Is III

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 6. august 2015; checks kræver 6 redigeringer .

Ice III  er en tetragonal krystallinsk variant af vandis . Kan opnås ved at køle vand til -23°C (250 K ) og et tryk på 300 MPa . Dens tæthed er større end vands, men den er den mindst tætte af alle typer is i højtrykszonen (1,16 g/cm³ ved et tryk på 350 MPa ). Væskefasens massefylde ved samme tryk er ca. 1,12 g/cm³.

Ved 350 MPa tryk er densiteten af ​​is III 1,16 g/cm³. Den statiske permittivitet er 117.

Ifølge Bridgman -nomenklaturen refererer almindelig vandis til is I h . Under laboratorieforhold (ved forskellige temperaturer og tryk) blev der skabt forskellige modifikationer af is : fra is II til is XIX.

Opdagelseshistorie

Højtryks-ismodifikationer blev først opdaget af Bridgman , som i 1912 byggede et fasediagram over vand. Ved at udforske vand ved forskellige temperaturer og tryk, udover almindelig is, afslørede han yderligere 6 af dets strukturelle modifikationer, som han betegnede som is II - is VII [1] .

Indtil 1960'erne var krystalstrukturen af ​​ismodifikationer ikke klar. I 1960 afslørede B. Camb (Barclay Camb) og Datta (Datta) ved hjælp af røntgendiffraktionsanalyse tetragonal symmetri i is III, svarende til siliciumoxid SiO 2 .

Henter

Ice III er den lettest opnåelige og tilgængelige for forskning under højtryksis. Det blev først opnået fra almindelig is ved en temperatur på -22 °C (trepunktstemperatur is Ih - is III - vand) ved at øge trykket til 210 MPa [1] .

Det er muligt at opnå is III fra vand ved et tryk på 210–350 MPa med dens langsomme (ca. 0,5 °C/min) afkøling til en temperatur under tredobbeltpunktet (−22 °C).

Til forskning afkøles is III, efter at have holdt den i en halv time ved -40 °C, hurtigt med flydende nitrogen til en temperatur under -175 °C. Ved denne temperatur er is III metastabil, den bevarer sin struktur, når trykket falder til atmosfærisk, selvom disse tryk og temperaturer svarer til is II (over 200 MPa) og almindelig is (under 200 MPa) i fasediagrammet.

Ice III er ustabil over for røntgenstråler og nedbrydes hurtigt ved høj bestrålingsintensitet, hvilket skaber vanskeligheder for røntgendiffraktionsanalyse.

Fysiske egenskaber

Krystalstruktur

Ice III har et tetragonalt krystalgitter (P4 1 2 1 2). Ved atmosfærisk tryk og en temperatur på -175 °C er gitterparametrene a = 6,73 ± 0,01 Å og c = 6,83 ± 0,01 Å, den gennemsnitlige længde af hydrogenbindinger er 2,775 Å [1] .

I modsætning til det regulære tetragonale gitter har is III en forstyrret krystalstruktur. I gennemsnit har hvert molekyle 3,2 hydrogenbundne naboer i stedet for 4, men der er stadig 2-3 ikke-hydrogenbundne nabomolekyler i en afstand på omkring 3,6 Å.

Tredobbelt punkter i fasediagrammet

Tabellen viser tryk- og temperaturværdierne ved tredobbeltpunkterne for almindeligt og tungt vand [2] .

Faser H2O _ _ D2O _ _
P, MPa T, °C P, MPa T, °C
III Ih OG 209,9 −21.985 202 −18.8
III Ih II 212,9 −34,7 225 -31,0
III II V 344,3 −24.3 347 −21.5
III V OG 350,1 −16.986 348 −14.5

Smeltepunkt

I [3] præsenteres matematiske modeller for afhængigheden af ​​smeltetemperaturen af ​​forskellige modifikationer af is af tryk. Is III smelter i temperaturområdet 251.165 K (−21.985 °C) - 256.164 K (−16.986 °C), mens de målte trykværdier varierer fra 209.9 til 350.1 MPa med en fejl på ±3 %. For at harmonisere smeltemodellerne for is Ih og is III blev der for tredobbeltpunkt III—Ih—Væske antaget et tryk på 258,566 MPa (afvigelse fra forsøgsværdien på 0,64%). Med denne antagelse er trykkets afhængighed af temperaturen på smeltelinjen udtrykt med følgende formel:

original formel

I den originale artikel er formlen angivet som

hvor

For den eksperimentelle værdi ved det tredobbelte punkt (P = 209,9 MPa) bliver formlen

Fra den sidste formel får vi følgende afhængighed af smeltepunktet på tryk:

hvor 209,9 < P < 350,1 MPa.

I alle formler måles temperatur i K, tryk - i MPa.

Noter

  1. ↑ 1 2 3 Kamb, B. og Prakash, A. Structure of ice III  // Acta Crystallographica Sektion B. - 1968. - Vol. 24, nr. 10 . - S. 1317-1327.
  2. ↑ Chaplin, Martin. Vandfasediagram . Vandstruktur og videnskab (11. august 2009). Dato for adgang: 27. januar 2010. Arkiveret fra originalen 27. marts 2012.
  3. ↑ IAPWS, Frigivelse af trykket langs smelte- og sublimeringskurverne for almindeligt vandstof Arkiveret 6. oktober 2008 på Wayback Machine , (1993); PW Bridgman, Vand, i flydende og fem faste former, under tryk, Proc. Er. Acad. Arts Sci. 47 (1912) 439-558.

Links

 Isfaser