktur lapisan dekat permukaan molekul H2O yang sangat terpolarisasi, tetapi juga penentuan halus (menggunakan metode resonansi magnetik nuklir) dari keadaan fase permukaan es, seperti serta konduktivitas permukaannya dan ketergantungannya pada suhu. Namun, dalam banyak kasus yang sangat penting secara praktis, sifat-sifat permukaan salju dan es kemungkinan besar ditentukan oleh keberadaan lapisan air makroskopik daripada lapisan kuasi-cair.

Mencairnya lapisan es di dekat permukaan di bawah pengaruh sinar matahari, atmosfer yang lebih hangat, atau benda padat yang meluncur di atasnya (sepatu roda, ski, pelari kereta luncur) sangat penting untuk mewujudkan koefisien gesekan yang rendah. Gesekan geser yang rendah bukanlah hasil dari penurunan titik leleh di bawah aksi peningkatan tekanan, seperti yang sering dipikirkan, tetapi konsekuensi dari pelepasan panas gesekan. Perhitungan menunjukkan bahwa efek tekanan, bahkan dalam kasus meluncur dengan tajam di atas es, di mana tekanan sekitar 1 MPa berkembang, menyebabkan penurunan suhu leleh hanya 0,1°C, yang tidak dapat secara signifikan mempengaruhi nilai gesekan.

Tradisi yang mapan dalam menggambarkan sifat-sifat air dan es adalah penetapan dan pembahasan banyak sifat anomali yang membedakan zat ini dari homolognya (H 2 S, H 2 Se, H 2 Te). Mungkin yang paling penting adalah panas spesifik (di antara zat-zat sederhana) yang sangat tinggi (kristalisasi) dan kapasitas panas, yaitu sulit untuk mencairkan es, dan sulit untuk membekukan air. Akibatnya, iklim di planet kita umumnya cukup ringan, tetapi dengan tidak adanya air (misalnya, di gurun Afrika yang panas), kontras antara suhu siang dan malam jauh lebih tinggi daripada di pantai laut pada saat yang sama. Garis Lintang. Penting untuk biosfer adalah kemampuan untuk meningkatkan volume selama kristalisasi, dan tidak berkurang, seperti halnya sebagian besar zat yang diketahui. Akibatnya, es mengapung di air, bukannya tenggelam, dan sangat memperlambat pembekuan badan air dalam cuaca dingin, melindungi semua makhluk hidup yang bersembunyi di dalamnya selama musim dingin. Ini juga difasilitasi oleh perubahan nonmonotonik dalam kerapatan air saat suhu turun menjadi 0 °C - salah satu sifat anomali air yang paling terkenal, ditemukan lebih dari 300 tahun yang lalu. Kepadatan maksimum dicapai pada t = 4°C, dan ini mencegah lapisan bawah permukaan air yang telah mendingin hingga suhu di bawah 4°C agar tidak tenggelam ke dasar. Pencampuran konvektif cairan diblokir, yang sangat memperlambat pendinginan lebih lanjut. Anomali air lainnya telah diketahui cukup lama: viskositas geser pada 20 ° C, panas spesifik pada 40 ° C, kompresibilitas isotermal pada 46 ° C, kecepatan rambat suara pada 60 ° C. Viskositas air berkurang dengan meningkatnya tekanan, dan tidak meningkat, seperti cairan lainnya. Jelas bahwa sifat anomali air disebabkan oleh fitur struktural molekulnya dan kekhususan interaksi antarmolekul. Kejelasan lengkap mengenai yang terakhir belum tercapai. Sifat-sifat yang dijelaskan di atas mengacu pada air, es dan antarmuka di antara mereka, yang ada dalam kondisi kesetimbangan termodinamika. Masalah dengan tingkat kerumitan yang sama sekali berbeda muncul ketika mencoba menggambarkan dinamika transisi fase air-es, terutama di bawah kondisi yang jauh dari kesetimbangan termodinamika.

Penyebab termodinamika dari setiap transisi fase adalah perbedaan antara potensial kimia partikel di satu sisi dan sisi lain dari antarmuka = ​​1 2 . Potensial kimia adalah fungsi keadaan yang menentukan perubahan potensial termodinamika dengan perubahan jumlah N partikel dalam sistem, yaitu, = G/N, di mana G = H TS adalah potensial termodinamika Gibbs, H adalah entalpi, S adalah entropi, T adalah suhu. Perbedaan potensial termodinamika adalah gaya penggerak dari proses makroskopik (seperti perbedaan potensial listrik di ujung konduktor adalah penyebab arus listrik). Untuk 1 = 2, kedua fase dapat hidup berdampingan dalam kesetimbangan untuk waktu yang lama. Pada tekanan normal, potensial kimia air sama dengan potensial kimia es pada t = 0°C. di 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.).

Inti juga dapat terbentuk secara homogen, yaitu dari medium itu sendiri, yang berada dalam keadaan metastabil, tetapi kondisi tertentu harus dipenuhi untuk ini. Mari kita mulai mempertimbangkan situasi dengan mempertimbangkan fakta bahwa setiap antarmuka antara kristal dan lelehan (atau uap, larutan) menghasilkan energi tambahan Sα, di mana S adalah luas batas, adalah energi permukaan. Selain itu, molekul N yang membentuk kristal benih memiliki energi yang lebih rendah daripada dalam cairan sebesar N. Akibatnya, perubahan energi total dalam sistem setelah munculnya inti U = N∆µ + Sα ternyata bergantung secara nonmonotonik pada N. Memang, untuk inti bulat

di mana A = (36πV 2) 1/3 V adalah volume per molekul dalam kristal. Dari atas dapat disimpulkan bahwa U mencapai maksimumnya Uc = - N c + AN c 2/3 ketika N c = (2Aα/3∆µ) 3 molekul berada di dalam nukleus.

Jadi, ketika molekul secara berurutan melekat pada nukleus, sistem harus terlebih dahulu naik ke puncak bukit potensial dengan ketinggian U s, tergantung pada pendinginan berlebih, setelah itu pertumbuhan lebih lanjut dari N dalam kristal akan dilanjutkan dengan penurunan energi , yaitu lebih mudah. Tampaknya semakin rendah suhu cairan, yaitu semakin kuat pendinginan, semakin cepat kristalisasi harus dilanjutkan. Jadi benar-benar dengan hipotermia tidak terlalu banyak. Namun, saat t menurun, viskositas cairan juga meningkat secara eksponensial, menghambat pergerakan molekul. Akibatnya, pada supercooling derajat tinggi, proses kristalisasi dapat tertunda selama bertahun-tahun (seperti halnya gelas dari berbagai asal).

Perkiraan numerik menunjukkan bahwa untuk air, di bawah derajat pendinginan normal dalam kondisi alami (∆t = 1–10°С), nukleus harus terdiri dari beberapa puluh molekul, yang jauh lebih besar daripada bilangan koordinasi dalam fase cair (∼ 4.4). Dengan demikian, sistem membutuhkan sejumlah besar upaya fluktuasi untuk mendaki ke puncak bukit energi. Dalam air yang tidak dimurnikan dengan sangat hati-hati, pendinginan berlebih yang kuat dicegah dengan adanya pusat kristalisasi yang sudah ada, yang dapat berupa partikel pengotor, partikel debu, ketidakteraturan di dinding bejana, dll. Selanjutnya, kinetika pertumbuhan kristal tergantung pada kondisi perpindahan panas di dekat antarmuka, serta pada morfologi yang terakhir pada tingkat molekul atom.

Air yang sangat dingin memiliki dua karakteristik suhu t h = 36°C dan t g = 140°C. Air yang dimurnikan dan dihilangkan gasnya dengan baik dalam kisaran suhu 0°C > t > t h dapat tetap berada dalam keadaan cairan yang sangat dingin untuk waktu yang lama. di t g< 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%).

Ada beberapa sudut pandang tentang sifat poliamorfisme air. Jadi, menurut , perilaku air yang sangat dingin ini dapat dijelaskan jika kita mengasumsikan bahwa ada lebih dari satu profil potensial interaksi dua molekul H2O,

Beras. 5(pada ). Profil potensial hipotetis: a – dengan satu energi minimum (misalnya, potensial Lennard-Jones U(r) = A/r 6 B/r 12) dan b – dengan dua energi minimum, yang sesuai dengan dua konfigurasi stabil a gugusan dua molekul air yang berinteraksi (1 dan 2) dengan jarak yang berbeda antara pusat kondisi molekul r H dan r L ; yang pertama sesuai dengan fase dengan kepadatan lebih tinggi, yang kedua - dengan yang lebih rendah.

dan dua (Gbr. 5). Kemudian fase amorf dengan kepadatan tinggi akan sesuai dengan jarak rata-rata rH, dan fase dengan kepadatan rendah - rL. Pemodelan komputer menegaskan sudut pandang ini, tetapi masih belum ada bukti eksperimental yang dapat diandalkan untuk hipotesis ini, sama seperti tidak ada teori yang ketat yang mengkonfirmasi validitas penggunaan potensi sumur ganda untuk menggambarkan sifat tidak biasa dari air superdingin.

Perilaku air superdingin sangat menarik karena berbagai alasan. Secara khusus, ini menentukan kondisi iklim, kemungkinan dan mode navigasi di garis lintang tinggi, yang relevan untuk negara kita. Dalam proses kristalisasi dinamis pada antarmuka, banyak fenomena yang menarik dan masih sedikit dipelajari, misalnya, redistribusi pengotor, pemisahan dan relaksasi muatan listrik berikutnya, disertai dengan radiasi elektromagnetik pada pita frekuensi yang lebar, dll. Akhirnya, kristalisasi dalam cairan yang sangat dingin sangat baik, mudah direproduksi berkali-kali, situasi model perilaku sistem yang jauh dari kesetimbangan termodinamika dan mampu, sebagai akibat dari perkembangan ketidakstabilan, pembentukan dendrit dari berbagai orde dan dimensi (perwakilan tipikal adalah kepingan salju dan pola es di jendela), nyaman untuk membuat dan memodelkan perilaku fraktal.

Proses pencairan es pada pandangan pertama tampak lebih mudah untuk dianalisis daripada proses kristalisasi. Namun, mereka juga meninggalkan banyak pertanyaan. Jadi, misalnya, diyakini secara luas bahwa air yang meleleh untuk beberapa waktu memiliki sifat yang berbeda dari air biasa, setidaknya dalam kaitannya dengan objek biologis: tumbuhan, hewan, manusia. Mungkin, fitur-fitur ini dapat disebabkan oleh kemurnian kimia yang tinggi (karena koefisien penangkapan pengotor yang dicatat rendah selama kristalisasi es), perbedaan kandungan gas dan ion terlarut, dan juga menghafal struktur es dalam kelompok multimolekul dari fase cair. Namun, penulis tidak memiliki informasi yang dapat dipercaya tentang ini, yang diperoleh dengan metode fisik modern.

Tidak kalah sulitnya adalah analisis mekanisme pengaruh medan fisik eksternal, khususnya medan magnet, pada proses dan sifat transisi air, es, dan fase. Semua kehidupan kita berlangsung di bawah aksi konstan medan magnet bumi dan fluktuasinya yang lemah. Selama berabad-abad, magnetobiologi dan metode pengobatan magnetik dalam kedokteran telah dikembangkan. Akhirnya, instalasi untuk magnetisasi air yang digunakan untuk irigasi di pertanian (untuk meningkatkan produktivitas), ketel uap listrik (untuk mengurangi laju pembentukan kerak di dalamnya), dll. diproduksi secara massal dan digunakan secara luas. Namun, masih belum ada deskripsi fisik yang memuaskan tentang mekanisme aksi medan magnet dalam kasus ini dan kasus serupa lainnya.

Kesimpulan

Air, es, dan transformasi fase timbal baliknya masih penuh dengan banyak misteri. Memecahkannya bukan hanya masalah fisik yang sangat menarik, tetapi juga sangat penting bagi kehidupan di Bumi, karena terkait langsung dengan kesehatan dan kesejahteraan manusia. Mungkin mereka memberikan salah satu contoh paling mencolok tentang peran struktur elektronik dan molekul dalam pembentukan sifat fisik dengan komposisi kimia materi yang paling sederhana dan terkenal.

Literatur:

1. Bogorodsky V.V., Gavrilo V.P. Es. L.: Gidrometeoizdat, 1980. 384 hal.

2. Maeno N. Ilmu es. M.: Mir, 1988. 231 hal.

3. Hobbs P.V. fisika es. Oxford: Univ. Pers, 1974. 864 hal.

4. Zatsepina G.N. Sifat fisik dan struktur air. M.: Rumah Penerbitan Universitas Negeri Moskow, 1998. 184 hal.

5. Mishima O., Stanley E. Hubungan antara Air Cair, Superdingin dan Kaca // Alam. 1998 Jil. 396. Hal. 329–335.

6. Zolotukhin I.V. Fraktal dalam fisika keadaan padat // Jurnal Pendidikan Soros. 1998. No. 7. S. 108-113. Peninjau artikel B.A. Strukov

Yuri Ivanovich Golovin, Doktor Ilmu Fisika dan Matematika, Profesor, Kepala. Departemen Fisika Teoritis dan Eksperimental, Universitas Negeri Tambov. G.R. Derzhavin, Ilmuwan Terhormat Federasi Rusia. Bidang minat ilmiah adalah struktur elektronik dari cacat padatan dan sifat makroskopik yang disebabkan olehnya. Penulis dan rekan penulis lebih dari 200 makalah ilmiah, termasuk monografi dan 40 penemuan.

Hari ini kita akan berbicara tentang sifat-sifat salju dan es. Perlu diklarifikasi bahwa es terbentuk tidak hanya dari air. Selain air es, ada amonia dan metana. Belum lama ini, para ilmuwan menemukan es kering. Sifatnya unik, kami akan mempertimbangkannya nanti. Ini terbentuk ketika karbon dioksida dibekukan. Es kering mendapat namanya karena tidak meninggalkan genangan air saat mencair. Karbon dioksida dalam komposisinya segera menguap ke udara dari keadaan beku.

definisi es

Pertama-tama, mari kita lihat lebih dekat es, yang diperoleh dari air. Di dalamnya ada kisi kristal yang benar. Es adalah mineral alami yang umum diproduksi ketika air membeku. Satu molekul cairan ini mengikat empat molekul terdekat. Para ilmuwan telah memperhatikan bahwa struktur internal seperti itu melekat pada berbagai batu mulia dan bahkan mineral. Misalnya, berlian, turmalin, kuarsa, korundum, beril, dan lainnya memiliki struktur seperti itu. Molekul ditahan pada jarak tertentu oleh kisi kristal. Sifat-sifat air dan es ini menunjukkan bahwa kerapatan es semacam itu akan lebih kecil daripada kerapatan air yang membentuknya. Oleh karena itu, es mengapung di permukaan air dan tidak tenggelam di dalamnya.

Jutaan kilometer persegi es

Tahukah Anda berapa banyak es di planet kita? Menurut penelitian terbaru oleh para ilmuwan, ada sekitar 30 juta kilometer persegi air beku di planet Bumi. Seperti yang mungkin sudah Anda duga, sebagian besar mineral alami ini terletak di tutup kutub. Di beberapa tempat, ketebalan lapisan es mencapai 4 km.

Bagaimana cara mendapatkan es?

Membuat es sangat mudah. Proses ini tidak akan sulit, karena tidak memerlukan keterampilan khusus. Ini membutuhkan suhu air yang rendah. Ini adalah satu-satunya kondisi konstan untuk proses pembentukan es. Air akan membeku ketika termometer Anda membaca di bawah 0 derajat Celcius. Proses kristalisasi dimulai dalam air karena suhu rendah. Molekulnya dibangun ke dalam struktur teratur yang menarik. Proses ini disebut pembentukan kisi kristal. Itu sama di lautan, dan di genangan air, dan bahkan di dalam freezer.

Penelitian yang membekukan

Melakukan studi tentang pembekuan air, para ilmuwan sampai pada kesimpulan bahwa kisi kristal dibangun di lapisan atas air. Tongkat es mikroskopis mulai terbentuk di permukaan. Beberapa saat kemudian, mereka membeku bersama. Karena ini, lapisan tipis terbentuk di permukaan air. Perairan yang besar membutuhkan waktu lebih lama untuk membeku daripada air yang tenang. Ini disebabkan oleh fakta bahwa angin bergoyang dan mengguncang permukaan danau, kolam, atau sungai.

es panekuk

Para ilmuwan melakukan pengamatan lain. Jika gelombang berlanjut pada suhu rendah, maka film tertipis berkumpul menjadi pancake dengan diameter sekitar 30 cm, kemudian membeku menjadi satu lapisan, yang ketebalannya tidak kurang dari 10 cm, lapisan es baru membeku di atas es. pancake dari atas dan bawah. Ini membentuk lapisan es yang tebal dan tahan lama. Kekuatannya tergantung pada spesiesnya: es yang paling transparan akan beberapa kali lebih kuat dari es putih. Para pemerhati lingkungan telah memperhatikan bahwa es setinggi 5 sentimeter dapat menahan berat orang dewasa. Lapisan 10 cm mampu menahan mobil penumpang, tetapi harus diingat bahwa sangat berbahaya untuk keluar di atas es di musim gugur dan musim semi.

Sifat-sifat salju dan es

Fisikawan dan kimiawan telah lama mempelajari sifat-sifat es dan air. Sifat es yang paling terkenal dan juga penting bagi manusia adalah kemampuannya untuk meleleh dengan mudah bahkan pada suhu nol. Tetapi sifat fisik es lainnya juga penting bagi sains:

• es transparan, sehingga mentransmisikan sinar matahari dengan baik;
• tidak berwarna - es tidak memiliki warna, tetapi dapat dengan mudah diwarnai dengan aditif warna;
• kekerasan - massa es mempertahankan bentuknya dengan sempurna tanpa kulit luar;
• fluiditas adalah sifat khusus es, yang melekat pada mineral hanya dalam beberapa kasus;
• kerapuhan - sepotong es dapat dengan mudah dipecah tanpa banyak usaha;
• belahan - es mudah terbelah di tempat-tempat di mana ia telah tumbuh bersama di sepanjang garis kristalografi.

Es: Sifat Perpindahan dan Kemurnian

Menurut komposisinya, es memiliki tingkat kemurnian yang tinggi, karena kisi kristal tidak meninggalkan ruang kosong untuk berbagai molekul asing. Ketika air membeku, ia menggantikan berbagai kotoran yang pernah larut di dalamnya. Dengan cara yang sama, Anda bisa mendapatkan air murni di rumah.

Tetapi beberapa zat dapat memperlambat proses pembekuan air. Misalnya garam dalam air laut. Es laut hanya terbentuk pada suhu yang sangat rendah. Anehnya, proses pembekuan air setiap tahun mampu menjaga pemurnian diri dari berbagai kotoran selama jutaan tahun berturut-turut.

Rahasia es kering

Keunikan es ini adalah kandungan karbon dalam komposisinya. Es seperti itu hanya terbentuk pada suhu -78 derajat, tetapi sudah mencair pada -50 derajat. Es kering, yang sifatnya memungkinkan untuk melewati tahap cairan, segera membentuk uap saat dipanaskan. Es kering, seperti rekannya - air, tidak berbau.

Apakah Anda tahu di mana es kering digunakan? Karena sifatnya, mineral ini digunakan dalam transportasi makanan dan obat-obatan jarak jauh. Dan butiran es ini mampu memadamkan api bensin. Juga, ketika es kering mencair, ia membentuk kabut tebal, sehingga digunakan pada set film untuk menciptakan efek khusus. Selain semua hal di atas, es kering dapat dibawa bersama Anda saat mendaki dan di hutan. Lagi pula, ketika meleleh, itu mengusir nyamuk, berbagai hama dan hewan pengerat.

Adapun sifat-sifat salju, kita dapat mengamati keindahan yang menakjubkan ini setiap musim dingin. Bagaimanapun, setiap kepingan salju memiliki bentuk segi enam - ini tidak berubah. Namun selain bentuknya yang heksagonal, kepingan salju bisa terlihat berbeda. Pembentukan masing-masing dipengaruhi oleh kelembaban udara, tekanan atmosfer dan faktor alam lainnya.

Sifat air, salju, es luar biasa. Penting untuk mengetahui beberapa sifat air lagi. Misalnya, ia dapat mengambil bentuk wadah tempat ia dituangkan. Ketika air membeku, ia mengembang dan juga memiliki memori. Ia mampu mengingat energi di sekitarnya, dan ketika membeku, ia "mengatur ulang" informasi yang telah diserapnya ke dalam dirinya sendiri.

Kami memeriksa mineral alami - es: sifat dan kualitasnya. Teruslah belajar sains, ini sangat penting dan bermanfaat!

Es- ini adalah keadaan air padat yang terkenal, bagi kebanyakan dari kita, yang dapat kita temui dalam kondisi alami. Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering menggunakan sifat-sifat uniknya.

Ini terbentuk ketika suhu air turun di bawah 0 derajat Celcius. Suhu ini disebut suhu kristalisasi air. es, seperti salju, terdiri dari kristal es, yang bentuknya dapat Anda temukan di artikel kami.

Mari kita berikan beberapa definisi yang tepat.

Kamus Ensiklopedis Besar

Es adalah air padat. Ada 11 modifikasi kristal es dan es amorf. Hanya satu bentuk es yang ditemukan di alam - dengan massa jenis 0,92 g / cm³, kapasitas panas 2,09 kJ / (kg.K) pada 0 ° C, panas peleburan 324 kJ / kg, yang terjadi di bentuk es yang tepat (benua, mengambang, bawah tanah), salju dan es. Di Bumi, kira-kira. 30 juta km³ es. Digunakan untuk penyimpanan dan pendinginan makanan. produk, memperoleh air tawar, dalam pengobatan.

Kamus Ensiklopedis Besar. 2000

kosakata kelautan

Es memiliki massa jenis yang lebih rendah daripada air cair, sehingga tidak tenggelam. Properti ini anomali, sebagai aturan, sebagian besar zat dalam keadaan padat memiliki kepadatan tinggi. Massa jenis es yang lebih rendah menunjukkan bahwa air bertambah volumenya ketika membeku. Fakta ini harus diperhitungkan dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, jika pipa air membeku, maka es yang terbentuk dalam proses ini dapat "mematahkan" pipa, yang pada prinsipnya sudah diketahui semua orang.

Kami mencantumkan sifat es yang paling signifikan (kami telah menjelaskan beberapa di antaranya di atas).

Sifat es

• Suhu pembentukan es - 0 °C;
• Volume es lebih besar dari volume air cair, yaitu, massa jenis es kurang dari massa jenis air cair, berat jenis es pada 0 ° = 0,917 dan, dengan demikian, berat jenis air pada 0 ° = 0,9999;
• Dengan penurunan suhu lebih lanjut, es berkontraksi, yang menjelaskan retakan di ruang es besar;
• Kapasitas panas es hampir 2 kali lebih rendah dari air;
• Titik beku air laut lebih tinggi dari air tawar dan sama dengan ~ 1,80С (dengan asumsi salinitas air berada pada tingkat tingkat rata-rata tertimbang di lautan dunia).

Es dan Varietasnya

• Es tanah - es yang terbentuk di dalam batas-batas kerak bumi;
• es sungai;
• Es terbentuk saat danau membeku;
• Es laut.

Aplikasi es

Es memiliki banyak kegunaan ekonomi. Ini digunakan untuk menurunkan suhu produk makanan, yang secara signifikan meningkatkan umur simpannya. Sangat jelas bahwa dalam konteks ini produksi es buatan, atau, jika boleh saya katakan demikian, dingin buatan, sangat penting. Juga, es banyak digunakan dalam pengobatan, untuk menyediakan dan melaksanakan sejumlah prosedur tertentu. Es batu banyak digunakan dalam prosedur kosmetik dan dalam memasak, terutama dalam persiapan minuman.

Es adalah bahan bangunan untuk objek penting bagi planet kita seperti gletser, yang merupakan indikator dan pengatur banyak proses yang terjadi di planet kita. Publikasi kami didedikasikan untuk gletser -

Pekerjaan 1

Kepingan salju sebagai fenomena fisika

Pekerjaan itu dilakukan oleh Daniil Kholodyakov

Tujuan: Pelajari lebih lanjut tentang kepingan salju dari perspektif MKT

Tugas: memahami sifat pembentukan kepingan salju

1. Pembentukan kepingan salju

2. bentuk kepingan salju

3. Simetri kristal

4. Kepingan salju yang identik

5. Warna dan cahaya

6. Bahan tambahan

1. Pernahkah Anda melihat kepingan salju dan bertanya-tanya bagaimana ia terbentuk dan mengapa ia berbeda dari jenis salju lain yang pernah Anda lihat sebelumnya?

Kepingan salju adalah bentuk khusus dari es air. Kepingan salju terbentuk di awan yang terdiri dari uap air. Ketika suhunya 32°F (0 °C) atau lebih dingin, air berubah dari cair menjadi es. Beberapa faktor mempengaruhi pembentukan kepingan salju. Suhu, arus udara, kelembaban - semua ini berpengaruh pada bentuk dan ukurannya. Kotoran dan debu dapat bercampur di dalam air dan mengubah berat dan daya tahan kristal. Partikel kotoran membuat kepingan salju lebih berat, dapat membuatnya mudah meleleh, dan dapat menyebabkan retakan dan pecahnya kristal. Pembentukan kepingan salju adalah proses yang dinamis. Kepingan salju dapat menghadapi banyak kondisi lingkungan yang berbeda, terkadang mencair, terkadang tumbuh - struktur kepingan salju terus berubah.

2. Apa bentuk kepingan salju yang paling umum?

Biasanya, kristal heksagonal terbentuk di awan tinggi; jarum atau kristal datar bersisi enam terbentuk di awan dengan ketinggian sedang; dan berbagai macam bentuk enam sisi terbentuk di awan rendah. Suhu yang lebih dingin membuat kepingan salju berujung lebih tajam di sisi kristal dan dapat menyebabkan panah bercabang. Kepingan salju yang muncul dalam kondisi yang lebih hangat tumbuh lebih lambat, menghasilkan bentuk yang lebih halus dan tidak terlalu rumit.

0; -3°C - Pelat heksagonal tipis

3; -6° C - Jarum

6; -10 ° C - Kolom berongga

sepuluh; -12°C - Pelat sektor (segi enam dengan ceruk)

12; -15°C - Dendrit (bentuk heksagonal renda)

3. Mengapa kepingan salju simetris?

Pertama, tidak semua kepingan salju sama di semua sisi. Suhu yang tidak merata, adanya kotoran, dan faktor lainnya dapat menyebabkan kepingan salju menjadi miring. Namun, memang benar bahwa banyak kepingan salju yang simetris dan strukturnya sangat kompleks. Ini karena bentuk kepingan salju mencerminkan tatanan internal molekul air. Molekul air dalam wujud padat, seperti salju dan es, membentuk ikatan lemah (disebut ikatan hidrogen) satu sama lain. Susunan yang teratur ini menghasilkan bentuk heksagonal kepingan salju yang simetris. Selama kristalisasi, molekul air mematuhi gaya tarik maksimum, dan gaya tolak berkurang hingga minimum. Akibatnya, molekul air berbaris di ruang tertentu dalam pengaturan tertentu, seperti untuk menempati ruang dan mempertahankan simetri.

4. Benarkah tidak ada dua kepingan salju yang identik?

Iya dan tidak. Tidak ada dua kepingan salju yang akan pernah identik, hingga jumlah pasti molekul air, spin elektron, isotop hidrogen dan oksigen, dan seterusnya. Di sisi lain, dua kepingan salju dapat terlihat sama, dan setiap kepingan salju mungkin memiliki prototipenya di beberapa titik dalam sejarah. Struktur kepingan salju terus berubah sesuai dengan kondisi lingkungan dan di bawah pengaruh banyak faktor, sehingga tampaknya tidak mungkin untuk melihat dua kepingan salju yang identik.

5. Jika air dan es transparan, mengapa salju terlihat putih?

Jawaban singkatnya adalah kepingan salju memiliki begitu banyak permukaan reflektif sehingga mereka menyebarkan cahaya dalam semua warnanya, itulah sebabnya salju tampak putih. Jawaban panjangnya berkaitan dengan bagaimana mata manusia merasakan warna. Meskipun sumber cahaya tidak bisa benar-benar "putih" (misalnya, sinar matahari, lampu neon dan lampu pijar semua memiliki warna tertentu), otak manusia mengkompensasi sumber cahaya. Jadi, meskipun sinar matahari berwarna kuning dan cahaya yang dihamburkan dari salju juga berwarna kuning, otak melihat salju seputih mungkin, karena seluruh gambar yang diterima otak memiliki warna kuning, yang otomatis dikurangi.

Temuan:

1. Kepingan salju adalah bentuk khusus dari es air.

2. Suhu, arus udara, kelembaban adalah faktor yang mempengaruhi bentuk dan ukuran kepingan salju.

3. Ini adalah urutan molekul air yang menentukan simetri kepingan salju.

im dalam kristal salju nyata.

Pekerjaan 2

Es dan air di alam.

Pekerjaan itu dilakukan oleh Guseva Alina

Tujuan: untuk mempelajari sesuatu yang baru.

Tugas:

Pertimbangkan nilai air di alam;

Memahami sifat dan jenis air;

Biasakan diri Anda dengan sifat dasar air es;

Perluas pengetahuan Anda tentang air secara umum.

Air (hidrogen oksida) adalah senyawa anorganik biner, rumus kimianya adalah H2O. Molekul air terdiri dari dua atom hidrogen dan satu oksigen, yang saling berhubungan oleh ikatan kovalen. Dalam kondisi normal, itu adalah cairan bening, tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa. Dalam keadaan padat disebut es, salju atau embun beku, dan dalam bentuk gas disebut uap air. Air juga bisa ada dalam bentuk kristal cair.

Sekitar 71% permukaan bumi ditutupi dengan air (samudera, laut, danau, sungai, es) - 361,13 juta km2. Di Bumi, sekitar 96,5% air berada di lautan, (1,7% cadangan dunia adalah air tanah, 1,7% lainnya di gletser dan lapisan es Antartika dan Greenland, sebagian kecil di sungai, danau, dan rawa, dan 0,001% di awan). Sebagian besar air bumi asin dan tidak cocok untuk pertanian dan minum. Bagian air tawar adalah sekitar 2,5%.

Air adalah pelarut yang sangat polar. Dalam kondisi alami, selalu mengandung zat terlarut (garam, gas). Air adalah kunci penting dalam penciptaan dan pemeliharaan kehidupan di Bumi, dalam struktur kimia organisme hidup, dalam pembentukan iklim dan cuaca. Ini adalah zat terpenting bagi semua makhluk hidup di planet Bumi.

Di atmosfer planet kita, air dalam bentuk tetesan kecil, di awan dan kabut, dan juga dalam bentuk uap. Selama kondensasi, ia dikeluarkan dari atmosfer dalam bentuk presipitasi (hujan, salju, hujan es, embun). Air adalah zat yang sangat umum di ruang angkasa, namun, karena tekanan intra-cair yang tinggi, air tidak dapat berada dalam keadaan cair dalam ruang hampa udara, itulah sebabnya ia hanya disajikan dalam bentuk uap atau es.

Jenis air.

Air di Bumi dapat eksis dalam tiga keadaan utama - cair, gas dan padat, dan memperoleh berbagai bentuk yang secara bersamaan dapat hidup berdampingan satu sama lain: uap air dan awan di langit, air laut dan gunung es, gletser dan sungai di permukaan bumi , akuifer di bumi. Air sering dibagi menjadi beberapa jenis menurut berbagai prinsip. Menurut kekhasan asal, komposisi atau aplikasi, mereka membedakan, antara lain: air lunak dan keras - menurut kandungan kation kalsium dan magnesium. Menurut isotop hidrogen dalam molekul: ringan (dalam komposisi, hampir sesuai dengan yang biasa), berat (deuterium), air superberat (tritium). Juga dibedakan: segar, hujan, laut, mineral, payau, minum, keran, suling, deionisasi, bebas pirogen, suci, terstruktur, meleleh, bawah tanah, limbah dan air permukaan.

properti fisik.

Air dalam kondisi normal mempertahankan keadaan cair agregasi, sedangkan senyawa hidrogen sejenis adalah gas (H2S, CH4, HF). Karena perbedaan besar dalam keelektronegatifan atom hidrogen dan oksigen, awan elektron sangat bergeser ke arah oksigen. Untuk alasan ini, molekul air memiliki momen dipol yang besar(D = 1,84, kedua setelah asam hidrosianat). Pada suhu transisi ke keadaan padat, molekul air dipesan, dalam proses ini, volume rongga antara molekul meningkat dan kerapatan total air berkurang, yang menjelaskan alasannya kerapatan air yang lebih rendah dalam fase es. Penguapan, di sisi lain, memutuskan semua ikatan. Memutuskan ikatan membutuhkan banyak energi, itulah sebabnya air yang paling kapasitas panas spesifik tinggi antara zat cair dan zat padat lainnya. Dibutuhkan energi 4,1868 kJ untuk memanaskan satu liter air sebesar satu derajat. Karena sifat ini, air sering digunakan sebagai pendingin. Selain kapasitas panas spesifiknya yang tinggi, air juga memiliki: nilai panas spesifik yang tinggi meleleh(pada 0 °C - 333,55 kJ/kg) dan penguapan(2250 kJ/kg).

Air juga memiliki tegangan permukaan tinggi di antara cairan, kedua setelah merkuri. Viskositas air yang relatif tinggi disebabkan oleh fakta bahwa ikatan hidrogen mencegah molekul air bergerak pada kecepatan yang berbeda. Air adalah pelarut yang baik untuk zat polar. Setiap molekul zat terlarut dikelilingi oleh molekul air, dan bagian bermuatan positif dari molekul zat terlarut menarik atom oksigen, dan bagian bermuatan negatif menarik atom hidrogen. Karena molekul air berukuran kecil, banyak molekul air dapat mengelilingi setiap molekul zat terlarut potensial listrik negatif permukaan.

Air murni - isolator yang baik. Karena air itu baik pelarut, garam tertentu hampir selalu larut di dalamnya, yaitu, ion positif dan negatif hadir dalam air. Akibatnya, air menghantarkan listrik. Konduktivitas listrik air dapat digunakan untuk menentukan kemurniannya.

Air memiliki indeks bias n=1,33 dalam jangkauan optik. Namun, ia sangat menyerap radiasi inframerah, dan oleh karena itu uap air adalah gas rumah kaca alami utama yang bertanggung jawab atas lebih dari 60% efek rumah kaca.

Es - air dalam keadaan agregasi padat. Es kadang-kadang disebut beberapa zat dalam keadaan agregasi padat, yang cenderung memiliki bentuk cair atau gas pada suhu kamar; khususnya, es kering, es amonia, atau es metana.

Sifat dasar air es.

Saat ini, tiga varietas amorf dan 15 modifikasi kristal es diketahui. Struktur kristal kerawang dari es semacam itu mengarah pada fakta bahwa kerapatannya (sama dengan 916,7 kg / m pada 0 ° C) lebih rendah daripada kerapatan air (999,8 kg / m) pada suhu yang sama. Oleh karena itu, air, yang berubah menjadi es, meningkatkan volumenya sekitar 9%. Es, yang lebih ringan dari air cair, terbentuk di permukaan badan air, yang mencegah pembekuan air lebih lanjut.

Panas spesifik fusi tinggi es, sama dengan 330 kJ/kg, merupakan faktor penting dalam sirkulasi panas di Bumi. Jadi, untuk mencairkan 1 kg es atau salju, Anda membutuhkan panas sebanyak yang diperlukan untuk memanaskan satu liter air sebesar 80 °C. Es terjadi di alam dalam bentuk es yang tepat (benua, mengambang, bawah tanah), serta dalam bentuk salju, embun beku, dll. Di bawah pengaruh beratnya sendiri, es memperoleh sifat plastis dan fluiditas. Es alami biasanya jauh lebih bersih daripada air, karena ketika air mengkristal, molekul air adalah yang pertama memasuki kisi.

Pada tekanan atmosfer normal, air membeku pada 0 °C dan mendidih (berubah menjadi uap air) pada 100 °C. Ketika tekanan menurun, suhu leleh (meleleh) es perlahan naik, dan titik didih air turun. Pada tekanan 611,73 Pa (sekitar 0,006 atm), titik didih dan titik leleh bertepatan dan menjadi sama dengan 0,01 ° C. Tekanan dan suhu ini disebut air titik tiga . Pada tekanan yang lebih rendah, air tidak dapat berada dalam keadaan cair, dan es langsung berubah menjadi uap. Suhu sublimasi es turun dengan penurunan tekanan. Pada tekanan tinggi, terjadi modifikasi es dengan titik leleh di atas suhu kamar.

Ketika tekanan meningkat, densitas uap air pada titik didih juga meningkat, sedangkan densitas air cair berkurang. Pada suhu 374 °C (647 K) dan tekanan 22,064 MPa (218 atm), air melewati titik kritis. Pada titik ini, kerapatan dan sifat lain dari air cair dan gas adalah sama. Pada tekanan dan/atau suhu yang lebih tinggi, perbedaan antara air cair dan uap air menghilang. Keadaan agregat ini disebut cairan superkritis».

Air mungkin masuk keadaan metastabil uap jenuh, cairan superpanas, cairan superdingin. Keadaan ini dapat ada untuk waktu yang lama, tetapi tidak stabil dan transisi terjadi pada kontak dengan fase yang lebih stabil. Misalnya, Anda bisa mendapatkan cairan yang sangat dingin dengan mendinginkan air murni dalam wadah bersih di bawah 0 ° C, namun, ketika pusat kristalisasi muncul, air cair dengan cepat berubah menjadi es.

Fakta.

Rata-rata, tubuh tumbuhan dan hewan mengandung lebih dari 50% air.

Komposisi mantel bumi mengandung 10-12 kali lebih banyak air daripada jumlah air di lautan.

Jika semua gletser mencair, maka permukaan air di lautan bumi akan naik 64 m dan sekitar 1/8 dari permukaan tanah akan dibanjiri air.

Terkadang air membeku pada suhu positif.

Dalam kondisi tertentu (di dalam nanotube), molekul air membentuk keadaan baru di mana mereka mempertahankan kemampuan untuk mengalir bahkan pada suhu mendekati nol mutlak.

Air memantulkan 5% sinar matahari, sedangkan salju memantulkan sekitar 85%. Hanya 2% sinar matahari yang menembus di bawah lautan es.

Warna biru air laut yang jernih disebabkan oleh penyerapan selektif dan hamburan cahaya di dalam air.

Dengan bantuan tetesan air dari keran, Anda dapat membuat tegangan hingga 10 kilovolt, percobaan ini disebut "Penetes Kelvin".

Air adalah salah satu dari sedikit zat di alam yang memuai saat berubah dari cair menjadi padat.

Temuan:

Air mempertahankan keadaan agregasi cair, memiliki momen dipol besar, kapasitas panas spesifik besar, nilai penguapan, tegangan permukaan tinggi, potensial listrik permukaan negatif, adalah isolator dan pelarut yang baik.

literatur

1. Air // Kamus Ensiklopedis Brockhaus dan Efron: Dalam 86 volume (82 volume dan 4 tambahan). - St. Petersburg, 1890-1907.

2. Losev K.S. Air. - L.: Gidrometeoizdat, 1989. - 272 hal.

3. Hidrobion dalam pemurnian air sendiri dan migrasi unsur biogenik. - M.: MAKS-Tekan. 2008. 200 hal. Kata pengantar anggota yang sesuai RAS V.V. Malakhov. (Seri: Sains. Pendidikan. Inovasi. Edisi 9). ISBN 978-5-317-02625-7.

4. Tentang beberapa masalah menjaga kualitas air dan pemurniannya sendiri // Sumber daya air. 2005.Jil.32.No.3.S.337-347.

5. Andreev VG Pengaruh interaksi pertukaran proton pada struktur molekul air dan kekuatan ikatan hidrogen. Materi Konferensi Internasional V "Masalah Sebenarnya Ilmu Pengetahuan di Rusia". - Kuznetsk 2008, v.3 S. 58-62.