еВода — Другой взгляд на воду. Вода и лед
Изготовление льда в виде кубов
Вопрос:
Здравствуйте Олег! Могли бы Вы мне помочь? Вопрос вот в чем: я хотела бы изготавливать лед в виде кубов, но сколько бы я не пробовала их делать, кубы получаются с белым пятном внутри, хотя я использовала очищенную воду и даже дистиллированную... Также почему то внутри куба появляется большое количество пузырьков. Я очень надеюсь,что Вы сможете мне помочь. Заранее большое спасибо! Виктория.
Ответ:
Здравствуйте, Виктория! Столь странное поведение ваших кубиков льда объясняется особенностями процесса кристаллизации. Превращение жидкости в кристалл происходит в первую очередь на центрах кристаллизации; примесях и неоднородностях — частичках пыли, пузырьках воздуха, мельчайших царапинах на стенках сосуда. Чистая вода центров кристаллизации практически лишена, поэтому она может переохлаждаться, и довольно сильно, оставаясь жидкой, но мельчайшие пузырьки воздуха вода всегда содержит. Они то и являются причиной наблюдаемого эффекта. В лабораторных условиях температуру воды, правда, в очень малых объёмах, удавалось довести до –70°С.
Есть даже такая гипотеза, что в структуре льда остаются многочисленные поры и промежутки, заполненные воздухом. Пузырьки воздуха вмерзают в лёд, и такая „губка“ становится значительно легче воды. Но даже лёд без микроскопических пор и трещин имеет плотность 0,9168 г/см 3 при 0°С, а вода при той же температуре — 0,9984 г/см 3.
Слева - Кристаллическая решётка льда. Молекулы воды h3O (чёрные шарики) в её узлах расположены так, что каждая имеет четырёх „соседок“.
Сами молекулы воды, состоящие из одного атома кислорода и двух атомов водорода, имеют вид шариков с выпуклостями. В кристалле льда они располагаются так, что выпуклости (соответствующие атомам водорода) ориентируются строго по направлению двух соседних молекул. В результате возникает трёхмерная кристаллическая решётка, состоящая из почти идеальных тетраэдров. Каждая молекула в его вершинах окружена четырьмя другими, т.е. имеет координационное число равное 4.
Похожие явления кристаллизации льда на примесях можно наблюдать и в природе. Многие путешественники давно отмечали, что глубокой осенью очень чистые речки и ручьи начинают замерзать со дна. Сквозь слой чистой воды хорошо видно, что водоросли и коряги на дне обрастают рыхлой ледяной шубой. В какой-то момент этот донный лёд всплывает, и поверхность воды мгновенно оказывается скованной ледяной коркой.
К подобным сообщениям всегда относились довольно скептически. Температура верхних слоёв воды ниже, чем глубинных, и замерзание вроде бы должно начинаться с поверхности. Однако чистая вода замерзает неохотно, и лёд в первую очередь образуется там, где имеются центры кристаллизации - взвесь ила и твёрдая поверхность, — возле дна.
Кристалл льда стремится вырасти как можно более правильным — это „выгодно“ с точки зрения его внутренней энергии. А любые примеси искажают форму решётки. Поэтому растущий кристалл вытесняет любые посторонние атомы и молекулы, стараясь строить идеальную решетку, пока это возможно. И только когда примесям деваться уже некуда, кристалл льда начинает встраивать их в свою структуру или оставляет в виде капсул концентрированной жидкостью. Поэтому морской лёд пресный, а даже самые грязные лужи покрываются прозрачным и чистым льдом.
Водопроводная вода содержит примерно сто частей примесей на миллион частей воды (в основном это хлор, растворённый для дезинфекции, поваренная соль, которая есть везде, и твёрдые микрочастицы). Дистилляцией в обычных лабораторных условиях их количество нетрудно понизить раз в сто, получив воду с чистотой 99,9999%. Если же сосуд с этой водой медленно охлаждать с одной стороны, получится лёд с чистотой уже до шести девяток после запятой. В нём отыщется только одна частица примеси на сто миллионов частиц воды.
В минералогических коллекциях нередко можно видеть, например, прозрачные кристаллы корунда Al2O3, которые заканчиваются рубиновой „шапочкой“. Это растущий кристалл „собрал“ со всего объёма примесь — ионы хрома Cr 3+, которые превращают бесцветный корунд в красный рубин.
Аналогичным образом, и лёд, выжимая примеси из своей кристаллической решётки, становится прозрачным. А снег же, который состоит из микроскопических кристалликов льда, непрозрачен. В чём же причина столь разных оптических свойств одного и того же вещества?
Слева - Видимый свет льдом практически не поглощается, но задерживает весь ультрафиолет и большую часть инфракрасного излучения. В этих областях спектра лёд выглядит абсолютно чёрным.
Справа - Белый свет, падающий на снег, не поглощается, а многократно преломляется в ледяных кристаллах и отражается от их граней. Поэтому снег выглядит белым.
Как это ни странно, причина здесь одна. Лёд практически не поглощает видимый свет. И если бы лёд не был прозрачным, снег не был бы белым. Световые лучи проходят ледяную пластинку насквозь, а в слое снега испытывают многократное отражение и выходят обратно, не потеряв ни одного из компонентов спектра. Но если бы мы могли видеть инфракрасное излучение и ультрафиолет, снег казался бы нам абсолютно чёрным: коэффициент поглощения света в этих областях спектра очень велик.
Так почему же иногда у вас получается прозрачный лёд из дистиллированной воды, а иногда нет? Дело в том, что при замерзании капелек воды выделяются мельчайшие пузырьки воздуха, которые всегда присутствуют в воде. Они прилипают к граням кристаллов льда. Чем больше образуется кристалликов льда, тем больше пузырьков воздуха — вот вам и непрозрачный лед. Если вода подо льдом движется, воздушные пузырьки собираются вместе, и образуется прозрачный лед.
Попробуйте провести такой эксперимент. Вам понадобится формочка из тонкого пластика. Стеклянная посуда не годится: при замерзании вода расширяется почти на 10% (именно поэтому лед плавает) и разрывает хрупкий материал. Формочку нужно тщательно промыть и, не вытирая, высушить, повернув дном кверху, чтобы внутрь не попала пыль.
Воду используйте очень чистую, хорошо прокипяченную (а еще лучше дистиллированную - она продается в аптеках). Стакан с водой в морозный день при -2 -5оС поставьте за окно, прикрыв кусочком чистого стекла и защитив от прямых солнечных лучей. Через несколько часов содержимое стакана охладится ниже нуля, но останется жидким (если, конечно, все рекомендации были выполнены аккуратно).
Осторожно откройте стакан и бросьте в воду маленький кусочек льда, щепотку снега или просто пыли. На ваших глазах вода мгновенно замерзнет, прорастая по всему объему красивыми кристаллами.
Можно получить прозрачный лёд и в морозильной камере холодильника. Но для этого вам надо предварительно прокипятить используемую для приготовления льда дистиллированную воду, чтобы весь воздух, содержащийся в воде улетучился.
С уважением, к.х.н. О.В. Мосин
Дополнения от читателей
Прочитал вопрос как получить лед без примесей газа, т.е. идеально прозрачным. В ответе много теории но без практического совета. В свое время для оптических исследований эту проблему решили следующим путем: пакет молока сдистилированной водой сверху и сбоков изолировали пенопластом и поставили в холодильник. Замораживание образование льда происходит снизу в верх и пузырьки имеют выход. Если замораживать со всех сторон, лед не прозрачный из-за того что нет выхода для пузырьков. Прислал AndreyKo1.
www.o8ode.ru
Лед и вода в природе
Работа 1
Снежинки как явление физики
Работу выполнил Холодяков Даниил
презентация здесь
Цели: узнать больше о снежинках с точки зрения МКТ
Задачи: разобраться в природе образования снежинок
Содержание:
1. Формирование снежинок
2. Формы снежинок
3. Симметрия кристаллов
4. Одинаковые снежинки
5. Цвет и свет
6. Дополнительные материалы
1. Вы когда-нибудь смотрели на снежинку и задавались вопросом, как она формируется и почему она отличается от других видов снега, увиденных вами ранее?
Снежинки - это особая форма водяного льда. Снежинки образуются в облаках, которые состоят из водяного пара. Когда температура стоит на отметке 32 ° F (0 ° C) или холоднее, воды превращается из жидкой формы в лед. Несколько факторов влияют на образование снежинок. Температура, воздушные потоки, влажность - всё это имеет влияние на их форму и размер. Грязь и пыль могут смешиваться в воде и изменять вес и долговечность кристаллов. Частицы грязи делают снежинку тяжелее, способны сделать ее подверженной таянью и могут вызвать трещины и разрывы в кристалле. Формирование снежинки является динамическим процессом. Снежинка может столкнуться со многими различными условиями окружающей среды, иногда плавясь, иногда вырастая - структура снежинки постоянно меняется.
2. Каковы наиболее распространенные формы снежинки?
Как правило, шестиугольные кристаллы формируются в высоких облаках; иглы или плоские шестисторонние кристаллы - в облаках средней высоты, а также широкое разнообразие шестисторонних форм формируются в низких облаках. Более холодные температуры создают снежинки с более резкими наконечниками по бокам кристаллов и могут привести к ветвлениям стрелок. Снежинки, появляющиеся в более теплых условиях, растут медленнее, что приводит к более гладкой и менее сложной форме.
0; -3 ° C - Тонкие гексагональные пластинки
-3; -6° C - Иглы
-6; -10 ° C - Полые колонны
-10; -12 ° C - Секторные пластины (шестиугольники с углублениями)
-12; -15 ° C - Дендриты (кружевные шестиугольные формы)
3. Почему снежинки симметричны?
Во-первых, не все снежинки одинаковы со всех сторон. Неровные температуры, наличие грязи и другие факторы могут привести к тому, что снежинка станет однобокой. Тем не менее, это правда, что многие снежинки симметричны и очень сложны в строении. Это потому, что форма снежинки отражает внутренний порядок молекул воды. Молекулы воды в твердом состоянии, например, снега и льда, образуют слабые связи (так называемые водородные связи) друг с другом. Эти упорядоченные механизмы приводят к симметричной, гексагональной форме снежинки. При кристаллизации молекулы воды подчиняются максимальной силе притяжения, а силы отталкивания сводятся к минимуму. Следовательно, молекулы воды выстраиваются в заданных пространствах в определенном расположении, таком, чтобы занять пространство и сохранить симметрию.
4. Правда ли что не существует двух одинаковых снежинок?
И да, и нет. Никогда две снежинки не будут идентичны, вплоть до точного числа молекул воды, спина электронов, изотопов водорода и кислорода и т.д. С другой стороны, две снежинки могут выглядеть одинаково, и любая снежинка, вероятно, имела свой прототип в какой-то момент истории. Структура снежинки постоянно меняется в соответствии с условиями окружающей среды и под воздействием множества факторов, поэтому кажется маловероятным увидеть две одинаковых снежинки.
5. Если вода и лед прозрачны, то почему снег выглядит белым?
Короткий ответ состоит в том, что снежинки имеют так много светоотражающих поверхностей, что они рассеивают свет во всех его цветах, поэтому снег кажется белым. Длинный ответ связан с тем, как человеческий глаз воспринимает цвет. Даже несмотря на то, что источник света не может иметь по-настоящему «белый» цвет (например, солнечный свет, люминесцентные и лампы накаливания все имеют определенный цвет), человеческий мозг компенсирует источник света. Таким образом, даже при том, что солнечный свет желтый, и рассеянный от снега свет тоже желтый, мозг видит снег максимального белого цвета, потому что вся картина, полученная мозгом имеет желтый оттенок, который автоматически вычитается.
Выводы:
1. Снежинки - это особая форма водяного льда.
2. Температура, воздушные потоки, влажность - факторы влияющие на форму и размер снежинки.
3. Именно порядок молекул воды определяет симметричность снежинки.
им в реальных снежных кристаллах.
Работа 2
Лед и вода в природе.
Работу выполнила Гусева Алина
Цель: узнать что-нибудь новое.
Задачи:
-рассмотреть значения воды в природе;
-разобраться в свойствах и видах воды;
-ознакомиться с основными свойствами водного льда;
-расширить свои знания относительно воды в целом.
Вода (оксид водорода) — бинарное неорганическое соединение, химическая формула Н2O. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного — кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеющую цвета, запаха и вкуса. В твёрдом состоянии называется льдом, снегом или инеем, а в газообразном — водяным паром. Вода также может существовать в виде жидких кристаллов.
Около 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озёра, реки, льды) — 361,13 млн км2. На Земле примерно 96,5 % воды приходится на океаны, (1,7 % мировых запасов составляют грунтовые воды, ещё 1,7 % на ледники и ледяные шапки Антарктиды и Гренландии, небольшая часть в реках, озёрах и болотах, и 0,001 % в облаках). Большая часть земной воды — солёная, и она непригодна для сельского хозяйства и питья. Доля пресной воды составляет около 2,5 %.
Вода является хорошим сильнополярным растворителем. В природных условиях всегда содержит растворённые вещества (соли, газы). Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды. Является важнейшим веществом для всех живых существ на планете Земля.
В атмосфере нашей планеты вода находится в виде капель малого размера, в облаках и тумане, а также в виде пара. При конденсации выводится из атмосферы в виде атмосферных осадков (дождь, снег, град, роса). Вода чрезвычайно распространённое вещество в космосе, однако из-за высокого внутрижидкостного давления вода не может существовать в жидком состоянии в условиях вакуума космоса, отчего она представлена только в виде пара или льда.
Виды воды.
Вода на Земле может существовать в трёх основных состояниях — жидком, газообразном и твёрдом и приобретать различные формы, которые могут одновременно соседствовать друг с другом: водяной пар и облака в небе, морская вода и айсберги, ледники и реки на поверхности земли, водоносные слои в земле. Воду нередко подразделяют на типы по различным принципам. По особенностям происхождения, состава или применения, выделяют, в числе прочего: мягкую и жесткую воду — по содержанию катионов кальция и магния. По изотопам водорода в молекуле: лёгкую (по составу почти соответствует обычной), тяжёлую (дейтериевая), сверхтяжёлую вода (тритиевая). Также выделяют: пресную, дождевую, морскую, минеральную, солоноватую, питьевую, водопроводную, дистиллированную, деионизированную, апирогенную, святую, структурированную, талую, подземные, сточные и поверхностные воды.
Физические свойства.
Вода в нормальных условиях сохраняет жидкое агрегатное состояние, тогда как аналогичные водородные соединения являются газами (h3S, Ch5, HF). Из-за большой разности электроотрицательностей атомов водорода и кислорода электронные облака сильно смещены в сторону кислорода. По этой причине молекула воды обладает большим дипольным моментом (D = 1,84, уступает только синильной кислоте). При температуре перехода в твёрдое состояние молекулы воды упорядочиваются, в процессе этого объёмы пустот между молекулами увеличиваются и общая плотность воды падает, что и объясняет причину меньшей плотности воды в фазе льда. При испарении, напротив, рвутся все связи. Разрыв связей требует много энергии, отчего у воды самая большая удельная теплоёмкость среди прочих жидкостей и твёрдых веществ. Для того чтобы нагреть один литр воды на один градус, требуется затратить 4,1868 кДж энергии. Благодаря этому свойству вода нередко используется как теплоноситель. Помимо большой удельной теплоёмкости, вода также имеет большие значения удельной теплоты плавления (при 0 °C — 333,55 кДж/кг) и парообразования (2250 кДж/кг).
Вода обладает также высоким поверхностным натяжением среди жидкостей, уступая в этом только ртути. Относительно высокая вязкость воды обусловлена тем, что водородные связи мешают молекулам воды двигаться с разными скоростями. Вода является хорошим растворителем полярных веществ. Каждая молекула растворяемого вещества окружается молекулами воды, причём положительно заряженные участки молекулы растворяемого вещества притягивают атомы кислорода, а отрицательно заряженные — атомы водорода. Поскольку молекула воды мала по размерам, много молекул воды могут окружить каждую молекулу растворяемого вещества. Вода обладает отрицательным электрическим потенциалом поверхности.
Чистая вода — хороший изолятор. Поскольку вода — хороший растворитель, в ней практически всегда растворены те или иные соли, то есть в воде присутствуют положительные и отрицательные ионы. Благодаря этому вода проводит электричество. По электропроводности воды можно определить её чистоту.
Вода имеет показатель преломления n=1,33 в оптическом диапазоне. Однако она сильно поглощает инфракрасное излучение, и поэтому водяной пар является основным естественным парниковым газом, отвечающим более чем за 60 % парникового эффекта.
Лёд — вода в твёрдом агрегатном состоянии. Льдом иногда называют некоторые вещества в твёрдом агрегатном состоянии, которым свойственно иметь жидкую или газообразную форму при комнатной температуре; в частности, сухой лёд, аммиачный лёд или метановый лёд.
Основные свойства водного льда.
В настоящее время известны три аморфных разновидности и 15 кристаллических модификаций льда. Ажурная кристаллическая структура такого льда приводит к тому, что его плотность,( равная 916,7 кг/м при 0 °C), ниже плотности воды (999,8 кг/м) при той же температуре. Поэтому вода, превращаясь в лёд, увеличивает свой объём примерно на 9 %. Лёд, будучи легче жидкой воды, образуется на поверхности водоёмов, что препятствует дальнейшему замерзанию воды.
Высокая удельная теплота плавления льда, равная 330 кДж/кг, служит важным фактором в обороте тепла на Земле. Так, чтобы растопить 1 кг льда или снега, нужно столько же тепла, сколько требуется, чтобы нагреть литр воды на 80 °C. Лёд встречается в природе в виде собственно льда (материкового, плавающего, подземного), а также в виде снега, инея и т. д. Под действием собственного веса лёд приобретает пластические свойства и текучесть. Природный лёд обычно значительно чище, чем вода, так как при кристаллизации воды в первую очередь в решётку встают молекулы воды.
При нормальном атмосферном давлении вода переходит в твердое состояние при температуре в 0 °C и кипит (превращается в водяной пар) при температуре 100 °C. При снижении давления температура таяния (плавления) льда медленно растёт, а температура кипения воды — падает. При давлении в 611,73 Па (около 0,006 атм) температура кипения и плавления совпадает и становится равной 0,01 °C. Такие давление и температура называются тройной точкой воды. При более низком давлении вода не может находиться в жидком состоянии, и лёд превращается непосредственно в пар. Температура сублимации льда падает со снижением давления. При высоком давлении существуют модификации льда с температурами плавления выше комнатной.
При росте давления плотность водяного пара в точке кипения тоже растёт, а жидкой воды — падает. При температуре 374 °C (647 K) и давлении 22,064 МПа (218 атм) вода проходит критическую точку. В этой точке плотность и другие свойства жидкой и газообразной воды совпадают. При более высоком давлении и/или температуре исчезает разница между жидкой водой и водяным паром. Такое агрегатное состояние называют «сверхкритическая жидкость».
Вода может находится в метастабильных состояниях — пересыщенный пар, перегретая жидкость, переохлаждённая жидкость. Эти состояния могут существовать длительное время, однако они неустойчивы и при соприкосновении с более устойчивой фазой происходит переход. Например, можно получить переохлаждённую жидкость, охладив чистую воду в чистом сосуде ниже 0 °C, однако при появлении центра кристаллизации жидкая вода быстро превращается в лёд.
Факты.
В среднем в организме растений и животных содержится более 50 % воды.
В составе мантии Земли воды содержится в 10-12 раз больше, чем количество воды в Мировом океане.
Если бы все ледники растаяли, то уровень воды в земных океанах поднялся бы на 64 м и около 1/8 поверхности суши было бы затоплено водой.
Иногда вода замерзает при положительной температуре.
При определённых условиях (внутри нанотрубок) молекулы воды образуют новое состояние, при котором они сохраняют способность течь даже при температурах, близких к абсолютному нулю.
Вода отражает 5 % солнечных лучей, в то время как снег — около 85 %. Под лёд океана проникает только 2 % солнечного света.
Синий цвет чистой океанской воды объясняется избирательным поглощением и рассеянием света в воде.
С помощью капель воды из кранов можно создать напряжение до 10 киловольт, опыт называется «Капельница Кельвина».
Вода — это одно из немногих веществ в природе, которые расширяются при переходе из жидкой фазы в твёрдую .
Выводы:
Вода сохраняет жидкое агрегатное состояние, обладает большим дипольным моментом, большой удельной теплоемкостью, значением парообразования, высоким поверхностным натяжением, отрицательным электрическим потенциалом поверхности, является хорошим изолятором и растворителем.
Литература
1. Вода // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
2. Лосев К. С. Вода. — Л.: Гидрометеоиздат, 1989. — 272 с.
3. Гидробионты в самоочищении вод и биогенной миграции элементов. — М.: МАКС-Пресс. 2008. 200 с. Предисловие члена-корр. РАН В. В. Малахова. (Серия: Наука. Образование. Инновации. Выпуск 9). ISBN 978-5-317-02625-7.
4. О некоторых вопросах поддержания качества воды и её самоочищения // Водные ресурсы. 2005. т. 32. № 3. С. 337—347.
5. Андреев В. Г. Влияние протонного обменного взаимодействия на строение молекулы воды и прочность водородной связи. Материалы V Международной конференции «Актуальные проблемы науки в России». — Кузнецк 2008, т.3 С. 58-62.
sites.google.com
Фотопост Вода и Лёд | еВода — Другой взгляд на воду
Иногда вода замерзает так, что невольно удивляешься тому, что это естественные образования, а не работа чьих-то рук, но чему тут удивляться, ведь природа любому творцу даст фору!
В этой фотоподборке собраны самые удивительные образования изо льда, при взгляде на которые невольно восхищаешься идеальностью форм и чёткости фигур!
Плавучие льды Антарктики.
Часто вода делает со льдами что-то невообразимое — например здесь она выточила в айсберге настоящую колоннаду!
Здесь получилось своеобразное ледяное окошко
А это — настоящая ледяная крепость.
Морозное утро
Ледяная арка.
Пещера изо льда на острове Анверс в Антарктике.
Ещё одна ледяная пещера, на этот раз в айсберге.
И ещё, только на этот раз не совсем пещера — скорее грот
Обледеневшая цепь на причале.
Ледяные поля.
Морозные узоры на льду.
Ледяной жемчуг
Горная гряда, состоящая целиком изо льда, такой вот своеобразный заливчик
Ледяная роза.
Капля льда.
Ледяной стол =)
Такой вот необычный ледяной “гриб”
Под ледяной коркой угадывается машина, но вот модель определить сложновато Не говоря уже о том, чтобы куда-то на ней поехать =)
Зимняя “скульптура”.
И парочка “неприродных” изделий из льда — листок и сердце =)
Источник http://lifeglobe.net
www.ewater.ru
КОММЕНТАРИИ 524 083
| Ошибка: 404https://www.litmir.me/data/book/0/150000/150663/akselsson_maigull_led_i_voda_voda_i_led_litmir.net_bid150663.fb2.zipNot FoundДокумент по указанной ссылке не существует. |