Кристална решетка от лед и вода

Триизмерното състояние на течната вода е трудно да се проучи, но много е проучено чрез анализ на структурата на ледените кристали. Четири съседни кислородни атома с взаимодействие с водород заемат върховете на тетраедрата (тетра = четири, хидрън = равнина). Средната енергия, необходима за унищожаване на такава връзка в лед, се оценява на 23 kJ / mol^-1

Способността на водните молекули да образуват определен брой водородни вериги, а също и тази сила създава необичайно висока точка на топене. Когато се стопи, тя се задържа от течна вода, чиято структура е неправилна. Повечето от водородните връзки са изкривени. За да се разруши кристалната решетка от лед с водородна връзка изисква голяма маса енергия под формата на топлина.

Характеристики на външния вид на лед (Ih)

Много от градските жители се чудят за кристалната решетка на лед. Трябва да се отбележи, че плътността на повечето вещества се увеличава при замразяване, когато се забавят молекулните движения и се образуват гъсто натрупани кристали. Плътността на водата също се увеличава, когато се охлади до максимум при 4 ° C (277K). Тогава, когато температурата падне под тази стойност, тя се разширява.

Това увеличение се дължи на образуването на водород свързан отворен лед кристална решетка и с по-ниска плътност, в който всяка молекула вода е неподвижно свързан към горния елемент и останалите четири стойности, и по този начин се движи достатъчно бързо, за да притежават по-голяма маса. Тъй като това се случва, течността замръзва отгоре надолу. Това има важни биологични резултати, поради които един слой лед върху езерото изолира живите същества далеч от тежкия студ. В допълнение, две допълнителни свойства на водата са свързани с неговите водородни характеристики: специфична топлина и изпарение.

Подробно описание на структурите

Първият критерий е количеството, необходимо за повишаване на температурата от 1 грам вещество с 1 ° С. За да се увеличат степените на водата, се изисква относително голяма част от топлината, тъй като всяка молекула участва в множество водородни връзки, които трябва да бъдат унищожени, така че кинетичната енергия да се увеличава. Между другото, изобилието на H₂О в клетките и тъканите на всички големи многоклетъчни организми означава, че температурните колебания в клетките са сведени до минимум. Тази характеристика е от решаващо значение, тъй като скоростта на повечето биохимични реакции е чувствителна.

Топлината на изпаряване на водата също е значително по-висока, отколкото в много други течности. За да се превърне това тяло в газ, е необходимо голямо количество топлина, защото водородните връзки трябва да бъдат унищожени, така че молекулите на водата да могат да бъдат разположени един от друг и да навлязат в посочената фаза. Модифициращите се тела са постоянни диполи и могат да взаимодействат с други подобни съединения и тези, които йонизират и разтварят.

Други вещества, споменати по-горе, могат да влязат в контакт само при наличие на поляритет. Тя е тази връзка, която участва в структурата на тези елементи. Освен това могат да бъдат приведени в съответствие около тези частици, произведени от електролити, така че отрицателните кислородни атоми на водните молекули, ориентирани катиони и положителни йони и водородни атоми, ориентирани на анионите.

В твърда храна Като правило се формират решетки от молекулярни кристали и атомни решетки. Тоест, ако йодът е конструиран по такъв начин, че да съдържа I₂ след това в твърд въглероден диоксид, т.е. в сух лед, решетъчните места съдържат СО молекули₂. Когато взаимодейства с подобни вещества, йонната кристална решетка има лед. Графитът, например, имащ атомна структура на базата на въглерод, не е в състояние да го променя, точно като диамант.

Това се случва, когато кристал готварска сол се разтваря във вода: полярни молекули са привлечени от заредените елементи в кристала, което води до образуването на такива частици и натриев хлорид на повърхността си, в резултат на тези органи са разместени един от друг, и тя започва да се разтваря. Оттук може да се види, че ледът има кристална решетка с йонна връзка. Всеки разтворен Na + привлича отрицателните краища на няколко водни молекули, докато всеки разтворен Cl - привлича положителни краища. Обвивката, обграждаща всеки йон, се нарича сфера на спасението и обикновено съдържа няколко слоя частици на разтворителя.

Кристална решетка със сух лед

Казано е, че променливите или йонът, заобиколен от елементи, са сулфатирани. Когато разтворителят е вода, тези частици са хидратирани. По този начин всяка полярна молекула има тенденция да бъде солватирана от елементи на течно тяло. При сухия лед типът кристална решетка образува атомни връзки в агрегатното състояние, които са непроменени. Друго нещо е кристалният лед (замръзнала вода). Йоновите органични съединения, като карбоксилази и протонирани амини, трябва да имат разтворимост в хидроксилните и карбонилните групи. Частиците, съдържащи се в такива структури, се движат между молекулите и техните полярни системи образуват водородни връзки с това тяло.

Разбира се, броят на последните споменати групи в молекулата засяга неговата разтворимост, което също зависи от взаимодействието на различни структури в елемента: например, един, два или три въглеродни алкохоли смесва с вода, но по-големи въглеводороди с единични хидроксилни съединения в много по-малко Разтворимост течност.

Шестоъгълният Ih има подобна форма на атомната кристална решетка. При лед и естествен сняг на Земята изглежда така. Това се доказва от симетрията на кристалната решетка от лед, отглеждана от водни пари (т.е. снежинки). Намира се в космическата група P 63 / mm от 194-D 6h, Laue клас 6 / mm-подобен бета - имаща множество 6-винтова ос (въртене наоколо, в допълнение към смяна по нея). Тя е с доста отворена структура с ниска плътност, където ефикасността е ниска (~ 1/3) в сравнение с прости кубични (~ 1/2) или лицеви центрирани (~ 3/4) структури.

В сравнение с конвенционалния лед, кристалната решетка на сухия лед, свързана със СО молекули₂, е статичен и се променя само когато атомите се разпадат.

Описание на решетките и техните елементи

Кристалите могат да се разглеждат като кристални модели, състоящи се от листове, разположени един над друг. Връзката на водород се нареди, докато в действителност е случаен от протони могат да се движат между молекулите на вода (лед) при температура по-висока от около 5 К. В действителност, е вероятно, че протоните се държат като квантовата течност в постоянен поток тунел. Тази подобрена разсейване на неутрони показва плътността на разсейване средата между кислородни атоми, което показва локализацията и координирано движение. Тук се наблюдава сходството на лед с атомна молекулярна кристална решетка.

Молекулите имат поетапно подреждане на водородната верига по отношение на трите си съседни в равнината. Четвъртият елемент има затъмнено място на водородната връзка. Има леко отклонение от идеалната шестоъгълна симетрия, тъй като единичната клетка е с 0.3% по-къса по посока на тази верига. Всички молекули претърпяват една и съща молекулна среда. Във всяка "кутия" има достатъчно място за задържане на интерстициални водни частици. Въпреки че това обикновено не се разглежда, те наскоро бяха ефективно открити чрез неутронна дифракция с прахообразна кристална решетка от лед.

Промяна на веществата

Шестоъгълна тяло има тройна точка с течни и газообразни вода 0,01 ° С, 612 Ра, твърди елементи - три -21,985 ° C, 209.9 МРа, и единадесет две -199,8 ° С, 70 МРа и -34 , 7 ° С, 212.9 МРа. Диелектричната константа на шестоъгълния лед е 97.5.

Кривата на топене на този елемент е дадена от MPa. Съществуват уравнения на състоянието, с изключение на някои прости неравенства, свързващи промяната на физичните свойства с температурата на шестоъгълния лед и водните му суспензии. Твърдостта варира в зависимост от степените, които се увеличават приблизително от или под гипса (le-2) при 0 ° C, до нивото на фелдшпат (6 по мащаб на Mohs) при -80 ° C, необичайно голяма промяна в абсолютната твърдост (> 24 пъти).

шестоъгълна кристалната решетка на шестоъгълни плочи от лед форми и колони, при което горната и долната базалните равнини на аспекти са {0 0 0 1} с енталпия на 5.57 Uj на middot- см ^-2, и другите еквивалентни странични части се наричат ​​части от призмата {1 0 -1 0} с 5,94 μJ middot- см ^-2. Вторични повърхности {1 1 - 2 0} от 6.90 mu-J "cm ^-2 могат да се формират върху равнините, образувани от страните на конструкциите.

Подобна структура показва аномално понижение на топлопроводимостта с нарастващо налягане (като кубичен и аморфен лед с ниска плътност), но се различава от повечето кристали. Това се дължи на промяна в водородната връзка, която намалява напречната скорост на звука в кристалната решетка на лед и вода.

Има методи, които описват как да се подготвят големи кристални проби и всяка желана повърхност на лед. Предполага се, че водородната връзка на повърхността на изследваното шестоъгълно тяло ще бъде по-подредена, отколкото вътре в насипната система. Вариант спектроскопия генериране на честота на трептене с фаза решетка е показано, че има структурна асиметрия между двете горни слоеве (L1 и L2) в подземни HO базално верига повърхността на шестоъгълна лед. Приети водородни връзки в горните слоеве на шестоъгълниците (L10 middot-middot-middot-HO L2) е по-силна от тази, взета във втория слой до горното натрупване (L1 OH middot-middot-middot-O L2). Предлагат се интерактивни структури от шестоъгълен лед.

Характеристики на развитието

Минималният брой водни молекули, необходими за образуването на лед, е приблизително 275 ± 25, както при пълен икозахедрен клъстер 280. Образуването се извършва с коефициент 10 ¹⁰ на интерфейса въздух-вода, а не в насипна вода. Нарастването на ледените кристали зависи от различните темпове на растеж на различни енергии. Водата трябва да бъде защитена от замръзване при крико консервиране на биологични проби, храни и органи.

Обикновено това се постига чрез бързи темпове на охлаждане, като се използват малки проби и крио консервативни и чрез увеличаване на налягането, за да се образуват ледни ембриони и да се предотврати увреждането на клетките. Свободната енергия на леда / течността се увеличава от ~ 30 mJ / m² при атмосферно налягане до 40 mJ / m^-2 при 200 MPa, което показва причината за подобен ефект.

Какъв тип кристална решетка е характерна за лед

Алтернативно, те могат да растат по-бързо от повърхностите на призмата (S2), на случайно нарушената повърхност на бързо замразените или разбъркани езера. Растежът от лицата {1 1 - 2 0} е поне същият, но ги превръща в основите на призмата. Данните за развитието на ледените кристали бяха напълно проучени. Относителните скорости на растеж на елементите на различни лица зависят от способността да се образува по-голяма степен на хидратация на ставата. Температурата (ниската) на заобикалящата вода определя степента на разклоняване в ледените кристали. Растежът на частиците е ограничен от скоростта на дифузия при ниска степен на свръхохлаждане, т.е., <2 ° C, което води до повече от тях.

Но това е ограничено от кинетиката на развитието при по-високи нива на понижаване на градуса> 4 ° C, което води до нарастване на иглата. Тази форма е подобна на структурата на сухия лед (има кристална решетка с шестоъгълна структура), различни характеристики на повърхностното развитие и температурата на заобикалящата (суперохладена) вода, която стои зад плоските форми на снежинки.

Натрупването на лед в атмосферата дълбоко влияе върху образуването и свойствата на облаците. Фелдшпат, намиращ се в пустинен прах, който влиза в атмосферата с милиони тона годишно, са важни педагози. Компютърното моделиране показа, че това се дължи на натрупването на равнини на призматични ледени кристали в равнините на високоенергийната повърхност.

Някои други елементи и решетки

Разтворените вещества (с изключение на много малко хелий и водород, който може да бъде включен в междините) не могат да бъдат включени в структурата на lh при атмосферно налягане, но изместени на повърхността на аморфен или микрокристален слой между частиците на тялото. В възлите на кристалната решетка на сухия лед има някои други елементи: хаотропни йони като NH₄ ⁺ и Cl ^-, които са включени в по-лесно замразяване на течности в сравнение с други космотропични, като например Na ⁺ и SO₄^2-, така че те не могат да бъдат отстранени, защото те образуват тънък слой от останалата течност между кристалите. Това може да доведе до електрически повърхност зареждане поради разпадане на повърхностните води останалите такси уравновесяващи (което може да доведе до магнитната радиация) и промяна на рН на остатъчни течни филми, например, NH ₄²SO₄ става по-кисел и NaCl става по-алкален.

Те са перпендикулярни на лицата на кристалната решетка от лед, показващи прикрепения следващ слой (с О-черни атоми). Тя се характеризира с бавно нарастваща базална повърхност {0 0 0 1}, където са прикрепени само изолирани водни молекули. Бързо нарастващата (10 0-1 0 0) повърхност на призмата, където двойки новопостъпили частици могат да общуват помежду си с водород (една от неговите връзки / две молекули на елемента). Най-бързо растящото лице {1 1 -2 0} (вторична призматика), където веригите на новоприкачените частици могат да взаимодействат една с друга чрез водородна връзка. Една от нейните верига / молекула на елемента е формата, формираща хребети, които разделят и насърчават превръщането в две страни на призмата.

Ентропията на нулевата точка

Може да се дефинира като S ₀ = к _B ˣ Ln (N _E0), където k B е константата на Болцман, N_EДали броят на конфигурациите при енергия Е и Е0 е най-ниската енергия. Тази стойност на ентропията на шестоъгълна лед при нулево Келвин не нарушава Третия закон на термодинамиката "ентропия перфектен кристал при абсолютната нула нула", тъй като тези елементи не са идеални и частиците са разстроен водородни връзки.

В това тяло водородната връзка е случайна и се променя бързо. Тези структури не са точно еднакви в енергията, но се простират до много голям брой енергично близки държави, спазват "правилата за леда". Ентропията с нулева точка е каша, което ще остане, дори ако материалът може да бъде охладен до абсолютна нула (0 K = -273,15 ° C). Това води до експериментално объркване за шестоъгълния лед 3,41 (± 0,2) ˣ мола ^-1 ˣ K ^-1. Теоретично би било възможно да се изчисли нулевата ентропия на известните ледени кристали с много по-голяма точност (пренебрегване на дефектите и разпространението на енергийните нива), отколкото да се определи експериментално.

Учените и техните произведения в тази област

Може да се дефинира като S ₀ = к _B ˣ Ln (N _E0), където k B е константата на Болцман, N_EДали броят на конфигурациите при енергия Е и Е0 е най-ниската енергия. Тази стойност на ентропията на шестоъгълна лед при нулево Келвин не нарушава Третия закон на термодинамиката "ентропия перфектен кристал при абсолютната нула нула", тъй като тези елементи не са идеални и частиците са разстроен водородни връзки.

В това тяло водородната връзка е случайна и се променя бързо. Тези структури не са точно еднакви в енергията, но се простират до много голям брой енергично близки държави, спазват "правилата за леда". Ентропията с нулева точка е каша, което ще остане, дори ако материалът може да бъде охладен до абсолютна нула (0 K = -273,15 ° C). Това води до експериментално объркване за шестоъгълния лед 3,41 (± 0,2) ˣ мола ^-1 ˣ K ^-1. Теоретично би било възможно да се изчисли нулевата ентропия на известните ледени кристали с много по-голяма точност (пренебрегване на дефектите и разпространението на енергийните нива), отколкото да се определи експериментално.

Въпреки че реда на протоните в насипно състояние на лед не е наредено, повърхността е вероятно предпочита процедура на споменатите частици под формата на висящи ленти Н и О атоми, отделните двойки (нула ентропията с подредени водородни връзки). Разстройство с нулева точка ZPE, J ˣ mol ^-1 ˣ K ^-1 и други. От всичко това е ясно и ясно какви видове кристални решетки са характерни за лед.