Is | |
---|---|
Generel | |
Systematisk navn |
Vand |
Chem. formel | H2O _ _ |
Fysiske egenskaber | |
Stat | solid |
Molar masse | 18,01528 g/ mol |
Massefylde | 0,9167 g/cm³ |
Hårdhed | 1,5 [1] |
Termiske egenskaber | |
Temperatur | |
• smeltning | 0 °C |
tredobbelt punkt | 0,01 °C, 611,73 Pa |
Specifik fusionsvarme | 3,3⋅105 J /kg |
Data er baseret på standardbetingelser (25 °C, 100 kPa), medmindre andet er angivet. | |
Mediefiler på Wikimedia Commons |
Is er vand i en fast aggregeringstilstand [2] .
Is kaldes undertiden nogle stoffer i fast aggregeringstilstand, som har en tendens til at have en flydende eller gasformig form ved stuetemperatur; specifikt tøris , ammoniak -is eller methanis .
I øjeblikket kendes tre amorfe varianter og 17 krystallinske modifikationer af is. Fasediagrammet i figuren til højre viser ved hvilke temperaturer og tryk nogle af disse modifikationer findes ( se nedenfor for en mere fuldstændig beskrivelse ).
Under jordens naturlige forhold danner vand krystaller af én krystallinsk modifikation - sekskantet syngoni ( is Ih ). I is I h er hvert H 2 O-molekyle omgivet af fire molekyler nærmest det, placeret i samme afstand fra det, svarende til 2,76 Å og placeret i hjørnerne af et regulært tetraeder .
Nye undersøgelser af dannelsen af vandis på en flad kobberoverflade ved temperaturer fra -173 °C til -133 °C har vist, at de første kæder af molekyler omkring 1 nm brede optræder på overfladen af en femkantet snarere end sekskantet struktur [3] .
Den gennembrudte krystalstruktur af sådan is fører til, at dens massefylde , svarende til 916,7 kg / m³ ved 0 ° C, er mindre end densiteten af vand (999,8 kg / m³) ved samme temperatur. Derfor øger vand, der bliver til is, dets volumen med omkring 9 % [4] . Is, der er lettere end flydende vand, dannes på overfladen af vandområder, hvilket forhindrer yderligere frysning af vand.
Den høje specifikke smeltevarme af is, svarende til 330 kJ /kg (til sammenligning er den specifikke smeltevarme af jern 270 kJ/kg), er en vigtig faktor i omsætningen af varme på Jorden.
Is forekommer i naturen i form af selve isen (fastlandet, flydende, under jorden ), såvel som i form af sne , rimfrost , frost . Under indflydelse af sin egen vægt opnår is plastiske egenskaber og flydende.
Naturis er normalt meget renere end vand, da når vand krystalliserer, er vandmolekyler de første, der kommer ind i gitteret (se zonesmeltning ). Is kan indeholde mekaniske urenheder - faste partikler, dråber af koncentrerede opløsninger , gasbobler . Tilstedeværelsen af saltkrystaller og saltlagedråber forklarer havisens brakhed .
De samlede isreserver på Jorden er omkring 30 millioner km³. De vigtigste isreserver på Jorden er koncentreret i polarkapperne (hovedsageligt i Antarktis , hvor tykkelsen af islaget når 4 km).
Vandet i havene er salt, og det forhindrer dannelsen af is, så der dannes kun på polære og subpolære breddegrader, hvor vintrene er lange og meget kolde. Nogle lavvandede hav i den tempererede zone fryser til. Skelne mellem årlig og flerårig is. Havisen kan være ubevægelig, hvis den er forbundet til land, eller flydende, det vil sige drivende. I havet er der is, der er brudt væk fra landets gletsjere og er faldet ned i havet som følge af ablation - isbjerge .
Der er beviser for tilstedeværelsen af is på solsystemets planeter (såsom Mars ), deres måner , på dværgplaneter og i kometkernerne .
Isgylle. I slutningen af 1980'erne udviklede det amerikanske laboratorium Argonne en teknologi til fremstilling af isgylle (isgylle), der frit kan strømme gennem rør med forskellige diametre, uden at samle sig i isvækster, uden at klæbe sammen og uden at tilstoppe kølesystemet [5 ] . Saltvandssuspensionen bestod af mange meget små afrundede iskrystaller. Takket være dette bevares vandets mobilitet, og på samme tid, set fra termisk teknik, er det is, som er 5-7 gange mere effektivt end almindeligt koldt vand i bygningers kølesystemer. Derudover er sådanne blandinger lovende for medicin. Dyreforsøg har vist, at mikrokrystaller af isblandingen passerer perfekt ind i ret små blodkar og ikke beskadiger celler. Frosset Blood forlænger den tid, det tager at redde en såret person. For eksempel, under hjertestop, forlænges denne tid ifølge konservative skøn fra 10-15 til 30-45 minutter [5] .
Brugen af is som konstruktionsmateriale er udbredt i de cirkumpolære områder til opførelse af boliger - igloer . Is er en del af materialet foreslået af D. Pike pykrete , hvorfra det blev foreslået at lave verdens største hangarskib . Brugen af is til at bygge kunstige øer er beskrevet i science fiction-romanen Ice Island .
Fase | Karakteristika [6] [7] |
---|---|
amorf is | Amorf is har ikke en krystallinsk struktur. Den findes i tre former: Low Density Amorphous Ice (LDA), som dannes ved og under atmosfærisk tryk, High Density Amorphous Ice (HDA) og Very High Density Amorphous Ice (VHDA), som dannes ved høje tryk. LDA-is fremstilles ved meget hurtig afkøling af flydende vand ("superkølet glasagtigt vand", HGW), eller ved at kondensere vanddamp på et meget koldt substrat ("amorft fast vand", ASW), eller ved at opvarme højdensitetsformer af is ved normalt tryk ("LDA"). |
Is I h | Almindelig sekskantet krystallinsk is. Næsten al is på Jorden tilhører is I h , og kun en meget lille del tilhører is I c . |
Is I c | Metastabil kubisk krystallinsk is. Iltatomer er arrangeret som i et diamantkrystalgitter . Det opnås ved en temperatur i området fra -133 ° C til -123 ° C, det forbliver stabilt op til -73 ° C, og ved yderligere opvarmning bliver det til is I h . Det er lejlighedsvis fundet i den øvre atmosfære . |
Is II | Trigonal krystallinsk is med en højt ordnet struktur. Dannet af is I h under kompression og temperaturer fra -83 °C til -63 °C. Ved opvarmning omdannes den til is III. |
Is III | Tetragonal krystallinsk is, som opstår, når vandet afkøles til -23 ° C og et tryk på 300 MPa . Dens tæthed er større end vands, men den er den mindst tætte af alle typer is i højtrykszonen. |
Is IV | Metastabil trigonal is. Det er svært at opnå uden et kernedannende frø. |
Is V | Monoklinisk krystallinsk is. Opstår, når vandet afkøles til -20 ° C og et tryk på 500 MPa. Den har den mest komplekse struktur sammenlignet med alle andre modifikationer. |
Is VI | Tetragonal krystallinsk is. Det dannes, når vandet afkøles til -3 °C og ved et tryk på 1,1 GPa. Det udviser Debye afslapning . |
Is VII | Kubisk modifikation. Arrangementet af hydrogenatomer er forstyrret; Debye afslapning kommer til udtryk i materien . Hydrogenbindinger danner to interpenetrerende gitter. |
Is VIII | En mere ordnet version af is VII, hvor brintatomerne indtager tilsyneladende faste positioner. Det dannes af is VII, når det afkøles til under 5 °C. |
Is IX | Tetragonal metastabil modifikation. Dannes gradvist fra is III, når den afkøles fra -65 °C til -108 °C, stabil ved temperaturer under -133 °C og tryk mellem 200 og 400 MPa. Dens massefylde er 1,16 g / cm³, det vil sige lidt højere end almindelig is. |
Is X | Symmetrisk is med et ordnet arrangement af protoner. Dannet ved tryk på omkring 70 GPa. |
Is XI | Rombisk lavtemperatur ligevægtsform af sekskantet is. Det er en ferroelektrisk . |
Is XII | Tetragonal metastabil tæt krystallinsk modifikation. Det observeres i faserummet af is V og is VI. Det kan opnås ved at opvarme amorf is med høj densitet fra -196 °C til omkring -90 °C og ved et tryk på 810 MPa. |
Is XIII | Monoklin krystallinsk sort. Det opnås ved at køle vand under -143 ° C og et tryk på 500 MPa. En række is V med et ordnet arrangement af protoner. |
Is XIV | Rhombisk krystallinsk sort. Det opnås ved en temperatur under -155 °C og et tryk på 1,2 GPa. En række is XII med et ordnet arrangement af protoner. |
Is XV | En pseudorhombisk krystallinsk variant af is VI med et ordnet arrangement af protoner. Det kan opnås ved langsomt at afkøle is VI til omkring -143 °C og et tryk på 0,8-1,5 GPa [8] . |
Is XVI | Den krystallinske variant af is med den laveste tæthed ( 0,81 g/cm 3 ) [9] blandt alle eksperimentelt opnåede former for is . Det har en struktur , der topologisk svarer til kavitetsstrukturen KS-II ( eng. sII ) af gashydrater . |
Ice XVII | En krystallinsk variant af is med en lavere krystallografisk tæthed ( 0,85 g/cm 3 ) [10] end andre eksperimentelt opnåede former for is . Dens struktur, ligesom is XVI , svarer til clathratstrukturen af gashydrater . Det opnås ved en temperatur på 280 K og et tryk på ~ 400 MPa . Dens nominelle sammensætning er (H 2 O) 2 H 2 med tre formelenheder pr. enhedscelle. |
Is XVIII | Is XVIII, også kendt som "superionisk vand", er en fase af vand, der eksisterer ved ekstremt høje temperaturer og tryk, hvorved vandmolekyler nedbrydes til oxygen og hydrogenioner. Iltioner krystalliserer og danner et ensartet fordelt gitter, mens brintioner flyder frit på det resulterende oxygengitter. |
Ice XIX | Is XIX er den anden ordnede form af is VI, som opstår, når vandet langsomt afkøles til en temperatur på 100 K ved et tryk på omkring 2 GPa [11] . |
Drivende is i Arktis
Is under sommernavigation
tæt is
ismarker
Det atomdrevne skib "Yamal" bryder isen
Nilas dannelse
Snebolde på isbanen
isbrydning
Isfaser | ||
---|---|---|
Sne og is | |||||
---|---|---|---|---|---|
Sne | |||||
Sne naturlige formationer | |||||
Overførsel af sne | |||||
Is | |||||
Is naturlige formationer | |||||
Isdække |
| ||||
Videnskabelige discipliner |